DE102010001762A1

DE102010001762A1 - Verfahren zur Vorausbestimmung eines Bewegungszustandes einer Antriebswelle einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010001762A1
Application number: DE102010001762A
Authority: DE
Inventors: Matthias 70197 Cwik; Markus 70199 Roessle; Ewald 71287 Mauritz; Stefan 70469 Tumback
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-08-11
Anticipated expiration: 2030-02-11
Also published as: CN102859180B; US20130036809A1; WO2011098445A2; EP2534367A2; US8813547B2; DE102010001762B4; WO2011098445A3; CN102859180A

Abstract

Verfahren zur Vorausbestimmung eines Bewegungszustandes (BZn + 1) einer Antriebswelle (222) einer Brennkraftmaschine (210) auf Grundlage von vergangenen Bewegungszuständen (BZn, BZn – 2) der Antriebswelle (222), wobei hierzu einem ersten vergangenen Bewegungszustand (BZn – 2) zugeordnete Eigenschaften (tn – 2, ωn – 2) und einem zweiten vergangenen Bewegungszustand (BZn) zugeordnete Eigenschaften (tn, ωn) dienen und die Antriebswelle (222) periodisch wiederkehrende Winkelpositionen (φn – 2, φn, φn + 2; φn – 1, φn + 1) erklären einnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des ersten ausgewerteten vergangenen Bewegungszustands (BZn – 2) und des zweiten ausgewerteten vergangenen Bewegungszustands (BZn) ein zukünftiger Bewegungszustand (BZn + 1) und die diesem zugeordnete Eigenschaften (tn + 1, φn + 1) der Antriebswelle (222) in einer Winkelposition (φn + 1) ermittelt werden, wobei die Winkelposition (φn + 1) des ermittelten zukünftigen Bewegungszustands (BZn + 1) der Antriebswelle (222) ungleich einer Winkelposition (φn – 2, φn) des ersten und des zweiten vergangenen Bewegungszustands (BZn, BZn – 2) ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vorausbestimmung eines Bewegungszustandes einer Antriebswelle einer Brennkraftmaschine. Dieses Verfahren, welches mittels einer Steuerung für einen Start-Stopp-Betrieb einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug abläuft, dient dazu, das sogenannte Einspuren im Auslauf zu verwirklichen. Einspuren im Auslauf bedeutet, dass ein Andrehritzel einer Startvorrichtung, die vorzugsweise als Schubschraubtriebstarter ausgebildet ist, in einen sich noch drehenden Zahnkranz der Brennkraftmaschine einspurt. Sich noch drehender Zahnkranz der Brennkraftmaschine bedeutet, dass an sich bereits der Stillstand, dass heißt das Nichtweiterdrehen der Antriebswelle der Brennkraftmaschine geplant, vorgesehen bzw. bereits eingeleitet ist. In diesem Auslauf verringert sich die Drehzahl der Antriebswelle makroskopisch. Betrachtet man sich den Auslauf der Antriebswelle der Brennkraftmaschine jedoch im Detail, so erkennt man, dass dieser makroskopische Auslauf von relativen Minima und Maxima und demzufolge von Drehzahlsteigerungen und Drehzahlverringerungen geprägt ist. Diese Drehzahlschwankungen während des makroskopischen Auslaufs führen dazu, dass das Andrehritzel selten oder nicht getriebeschonend in den Zahnkranz eingespurt werden kann. Das Problem ist dabei die Anpassung der Umfangsgeschwindigkeiten, das heißt im Wesentlichen die Angleichung der Umfangsgeschwindigkeiten von Zahnkranz und Andrehritzel, die schwierig ist. Unterschiede bei den Umfangsgeschwindigkeiten führen dazu, dass sich die Zähne von Andrehritzel und Zahnkranz wechselseitig und stoßartig belasten. Darüber hinaus kann ein frühzeitiges Andrehen des Andrehritzels mit hoher Last dazu führen, dass das Andrehritzel entweder gar nicht erst in den Zahnkranz einspuren kann, dafür aber ansatzweise mit seinen Zähnen an den Zähnen des Zahnkranzes „ratscht” und sich dabei das Andrehritzel und dessen Zähne erheblich abnutzen. Sollte das Andrehritzel doch bereits leicht in den Zahnkranz eingespurt haben, aber bereits unter einer hohen Momentenlast stehen, so besteht aufgrund eines gegebenenfalls nur geringfügigen Überdeckungsgrades von Zähnen am Zahnkranz und Zähnen am Andrehritzel die Gefahr, dass die Zähne im Allgemeinen nur über eine kurze Strecke belastet, dafür aber an dieser Stelle mit einer für diesen kurzen Überdeckungsgrad zu hohen Strecken- bzw. Zahnlast belastet werden. Es besteht hier die Gefahr von abbrechenden Zähnen bzw. von Teilen dieser Zähne. Um dennoch ein Einspuren im Auslauf nur mit geringen Belastungen für Andrehritzel und Zahnkranz zu ermöglichen, ist eine möglichst präzise Vorbereitung dieses wechselseitigen Eingriffs erforderlich. Im Rahmen dieser Vorbereitung ist vorgesehen, dass ein geeigneter Einspurzeitpunkt prognostiziert wird.
Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene Vorschläge bekannt geworden, um während des Auslaufens der Brennkraftmaschine in den Zahnkranz einzuspuren und dadurch die Startzeit zu verkürzen.
Aus der DE 10 2006 011 644 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung mit einem Starterritzel und einem Zahnkranz einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei die Drehzahl des Zahnkranzes und des Starterritzels ermittelt werden, um das Starterritzel nach dem Ausschalten der Brennkraftmaschine mit im Wesentlichen gleicher Drehzahl beim Auslaufen der Brennkraftmaschine einzuspuren. Um die synchronen Einspurdrehzahlen zu ermitteln, werden Werte aus einem Kennfeld eines Steuergeräts zugeordnet.
Die DE 10 2006 039 112 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen der Drehzahl des Starters für einen Kfz-Verbrennungsmotor. Es wird ferner beschrieben, dass der Starter ein eigenes Starter-Steuergerät umfasst um die Drehzahl des Starters zu berechnen und um in einem Start-Stopp-Betrieb das Ritzel vom Starter zuerst ohne Einspuren zu beschleunigen, wenn ein Selbststart des Verbrennungsmotors aufgrund gesunkener Drehzahl nicht mehr möglich ist. Das Ritzel wird mit synchroner Drehzahl in den Zahnkranz des auslaufenden Verbrennungsmotors eingerückt.
Die DE 10 2005 004 326 beschreibt eine Startvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einem separaten Einrück- und Startvorgang. Hierfür hat die Startvorrichtung eine Steuereinheit, die einen Startermotor und ein Stellglied zum Einrücken eines Starterritzels separat ansteuert. Von der Steuereinheit kann das Ritzel vor einem Startvorgang des Fahrzeugs in den Zahnkranz eingespurt werden, bevor der Fahrer einen neuen Startwunsch geäußert hat. Dabei wird das Stellglied als Einrückrelais bereits während einer Auslaufphase des Verbrennungsmotors angesteuert. Die Drehzahlschwelle liegt hierbei weit unter der Leerlaufdrehzahl des Motors, um den Verschleiß der Einspurvorrichtung möglichst gering zu halten. Um Spannungseinbrüche im Bordnetz durch einen sehr hohen Anlaufstrom des Startermotors zu vermeiden, wird durch die Steuerung ein sanfter Anlauf, beispielsweise durch eine Taktung des Starterstroms, erreicht. Die Leistungsfähigkeit des Bordnetzes wird durch Analyse des Batteriezustands überwacht und entsprechend wird der Startermotor getaktet bzw. mit Strom versorgt. Ferner beschreibt die Erfindung, dass die Kurbelwelle kurz vor oder nach Erreichen des Stillstands vom Verbrennungsmotor positioniert werden kann, um die Startzeit zu verkürzen.
Die DE 10 2005 021 227 A1 beschreibt eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine in Kraftfahrzeugen mit einer Steuereinheit, einem Starterrelais, einem Starterritzel und einem Startermotor für eine Start-Stopp-Betriebsstrategie.
Gegenüber den bisher bekannten Verfahren ist vorgesehen, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ein Wiederstart der Brennkraftmaschine nicht nur schneller durchgeführt werden kann, sondern auch mit erhöhter Präzision und damit verringertem Verschleiß von Andrehritzel und Zahnkranz.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 ermöglicht das zuverlässige Vorausbestimmen eines Bewegungszustandes einer Antriebswelle, dass heißt üblicherweise der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine. Dabei wird mittels bekannter vergangener Bewegungszustände ein zukünftiger Bewegungszustand der Antriebswelle ermittelt, der ungleich einer Winkelposition des ersten und des zweiten vergangenen Bewegungszustandes ist.
Aufgrund dieses vorgeschlagenen Verfahrens ist es möglich, alle Bewegungszustände von periodisch wiederkehrenden Positionen der Antriebswelle zu ermitteln, die nach dem jüngsten vergangenen Bewegungszustand eintreten. Dies gilt auch für die Bewegungszustände weiterer periodisch wiederkehrender Bewegungszustände der Antriebswelle.
Periodisch wiederkehrende Betriebszustände sind beispielsweise ein Drehwinkelbereich zwischen zwei im zeitlichen Verlauf benachbarten unteren Totpunkten oder zwei benachbarten oberen Totpunkten, die sich beim Kurbeltrieb einer Antriebswelle einstellen. Die unteren Totpunkte oder oberen Totpunkte müssen dabei nicht Positionen ein und desselben mit der Antriebs- bzw. Kurbelwelle verbundenen Kolbens sein.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Vereinfachung der Berechnung des Verfahrens eine erster vergangener Bewegungszustand und ein zweiter vergangener Bewegungszustand zwischen sich einen Drehwinkel der Antriebwelle einschließen, der vom Betrag her einer Zündperiode zwischen zwei zeitlich nacheinander zündenden Zylindern im Leerlauf entspricht. Im Auslauf findet normalerweise kein Zünden mehr statt.
Vorzugsweise werden zur Berechnung des zukünftigen Bewegungszustandes der Antriebswelle Eigenschaften eines dritten vergangenen Bewegungszustandes verwendet. Dies ermöglicht eine gesteigerte Präzision der Vorhersage. Dabei ist vorgesehen, dass der dritte vergangene Bewegungszustand und der zu ermittelnde zukünftige Bewegungszustand der Antriebswelle zwischen sich einen Drehwinkel der Antriebswelle einschließen, der ebenfalls einer Zündperiode entspricht.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass nach der Berechnung eines ersten zukünftigen Bewegungszustandes ein weiterer zukünftiger Bewegungszustand ermittelt wird, in dem Eigenschaften eines weiteren dritten vergangenen Bewegungszustandes verwendet werden. Das heißt, dass ausgehend von den ursprünglichen ersten und zweiten Bewegungszuständen der Bewegungszustand eines neuen dritten Bewegungszustandes verwendet wird, um den Bewegungszustand eines weiteren zukünftigen Bewegungszustands zu ermitteln. In Abhängigkeit der berechneten Anzahl von zukünftigen Bewegungszuständen sind die Lücken zwischen prognostizierten Bewegungszuständen eher klein und somit eine Aussage umso besser, je mehr zukünftige Bewegungszustände innerhalb einer Zündperiode bzw. eines korrespondierenden betragsmäßig gleichgroßen Drehwinkels ermittelt werden.
Zur möglichst einfachen aber dennoch präzisen Vorhersage ist vorgesehen, dass bei der Vorausbestimmung des Bewegungszustandes angenommen wird, dass eine Verlustenergie, wie sie beispielsweise durch ständig wirkende Reibung entsteht, über den Verlauf einer Zündperiode konstant ist. Des Weiteren ist vorzugsweise vorgesehen, dass keine zylinderabhängigen Unterschiede bei der durch Gaskompression speicherbaren Energie im Zylinder bzw. den Zylindern vorhanden seinen. Des Weiteren kann ein im zeitlichen Verlauf konstantes Massenträgheitsmoment der Brennkraftmaschine angenommen werden. Es werden somit im Vergleich zu anderen Prognosealgorithmen keine motorspezifischen Grundannahmen über die Auslaufcharakteristik getroffen.
Dieses hier vorgeschlagene Verfahren ist somit unabhängig von Motoralterung, fertigungsbedingter Serienstreuung und der Änderung von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass nicht nur anhand einzelner, sondern anhand aller einzelnen detektierbaren Winkelstellungen der Antriebswelle im Motorauslauf eine Geschwindigkeitsprognose errechnet werden kann.
Weitere Vorteile sind gegebenenfalls in der nachfolgenden Beschreibung aufgeführt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen.
Die Erfindung wird anhand mindestens eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Startvorrichtung in einem Längsschnitt,
2 eine schematische Darstellung eines Kurbeltriebs einer Brennkraftmaschine,
3 einen schematischen Ausschnitt eines Auslaufs einer Brennkraftmaschine,
4 den Ausschnitt aus 3 mit diversen Hilfslinien,
5 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit Brennkraftmaschine, Startvorrichtung und weiteren Bauteilen.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Startvorrichtung 10 in einem Längsschnitt. Diese Startvorrichtung 10 weist beispielsweise einen Startermotor 13 und einen Vorspuraktuator 16 (z. B. Relais, Starterrelais) auf. Der Startermotor 13 und der elektrische Vorspuraktuator 16 sind an einem gemeinsamen Antriebslagerschild 19 befestigt. Der Startermotor 13 dient funktionell dazu, ein Andrehritzel 22 anzutreiben, wenn es im Zahnkranz 25 der hier nicht dargestellten Brennkraftmaschine eingespurt ist.
Der Startermotor 13 weist als Gehäuse ein Polrohr 28 auf, das an seinem Innenumfang Polschuhe 31 trägt, die jeweils von einer Erregerwicklung 34 umwickelt sind. Die Polschuhe 31 umgeben wiederum einen Anker 37, der ein aus Lamellen 40 aufgebautes Ankerpaket 43 und eine in Nuten 46 angeordnete Ankerwicklung 49 aufweist. Das Ankerpaket 43 ist auf eine Antriebswelle 44 aufgepresst. An dem Andrehritzel 22 abgewandten Ende der Antriebswelle 13 ist des Weiteren ein Kommutator 52 angebracht, der unter anderem aus einzelnen Kommutatorlamellen 55 aufgebaut ist. Die Kommutatorlamellen 55 sind in bekannterweise mit der Ankerwicklung 49 derartig elektrisch verbunden, dass sich bei Bestromung der Kommutatorlamellen 55 durch Kohlebürsten 58 eine Drehbewegung des Ankers 37 im Polrohr 28 ergibt. Eine zwischen dem elektrischen Antrieb 16 und dem Startermotor 13 angeordnete Stromzufuhr 61 versorgt im Einschaltzustand sowohl die Kohlebürsten 58 als auch die Erregerwicklung 34 mit Strom. Die Antriebswelle 13 ist kommutatorseitig mit einem Wellenzapfen 64 in einem Gleitlager 67 abgestützt, welches wiederum in einem Kommutatorlagerdeckel 70 ortsfest gehalten ist. Der Kommutatordeckel 70 wiederum wird mittels Zuganker 73, die über den Umfang des Polrohrs 28 verteilt angeordnet sind (Schrauben, beispielweise zwei, drei oder vier Stück) im Antriebslagerschild 19 befestigt. Es stützt sich dabei das Polrohr 28 am Antriebslagerschild 19 ab und der Kommutatorlagerdeckel 70 am Polrohr 28.
In Antriebsrichtung schließt sich an den Anker 37 ein sogenanntes Sonnenrad 80 an, das Teil eines Planetengetriebes 83 ist. Das Sonnenrad 80 ist von mehreren Planetenrädern 86 umgeben, üblicherweise 3 Planetenräder 37, die mittels Wälzlagern 89 auf Achszapfen 92 abgestützt sind. Die Planetenräder 37 wälzen in einem Hohlrad 95 ab, das im Polrohr 28 außenseitig gelagert ist. In Richtung zur Abtriebsseite schließt sich an die Planetenräder 37 ein Planetenträger 98 an, in dem die Achszapfen 92 aufgenommen sind. Der Planetenträger 98 wird wiederum in einem Zwischenlager 101 und einem darin angeordneten Gleitlager 104 gelagert. Das Zwischenlager 101 ist derartig topfförmig gestaltet, dass in diesem sowohl der Planetenträger 98, als auch die Planetenräder 86 aufgenommen sind. Des Weiteren ist im topfförmigen Zwischenlager 101 das Hohlrad 95 angeordnet, das letztlich durch einen Deckel 107 gegenüber dem Anker 37 geschlossen ist. Auch das Zwischenlager 101 stützt sich mit seinem Außenumfang an der Innenseite des Polrohrs 28 ab. Der Anker 37 weist auf dem vom Kommutator 52 abgewandten Ende der Antriebswelle 13 einen weiteren Wellenzapfen 110 auf, der ebenfalls in einem Gleitlager 113 aufgenommen ist, ab. Das Gleitlager 113 wiederum ist in einer zentralen Bohrung des Planetenträgers 98 aufgenommen. Der Planetenträger 98 ist einstückig mit der Abtriebswelle 116 verbunden. Diese Abtriebswelle ist mit ihrem vom Zwischenlager 101 abgewandten Ende 119 in einem weiteren Lager 122, welches im Antriebslagerschild 19 befestigt ist, abgestützt.
Die Abtriebswelle 116 ist in verschiedene Abschnitte aufgeteilt: So folgt dem Abschnitt, der im Gleitlager 104 des Zwischenlagers 101 angeordnet ist, ein Abschnitt mit einer sogenannten Geradverzahnung 125 (Innenverzahnung), die Teil einer sogenannten Wellen-Nabe-Verbindung ist. Diese Welle-Nabe-Verbindung 128 ermöglicht in diesem Fall das axial geradlinige Gleiten eines Mitnehmers 131. Dieser Mitnehmer 131 ist ein hülsenartiger Fortsatz, der einstückig mit einem topfförmigen Außenring 132 des Freilaufs 137 verbunden ist. Dieser Freilauf 137 (Richtgesperre) besteht des Weiteren aus dem Innenring 140, der radial innerhalb des Außenrings 132 angeordnet ist.
Zwischen dem Innenring 140 und dem Außenring 132 sind Klemmkörper 138 angeordnet. Diese Klemmkörper 138 verhindern in Zusammenwirkung mit dem Innen- und dem Außenring eine Relativdrehung zwischen dem Außenring und dem Innenring in einer zweiten Richtung. Mit anderen Worten: Der Freilauf 137 ermöglicht eine umlaufende Relativbewegung zwischen Innenring 140 und Außenring 134 nur in eine Richtung. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Innenring 140 einstückig mit dem Andrehritzel 22 und dessen Schrägverzahnung 143 (Außenschrägverzahnung) ausgeführt. Das Andrehritzel 22 kann alternativ auch als geradverzahntes Ritzel ausgeführt sein. Statt elektromagnetisch erregter Polschuhe 31 mit Erregerwicklung 34 könnten auch permanentmagnetisch erregte Pole verwendet werden.
Das elektrische Vorspuraktuator 16 bzw. der Anker 168 hat aber darüber hinaus auch die Aufgabe, mit einem Zugelement 187 einen dem Antriebslagerschild 19 drehbeweglich angeordneten Hebel zu bewegen. Dieser Hebel 190, üblicherweise als Gabelhebel ausgeführt, umgreift mit zwei hier nicht dargestellten „Zinken” an ihrem Außenumfang zwei Scheiben 193 und 194, um einen zwischen diesen eingeklemmten Mitnehmerring 197 zum Freilauf 137 hin gegen den Widerstand der Feder 200 zu bewegen und dadurch das Andrehritzel 22 in dem Zahnkranz 25 einzuspuren.
Nachfolgend wird auf den Einspurmechanismus eingegangen. Der elektrische Vorspuraktuator 16 weist einen Bolzen 150 auf, der ein elektrischer Kontakt ist und im Falle des Eingebautseins im Fahrzeug an den Pluspol einer elektrischen Starterbatterie, die hier nicht dargestellt ist, angeschlossen ist. Dieser Bolzen 150 ist durch einen Deckel 153 hindurchgeführt. Ein zweiter Bolzen 152 ist ein Anschluss für den elektrischen Startermotor 13, der über die Stromzufuhr 61 (dicke Litze) versorgt wird. Dieser Deckel 153 schließt ein Gehäuse 156 aus Stahl ab, welches mittels mehrerer Befestigungselemente 159 (Schrauben) am Antriebslagerschild 19 befestigt ist. In dem elektrischen Vorspuraktuator 16 ist eine Schubeinrichtung 160 zur Ausübung einer Zugkraft auf den Gabelhebel 190 und eine Schalteinrichtung 161 angeordnet. Die Schubeinrichtung 160 hat eine Wicklung 162 und die Schalteinrichtung 161 eine Wicklung 165. Die Wicklung 162 der Schubeinrichtung 160 und die Wicklung 165 der Schalteinrichtung 161 bewirken jeweils im eingeschalteten Zustand ein elektromagnetisches Feld, welches verschiedene Bauteile durchströmt. Die Welle-Nabe-Verbindung 128 kann statt mit einer Geradverzahnung 125 auch mit einer Steilgewindeverzahnung ausgestattet sein. Es sind dabei die Kombinationen möglich, wonach a) das Andrehritzel 22 schrägverzahnt ist und die Welle-Nabe-Verbindung 128 eine Geradverzahnung 125 aufweist, b) das Andrehritzel 22 schrägverzahnt ist und die Welle-Nabe-Verbindung 128 eine Steilgewindeverzahnung aufweist oder c) das Andrehritzel 22 geradverzahnt ist und die Welle-Nabe-Verbindung 128 eine Steilgewindeverzahnung aufweist.
In 2 ist eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine 210 dargestellt. Diese Brennkraftmaschine 210 weist den bereits erwähnten Zahnkranz 25 auf, von dem in 2 ein sogenannter Teilkreis 213 dargestellt ist. Dieser Teilkreis 213 tangiert einem weiteren Teilkreis 216. Während der Teilkreis 213 der Teilkreis 213 einer Verzahnung des Zahnkranzes 25 ist, ist der Teilkreis 216 der Teilkreis der Verzahnung des Andrehritzels 22. Der Teilkreis 216 ist hier nicht Teil der Brennkraftmaschine 210, hier jedoch der Übersichtlichkeit und des Verständnisses wegen dargestellt. In einem Drehzentrum, welches hier durch zwei sich kreuzende strichpunktierte Linien dargestellt ist, ist eine Drehachse 219 einer Antriebswelle 222 der Brennkraftmaschine 210 dargestellt. Diese Antriebswelle 222 ist hier als sogenannte Kurbelwelle ausgeführt. Von einem zentralen, sich rein drehend bewegenden Teil der Antriebswelle 222 geht ein Kurbelteil 225 bzw. Kurbelabschnitt aus. An einem Hubzapfen 228 ist ein Pleuel 231 angelenkt. Während ein Ende des Pleuels 231 am Hubzapfen 228 angelenkt ist, ist ein anderes Ende des Pleuels 231 mittels eines Kolbenbolzens 234 an einem Kolben 237 angelenkt. Dieser Kolben 237 wiederum ist in einem Zylinder 240 linear gleitfähig angeordnet. Zwischen einem Kolbenboden 243 und einer Oberfläche 246 eines nicht näher beschriebenen Zylinderkopfes befindet sich ein Brennraum 249. An der Antriebswelle 222 können je nach Ausführung der Brennkraftmaschine 210 mehrere Pleuel 231 und somit auch mehrere Kolben 237 angelenkt sein (Mehrzylindermotor bzw. -Brennkraftmaschine). Der in 2 dargestellte Pfeil 252 gibt eine Drehrichtung der Antriebswelle 222 im antreibenden Zustand der Brennkraftmaschine 210 an.
Eine derartige Brennkraftmaschine 210 ist üblicherweise durch ein Steuergerät 255 gesteuert. Erhält nun dieses Steuergerät 255 ein Signal 258, welches dem Steuergerät 255 mitteilt, dass die Brennkraftmaschine 210 ausgeschaltet werden soll, so wird beispielsweise eine hier nicht dargestellte Kraftstoffversorgung unterbrochen, damit die Brennkraftmaschine 210 nach kurzer Zeit zum Stillstand kommt. Ein solcher Auslauf 261 ist in 3 näher dargestellt.
In 3 ist beispielhaft und ausschnittweise eine Kurve k dargestellt, die einen Auslauf einer Brennkraftmaschine 210 darstellt. Diese Kurve k weist mehrere charakteristische Punkte auf. Zu diesen Punkten gehören die drei relativen Maxima, die mit UT1, UT2 und UT3 bezeichnet sind. Zwei weitere auffällige Punkte sind die zwei relativen Minima, die mit OT1 und OT2 bezeichnet sind. Die Abkürzung UT steht für „unterer Totpunkt”, die Abkürzung OT steht für „oberer Totpunkt”. Im Zusammenhang mit 2 ist dann ein unterer Totpunkt 1 vorliegend, wenn ein Winkel β zwischen dem Pleuel 231 und dem Kurbelteil 225 genau 0 Grad beträgt. Befindet sich ein Kolben 237 in einem sogenannten oberen Totpunkt, so ist der Winkel β gleich 180°. Die Lage der UT und OT ist nur für dieses Beispiel an den Positionen der Maxima und Minima angenommen. Tatsächlich kann sich ein UT und auch ein OT neben einem Maximum oder einem Minimum befinden. Die jeweilige tatsächliche Lage ist beispielsweise von Ventilsteuerzeiten, Kompressionszuständen und anderen Einflüssen abhängig. Zu letzterem gehört beispielsweise auch der Einfluss der am Generator erzeugten Last, wenn dieser wie üblich über einen Riementrieb mit der Brennkraftmaschine 210 gekoppelt ist. Wie in 3 dargestellt, ist beim unteren Totpunkt UT1 der Bewegungszustand der Antriebswelle 222 BZn – 2, im unteren Totpunkt UT2 der Bewegungszustand BZn, bei UT3 der Bewegungszustand BZn + 2 vorliegend, bei dem oberen Totpunkt 1 der Bewegungszustand BZn – 1 und bei dem oberen Totpunkt OT2 der Bewegungszustand BZn + 1. Für die einzelnen Bewegungszustände sind die jeweiligen Zeiten tn – 2, tn – 1, tn + 1 und tn + 2 sowie die dem jeweiligen Bewegungszustand BZ zugeordneten Winkelgeschwindigkeiten der Antriebswelle 222 ωn – 2 ωn – 1, ωn, ωn + 1 und ωn + 2 zugeordnet. In 3 sind des Weiteren drei Einträge, die einen Winkelabstand zwischen den unteren Totpunkten und UT1 und UT2, sowie UT2 und UT3 als auch einen Winkelabstand der unteren Totpunkte UT1 und UT2 näher angeben. Der Winkel ϕZ entspricht dabei beim Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine 210 einem Winkelabstand zwischen zwei vom Zeitverlauf her benachbarten oberen Totpunkten OT, zu denen theoretisch eine Zündung vorzusehen wäre, wenn die Brennkraftmaschine 210 in diesen Bereich nicht im Auslauf wäre. Mit anderen Worten: bei dem sich hier einstellenden oberen Totpunkt OT1 handelt es sich um einen oberen Totpunkt, bei dem eine Verdichtung des sich im Brennraum 249 befindlichen Gases erfolgt. Der gleiche Zustand liegt beim oberen Totpunkt OT2 vor, bei dem ebenfalls ein Kolben 237 Gas im Brennraum 249 komprimiert. Bei einem üblichen 4-Zylinder-Reihenmotor beträgt dieser Zündabstand bei quasistationärem Betrieb ϕZ genau 180°. Bei einem Sechszylinderreihenmotor wäre dieser Winkel ϕZ gleich 120°. Wie daraus ersichtlich ist, ist die Darstellung in 3 insofern universell. Die in 3 dargestellten unteren Totpunkte UT1, UT2 und UT3 sind dementsprechend untere Totpunkte, bei denen Kolben 237 gerade beim ersten Teil des Gaswechselprozesses sind (Ausstoßen der Verbrennungsgase).
Das Verfahren zur Vorausbestimmung eines Bewegungszustandes BZn + 1 der Antriebswelle 222 der Brennkraftmaschine 210 ermittelt vorzugsweise nach dem dem System (Fahrzeug, Brennkraftmaschine, Steuerung der Brennkraftmaschine) bekannt ist, dass die Brennkraftmaschine 210 ausgeschaltet ist oder ausgeschaltet werden soll, den Bewegungszustand BZn – 2 und damit einen ersten vergangenen Bewegungszustand. Hierzu gehört, dass die diesem ersten vergangenen Bewegungszustand BZn – 2 zugeordneten Eigenschaften, das heißt eine Zeit tn – 2 und auch eine Winkelgeschwindigkeit ωn – 2 ermittelt wird. Während die Ermittlung der Zeit tn – 2 beispielsweise einfach ein beliebiger Zeitpunkt des Systems sein kann, das heißt eine Zeit, die deutlich vor dem Abstellen der Brennkraftmaschine 201 zu laufen begann oder beispielsweise eine Zeit ist, die mit einem Signal hoch zu laufen begann, welches mit einem Abstellsignal der Brennkraftmaschine 201 identisch ist oder tatsächlich erst mit diesem Zeitpunkt tn – 2, zu dem die dann abzufragenden bzw. zu errechnenden Eigenschaften an der speziellen Winkelposition φn – 2 beginnt zu laufen. Eine andere Eigenschaft dieses Bewegungszustands BZn – 2 ist die Winkelgeschwindigkeit ωn – 2, die zu diesem Zeitpunkt tn – 2 vorliegt. Zu deren Ermittlung sind hier zwei Möglichkeiten gegeben:
Eine erste Möglichkeit besteht darin, eine tatsächlich bekannte Winkelgeschwindigkeit, die in diesem Moment tn – 2 vorherrscht, dem System zu entnehmen.
Eine zweite Möglichkeit besteht darin, die in diesem Zeitpunkt tn – 2 vorherrschende Winkelgeschwindigkeit ωn – 2 auszurechnen. Dieses Ausrechnen der Winkelgeschwindigkeit ωn – 2 kann beispielsweise dadurch erfolgen, in dem ein bestimmtes Sensorsignal ausgewertet wird. Wie in 2 angedeutet, weist das System einen Drehzahlsensor 300 auf, der beispielsweise eine Drehbewegung des Zahnkranzes 25 bzw. die damit unmittelbar verbundene Drehbewegung eines Geberrades bzw. einer Geberkontur erkennt. Dieses Signal, welches von diesem Drehzahlsensor erzeugt wird, wird beispielsweise an das Steuergerät 255 übermittelt. Dieses zeitvariable Signal wird den entsprechenden Zeitpunkten zugeordnet, so dass sich über die Zeitpunktveränderung Δt und die Art des Signals, welches vom Drehzahlsensor 300 geliefert wird, die Berechnung der Winkelgeschwindigkeit ωn – 2 beim Betriebszustand BZn – 2 ermöglicht. Wie bei diesem Bewegungszustand BZn – 2 werden auch der zum Zeitpunkt tn – 2 noch zukünftige Bewegungszustand BZn und dessen Eigenschaften ermittelt. Dies geschieht nachdem die Antriebswelle 222, ausgehend von der Antriebswellenposition φn – 2 beim Bewegungszustand BZn – 2, einen Drehwinkel Δφ zusätzlich durchlaufen hat, um den Bewegungszustand BZn einzunehmen. Dieser Bewegungszustand zum Zeitpunkt tn mit der Winkelgeschwindigkeit ωn wird analog zu dem Bewegungszustand BZn – 2 und den diesen zugeordneten Eigenschaften errechnet bzw. ermittelt.
Ausgehend von den beiden vergangenen Bewegungszuständen BZn – 2 und BZn ist vorgesehen, dass ein zukünftiger Bewegungszustand BZn + 1 berechnet wird und daher die Eigenschaften tn + 1 und ωn + 1 rechnerisch ermittelt werden. Dieser zukünftige Bewegungszustand BZn + 1 weist zu einem weiteren vergangenen Bewegungszustand BZn – 1 einen Drehwinkelunterschied auf, der einem Drehwinkelabstand dem Betrage nach von Δφ entspricht, der so groß wie eine Zündperiode ϕZ ist. In 3 sind diese beiden Punkte bzw. Zustände BZn + 1 in einem oberen Totpunkt OT2 vorliegend und der diesbezüglich um eine Zündperiode ϕZ zurückliegende Bewegungszustand BZn – 1 ebenfalls in einem oberen Totpunkt, hier OT1. Der auszuwertende Bewegungszustand BZn + 1 könnte genauso gut auch beispielsweise um 60° nach dem oberen Totpunkt OT2 in den Punkt A2 verschoben sein. Dann wäre der entsprechende Punkt bzw. Bewegungszustand der Vergangenheit im Punkt A1 zu sehen, der ebenfalls 60° nach OT1 liegt. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die beiden vergangenen ersten und zweiten Bewegungszustände bspw. auch 60° nach einem OT liegen können, siehe auch die entsprechenden Punkte C1 und C2 in 3. Ausgehend von dieser Situation ist das weitere Vorgehen wie folgt:
Der erste vergangene Bewegungszustand BZn – 2 lässt sich beispielweise durch die Winkelgeschwindigkeit ωn – 2, den momentanen Antriebswellenwinkel φn – 2, die Zeit tn – 2, zu der der erste vergangene Bewegungszustand BZn – 2 vorliegt, beschreiben. Des Weiteren kann der energetische Zustand des Bewegungszustands BZn – 2 angegeben werde. Die Gesamtenergie En – 2 ist E_n-2 = 1 / 2Jω 2 / n-2 + E_komp,n-2 (Gl. 1), wobei der erste Summand die Rotationsenergie und der zweite Summand die durch die Gaskompression gespeicherte potentielle Energie angibt.
Der zweite vergangene Bewegungszustand BZn lässt sich beispielweise durch die Winkelgeschwindigkeit ωn, den momentanen Antriebswellenwinkel φn, die Zeit tn, zu der der zweite vergangene Bewegungszustand BZn vorliegt, beschreiben. Des Weiteren kann auch hier der energetische Zustand des Bewegungszustands BZn angegeben werden. Die Gesamtenergie En ist E_n = 1 / 2Jω 2 / n + E_komp,n (Gl. 2), wobei der erste Summand wieder die Rotationsenergie und der zweite Summand die durch die Gaskompression gespeicherte potentielle Energie angibt.
Für den zukünftigen Bewegungszustand BZn + 1 lässt sich erwartungsgemäß beispielweise die Winkelgeschwindigkeit ωn + 1, der momentane Antriebswellenwinkel φn + 1, die Zeit tn + 1, zu der der zukünftige Bewegungszustand BZn + 1 vorliegen soll, angeben. Des Weiteren kann auch hier der energetische Zustand des Bewegungszustands BZn + 1 angegeben werde. Die Gesamtenergie En + 1 ist E_n+1 = 1 / 2Jω 2 / n+1 + E_komp,n+1 (Gl. 3), wobei der erste Summand wieder die Rotationsenergie und der zweite Summand die durch die Gaskompression gespeicherte potentielle Energie angibt.
Für den Bewegungszustand BZn – 1, hier z. B. zwischen den Bewegungszuständen BZn – 2 und Bzn, lässt sich erwartungsgemäß beispielweise die Winkelgeschwindigkeit ωn – 1, der momentane Antriebswellenwinkel φn – 1 und die Zeit tn – 1 angeben. Des Weiteren kann auch hier der energetische Zustand des Bewegungszustands BZn – 1 angegeben werden. Die Gesamtenergie En – 1 ist E_n-1 = 1 / 2Jω 2 / n-1 + E_komp,n-1 (Gl. 4), wobei der erste Summand wieder die Rotationsenergie und der zweite Summand die durch die Gaskompression gespeicherte potentielle Energie beim Bewegungszustand BZn – 1 angibt.
Des Weiteren soll gelten, dass der beim Bewegungszustand BZn + 1 vorliegende Energiezustand durch folgende Gleichung beschreibbar ist: E_n+1 = E_n-1 – E_Reib(ω_n+1 – ω_n-1) (Gl. 5).
Der Energiezustand En + 1 entspricht damit dem Energiezustand En – 1 abzüglich der Verlustenergie EReib, um die sich der Energiezustand En – 1 vom Energiezustand En + 1 unterscheidet. Der Summand E_Reib(ω_n+1 – ω_n-1) (Gl. 6). beschreibt die Verlustenergie EReib, die zwischen den beiden Bewegungszuständen BZn + 1 und BZn – 1 abgegeben wurde.
Des Weiteren soll gelten, dass der beim Bewegungszustand BZn vorliegende Energiezustand durch folgende Gleichung beschreibbar ist: E_n = E_n-2 – E_Reib(ω_n – ω_n-2) (Gl. 7).
Der Energiezustand En entspricht damit dem Energiezustand En – 2 abzüglich der Verlustenergie EReib, um die sich der Energiezustand En vom Energiezustand En – 2 unterscheidet. Der Summand E_Reib(ω_n – ω_n-2) (Gl. 8) beschreibt die Verlustenergie EReib, die zwischen den beiden Bewegungszuständen BZn – 2 und BZn abgegeben wurde.
Des Weiteren wird als Bedingung formuliert, wonach die jeweiligen Verlustenergien gleich groß sind, d. h. E_Reib(ω_n – ω_n-2) = E_Reib(ω_n+1 – ω_n-1) = E_Reib(ω_n+2 – ω_n) = E_Reib (Gl. 9)
Als weitere Bedingung soll gelten, dass die Kompressionsenergien bei Positionen der Antriebswelle (222), die genau eine Zündperiode beabstandet sind, gleich groß sind. Dem entsprechend gilt: E_komp,n = E_komp,n-2 (Gl. 10) und E_komp,n+1 = E_komp,n-1 (Gl. 11).
Wird die Gleichung 3 nach ωn + 1 umgestellt und mit Hilfe der vorgenannten Gleichungen aufgelöst, so ergibt sich für ωn + 1
Das Berechnungsverfahren zur Ermittlung der Winkelgeschwindigkeit ist dabei unabhängig von der Lage der betrachteten Punkte.
Zur Berechnung des Zeitpunkts tn + 1 wird zunächst analog zu Gleichung 2 die Gleichung 13 formuliert: E_n+2 = 1 / 2Jω 2 / n+2 + E_komp,n+2 (Gl. 13), umgeformt nach ωn + 2 ergibt sich daraus Gleichung 14,
Stellt man für den Energiezustand En + 2 eine Gleichung Gl. 15 analog zu Gl. 5 auf, so folgt für Gl. 15 E_n+2 = E_n – E_Reib(ω_n+2 – ω_n) (Gl. 15).
Setzt man En + 2 aus Gl. 15 und En aus Gl. 2 ein, so ergibt sich unter der Annahme, dass die Kompressions- bzw. Verlustanteile Ekomp,n + 2 und Ekomp,n gleich groß sind, sowie Berücksichtigung der quadrierten Gleichung 12 der Zusammenhang nach Gl. 16,
Der Zeitpunkt tn + 2 errechnet sich über die Annahme, s. a. 4, die Steigung einer Ausgleichsgeraden g1 zwischen den beiden Punkten bei BZn – 2 und BZn sei gleich der Steigung einer Ausgleichsgeraden g2 zwischen den beiden Punkten bei BZn – 2 und BZn. Folglich werden die Ausgleichsgeraden g1 und g2 durch die Ausgleichsgerade g abgebildet, die durch die Punkte UT1, UT2 und UT3 verläuft. Eine Steigung m dieser Ausgleichsgeraden g lässt sich somit beschreiben durch die Gleichung 17,
tn + 2 ergibt sich somit aus der Umformung der Gleichung 17 zu
Auf Grund der Annahmen für die konstante Abnahme der Energie zwischen zwei benachbarten unteren Totpunkten bzw. zwischen einem ersten und einem zweiten vergangenen Bewegungszustand BZn – 2 und BZn ergibt sich aus der 4 der Zusammenhang nach Gleichung 19,
Nach dem Einsetzen der Gleichung 18 in die Gleichung 19 ergibt sich der Zusammenhang nach Gleichung 20,
Mit der Gleichung 16 ergibt sich somit für tn + 1 Gleichung 21
Aus den vorgenannten Schritten ergeben sich somit für den Bewegungszustand BZn + 1 sowohl die Winkelgeschwindigkeit ωn + 1 der Antriebswelle 222 (Gleichung 12) und auch der Zeitpunkt tn + 1, zu dem die Winkelgeschwindigkeit ωn + 1 vorliegt, Gleichung 21.
Dieses Vorgehen ist ohne Weiteres auch auf die vergangenen Bewegungszustände BZn – 2 und BZn in C1 und C2 sowie A1 anwendbar, um den Bewegungszustand in A2 zu ermitteln.
Aus dem Vorgenannten ist somit ein Verfahren zur Vorausbestimmung eines Bewegungszustandes BZn + 1 einer Antriebswelle 222 einer Brennkraftmaschine 210 auf Grundlage von vergangenen Bewegungszuständen BZn, BZn – 2 der Antriebswelle 222 offenbart, wobei hierzu einem ersten vergangenen Bewegungszustand BZn – 2 zugeordnete Eigenschaften tn – 2, ωn – 2 und einem zweiten vergangenen Bewegungszustand BZn zugeordnete Eigenschaften tn, ωn dienen und die Antriebswelle 222 periodisch wiederkehrende Winkelpositionen φn – 2, φn, φn + 2; φn – 1, φn + 1 einnimmt. Das Verfahren weist darüber hinaus die Schritte auf, wonach mittels des ersten ausgewerteten vergangenen Bewegungszustands BZn – 2 und des zweiten ausgewerteten vergangenen Bewegungszustands BZn ein zukünftiger Bewegungszustand BZn + 1 und die diesem zugeordneten Eigenschaften tn + 1, ωn + 1 der Antriebswelle 222 in einer Winkelposition φn + 1 ermittelt werden, wobei die Winkelposition φn + 1 des ermittelten zukünftigen Bewegungszustands BZn + 1 der Antriebswelle 222 ungleich einer Winkelposition φn – 2 und φn des ersten und des zweiten vergangenen Bewegungszustands BZn, BZn – 2 ist.
Es ist dabei vorgesehen, dass der erste vergangene Bewegungszustand Bzn – 2 und der zweite vergangene Bewegungszustand Bzn zwischen sich einen Drehwinkel Δφ der Antriebswelle 222 einschließen, der vom Betrag einer Zündperiode ϕZ entspricht.
Zur Berechnung des zukünftigen Bewegungszustands BZn + 1 der Antriebswelle 222 werden Eigenschaften tn – 1, ωn – 1 eines dritten vergangenen Bewegungszustands BZn – 1 verwendet.
Der dritte vergangene Bewegungszustand BZn – 1 und der zu ermittelnde zukünftige Bewegungszustand BZn + 1 der Antriebswelle 222 schließen zwischen sich einen Drehwinkel Δφ der Antriebswelle 222 ein, der einer Zündperiode ϕZ entspricht.
Nach der Berechnung eines ersten zukünftigen Bewegungszustands BZn + 1 wird ein weiterer zukünftiger Bewegungszustand BZn + x ermittelt, in dem Eigenschaften tn + x, ωn + x eines weiteren dritten vergangenen Bewegungszustands BZn – x verwendet werden.
Der weitere dritte vergangene Bewegungszustand BZn – x und der weitere zukünftige Bewegungszustand BZn + x schließen zwischen sich einen Drehwinkel Δφ der Antriebswelle 222 ein, der einer Zündperiode ϕZ entspricht.
Bei der Vorausbestimmung eines Bewegungszustandes BZn + 1 wird angenommen, dass eine Verlustenergie EReib über den Verlauf eines Drehwinkels Δφ der Antriebswelle grundsätzlich konstant ist. Weiterhin wird bei der Vorausbestimmung eines Bewegungszustandes BZn + 1 angenommen wird, dass eine in der Brennkraftmaschine 210 gespeicherte Kompressionsenergie Ekomp,n – 2, Ekomp,n – 1, Ekomp,n, Ekomp,n + 1 bei unterschiedlichen Winkelpositionen φn – 2, φn – 1, φn, φn + 1 der Antriebswelle 222 als gleich angenommen wird, wobei die unterschiedlichen Winkelpositionen φn – 2 und φn, φn und φn + 1 sowie φn – 1 und φn + 1 mit einem Drehwinkel Δφ beabstandet sind, der einem ganzzahligen Vielfachen V einer Zündperiode ϕZ entspricht, wobei das Vielfache mindestens 1 ist.
Bei der Vorausbestimmung eines Bewegungszustandes BZn + 1 wird angenommen, dass ein Trägheitsmoment J der Antriebswelle 222 und der mit ihr wirkverbundenen beweglichen Teile wie Pleuel 231, Kolben 237 und nicht dargestellte Teile wie beispielsweise Nockenwellen, ein Generator, ein oder mehrere Riementriebe, die mit der Antriebswelle 222 verbunden sind, über einen überstrichenen Winkel φ bzw. Winkelbereich bzw. Drehwinkel Δφ konstant ist.
Der erste vergangene Bewegungszustand BZn – 2 und der zweite vergangene Bewegungszustand BZn schließen zwischen sich einen Bewegungszustand BzOT ein, in dem sich ein mit der Antriebswelle 222 verbundener Kolben 237 in einer Position befindet, die einem oberen Totpunkt OT entspricht.
Gemäß dem Verfahren ist vorgesehen, dass der energetische Zustand eines Bewegungszustandes BZn – 2, BZn – 1, BZn, BZn + 1, BZn + 2, BZn + x, BZn – x, ... der Antriebswelle 222 und der mit ihr wirkverbundenen beweglichen Teile in einem jeden Moment eine Summe aus Bewegungsenergie und Kompressionsenergie ist.
Eine Energiedifferenz zwischen zwei unterschiedlichen Winkelpositionen, beispielsweise zwischen φn – 2 und φn oder φn – 1 und φn + 1, die mit einem Drehwinkel Δφ beabstandet sind, der einer Zündperiode ϕZ entspricht, entspricht einer Verlustenergie EReib entspricht.
Verschiedene Bewegungszustände, wie z. B. BZn – 2, BZn und BZn + 2 sowie BZn – 1 und BZn + 1 bilden jeweils eine Gruppe, wobei innerhalb einer Gruppe zwei direkt benachbarte Bewegungszustände wie BZn – 2 und BZn oder BZn und BZn + 2 oder BZn – 1 und BZn + 1 zwischen sich einen Drehwinkel Δφ einschließen, der einer Zündperiode ϕZ entspricht. Zwischen je zwei solchen unmittelbar benachbarten Bewegungszuständen wie BZn – 2 und BZn oder BZn und BZn + 2 oder BZn – 1 und BZn + 1 soll gelten, dass ein Quotient m aus einem Unterschied der Winkelgeschwindigkeit und einem Unterschied der Zeit konstant ist.
Im Rahmen dieses hier vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass eine zum Einspuren eines Andrehritzels 22 in einen Zahnkranz 25 geeignete Winkelgeschwindigkeit ωZ definiert ist, die sich ggf. in einem für das Einspuren eines Andrehritzels 22 zulässigen Winkelgeschwindigkeitsbereich ωZb befindet, und dass dann, wenn einer der mehreren vorausbestimmten Bewegungszustände BZn + x, hier in 3 beispielsweise mit B2 bezeichnet, die geeignete Winkelgeschwindigkeit, ob als spezielle Zielwinkelgeschwindigkeit ωZ oder einen speziellen Zielwinkelgeschwindigkeitsbereich ωZb mit einer maximal zulässigen Zielwinkelgeschwindigkeit ωZo und einer minimal zulässigen Zielwinkelgeschwindigkeit ωZu, erreicht, ein Zeitpunkt (tStart) errechnet wird, zu dem eine Startvorrichtung 10 mit ihrem Andrehritzel 22 vorzuspuren beginnt. Es wird hierzu von der errechneten Zielzeit tZiel, zu der ein Einspuren des Andrehritzels 22 in den Zahnkranz 25 erwartet wird, eine starterspezifische Einspurzeit ΔtStart abgezogen, um die somit errechnete Startzeit tStart zu ermitteln.
Der Übersicht wegen ist in 5 eine schematisierte Darstellung eines Kraftfahrzeugs 310 mit der Brennkraftmaschine 210, der Startvorrichtung 10, dem Vorspuraktuator 16, einem Steuergerät 255 mit einem Prozessor 313 und einem Programmspeicher 303 dargestellt. In dem Programmspeicher 303 sind systematisch zusammenhängende Programmbefehle 306 (Computerprogrammprodukt) gespeichert, die eine Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens nach einer der hier beschriebenen Ausgestaltungen ermöglichen. Das Steuergerät ist mit einer Verbindungseinrichtung 309 (z. B. Kabel) mit der Brennkraftmaschine 210 verbunden, die beispielsweise die Übertragung von Signalen des Drehzahlsensors 300 zum Steuergerät 255 ermöglicht. Eine Verbindungseinrichtung 312 dient zum Ansteuern des Vorspuraktuators 16, nach dem eine geeignete Startzeit tStart ermittelt ist.
Die Programmbefehle 306 (Computerprogrammprodukt) sind beispielsweise über eine Schnittstelle (z. B. Steckverbindung) in den Programmspeicher 303 ladbar.
Es ist somit ein Computerprogrammprodukt offenbart, das in zumindest einen Programmspeicher 303 mit Programmbefehlen 306 ladbar ist, um eine Ausführung aller Schritte des Verfahrens nach einer der hier beschriebenen Ausgestaltungen zu ermöglichen, wenn das Programm in zumindest einem Steuergerät 255 ausgeführt wird.
5 zeigt ein Steuergerät 255 für einen Start-Stopp-Betrieb einer Brennkraftmaschine 210 in einem Kraftfahrzeug 310 zum kurzfristigen Stoppen und Starten der Brennkraftmaschine 210, wobei die Brennkraftmaschine 210 mittels einer elektrischen Startvorrichtung 10 startbar ist, wobei das Steuergerät 255 einen Prozessor 313 mit einem Programmspeicher 303 aufweist. Der Prozessor 313 ist als Erfassungs-, Auswerte- und Steuereinrichtung ausgebildet ist, um die Startvorrichtung 10 definiert anzusteuern, wobei in den Programmspeicher 303 ein vorerwähntes Computerprogrammprodukt geladen ist, um ein Verfahren nach einem der zuvor beschriebenen Schritte auszuführen.
Die hier genannten Verfahren sind unter anderem anwendbar auf Drei-Zylinder-Reihenmotoren mit einem Zündabstand ϕZ = 240°, Vier-Zylinder-Reihenmotoren mit einem Zündabstand ϕZ = 180°, Boxer-Motoren mit zwei, vier, sechs, acht und mehr Zylindern (gerade Zylinderanzahl) und mit einem Zündabstand ϕZ = 180°, Fünf-Zylinder-Reihenmotoren mit einem Zündabstand ϕZ = 144°, Sechs-Zylinder-Reihenmotoren mit einem Zündabstand ϕZ = 120°, Sechs-, Acht- und Zwölfzylinder-V-Motoren mit einem Zündabstand von ϕZ = 120° (Sechs-Zylinder), einem Zündabstand von ϕZ = 90° (Acht-Zylinder) und einem Zündabstand von ϕZ = 60° (Zwölf-Zylinder).
Es ist vorgesehen, die vorbeschriebenen Verfahrensschritte in einem Kraftfahrzeug zu verwenden, das mit einer Start-Stopp-Betriebsweise ausgestattet ist. Die Start-Stopp-Betriebsweise erlaubt ein automatisiertes Einspuren des Andrehritzels 22 sobald das Steuergerät 255 ein Signal 316 von einer Auslöseeinrichtung 319 erhält, welches einen Wunsch des Fahrzeugführers repräsentiert mit dem Kraftfahrzeug weiterfahren zu wollen. Die Auslöseeinrichtung 319 kann ein sogenanntes Kupplungspedal oder ein Gaspedal oder ein Schaltungsbedienungsteil sein, welches bei Schaltgetrieben (Fahrgetriebe zwischen Kupplung und Antriebsrad oder -rädern) zum Wählen einer Getriebeüber- oder untersetzung dient.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006011644 A1 [0003]
DE 102006039112 A1 [0004]
DE 102005004326 [0005]
DE 102005021227 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Vorausbestimmung eines Bewegungszustandes (BZn + 1) einer Antriebswelle (222) einer Brennkraftmaschine (210) auf Grundlage von vergangenen Bewegungszuständen (BZn, BZn – 2) der Antriebswelle (222), wobei hierzu einem ersten vergangenen Bewegungszustand (BZn – 2) zugeordnete Eigenschaften (tn – 2, ωn – 2) und einem zweiten vergangenen Bewegungszustand (BZn) zugeordnete Eigenschaften (tn, ωn) dienen und die Antriebswelle (222) periodisch wiederkehrende Winkelpositionen (φn – 2, φn, φn + 2; φn – 1, φn + 1) erklären einnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des ersten ausgewerteten vergangenen Bewegungszustands (BZn – 2) und des zweiten ausgewerteten vergangenen Bewegungszustands (BZn) ein zukünftiger Bewegungszustand (BZn + 1) und die diesem zugeordnete Eigenschaften (tn + 1, φn + 1) der Antriebswelle (222) in einer Winkelposition (φn + 1) ermittelt werden, wobei die Winkelposition (φn + 1) des ermittelten zukünftigen Bewegungszustands (BZn + 1) der Antriebswelle (222) ungleich einer Winkelposition (φn – 2, φn) des ersten und des zweiten vergangenen Bewegungszustands (BZn, BZn – 2) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste vergangene Bewegungszustand (Bzn – 2) und der zweite vergangene Bewegungszustand (Bzn) zwischen sich einen Drehwinkel (Δφ) der Antriebswelle (222) einschließen, der vom Betrag einer Zündperiode (ϕZ) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung des zukünftigen Bewegungszustands (BZn + 1) der Antriebswelle (222) Eigenschaften (tn – 1, ωn – 1) eines dritten vergangenen Bewegungszustands (BZn – 1) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte vergangene Bewegungszustand (BZn – 1) und der zu ermittelnde zukünftige Bewegungszustand (BZn + 1) der Antriebswelle (222) zwischen sich einen Drehwinkel (Δφ) der Antriebswelle (222) einschließen, der einer Zündperiode (ϕZ) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Berechnung eines ersten zukünftigen Bewegungszustands (BZn + 1) ein weiterer zukünftiger Bewegungszustand (BZn + x) ermittelt wird, in dem Eigenschaften (tn + x, ωn + x) eines weiteren dritten vergangenen Bewegungszustands (BZn – x) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere dritte vergangene Bewegungszustand (BZn – x) und der weitere zukünftige Bewegungszustand (BZn + x) zwischen sich einen Drehwinkel (Δφ) der Antriebswelle (222) einschließen, der einer Zündperiode (ϕZ) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Vorausbestimmung eines Bewegungszustandes (BZn + 1) angenommen wird, dass eine Verlustenergie (EReib) über den Verlauf eines Drehwinkels (Δφ) der Antriebswelle konstant ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Vorausbestimmung eines Bewegungszustandes (BZn + 1) angenommen wird, dass eine in der Brennkraftmaschine (210) gespeicherte Kompressionsenergie (Ekomp, n – 2, Ekomp, n – 1, Ekomp, n, Ekomp, n + 1) bei unterschiedlichen Winkelpositionen (φn – 2, φn – 1, φn, φn + 1) der Antriebswelle (222) als gleich angenommen wird, wobei die unterschiedlichen Winkelpositionen (φn – 2, φn – 1, φn, φn + 1) mit einem Drehwinkel (Δφ) beabstandet sind, der einem ganzzahligen Vielfachen (V) einer Zündperiode (ϕZ) entspricht, wobei das Vielfache mindestens 1 ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Vorausbestimmung eines Bewegungszustandes (BZn + 1) angenommen wird, dass ein Trägheitsmoment (J) der Antriebswelle (222) und der mit ihr wirkverbundenen beweglichen Teile über einen überstrichenen Winkel (φ) konstant ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten vergangene Bewegungszustand (BZn – 2) und der zweite vergangene Bewegungszustand (BZn) zwischen sich einen Bewegungszustand BzOT einschließen, in dem sich ein mit der Antriebswelle (222) verbundener Kolben (237) in einer Position befindet, die einem oberen Totpunkt (OT) entspricht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der energetische Zustand eines Bewegungszustandes (BZn – 2, BZn – 1, BZn, BZn + 1, BZn + 2, BZn + x, BZn – x, ...) in einem jeden Moment eine Summe aus Bewegungsenergie und Kompressionsenergie ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Energiedifferenz zwischen zwei unterschiedlichen Winkelpositionen (φn – 2, φn – 1, φn, φn + 1), die mit einem Drehwinkel (Δφ) beabstandet sind, der einer Zündperiode (ϕZ) entspricht, einer Verlustenergie (EReib) entspricht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Bewegungszustände (BZn – 2, BZn, BZn + 2; BZn-, BZn + 1) jeweils eine Gruppe bilden, wobei innerhalb einer Gruppe zwei direkt benachbarte Bewegungszustände 0 zwischen sich einen Drehwinkel (Δφ) einschließen, der einer Zündperiode (ϕZ) entspricht und zwischen je zwei solchen unmittelbar benachbarten Bewegungszuständen gelten soll, dass ein Quotient aus einem Unterschied der Winkelgeschwindigkeit und einem Unterschied der Zeit konstant ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zum Einspuren eines Andrehritzels (22) in einen Zahnkranz (25) geeignete Winkelgeschwindigkeit (ωZ, ωZb) bestimmt ist, und dass dann, wenn ein vorausbestimmter Bewegungszustand (BZn + x) die geeignete Winkelgeschwindigkeit (ωZ, ωZb) aufweist ein Zeitpunkt (tStart) errechnet wird, zu dem eine Startvorrichtung (10) mit ihrem Andrehritzel (22) vorzuspuren beginnt.
Computerprogrammprodukt, das in zumindest einen Programmspeicher (303) mit Programmbefehlen (306) ladbar ist, um alle Schritte des Verfahrens nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche auszuführen, wenn das Programm in zumindest einem Steuergerät (255) ausgeführt wird.
Steuergerät für einen Start-Stopp-Betrieb einer Brennkraftmaschine (210) in einem Kraftfahrzeug (310 zum kurzfristigen Stoppen und Starten der Brennkraftmaschine (210), wobei die Brennkraftmaschine (210) mittels einer elektrischen Startvorrichtung (10) startbar ist, wobei das Steuergerät (255) einen Prozessor (313) mit einem Pro-grammspeicher (303) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (313) als Erfassungs-, Auswerte- und Steuereinrichtung ausgebildet ist, um die Startvorrichtung (10) definiert anzusteuern, wobei in den Programmspeicher (303) ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 16 geladen ist, um das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 auszuführen.