DE102010016143B4

DE102010016143B4 - Maschinensteuerung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102010016143B4
Application number: DE102010016143.8A
Authority: DE
Inventors: Takashi Senda; Yasuhiro Nakai; Ian Aitchison
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2023-11-16
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: GB0905236D0; JP5515935B2; GB2468906A; DE102010016143A1; GB2468906B; JP2010230008A

Abstract

Vorrichtung zur Verwendung beim Steuern eines Voreingriffes eines Kleinzahnrades bzw. Zahnrades (30) eines Anlassermotors (26) während des Stoppens einer internen Verbrennungsmaschine (12), wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist:ein Interface bzw. eine Schnittstelle (102), welche(s) betreibbar ist, um erfasste Informationen von der Maschine (12) zu empfangen; undeinen Controller bzw. eine Steuerung (100), welche(r) betreibbar ist, um eine Anzahl von Kompressionszyklen, die vor dem Stopp der Maschine (12) verbleiben, aus den erfassten Informationen zu bestimmen, und um den Voreingriff des Zahnrades (30) mit einem Teil (24) der Maschine (12) in Antwort auf die Anzahl der verbleibenden Zyklen einzuleiten.

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Maschinensteuerungsvorrichtung. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Maschinensteuerungsvorrichtung für ein Fahrzeug, das eine interne Verbrennungsmaschine hat. Die vorliegende Erfindung kann auf bzw. in alle(n) geeigneten Typen von Fahrzeugen angewandt werden.
HINTERGRUND
Im Allgemeinen werden interne Verbrennungsmaschinen von motorisierten Fahrzeugen durch einen Anlassermotor gestartet bzw. angelassen. In einer Bauform weist der Anlassermotor ein Kleinzahnrad bzw. Zahnrad auf, welches mit einem gezahnten Ring eines Schwungrades bzw. einer Schwungscheibe der internen Verbrennungsmaschine in Eingriff bringbar ist. Das Zahnrad ist mit dem gezahnten Ring mittels einer Aktuatoreinrichtung, wie beispielsweise einem Magneten bzw. Elektromagneten bzw. Solenoid wahlweise in Eingriff bringbar. Wenn der Magnet betrieben wird, wird das Zahnrad mit dem gezahnten Ring in Eingriff gebracht. Der Anlassermotor wird dann durch eine getrennte Steueranordnung betrieben, welche den Anlassermotor zum Drehen der internen Verbrennungsmaschine mit einer Batterie des motorisierten Fahrzeugs verbindet.
Eine relativ neue Entwicklung ist es, eine Stopp-Start-Einrichtung in eine Maschine eines motorisierten Fahrzeugs einzubauen. Diese Einrichtung ermöglicht es, dass die interne Verbrennungsmaschine (gewöhnlicherweise automatisch) abgeschaltet wird, wenn das motorisierte Fahrzeug für eine längere Zeitdauer während einer Fahrt steht. Dies kann beispielsweise auftreten, wenn das motorisierte Fahrzeug an einem Rotlicht ist oder in dichtem Verkehr eingeschlossen ist. Durch das Abschalten der Maschine, wenn das motorisierte Fahrzeug steht, ist die Stopp-Start-Einrichtung in der Lage, einen unnötigen Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen zu verringern.
Um es dem Fahrzeug zu ermöglichen, die Fahrt nach einem Zeitraum des Stehens wieder aufzunehmen bzw. fortzusetzen, startet die Stopp-Start-Einrichtung die Maschine automatisch wieder. Das Wiederstarten der Maschine kann in einer Vielfalt von Arten eingeleitet werden; beispielsweise als Antwort auf das Einlegen eines Gangs bzw. einer Getriebestufe durch den Benutzer oder durch ein Drücken der Kupplung. Bevor die Maschine jedoch gestartet werden kann, muss das Zahnrad des Anlassermotors mit dem gezahnten Ring der internen Verbrennungsmaschine wieder in Eingriff gebracht werden. Falls dies erfolgt, während der Anlassermotor in Betrieb ist, erfährt das Zahnrad Drehbelastungen bzw. Drehspannungen, wenn das drehende Zahnrad mit dem gezahnten Ring in Eingriff gelangt. Dieser Vorgang bedingt auch eine Zeitverzögerung, bevor das Zahnrad vollständig mit dem gezahnten Ring in Eingriff gelangt, was für den Fahrer des Fahrzeuges verwirrend und unangenehm ist.
Manche Stopp-Start-Systeme sind, um diese Angelegenheit anzusprechen, ausgebildet, um das Anlasserzahnrad zu Beginn eines Stoppzustandes in die Eingriffsstellung zu bringen. Dies ist als Zahnrad-Voreingriff bekannt. Wenn das Zahnrad in Voreingriff ist, kann der Anlassermotor unmittelbar betrieben werden, um die Maschine zu drehen, ohne dass gewartet werden muss, bis das Zahnrad mit dem gezahnten Ring in Eingriff ist. Demzufolge kann die Maschine in einer viel kürzeren Zeitspanne wieder gestartet bzw. wieder angelassen werden. Weiterhin werden die mechanischen Belastungen auf das Zahnrad und den gezahnten Ring verringert.
Für eine unauffällige bzw. dezente Verwendung eines Stopp-Start-Systemes ist es notwendig, dass es leise betrieben wird und die Maschine so schnell wie erwünscht wieder startet. Eine Maschine braucht jedoch eine begrenzte Zeitdauer, um zu stoppen, nachdem sie ausgeschaltet ist. Demnach kann es eine unakzeptable Verzögerung beim Wiederstarten der Maschine geben, wenn das Zahnrad nur in Eingriff gelangt, nachdem die Maschine gestoppt ist. Weiterhin kann die Maschine in einer Stellung stoppen, welche einen ruhigen Eingriff zwischen dem Zahnrad und dem gezahnten Ring nicht erleichtert. Dies kann zu einem erhöhten Geräusch bzw. Lärm führen, wenn das Zahnrad in Eingriff gelangt, oder schlimmer, zu einem fehlerhaften oder teilweisen Eingriff zwischen dem Zahnrad und dem gezahnten Ring.
DE 10 2005 049 092 A1 beschreibt ein Verfahren zum Einspuren eines Starterritzels eines Starters in einen Anlasserzahnkranz einer Brennkraftmaschine beim Auslaufen der Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine Mittel zur Bestimmung von Drehzahl und Drehrichtung einer Kurbelwelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Starterritzel in den Anlasserzahnkranz eingespurt wird, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine unterhalb einer maximalen Drehzahl und oberhalb einer minimalen Drehzahl liegt und wenn die Drehrichtung der Vorwärtsdrehrichtung der Kurbelwelle entspricht.
JP H11- 30 139 A betrifft die Reduzierung des Verschleißes eines Ritzels und eines Zahnkranzes, um die Haltbarkeit eines Anlassers zu verbessern, indem ein Strom an ein Steuermagnetventil für den Ritzeleingriff angelegt wird, um das Ritzel während des automatischen Stopps eines Motors in einem Gerät mit dem Zahnkranz in Eingriff zu bringen zum automatischen Stoppen des Motors. Dazu wird folgende Lösung vorgeschlagen: In einem automatischen Stoppzustand, bei dem ein Motor automatisch gestoppt ist, wenn eine bestimmte Bedingung eingetretten ist und wenn ein Rotationssensor erkennt, dass die Motordrehzahl Null ist, wird ein Strom an ein Steuermagnetventil für den Ritzeleingriff angelegt. Zu diesem Zeitpunkt wird die an einen Elektromagneten angelegte Spannung allmählich erhöht, um ein Ritzel langsam mit einem Zahnkranz in Eingriff zu bringen. Wenn danach eine Motorstartbedingung eintritt, wird dem Startermotor ein Strom zugeführt, um den Motor zu starten, und wenn ein Rotationssensor zum Erfassen der Drehzahl des Motors eine Drehzahl erfasst, kann dies als Abschluss des Startvorgangs beurteilt werden, worauf die Stromzufuhr zum Ritzeleingriffssteuermagnetventil und zum Anlassermotor gestoppt wird.
ZUSAMMENFAS SUNG
Die Erfinder haben einen Vorteil darin erkannt, wenn das Zahnrad genau vor oder an dem Punkt bzw. Zeitpunkt, wenn die Maschine zu einem Stillstand kommt, in Voreingriff gelangt. Während des Stoppens kann die Geschwindigkeit der Maschine jedoch mit jedem Kompressionszyklus erheblich variieren bzw. sich ändern. Die Maschine kann auch kurz vor dem Stoppen die Richtung umkehren. Wenn das Zahnrad an einem Punkt, wenn die Maschinengeschwindigkeit zu hoch ist oder ihre Richtung umdreht in Voreingriff gelangt, kann ein lautes Geräusch aufgrund eines unsachgemäßen mechanischen Eingriffes zwischen dem Zahnrad und dem Schwungrad bzw. der Schwungscheibe gehört werden. Dies ist sowohl aus mechanischer Sicht als auch für den Benutzer unerstrebenswert.
Es ist eine Aufgabe einiger Aspekte der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren für einen verbesserten Zahnrad-Voreingriff bereitzustellen. Es ist eine weitere Aufgabe einiger Aspekte der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren für einen verbesserten Zahnrad-Voreingriff in einer Stopp-Start-Maschinenanordnung für ein Fahrzeug bereitzustellen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Vorrichtung zur Verwendung bei der Steuerung des Voreingriffs eines Zahnrads eines Anlassermotors während des Stoppens einer internen Verbrennungsmaschine bereitgestellt werden, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: eine Schnittstelle bzw. ein Interface, welche(s) betreibbar ist, um erfasste Informationen von der Maschine zu empfangen; und eine Steuereinrichtung bzw. einen Controller, welche(r) betreibbar ist, um aus den erfassten Informationen die Anzahl von Kompressionszyklen zu bestimmen, welche verbleiben, bevor die Maschine stoppt, und um einen Voreingriff des Zahnrades mit einem Teil der Maschine in Antwort auf die Anzahl der verbleibenden Zyklen einzuleiten bzw. zu initiieren.
Durch die Bereitstellung einer solchen Anordnung kann das Zahnrad zu einem Punkt, welcher in Antwort auf die Anzahl von verbleibenden Kompressionszyklen ausgewählt wird, in Voreingriff gebracht werden. Dies ermöglicht es dem Zahnrad, zu einem geeigneten Punkt während des Stoppens der Maschine in Voreingriff gebracht zu werden, um ein übermäßiges Geräusch zu vermeiden, wenn das Zahnrad mit einem Teil der Maschine in Voreingriff gelangt. Der Zahnrad-Voreingriff Vorgang erzeugt ein Geräusch, welches von der Maschinengeschwindigkeit abhängig ist. Demnach ist der Zahnradeingriff umso leiser, je langsamer die Maschinengeschwindigkeit ist.
Durch die Bestimmung der Anzahl von verbleibenden Kompressionszyklen können Informationen betreffend Schwingungen bzw. Oszillationen in der Maschinengeschwindigkeit erhalten werden, wenn die Maschine zu einem Stillstand kommt. Diese Informationen können verwendet werden, um den Voreingriff des Zahnrades an einem Punkt einzuleiten, welcher es ermöglicht, dass das Geräuschniveau verringert wird.
In einer Anordnung ist der Controller betreibbar, um den Eingriff des Zahnrades nach einem ausgewählten des ersten bis n-ten Zyklus von n Zyklen, welche bestimmt wurden, zu verbleiben, bevor die Maschine stoppt, einzuleiten.
In einer Abwandlung ist der Controller betreibbar, um den Eingriff des Zahnrades nach einem ausgewählten von (n-2), (n-1) oder, vorzugsweise, n-Zyklen einzuleiten. Durch ein In-Voreingriff-Bringen des Zahnrades nach dem letzten Kompressionszyklus kann es dann sichergestellt werden, dass die Maschine keinen weiteren Zyklus vollenden wird, und so kann das Zahnrad leise und zuverlässig mit einem Teil der Maschine in Eingriff gebracht werden, weil die Drehgeschwindigkeit der Maschine begleitend verringert werden wird.
In einer weiteren Abwandlung ist der Controller betreibbar, um einen Eingriff des Zahnrades zu einer vorbestimmten Zeit bzw. einem vorbestimmten Zeitpunkt nach dem ausgewählten Zyklus einzuleiten. Wenn der letzte Kompressionszyklus einer stoppenden Maschine aufgetreten ist, kann noch genügend kinetische Energie zurückbleiben, um zu verursachen, dass die Maschine leicht beschleunigt. Demnach kann es durch die Einführung einer Zeitverzögerung (z.B. 100 ms) sichergestellt werden, dass der Voreingriff des Zahnrades auftritt, wenn die Maschine verlangsamt, wodurch ein Eingriffsgeräusch bzw. ein Eingriffslärm verringert wird.
In einer Alternative ist der Controller betreibbar, um die Änderungsrate der Maschinengeschwindigkeit zu oder nach dem ausgewählten Zyklus zu berechnen und einen Eingriff des Zahnrades in Antwort hierauf einzuleiten. Vorzugsweise ist der Controller betreibbar, um einen Voreingriff des Zahnrades zu einer Zeit nach dem ausgewählten Zyklus einzuleiten, wenn die Änderungsrate der Maschinengeschwindigkeit unter einen vorbestimmten Wert gefallen ist.
Durch eine Messung der Änderungsrate der Maschinengeschwindigkeit (oder der Drehgeschwindigkeit der Maschine) kann es sichergestellt werden, dass die Maschine ihre Geschwindigkeit verlangsamt, bevor das Zahnrad in Voreingriff gebracht wird.
In einer weiteren Alternative ist der Controller betreibbar, um den Eingriff des Zahnrades bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel einer Kurbelwelle einer Maschine einzuleiten. Dies ist eine relativ einfache Messgröße und so kann der Controller auf einen bestimmten Kurbelwinkel warten, welcher nach dem Zustand gelegen ist, nach welchem die Maschinengeschwindigkeit ansteigen kann, bevor das Zahnrad in Voreingriff gebracht wird.
In einer Abwandlung ist der Controller betreibbar, um eine weitere Zeitverzögerung zu addieren oder zu subtrahieren, um eine Verzögerung zwischen der Einleitung des Zahnradvoreingriffes und des tatsächlichen Zahnradvoreingriffes zu berücksichtigen. Dies ermöglicht es, dass mechanische und elektrische Verzögerungen in dem Aufbau in die Berechnungen mit einbezogen werden.
In einer Abwandlung ist der Controller betreibbar, um die Anzahl von verbleibenden Zylinderkompressionszyklen durch eine Bestimmung der Maschinengeschwindigkeit an einem bestimmten Punkt in einem anfänglichen Kompressionszyklus während die Maschine stoppt, zu bestimmen. Durch die Bestimmung der Maschinengeschwindigkeit (Maschinendrehgeschwindigkeit ω) an einem bestimmten Punkt (z.B. an einem oberen Totpunkt TDC (top dead center TDC) oder bei einem bestimmten Kurbelwinkel) in einem ausgewählten anfänglichen Kompressionszyklus kann die in der Maschine verbleibende Energie berechnet werden.
Nützlicherweise ist der Controller betreibbar, um die Verringerung der Maschinengeschwindigkeit zu dem bestimmten Punkt pro Kompressionszyklus, folgend auf den anfänglichen Kompressionszyklus, zu bestimmen und um die Anzahl von verbleibenden Kompressionszyklen daraus zu bestimmen. Durch die Bestimmung der Maschinengeschwindigkeit in jedem Zyklus folgend dem gewählten Kompressionszyklus kann die Verringerung der Maschinengeschwindigkeit pro Zyklus bestimmt werden. Diese Informationen können extrapoliert werden, um die Anzahl von verbleibenden Zyklen zu bestimmen, bevor die Maschine zur Ruhe kommt.
Alternativ ist der Controller betreibbar, um die Verringerung der Maschinengeschwindigkeit an dem bestimmten Punkt für wenigstens einen Kompressionszyklus folgend dem anfänglichen Kompressionszyklus zu bestimmen und um die Anzahl der verbleibenden Kompressionszyklen daraus zu bestimmen.
Der Controller ist imstande zu bestimmen, wieviel Energie in der Maschine von der Drehgeschwindigkeit an dem bestimmten Punkt in dem ausgewählten anfänglichen Kompressionszyklus verbleibt. Durch einen Vergleich dieses Wertes mit der Energie, welche in einem Kompressionszyklus verlorengeht, kann die Anzahl der verbleibenden Kompressionszyklen berechnet werden, d.h. der letzte Zyklus wird auftreten, wenn die Maschine nach dem Zyklus nicht genügend Energie hat, um einen weiteren Zyklus zu vollenden.
In einer weiteren Abwandlung ist der Controller betreibbar, um die in der Maschine an dem bestimmten Punkt in dem ausgewählten Kompressionszyklus verbleibende kinetische Energie zu bestimmen, und um den Wert mit einem bekannten Wert der kinetischen Energie, welche benötigt wird, um einen Zylinderkompressionszyklus der Maschine zu vollenden, zu vergleichen.
In einer Anordnung wird der bekannte Wert der kinetischen Energie, welche benötigt wird, um einen Zylinderkompressionszyklus zu vollenden, entweder aus einer vordefinierten bzw. vorbestimmten Nachschlagetabelle, oder aus einer Echtzeitberechnung basierend auf wenigstens einem Parameter bestimmt, welcher aus der Liste von Maschinengeschwindigkeit, Maschinentemperatur, Umgebungslufttemperatur, Kühlmitteltemperatur, Maschinenöltemperatur, Umgebungsluftdruck und Maschinenreibungsverlusten ausgewählt ist.
In einer Anordnung ist der bestimmte Punkt der obere Totpunkt. Der obere Totpunkt (TDC) ist ein angenehmer Messpunkt. Nach dem oberen Totpunkt TDC ist die Maschine an ihrem langsamsten Punkt in einem gegebenen Kompressionszyklus, was es ermöglicht, dass genaue Berechnungen durchgeführt werden.
In einer Anordnung kann die Steuervorrichtung einen Teil einer Maschinensteuereinheit bilden. Eine Maschinensteuereinheit (ECU, Engine Control Unit) ist eine Einheit, welche verschiedene Aspekte der Maschinensteuerung zusätzlich zu der Zahnradbewegungssteuerung steuert bzw. regelt. Durch das Vorsehen der Steuervorrichtung in solch einer Einheit kann die Einheit in existierenden motorisierten Fahrzeugen nachgerüstet werden, um einen effizienteren Zahnradeingriffsvorgang zu bieten.
In einer Anordnung ist die Steuervorrichtung für eine Verwendung mit einem Fahrzeug, welches eine Stopp-Start-Einrichtung hat, ausgestattet bzw. ausgelegt.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verwendung zur Steuerung des Voreingriffs eines Zahnrads eines Anlassermotors während des Stoppens einer internen Verbrennungsmaschine bereitgestellt, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: Eine Eingabevorrichtung zum Empfang erfasster Informationen von der Maschine; einen Controller bzw. eine Steuerung zur Bestimmung des Wertes der Maschinengeschwindigkeit aus den erfassten Informationen und zum Einleiten des Eingriffs des Zahnrads mit einem Teil der Maschine in Antwort darauf, dass eine Maschinengeschwindigkeit unterhalb eines bestimmten Wertes fällt.
Durch die Bereitstellung einer solche Anordnung kann das Zahnrad basierend darauf, dass die Maschinengeschwindigkeit unter einen bestimmten Wert abfällt, in Voreingriff gebracht werden. Ein Eingriff des Zahnrades bei einer zu hohen Maschinengeschwindigkeit könnte Schaden an dem Zahnrad und der Maschine verursachen.
Wünschenswerterweise ist der bestimmte Wert ungefähr 500 U/min (rpm) oder weniger, vorzugsweise ungefähr 200 U/min (rpm) oder weniger, und noch bevorzugter ungefähr 150 U/min (rpm) oder weniger. Diese Werte für die Maschinengeschwindigkeit ermöglichen es dem Zahnrad, sicher ohne signifikantes Risiko eines Schadens an Maschinenbauteilen in Eingriff gebracht zu werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine interne Verbrennungsmaschine bereitgestellt, welche Folgendes aufweist: Einen Anlassermotor, welcher ein Zahnrad aufweist, welches mit einem Teil der Maschine wahlweise in Eingriff bringbar ist; eine Eingriffseinrichtung zum wahlweisen In-Eingriff-Bringen des Zahnrades mit dem Teil der Maschine; und die Vorrichtung eines beliebigen vorhergehenden Anspruches, wobei die Vorrichtung betreibbar ist, um das wahlweise In-Eingriff-Bringen des Zahnrades mit dem Teil der Maschine einzuleiten.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum In-Voreingriff-Bringen eines Anlassermotorzahnrades während des Stoppens einer internen Verbrennungsmaschine bereitgestellt, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Bestimmen der Anzahl von Kompressionszyklen, welche verbleiben, bevor die Maschine stoppt; und In-Eingriff-Bringen des Zahnrades mit einem Teil der Maschine in Antwort auf die Anzahl der verbleibenden Zyklen.
Durch die Bereitstellung eines solchen Verfahrens kann das Zahnrad an einem Punkt, welcher in Antwort auf die Anzahl der verbleibenden Kompressionszyklen ausgewählt wurde, in Voreingriff gebracht werden. Dies ermöglicht es dem Zahnrad, an einem geeigneten Punkt während des Stoppens der Maschine in Voreingriff gebracht zu werden, um ein übermäßiges Geräusch zu vermeiden, wenn das Zahnrad mit dem Teil der Maschine in Voreingriff gebracht wird.
In einer Abwandlung weist das Verfahren weiterhin das In-Eingriff Bringen des Zahnrades nach einem ausgewählten des ersten bis n-ten von n Zyklen auf, welche bestimmt wurden, um zu verbleiben, bevor die Maschine stoppt.
In einer Abwandlung weist die Maschine das In-Eingriff Bringen des Zahnrades nach einem ausgewählten aus (n-2), (n-1) oder vorzugsweise n-Zyklen auf. Durch das In-Voreingriff-Bringen des Zahnrades nach dem letzten Kompressionszyklus kann dann sichergestellt werden, dass die Maschine ihre Drehgeschwindigkeit nicht erhöhen wird, und dass das Zahnrad leise und zuverlässig mit einem Teil der Maschine in Eingriff gebracht werden kann.
In einer weiteren Abwandlung weist das Verfahren ein In-Eingriff Bringen des Zahnrades zu einer vorbestimmten Zeit nach dem ausgewählten Zyklus auf. Wenn der letzte Kompressionszyklus einer stoppenden Maschine aufgetreten war, kann noch genügend kinetische Energie verbleiben, um zu verursachen, dass die Maschine ihre Geschwindigkeit leicht erhöht. Demnach kann es durch die Einführung einer Zeitverzögerung (z.B. 100 ms) sichergestellt werden, dass der Zahnradvoreingriff auftreten bzw. eintreten wird, wenn die Maschine ihre Geschwindigkeit verringert, was das Eingriffsgeräusch verringert.
In einer Alternative weist das Verfahren weiterhin ein Berechnen der Änderungsrate der Maschinengeschwindigkeit nach dem ausgewählten Zyklus und ein In-Eingriff-Bringen des Zahnrads in Antwort hierauf auf. Vorzugsweise weist das Verfahren das In-Eingriff Bringen des Zahnrades zu einer Zeit nach dem ausgewählten Zyklus auf, wenn die Änderungsrate der Maschinengeschwindigkeit unter einen vorbestimmten Wert gefallen ist.
Durch ein Messen der Änderungsrate der Maschinengeschwindigkeit (oder Drehgeschwindigkeit der Maschine) kann es sichergestellt werden, dass die Maschine ihre Geschwindigkeit verringert, bevor das Zahnrad in Voreingriff gebracht wird.
In einer weiteren Alternative weist das Verfahren das In-Eingriff Bringen des Zahnrades bei bzw. unter einem vorbestimmten Kurbelwinkel einer Kurbelwelle der Maschine nach dem ausgewählten Zyklus auf. Dies ist eine relativ einfache Messgröße und derart kann ein bestimmter Kurbelwinkel ausgewählt werden, welcher nach dem Zustand liegt, in welchem die Maschinengeschwindigkeit ansteigen kann, bevor das Zahnrad in Voreingriff gebracht wird.
In einer Anordnung weist das Verfahren eine Bestimmung der Anzahl von verbleibenden Kompressionszyklen durch eine Bestimmung der Maschinengeschwindigkeit zu einem bestimmten Punkt in einem ausgewählten Kompressionszyklus auf, während die Maschine stoppt. Durch die Bestimmung der Maschinengeschwindigkeit (Maschinendrehgeschwindigkeit ω) zu einem bestimmten Punkt (z.B. am oberen Totpunkt TDC oder unter einem bestimmten Kurbelwinkel) in einem ausgewählten Kompressionszyklus kann die in der Maschine verbleibende Energie berechnet werden.
In einer Abwandlung weist das Verfahren ferner die Berechnung der Verringerung der Maschinengeschwindigkeit zu dem bestimmten Punkt für einen Kompressionszyklus folgend auf den anfänglichen Kompressionszyklus und die Bestimmung der Anzahl von verbleibenden Kompressionszyklen daraus auf. Durch die Bestimmung der Maschinengeschwindigkeit zu jedem Zyklus folgend dem anfänglichen (oder ausgewählten) Kompressionszyklus, kann die Verringerung der Maschinengeschwindigkeit pro Zyklus bestimmt werden. Diese Information kann extrapoliert werden, um die Anzahl der verbleibenden Zyklen zu bestimmen, bevor die Maschine zur Ruhe kommt.
Alternativ weist das Verfahren die Bestimmung der Anzahl verbleibender Kompressionszyklen durch eine Bestimmung der in der Maschine zu dem bestimmten Punkt in dem anfänglichen Kompressionszyklus verbleibenden Energie und einen Vergleich dieses Werts mit der in einem Kompressionszyklus verlorenen Energie auf.
Das Verfahren ist im Stande, zu bestimmen, wieviel Energie in der Maschine von der Drehgeschwindigkeit zu dem bestimmten Punkt in dem anfänglichen Kompressionszyklus verbleibt. Durch einen Vergleich dieses Werts mit der Energie, welche in einem Kompressionszyklus verloren wird, kann die Anzahl von verbleibenden Zyklen berechnet werden, d.h. der letzte Zyklus wird auftreten, wenn die Maschine nach dem Zyklus nicht genügend Energie zum Vollenden eines weiteren Zyklus hat.
In einer weiteren Abwandlung weist das Verfahren eine Bestimmung der in der Maschine an dem bestimmten Punkt in dem anfänglichen Kompressionszyklus verbleibenden Energie und einen Vergleich dieses Wertes mit einem bekannten Wert der kinetischen Energie auf, welche benötigt wird, um einen Zylinderkompressionszyklus der Maschine zu vollenden.
In einer Abwandlung weist das Verfahren eine Bestimmung des bekannten Wertes der kinetischen Energie, welche zur Vollendung eines Zylinderkompressionszyklus benötigt wird, entweder aus einer vordefinierten Nachschlagetabelle oder aus einer Echtzeitberechnung, basierend auf wenigstens einem der Parameter aus der folgenden Liste auf: Maschinengeschwindigkeit, Maschinentemperatur, Umgebungslufttemperatur, Kühlmitteltemperatur, Maschinenöltemperatur, Umgebungsluftdruck, und Maschinenreibungsverluste.
In einer Anordnung ist der bestimmte Punkt der obere Totpunkt. Der obere Totpunkt ist ein angenehmer Messpunkt. Nach dem oberen Totpunkt ist die Maschine in ihrem langsamsten Punkt in einem gegebenen Kompressionszyklus, was es ermöglicht, dass eine genaue Berechnung durchgeführt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum In-Voreingriff-Bringen eines Anlassermotorzahnrades während des Stoppens einer internen Verbrennungsmaschine, welche wenigstens einen Zylinder hat, bereitgestellt, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Bestimmen der Maschinengeschwindigkeit; und In-Eingriff-Bringen des Zahnrades mit einem Teil der Maschine in Antwort darauf, dass die Maschinengeschwindigkeit unter einen bestimmten Wert fällt.
Durch die Bereitstellung eines solchen Verfahrens kann das Zahnrad basierend darauf, dass die Maschinengeschwindigkeit unter einen bestimmten Wert fällt, in Voreingriff gebracht werden. Ein In-Eingriff Bringen des Zahnrades bei einer zu hohen Maschinengeschwindigkeit könnte Schäden sowohl am Zahnrad als auch an der Maschine verursachen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt, welches durch einen programmierbaren Verarbeitungsapparat ausführbar ist, bereitgestellt, das eine oder mehrere Softwareteile bzw. -teilbereiche zur Durchführung wenigstens des oben beschriebenen Bestimmungsschrittes aufweist.
Es wird auch ein von einem Computer verwendbares Speichermedium bereitgestellt, welches ein Computerprogrammprodukt wie obenstehend diskutiert, auf sich gespeichert hat.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Ausführungsformen der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in welchen:

1 eine schematische Ansicht einer Stopp-Start-Maschinenanordnung in einer ersten Position ist;
2 eine schematische Ansicht einer Stopp-Start-Maschinenanordnung in einer zweiten Position ist;
3 ein schematisches Diagramm ist, welches Maschinencharakteristiken während eines Stoppvorgangs zeigt und eine erste Ausführungsform veranschaulicht;
4 ein Flussdiagramm ist, welches den Betriebsvorgang der ersten Ausführungsform veranschaulicht;
5 eine graphische Darstellung ist, welche Maschinencharakteristiken während eines Stoppvorgangs und eine entsprechende Zahnradsteuerung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
6 eine graphische Darstellung einer Maschinendrehgeschwindigkeit ω (auf der Y-Achse) über einem ansteigenden Kurbelwinkel θ (X-Achse) ist;
7 eine graphische Darstellung ist, welche Maschinencharakteristiken während eines Stoppvorgangs in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform zeigt;
8a eine schematische Darstellung des Mechanismus des Drehmomentverlustes in einem Beispiel-Zylinder ist;
8b eine graphische Darstellung des Drehmoments (auf der Y-Achse) über einem Kurbelwinkel (auf der X-Achse) in Beziehung zu der zweiten Ausführungsform zeigt;
9 eine graphische Darstellung des Quadrats der Maschinendrehgeschwindigkeit Ne² (auf der Y-Achse) über einem Kurbelwinkel θ (X-Achse) bei einem Maschinenstopp ist;
10 eine graphische Darstellung ist, welche Maschinencharakteristiken während eines Stoppvorganges zeigt und eine Grenzgeschwindigkeit veranschaulicht, welche in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform bestimmt ist;
11 eine graphische Darstellung des Quadrats der Maschinendrehgeschwindigkeit ω² (auf der Y-Achse) gegen den Kurbelwinkel θ (X-Achse) bei einem Maschinenstopp ist und die bestimmte Grenzgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform zeigt;
12 eine graphische Darstellung des Quadrats der Maschinendrehgeschwindigkeit Ne² (auf der Y-Achse) über dem Kurbelwinkel 180-θ_end für eine Vierzylinderdieselmaschine während des Stoppens zeigt;
13 eine veranschaulichende graphische Darstellung ist, welche einen Scheitelpunkt bzw. Höchstwert einer Maschinengeschwindigkeit nach dem oberen Totpunkt in einem Kompressionszyklus und die Lage bzw. den Ort des Auftretens davon zeigt;
14 eine graphische Darstellung ist, welche Maschinencharakteristiken während eines Stoppvorganges und eine entsprechende Zahnradsteuerung zeigt;
15 ein schematisches Flussdiagramm ist, welches den Betrieb eines bestimmten Beispiels der zweiten Ausführungsform veranschaulicht; und
16 ein Flussdiagramm ist, welches die allgemeinen Betriebsprinzipien der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.

Während die Erfindung empfänglich für verschiedene Modifikationen und alternative Ausbildungen ist, werden bestimmte Ausführungsformen anhand von Beispielen in den Zeichnungen gezeigt und hierin im Detail beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die Zeichnungen und die detaillierte Beschreibung davon nicht vorgesehen sind, um die Erfindung auf bestimmte Ausbildungen, welche offenbart sind, zu beschränken, sondern im Gegenteil, die Erfindung alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, welche in den Gedanken und den Bereich der vorliegenden Erfindung fallen wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert wird, umfassen soll.
GENAUE BESCHREIBUNG
Die 1 und 2 zeigen ein Beispiel einer Stopp-Start-Maschinenanordnung 10. Die Maschinenanordnung weist eine Maschine 12 auf. Die Maschine 12 ist eine interne Verbrennungsmaschine und hat wenigstens einen Zylinder 14. In dieser Ausführungsform hat die Maschine 12 vier Zylinder 14 in Reihe. Jeder Zylinder weist einen umkehrbar beweglichen Kolben 16 auf, welcher an einer Kurbelwelle 18 drehbar um eine Achse X-X angebracht ist. Eine Sensoranordnung 20 ist mit der Maschine 12 verbunden und angeordnet, um Sensorinformationen betreffend eine Vielzahl von Maschinenparametern, beispielsweise Maschinengeschwindigkeit, Maschinentemperatur und Kühlmitteltemperatur bereitzustellen. Die Maschinengeschwindigkeit wird typischerweise durch eine Messung der Drehung eines gezahnten Rades (nicht gezeigt), welches an der Kurbelwelle 18 befestigt ist, gemessen. Daten von dem gezahnten Rad werden der Sensoranordnung 20 zur Verfügung gestellt.
Die Maschine 12 weist weiterhin eine Welle 22 auf, welche um eine Achse Y-Y drehbar ist und welche ein gezahntes Antriebsorgang bzw. Großrad bzw. Antriebsritzel 24 aufweist. Die Welle 22 und das gezahnte Großrad 24 sind mit einem Schwungrad bzw. einer Schwungscheibe (nicht gezeigt) der Maschine 12 verbunden und können betrieben bzw. angetrieben werden, um die Maschine 12 zu drehen. Dies wird später beschrieben werden.
Die Maschinenanordnung 10 weist weiterhin einen Anlassermotor 26 auf. Der Anlassermotor 26 hat eine Ausgangswelle 28, welche um eine Achse Z-Z drehbar ist. Ein Zahnrad bzw. Kleinzahnrad 30 ist an der Ausgangswelle 28 angebracht und ist axial (wie durch den Pfeil A gezeigt) von der Stellung, welche in 1 gezeigt wird, wo das Zahnrad 30 von dem gezahnten Großrad 24 beabstandet ist, in die Stellung, welche in 2 gezeigt ist, wo das Zahnrad 30 in Eingriff mit dem gezahnten Großrad 24 der Maschine 12 ist, bewegbar.
Ein Elektromagnet bzw. Magnet bzw. Solenoid 32 ist benachbart zu dem Anlassermotor 26 platziert. Der Magnet 32 hat einen Aktuator 34, welcher in der Lage ist, sich axial zwischen einer ausgefahrenen Stellung (wie in 1 gezeigt) und einer eingefahrenen Stellung (wie in 2 gezeigt) zu bewegen. Ein Hebelarm 36 ist drehbar an dem Aktuator 34 gesichert. Der Hebelarm 36 ist drehbar um eine Drehachse 38 und ist angeordnet um mit einem Teil des Zahnrades 30 in Eingriff zu gelangen, um das Zahnrad 30 zu veranlassen, sich entlang der Achse Z-Z zwischen der ausgefahrenen und der eingefahrenen Stellung zu bewegen. Der Magnet 32 und der Hebelarm 36 fungieren als Eingriffseinrichtung, um das Zahnrad 30 in und außer Eingriff mit dem gezahnten Großrad 24 der Maschine 12 zu bringen.
Der Betrieb des Magneten 32 wird durch eine Steuereinheit 100 eingeleitet. In dem vorliegenden Beispiel nimmt die Steuereinheit 100 die Form einer Maschinensteuereinheit (ECU, Engine Control Unit) an, welche eine schwingungs- und schlagresistente Einheit ist, welche in einem Motorraum (nicht gezeigt) eines Fahrzeuges montierbar ist. Die Steuereinheit 100 empfängt Eingaben von der Sensoranordnung 20 durch ein Interface bzw. eine Schnittstelle 102. Die Steuereinheit 100 ist mit dem Anlassermotor 26 und dem Magneten 32 verbunden und kann einen Betrieb des Anlassermotors 26 und des Magneten 32 getrennt einleiten. Die Steuereinheit 100 ist betreibbar, um eine Bewegung des Magneten 32 (und daraus folgend einen Eingriff des Zahnrades 30 mit dem gezahnten Großrad 24) in Antwort auf die Sensorinformationen,welche von der Sensoranordnung 20 empfangen werden, einzuleiten.
In Verwendung wird ein Parameter gemessen, um zu erfassen, wann das motorisierte Fahrzeug (nicht gezeigt), in welchem die Stopp-Start-Maschinenanordnung 10 platziert ist, ortsfest bzw. stillstehend ist. Dies kann z.B. die Geschwindigkeit des motorisierten Fahrzeuges sein. Wenn erfasst wird, dass das motorisierte Fahrzeug ortsfest bzw. stillstehend ist, wird die Maschine 12 abgeschaltet.
Die Maschine 12 wird einen Zeitraum brauchen, um die Geschwindigkeit zu verringern und zu stoppen. Basierend auf den von der Sensoranordnung empfangenen Sensorinformationen 20 leitet die Steuereinheit 100 einen Voreingriff des Zahnrades 30 mit dem gezahnten Großrad 24 der Maschine 12 ein. Dies erfolgt mittels eines Steuersignals S. In dem vorliegenden Beispiel ist das Steuersignal S ein digitales Signal (d.h. es hat einen Wert von entweder 1 (AN) oder 0 (AUS)) und ist ausgelegt, um den Betrieb des Magneten 32 durch eine geeignete Schalteinrichtung (nicht gezeigt) wie z.B. Leistungs-MOSFETs oder isolierte Gate Bipolartransistoren (IGBTs) (insulated gate bipolar transistors) zu veranlassen.
Das Steuersignal S wird verwendet, um eine Bewegung des Aktuators 34 des Magneten 32 von der ausgefahrenen Stellung, welche in 1 gezeigt ist, in die eingefahrene Stellung, welche in 2 gezeigt ist, einzuleiten. Die Bewegung des Aktuators 34 verursacht, dass der Hebelarm 36 sich um die Drehachse 38 dreht und dass das Zahnrad 30 axial entlang der Achse Z-Z gedrückt wird, so dass das Zahnrad 30 mit dem gezahnten Großrad 24 in Eingriff gelangt. Diese Aktion wird ausgeführt wenn oder bevor die Maschine 12 zu einem Stillstand gelangt.
Wenn das Zahnrad 30 mit dem gezahnten Großrad 24 in Eingriff ist, kann die Maschine 12 durch einen unverzüglichen Betrieb des Anlassermotors 26 wieder gestartet werden. Diese Aktion treibt das Zahnrad 30 an, welches aufgrund des Eingriffes mit dem gezahnten Großrad 24 die Welle 22 um die Achse Y-Y antreibt und verursacht, dass die Maschine 12 durch ein Drehen des Schwungrades bzw. der Schwungscheibe gedreht wird, so dass die Maschine 12 wieder gestartet werden kann.
Die Steuereinheit 100 bestimmt den Punkt, an welchem das Zahnrad 30 mit dem gezahnten Großrad 24 in Eingriff gebracht werden soll bzw. muss. Dieser Punkt wird basierend auf Sensorinformationen, welche von der Sensoranordnung 20 durch die Schnittstelle 102 empfangen werden, bestimmt. Das Zahnrad 30 sollte an einem Punkt in Eingriff gebracht werden, wenn die Maschine in einem Stillstand ist oder wenn die Maschinengeschwindigkeit gering ist. 3 ist ein Diagramm, das den Betrieb einer ersten Ausführungsform der Steuereinheit 100 mit einer Vierzylinderdieselmaschine, wie der Maschine 12, welche in den 1 und 2 gezeigt ist, zeigt.
In 3 sind vier Linien gezeigt. Linie A zeigt die Kurbelstellung vor dem oberen Totpunkt (CA BTDC) (auf der Y-Achse) als eine Funktion der Zeit (auf der X-Achse). Die Skaleneinteilungen der Zeitachse repräsentieren jeweils 100 ms. Die Linie B zeigt die Maschinengeschwindigkeit Ne (in U/min, rpm) (auf der Y-Achse) gegen die Zeit (auf der X-Achse). Die Linie C verdeutlicht den Wert des Steuersignals S der Steuereinheit 100, wie obenstehend beschrieben. Die Linie D verdeutlicht einen Zahnradstrom, welcher durch den Magneten 32 fließt.
Wie in 3 gezeigt, oszilliert, wenn die Maschine stoppt, die Maschinengeschwindigkeit Ne (Linie B), wenn ein Kolben jedes Zylinders den oberen Totpunkt (TDC) durchläuft, d.h. einen Kompressionszyklus vollendet. Punkt 1 in 3 zeigt die Maschine 12, wenn ein Kolben am oberen Totpunkt TDC ist.
Um Geräusch und mechanische Abnutzung zu verringern, ist es hilfreich, das Zahnrad 30 in Voreingriff zu bringen, wenn die Maschine 12 sich mit niedriger Geschwindigkeit dreht. Folglich ist die Steuereinheit 100 der ersten Ausführungsform betreibbar, um den Beginn des Zahnradvoreingriffes bei einer Erfassung, dass die Drehgeschwindigkeit der Maschine unter einen vorbestimmten Wert abfällt zu veranlassen. In dieser Ausführungsform ist der vorbestimmte Wert 150 U/min (rpm). Die Drehgeschwindigkeit der Maschine 12 wird durch die Sensoranordnung 20 erfasst. Die Schnittstelle 102 empfängt bzw. erhält die Sensorinformationen und der Controller 100 bestimmt, wann die Maschinengeschwindigkeit Ne unter 150 U/min (rpm) abgefallen ist. An diesem Punkt kann das Zahnrad 30 mit einem verringerten Geräusch und einer verringerten mechanischen Abnutzung in Eingriff gebracht werden.
Folglich schaltet die Steuereinheit 100 das Steuersignal S (Linie C) an (d.h. von einem Wert von 0 auf 1). In Antwort auf das Steuersignal S fließt ein Zahnradstrom (Linie E) durch den Magneten 32. Wie aus einem Vergleich der Linien D und E gesehen werden kann, gibt es eine kurze Zeitverzögerung zwischen dem Einschalten bzw. Anschalten des Steuersignals S und dem Anstieg des Zahnradstromes E. Wenn der Zahnradstrom E ansteigt, wird der Magnet 32 mit Energie versorgt und der Aktuator wird in die Stellung, die in 2 gezeigt ist, bewegt. Dies bringt das Zahnrad 30 in Eingriff mit dem gezahnten Großrad 24.
Ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Steuereinheit 100 der ersten Ausführungsform veranschaulicht, ist in 4 gezeigt. Bei Schritt 101 wird der Vorgang gestartet. Typischerweise würde dieses Verfahren in Antwort auf ein Beginnen des Ausschaltens der Maschine gestartet werden; z.B. wenn die Kraftstoffversorgung der Maschine abgeschaltet wird. In Schritt 102 bestimmt die Steuereinheit 100 die Maschinengeschwindigkeit Ne von den Sensorinformationen, die von der Sensoranordnung 20 durch die Schnittstelle 102 empfangen werden. Bei Schritt 103 bestimmt die Steuereinheit 100, ob die Maschinengeschwindigkeit Ne unterhalb eines Grenzwertes X ist. In dieser Ausführungsform ist der Grenzwert X 150 U/min (rpm). Es können jedoch auch andere geeignete Werte verwendet werden; z.B. 500 U/min (rpm) oder 200 U/min (rpm).
Wenn bestimmt wird, dass die Maschinengeschwindigkeit Ne unter den Grenzwert X abgefallen ist, leitet die Steuereinheit 100 in Schritt 104 den Eingriff des Zahnrades 30 durch Anschalten des Steuersignals S (d.h. auf einen Wert 1) ein. Falls bestimmt wird, dass die Maschinengeschwindigkeit Ne nicht unterhalb dem Grenzwert X ist, dann bewegt sich der Vorgang zurück zu Schritt 103.
Der Betrieb der Steuereinheit 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf die 5 bis 16 beschrieben werden. 5 zeigt eine graphische Darstellung, die zwei Maschinencharakteristiken während des Stoppvorgangs veranschaulicht. Die Linie A zeigt den Kurbelwinkel der Kurbelwelle 18 (auf der Y-Achse) vor dem oberen Totpunkt gegen die Zeit (auf der X-Achse). Die Linie B zeigt die Maschinengeschwindigkeit Ne (in U/min (rpm)) auf der Y-Achse gegen die Zeit (auf der X-Achse). Wie gezeigt, entspricht jeder Abschnitt bzw. jede Teileinheit auf der X-Achse 100 ms.
Wie durch Linie B gezeigt, kann gesehen werden, dass die Maschinenwinkelgeschwindigkeit ω oszilliert, wenn ein Kolben jedes Zylinders den oberen Totpunkt TDC durchläuft, d.h. wenn er einen Kompressionszyklus vollendet. An Punkt 1 klingt der Höchstwert der Maschinenwinkelgeschwindigkeit mit jeder Vollendung eines Zylinderkompressionszyklus ab, da Energie durch Pumpverluste, Reibung und andere Verlustmechanismen verloren wird.
Wenn ein (jeder) Kolben den oberen Totpunkt TDC durchläuft, steigt die Maschinenwinkelgeschwindigkeit ω kurz an, bevor sie abfällt, wenn der nächsten Kolben den oberen Totpunkt TDC erreicht. Dieser Vorgang dauert an, bis die Maschine nicht mehr ausreichend kinetische Energie hat, um den oberen Totpunkt TDC zu durchlaufen. Dieser Punkt, gezeigt durch Punkt 2 in 2, ist als der „letzte obere Totpunkt TDC vor dem Maschinenstopp“ benannt. An diesem Punkt ist der Kurbelwinkel 180 - θ_end, wobei θ_end den Kurbelwinkel bezeichnet, wenn die Maschine 12 zur Ruhe kommt (Punkt 3). Nach diesem Punkt hat die Maschine nicht ausreichend kinetische Energie, um einen Kompressionszyklus zu vollenden. Folglich kehrt die Maschine die Richtung (bei Punkt 4) um, bevor sie wieder zur Ruhe kommt (Punkt 5). Ein geeigneter Punkt, an dem das Zahnrad 30 in Eingriff gebracht werden soll, ist bei Punkt 3 (oder bei einer Annäherung an diesen). An diesem Punkt hat die Maschine 12 gestoppt und muss sich noch in die umgekehrte Richtung bewegen.
Der Betrieb der Steuereinheit 100 wird nun beschrieben werden. Um die optimale Stellung zu erfassen, ist die Steuereinheit 100 ausgebildet, um die Anzahl der Zylinderkompressionszyklen, welche verbleiben, bevor die Maschine zu einem Stillstand bzw. zur Ruhe kommt, zu berechnen. Durch die Berechnung dieser Anzahl kann der geeignetste Punkt, an welchem das Zahnrad 30 in Eingriff gebracht werden soll, abgeschätzt oder berechnet werden. Die Berechnungen, welche durch die Steuereinheit 100 durchgeführt werden, werden nun beschrieben werden.
Die Steuereinheit 100 wird auf dem Prinzip betrieben, dass die gesamte Kurbelwellendrehung, welche bis zum Maschinenstopp verbleibt, durch eine Berechnung der Verluste in der Maschine 12 berechnet werden kann, wenn die Maschine ihre Geschwindigkeit verringert. Durch ein Wissen des anwachsenden Kurbelwinkels bis zu einem Maschinenstopp kann dann die Anzahl an Kompressionszyklen berechnet werden, die verbleiben, bevor die Maschine zur Ruhe kommt.
Die Maschine 12 wird zu einem Stopp kommen, wenn die verlorene Rotationsenergie, wenn die Winkelgeschwindigkeit ω gegen Null geht, gleich der absorbierten Energie ist, welche durch ein Verlustdrehmoment absorbiert wird, wenn die Drehenergie in eine Positionsenergie verwandelt wird, (d.h. in einen Kurbelwinkel θ nach dem oberen Totpunkt TDC). 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Maschinengeschwindigkeit ω (auf der Y-Achse) als eine Funktion eines anwachsenden Kurbelwinkels θ (d.h. der gesamte Winkel, über welchen sich die Kurbelwelle 18 vom Beginn der Messung bewegt hat). Die Winkelgeschwindigkeit ω wird an einem bestimmten Punkt in einem Kompressionszyklus gemessen. In dieser Ausführungsform wird sie von dem oberen Totpunkt TDC eines Zyklus bis zu dem oberen Totpunkt TDC des nächsten Zyklus gemessen.
Mit jedem Kompressionszyklus bewegt sich die Kurbelwelle über einen Winkel Δθ und verliert einen Betrag an Drehgeschwindigkeit gleich Δω. Wenn die Maschinengeschwindigkeit ω Null erreicht, stoppt die Maschine bei einem Kurbelwinkel θ_end. 7 veranschaulicht den Stoppkurbelwinkel θ_end anhand einer graphischen Darstellung, welche eine Kurbelstellung BTDC (Linie A) und eine Maschinengeschwindigkeit Ne (Linie B) in einer ähnlichen Weise zu den Linien A und B, welche in 5 gezeigt sind, zeigt.
Der Geschwindigkeitsverlust Δω pro Kompressionszyklus ist bedingt durch Drehmomentverluste in der Maschine. Diese Verluste sind bedingt durch eine Vielzahl von Faktoren. 8a zeigt ein schematisches Diagramm eines Zylinders, welches die Hauptverlustfaktoren veranschaulicht. Wie gezeigt, sind die Hauptverlustfaktoren Pumpverluste (d.h. die Energie, welche benötigt wird, um das Fluid in dem Zylinder während eines Kompressionszyklus zu verdichten) und Reibungsverluste. Thermische Verluste können auch wichtig sein. 8b zeigt eine graphische Darstellung des Drehmoments (auf der Y-Achse) gegen den Kurbelwinkel (X-Achse). Ein negativer Wert des Drehmoments ist das Drehmoment, das während eines Kompressionszyklus verloren wird.
Wie vorstehend beschrieben, wird die Maschine 12 zu eine Stopp kommen, wenn die verlorene Drehenergie, wenn die Winkelgeschwindigkeit ω gegen Null geht gleich der absorbierten Energie ist, welche durch das Verlustdrehmoment T_LOSS absorbiert wird, wenn die Drehenergie in Positionsenergie (d.h. in einen Kurbelwinkel θ nach dem oberen Totpunkt TDC) umgewandelt wird. Dies kann algebraisch ausgedrückt werden als: $\frac{J}{2} (ω_{i}^{2} - ω_{i + 1}^{2}) = - \int_{θ_{i}}^{θ_{i + 1}} T_{L O S S} (θ) d θ$
wobei ω die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 18 ist, ω_i die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 18 am oberen Totpunkt TDC für einen Kopmressionszyklus i ist, ω_i+1 die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 18 am oberen Totpunkt TDC für den Kompressionszyklus i+1 (d.h. unmittelbar folgend auf den Zyklus i) ist, T_LOSS das Verlustdrehmoment während der Bewegung der Kurbelwelle 18 über einen Winkel Δθ ist und J die Massenträgheit bzw. das Trägheitsmoment der Maschine 12 ist.
Aus der obigen Beziehung kann der letzte obere Totpunkt TDC vor dem Stopp (d.h. der oberen Totpunkt TDC in dem letzten Kompressionszyklus bevor die Maschine zur Ruhe kommt) berechnet werden. Der letzte obere Totpunkt TDC vor dem Stoppen kann aus einem Grenzwert für das Quadrat der Maschinenrotationsgeschwindigkeit bzw. Maschinendrehgeschwindigkeit ω² an einem bestimmten oberen Totpunkt TDC unterhalb welches die Maschine ungenügend Energie zur Vollendung eines weiteren Kompressionszyklusses hat, bestimmt werden. Demnach kann der letzte obere Totpunkt TDC bestimmt werden, wenn die Rotationsgeschwindigkeit ω an einem bestimmten oberen Totpunkt TDC folgendes Kriterium erfüllt: $ω^{2} T D C < - \frac{2}{J} \int_{o}^{θ} T_{L O S S} (θ) d θ$
wobei ω_TDC die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 18 am oberen Totpunkt TDC ist. Demnach hat, wenn die Geschwindigkeit der Maschine 12 am oberen Totpunkt TDC (ω_TDC) unter einen Grenzwert T abfällt, so dass der obige Ausdruck erfüllt ist, die Maschine 12 ungenügend kinetische Energie übrig, um einen weiteren vollständigen Kompressionszyklus auszuführen. Demzufolge kann angenommen werden, dass wenn die obere Beziehung erfüllt ist, die Maschine den letzten oberen Totpunkt TDC durchlaufen hat, bevor sie zur Ruhe gelangt. Der Grenzwert T kann von einer bestimmten Maschine oder Zylinderanordnung abhängen. Die Berechnungen können in Echtzeit ausgeführt werden oder können in einer vorgeladenen Nachschlagetabelle gespeichert sein.
Die obenstehende Beziehung wird durch 9 veranschaulicht, welche eine graphische Darstellung des Quadrates der Maschinendrehgeschwindigkeit ω² (auf der Y-Achse) gegen den Kurbelwinkel (CA) θ zeigt, welcher bis zu einem Maschinenstopp verbleibt, wobei Δθ ein Kurbelwinkel von 0 bis 180° CA ist. Diese graphische Darstellung zeigt die Energie, welche durch das Verlustdrehmoment während Δθ absorbiert wird.
Der Grenzwert T² des Quadrates der Maschinengeschwindigkeit Ne² zum Erfassen des letzten oberen Totpunktes TDC bevor die Maschine stoppt, ist auch gezeigt. Wenn die Maschinengeschwindigkeit am oberen Totpunkt TDC unter diesem Grenzwert ist, bestimmt die Steuereinheit 100, dass der letzte obere Totpunkt TDC vor dem Maschinenstopp erfasst worden ist.
Während hier der letzte Kompressionszyklus vor dem Maschinenstopp bestimmt worden ist, sind andere Anordnungen möglich. Zum Beispiel kann unter dem Wissen des Verlustdrehmomentes pro Zyklus die Anzahl verbleibender Kompressionszyklen bestimmt werden, und der Grenzwert T kann gesetzt werden, um den vorletzten Kompressionszyklus, den vorvorletzten Kompressionszyklus usw. zu bestimmen.
Unter Verwendung der obenstehenden Informationen kann der Kurbelwinkel, bei welchem die Maschine zur Ruhe kommt (bevor die umgekehrte Drehung der Maschine auftritt) berechnet werden. Die Maschine wird zum Stillstand bzw. zur Ruhe kommen, wenn die verlorene Drehenergie, wenn die Winkelgeschwindigkeit ω gegen Null geht, gleich der absorbierten Energie ist, welche durch das Verlustdrehmoment absorbiert wird, wenn die Drehenergie in Positionsenergie umgewandelt wird (d.h. in einen Kurbelwinkel θ nach dem oberen Totpunkt TDC). Demzufolge kann der Stoppkurbelwinkel berechnet werden aus: $ω^{2} T D C = - \frac{2}{J} \int_{o}^{θ} T_{L O S S} (θ) d θ$
wobei die Parameter dieselben sind, wie vorstehend beschrieben. Da für einen vollständigen Kompressionszyklus gilt, dass θ=360°, kann die Anzahl von Kompressionszyklen bis zu dem letzten oberen Totpunkt TDC (d.h. die Anzahl von verbleibenden Kompressionszyklen) berechnet werden.
Dies wird durch die 10 und 11 veranschaulicht. 10 zeigt den Kurbelwinkel (Linie A) und die Maschinengeschwindigkeit Ne (Linie B). Die Maschinengeschwindigkeit Ne am oberen Totpunkt TDC in einem Kompressionszyklus ist gezeigt. In diesem Fall ist die Maschinengeschwindigkeit Ne am oberen Totpunkt TDC 200 U/min (rpm). Dies ist als Punkt 1 bezeichnet bzw. markiert.
Unter Bezugnahme nunmehr auf 11, zeigt diese Figur eine graphische Darstellung (ähnlich zu 9) des Quadrates der Maschinendrehgeschwindigkeit ω² (auf der Y-Achse) gegen den Kurbelwinkel θ beim Maschinenstopp. Der Wert von ω² bei Punkt 1 in 10 ist gezeigt. Aus einem Vergleich der 9 und 11 kann gesehen werden, dass der Wert von ω² an Punkt 1 (10) unterhalb des Grenzwertes für die Vollendung eines weiteren Kompressionszyklus ist. Demnach ist der obere Totpunkt TDC am Punkt 1 der letzte Kompressionszyklus vor dem Maschinenstopp (dies kann in 10 gesehen werden). Aus dem Wert von ω² bei Punkt 1 kann der Kurbelwinkel bis zum Maschinenstopp bestimmt werden. Der Kurbelwinkel entsprechend zu ω² an Punkt 1 ist θ. Daraus kann der endgültige bzw. letzte Kurbelwinkel θ_end (d.h. der Kurbelwinkel, bei welchem die Maschine bezüglich dem oberen Totpunkt TDC zur Ruhe kommt) berechnet werden durch: $θ_{e n d} = 180 - θ .$
Folglich ist, wie obenstehend diskutiert, die vorliegende Erfindung in der Lage, den Kurbelwinkel bis zum Maschinenstopp aus Informationen betreffend die Maschinengeschwindigkeit an einem bestimmten Punkt in einem Kompressionszyklus (in diesem Falle am oberen Totpunkt TDC), während die Maschine 12 stoppt, und aus einem Wissen der Verluste, welche in der Maschine 12 auftreten, zu berechnen.
Um dies weiterhin zu veranschaulichen, zeigt 12 eine graphische Darstellung des Quadrates der Maschinendrehgeschwindigkeit ω² (auf der Y-Achse) gegen den Kurbelwinkel 180 - θ_end für eine Vierzylinderdieselmaschine während des Stoppens. Der Grenzwert des Quadrates der Maschinengeschwindigkeit (Ne²) kann deutlich gesehen werden. Als Ergebnis kann die Anzahl von Kompressionszyklen bis zu einem Maschinenstopp aus dem Quadrat der Maschinendrehgeschwindigkeit ω berechnet werden.
Basierend auf der obigen Information kann die Steuereinheit 100 den Betrieb des Magneten 32 steuern und kann demnach den Voreingriff des Zahnrades 30 steuern. Es ist erstrebenswert, das Zahnrad in Voreingriff zu bringen, wenn die Maschinendrehgeschwindigkeit ω entweder konstant oder abnehmend ist (z.B. zwischen dem Höchstwert nach Punkt 2 und Punkt 3 in 5). Der Betrieb der Steuereinheit 100 zum Einleiten des Voreingriffes des Zahnrads 30 wird nun diskutiert werden.
Der obere Totpunkt TDC des letzten Kompressionszyklus kann wie obenstehend umrissen bzw. dargestellt, bestimmt werden. Wie jedoch in 13 gezeigt, kann gesehen werden, dass die Maschinendrehgeschwindigkeit ω nach dem letzten oberen Totpunkt TDC ansteigt. Dies ist der Fall, da es genügend verbleibende Energie in der Maschine gibt, um die Kurbelwelle 18 durch einen Teil eines Zyklus zu bewegen (obwohl nicht durch einen vollen Kompressionszyklus). Wenn das Zahnrad 30 in Voreingriff gebracht wird, während die Maschinendrehgeschwindigkeit ω ansteigt, kann dies zu einem lauten Geräusch führen. Demzufolge ist die Steuereinheit 100 der vorliegenden Erfindung betreibbar, um die Einleitung des Zahnradvoreingriffes um einen weiteren Zeitabschnitt bzw. eine weitere Zeitdauer zu verzögern.
Die weitere Zeitdauer (d.h. eine Verzögerungszeitdauer nach dem letzten oberen Totpunkt TDC) wird in dieser Ausführungsform durch Warten auf einen vorbestimmten Kurbelwinkel nach dem letzten oberen Totpunkt TDC vor dem Einleiten des Voreingriffs berechnet. Wie in 13 gezeigt ist, tritt der Höchstwert der Maschinengeschwindigkeit Ne nach dem oberen Totpunkt TDC des letzten Kompressionszyklus vor dem Stoppen bei einem Kurbelwinkel von zwischen 120 und 150 CA BTDC auf. Der Minimalwert ist 117,5 CA BTDC. Folglich wird die Maschinengeschwindigkeit durch Warten auf einen vorbestimmten Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt TDC des letzten Kompressionszyklus den Höchstpunkt nach dem letzten oberen Totpunkt TDC passiert haben und wird abnehmen, wenn das Zahnrad 30 beginnt, mit dem gezahnten Großrad 24 in Eingriff zu gelangen.
14 zeigt die Einleitung bzw. den Beginn des Zahnradvoreingriffs durch die Steuereinheit 100 basierend auf den Berechnungen, die wie obenstehend ausgeführt, durchgeführt wurden. In 4 sind fünf Linien gezeigt. Linie A zeigt den Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunktzentrum (auf der Y-Achse) als eine Funktion der Zeit (auf der X-Achse). Linie B zeigt die Maschinengeschwindigkeit Ne (in Umdrehung pro Minute, rpm) auf der Y-Achse gegen die Zeit (auf der X-Achse). Linie C zeigt eine Berechnung der Maschinengeschwindigkeit am oberen Totpunkt TDC (TDCNe) auf der Y-Achse als eine Funktion der Zeit (auf der X-Achse). Wenn, wie gezeigt, die Linie C unter einen vorher berechneten Grenzwert des Quadrates der Maschinendrehgeschwindigkeit am oberen Totpunkt TDC (TDCNe) abfällt, kann angenommen werden, dass der letzte obere Totpunkt TDC bestimmt ist.
Wenn die aufgetretene Verzögerung (in dieser Ausführungsform beinhaltet dies das Warten auf einen vorbestimmten Kurbelwinkel) abgelaufen ist, leitet die Steuereinheit 100 den Voreingriff des Zahnrades 30 durch ein Setzen des Steuersignals S auf einen Wert von 1 (AN) ein. Das Steuersignal S wird durch eine Linie D in 14 veranschaulicht.
In Antwort auf das Steuersignal D fließt ein Zahnradstrom (Linie E) durch den Magneten 32. Wie aus einem Vergleich der Linien D und E gesehen werden kann, gibt es eine kurze Zeitverzögerung zwischen dem Anschalten des Steuersignals D und dem Ansteigen des Zahnradstromes E. Diese Zeitverzögerung kann in die Zeitverzögerung nach dem oberen Totpunkt TDC einbezogen werden, welche in den Aufbau der Steuereinheit 100 inkorporiert ist. Bei Punkt 1, der in 14 gezeigt ist, wird das Zahnrad 30 mit dem gezahnten Großrad 24 effizient und mit einem geringen Geräuschpegel in Eingriff gelangen.
Der Betrieb der Steuereinheit 100 der zweiten Ausführungsform wird, um zusammenzufassen, in 15 umrissen. 15 zeigt ein schematisches Flussdiagramm für ein Beispiel des Betriebs der zweiten Ausführungsform und ist auf den Daten basiert, welche bestimmt sind für und gezeigt sind in 14.
Bei Schritt 1 wird die Maschinengeschwindigkeit am oberen Totpunkt überwacht. In dieser Ausführungsform ist der Grenzwert für die Maschinengeschwindigkeit für den letzten oberen Totpunkt TDC 220 U/min (rpm) (siehe auch 12 und 14). Folglich erfasst die Steuereinheit 100, wann die Maschinengeschwindigkeit am oberen Totpunkt TDC gleich oder weniger als 220 U/min (rpm) ist. An diesem Punkt bestimmt die Steuereinheit 100, dass der obere Totpunkt TDC des letzten Kompressionszyklus erfasst worden ist. Folglich ist erfasst worden, dass eine Bedingung 1 von Schritt 1 erfüllt worden ist.
Bei Schritt 2 erfasst die Steuereinheit 100 den Kurbelwinkel. Wenn ein Kurbelwinkel von wenigstens 117,5 CA BTDC erfasst wird (siehe 11), ist erfasst worden, dass eine Bedingung 2 von Schritt 2 erfüllt worden ist.
Schritt 3 ist ein Ausfallssicherungsschritt für den Fall, dass die Schritte 1 und 2 ein falsches Ergebnis erfassen oder den oberen Totpunkt TDC des letzten Kompressionszyklusses nicht erfassen. In Schritt 3 wird die Maschinengeschwindigkeit überwacht. Falls die Maschinengeschwindigkeit gleich oder kleiner einer Geschwindigkeit für einen sicheren Zahnradeingriff von 130 U/min (rpm) ist, wird erfasst, dass eine Bedingung 3 von Schritt 3 erfüllt worden ist.
Falls die Bedingungen 1, 2 und 3 der Schritte 1, 2 und 3 als erfüllt bestimmt sind, leitet die Steuereinheit 100 den Voreingriff des Zahnrades 30 ein.
Alternativ mag es der Steuereinheit 100 nicht gelingen, einen oberen Totpunkt TDC des letzten Kompressionszyklus zu erfassen. In diesem Fall wird bei Schritt 3 bestimmt, ob die Maschinengeschwindigkeit gleich oder kleiner einer unteren Geschwindigkeitsgrenze von 50 U/min (rpm) ist. Falls dies der Fall ist, ist eine Bedingung 4 erfüllt. Falls die Bedingung 4 erfüllt ist, leitet die Steuereinheit 100 den Voreingriff des Zahnrades 30 ein. Folglich stellt die Bedingung 4, falls der Zahnradvoreingriff nicht in der Zeit in der die Maschinengeschwindigkeit auf 50 U/min (rpm) abfällt, eingeleitet worden ist, sicher, dass das Zahnrad 30 vor dem oder an dem Punkt, wenn die Maschine zur Ruhe kommt, in Voreingriff gebracht wird.
Während die zweite Ausführungsform unter Bezugnahme auf die obigen Beispiele beschrieben worden ist, kann der Betrieb der Steuereinheit 100 allgemeiner beschrieben werden und kann bezogen auf andere Parameter als die vorstehend beschriebenen betrieben werden.
16 zeigt ein Flussdiagramm, das das allgemeine Prinzip des Betriebes der Steuereinheit 100 veranschaulicht. Bei Schritt 201 wird der Vorgang gestartet. Der Vorgang kann starten, wenn die Maschinengeschwindigkeit unter einen vorbestimmten Wert abfällt (welcher z.B. unterhalb einer Leerlaufdrehzahl ist). Alternativ kann der Vorgang starten, wenn die Maschine abgeschaltet wird; z.B. wenn die Kraftstoffversorgung zu der Maschine abgeschaltet wird.
Bei Schritt 202 wird die Maschinengeschwindigkeit an einem vorbestimmten Punkt in einem Kompressionszyklus bestimmt. Während das obige Beispiel den oberen Totpunkt TDC als Messpunkt für die Maschinengeschwindigkeit benutzt, könnte jeder andere geeignete Wert benutzt werden; z.B.der untere Totpunkt BDC (bottom dead center, BDC) oder jeder gewünschte Kurbelwinkel.
Bei Schritt 203 wird die Anzahl der verbleibenden Kompressionszyklen bestimmt. Die verbleibende Anzahl kann aus einer Nachschlagetabelle von Werten berechnet werden, die das Verlustdrehmoment pro Kompressionszyklus speichert bzw. zum Inhalt hat. Alternativ können die Verlustwerte in Echtzeit unter Verwendung von Parametern, welche von der Sensoranordnung 20 bestimmt werden, berechnet werden. Eine nicht vollständige bzw. nicht abschließende Liste solcher Parameter kann einschließen: Parameter, welche die Maschinengeschwindigkeit einschließen können; die Maschinentemperatur; die Umgebungslufttemperatur; die Maschinenöltemperatur; die Einlasstemperatur; die Kühlmitteltemperatur; den Umgebungsluftdruck oder den Zylinderkopfdruck.
Bei Schritt 204 wird der gewünschte Kompressionszyklus ausgewählt. Während die obige Beschreibung unter Bezugnahme auf die 3 bis 15 den letzten Kompressionszyklus vor dem Maschinenstopp bestimmt hat, können andere Werte verwendet werden. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 100, wenn es bestimmt wird, dass es n verbleibende Kompressionszyklen vor dem Maschinenstopp gibt, betreibbar sein, um den Eingriff des Zahnrades 30 nach einem ausgewählten aus dem ersten bis n-ten Zyklus einzuleiten.
Bei Schritt 205 erfasst die Steuereinheit 100 den ausgewählten Kompressionszyklus. Dieser mag bestimmt werden dann zu sein, wenn die Maschinengeschwindigkeit am ausgewählten Messpunkt in dem entsprechenden Zyklus unter einen bestimmten Grenzwert T fällt.
Bei Schritt 206 wird eine Zeitverzögerung eingeführt. Wie obenstehend diskutiert, kann die Steuereinheit 100 auf einen vorbestimmten Kurbelwinkel warten. Es können jedoch auch alternative Verzögerungsvorgänge benutzt werden. In einer Alternative kann eine einfache Zeitverzögerung (d.h. die Steuereinheit 100 ist ausgestaltet, um für einen vorbestimmten Zeitraum nach dem letzten oberen Totpunkt TDC zu warten, bevor der Zahnradvoreingriff eingeleitet wird) verwendet werden.
Als eine weitere Alternative kann die Änderungsrate der Drehgeschwindigkeit Δω berechnet werden. Basierend hierauf wird die Steuereinheit 100 einen Voreingriff des Zahnrades nicht einleiten, bevor beispielsweise eine Abnahme in der Drehgeschwindigkeit ω erfasst wird, oder wenn ein bestimmter Geschwindigkeitsbereich vorhergesagt oder erfasst ist.
Jede der obigen Herangehensweisen kann verwendet werden, um den Beginn bzw. die Einleitung des Zahnradvoreingriffes für eine vorbestimmte Zeitdauer nach dem ausgewählten Kompressionszyklus zu verzögern.
Letztendlich wird bei Schritt 207 das Zahnrad 30 mit dem gezahnten Großrad 24 an einem in den Schritten 201 bis 206 bestimmten Punkt in Eingriff gebracht.
Die vorliegenden Beispiele ermöglichen es vorteilhaft, dass das Zahnrad 30 an einem bestimmten Punkt während des Stoppens der Maschine in Voreingriff gebracht werden kann, so dass der Eingriff sauber und leise ist. Dies hat Vorzüge für den Benutzer, da der Voreingriff nicht gehört werden kann. Weiterhin verringert diese Anordnung und dieses Verfahren die mechanische Belastung des Zahnrades 30 und verwandter Bauteile.
Die beschriebenen Herangehensweisen können auf jede interne Verbrennungsmaschine angewandt werden, welche daraus Vorteile ziehen kann. Während die obenstehenden Beispiele eine Vierzylinderdieselmaschine veranschaulichen, kann jede Anzahl von Zylindern verwendet werden. Beispielsweise können ein einzelner Zylinder, zwei, drei, fünf oder sechs Zylinder, V6-, V8-, V10- und V12-Anordnungen verwendet werden. Zusätzlich kann die Maschine eine Drehtyp-Wankelmaschine sein, welche eine drehende Kompressionskammer an Stelle eines Zylinders oder einer Zylinderbank hat.
Ferner ist die beschriebene Herangehensweise anwendbar auf alle Anordnungen, welche interne Verbrennungsmaschinen verwenden. Während die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit einem Fahrzeug beschrieben worden ist, ist sich der Fachmann anderer geeigneter Anwendungen bewusst. Wenn die vorliegende Erfindung in einem Fahrzeug angewandt wird, kann das Fahrzeug jegliche geeignete Form bzw. Ausbildung annehmen; z.B. ein Kraftfahrzeug (Personenkraftfahrzeug), ein Lastkraftwagen, ein Van oder ein Motorrad.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf die obenstehenden bestimmten bzw. spezifischen Beispiele beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die oben gegebene detaillierte Beschreibung beschränkt. Abwandlungen sind für den Fachmann offensichtlich.
Alternative oder zusätzliche Faktoren können in die Berechnungen des Drehmomentverlustes einbezogen werden. Zum Beispiel können die Maschinentemperatur, die Kühlmitteltemperatur oder andere Faktoren verwendet werden, um eine genauere Abschätzung des Verlustdrehmoments pro Kompressionszyklus bereitzustellen. Die Berechnungen, in welchen die Steuereinheit 100 den Energieverlust (Maschinenverlust) bestimmt, können auf eine bestimmte Anwendung oder Maschine (beispielsweise auf eine Vierzylindermaschine) zugeschnitten sein. Weiterhin können die Berechnungen abgeändert werden, um Umweltfaktoren bzw. umgebende Faktoren wie beispielsweise Umgebungstemperatur oder -druck zu berücksichtigen. Die Sensoranordnung der Maschine kann Informationen betreffend Parameter wie z.B. Kühlmitteltemperatur, Zylindertemperatur, Einspritzdruck usw. bereitstellen.
Alternativ kann die Anzahl verbleibender Kompressionszyklen durch einen unterschiedlichen Vorgang berechnet werden. Beispielsweise könnte die Veränderungsrate der Maschinengeschwindigkeit an dem oberen Totpunkt TDC (oder in der Tat jedem anderen geeigneten Punkt) in jedem folgenden Kompressionszyklus verwendet werden, um die Anzahl der verbleibenden Kompressionszyklen zu bestimmen. Unter Bezugnahme beispielsweise auf 6 kann die Änderung der Maschinengeschwindigkeit Δω pro Kompressionszyklus verwendet werden, um die Anzahl der verbleibenden Kompressionszyklen zu bestimmen, d.h. wenn die Maschine stoppen wird, wenn ω gegen Null geht. Folglich kann die Anzahl der verbleibenden Zyklen ohne Berücksichtigung des Verlustdrehmoments berechnet werden und nur unter Verwendung der Verringerung in der Maschinengeschwindigkeit ω.
Während die obigen Ausführungsformen die Erfassung des letzten oberen Totpunkts TDC vor dem Maschinenstopp umreissen bzw. beschreiben, könnte die vorliegende Erfindung verwendet werden, um jeglichen oberen Totpunkt TDC vor dem Maschinenstopp zu bestimmen.
Es muss keine Zeitverzögerung folgend auf die Erfassung des oberen Totpunkts TDC geben. Alternativ kann jegliche Zeitverzögerung, welche benötigt wird, wie gewünscht, einbezogen werden. Eine Kombination von Techniken kann verwendet werden, um eine geeignete Zeitverzögerung zu bestimmen; beispielsweise kann die Steuereinheit auf einen vorbestimmten Kurbelwinkel warten und dann für eine vorbestimmte Zeitdauer warten, bevor sie den Voreingriff des Zahnrades 30 einleitet.
Alternativ kann eine Zeitverzögerung von der berechneten Zeitverzögerung subtrahiert werden, um beispielsweise die Verzögerung im Ansteigen des Zahnradstromes zu berücksichtigen, wenn das Steuersignal S angeschaltet wird.
Als eine weitere Abwandlung muss die Maschinendrehgeschwindigkeit nicht am oberen Totpunkt TDC gemessen werden. Jeder andere geeignete Punkt könnte verwendet werden, vorausgesetzt, dass die Messpunkte einen Kompressionszyklus auseinanderliegen. Zum Beispiel kann die Maschinendrehgeschwindigkeit am unteren Totpunkt (BDC, Bottom Dead Center) oder unter jedem anderen geeigneten Kurbelwinkel gemessen werden.
Während die Erfindung für verschiedene Modifikationen und alternative Ausbildungen empfänglich ist, werden bestimmte Ausführungsformen anhand von Beispielen in den Zeichnungen und hierin im Detail beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die Zeichnungen und die hierauf gerichtete detaillierte Beschreibung nicht vorgesehen sind, um die Erfindung auf die bestimmte Anordnung bzw. Ausführung, welche offenbart ist, zu beschränken, sondern es im Gegenteil Ziel der Erfindung ist, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, welche in den Bereich der beigefügten Ansprüche fallen, zu umfassen.

Claims

Vorrichtung zur Verwendung beim Steuern eines Voreingriffes eines Kleinzahnrades bzw. Zahnrades (30) eines Anlassermotors (26) während des Stoppens einer internen Verbrennungsmaschine (12), wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: ein Interface bzw. eine Schnittstelle (102), welche(s) betreibbar ist, um erfasste Informationen von der Maschine (12) zu empfangen; und einen Controller bzw. eine Steuerung (100), welche(r) betreibbar ist, um eine Anzahl von Kompressionszyklen, die vor dem Stopp der Maschine (12) verbleiben, aus den erfassten Informationen zu bestimmen, und um den Voreingriff des Zahnrades (30) mit einem Teil (24) der Maschine (12) in Antwort auf die Anzahl der verbleibenden Zyklen einzuleiten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (100) betreibbar ist, um den Eingriff des Zahnrades (30) nach einem ausgewählten aus dem ersten bis n-ten Zyklus von n Zyklen, welche bestimmt wurden, zu verbleiben, bevor die Maschine (12) stoppt, einzuleiten.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuerung (100) betreibbar ist, um den Eingriff des Zahnrades (30) nach einem ausgewählten von n-2, n-1 oder n Zyklen einzuleiten.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuerung (100) betreibbar ist, um den Eingriff des Zahnrades (30) nach n Zyklen einzuleiten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, wobei die Steuerung (100) betreibbar ist, um den Eingriff des Zahnrades (30) zu einer vorbestimmten Zeit nach dem ausgewählten Zyklus einzuleiten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, wobei die Steuerung (100) ausgebildet ist, um die Änderungsrate der Maschinengeschwindigkeit zu oder nach dem ausgewählten Zyklus zu berechnen und den Eingriff des Zahnrades (30) in Antwort hierauf einzuleiten.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuerung (100) betreibbar ist, um den Eingriff des Zahnrades (30) zu einer Zeit nach dem ausgewählten Zyklus zu initiieren, wenn die Änderungsrate der Maschinengeschwindigkeit unter einen vorbestimmten Wert gefallen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, wobei die Steuerung (100) betreibbar ist, um den Eingriff des Zahnrades (30) bei bzw. unter einem vorbestimmten Kurbelwinkel einer Kurbelwelle (18) der Maschine (12) einzuleiten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Steuerung (100) betreibbar ist, um eine weitere Zeitverzögerung zur Berücksichtigung einer Verzögerung zwischen dem Einleiten bzw. dem Beginn des Zahnradvoreingriffs und dem tatsächlichen Zahnradvoreingriff zu berücksichtigen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (100) betreibbar ist, um die Anzahl der verbleibenden Kompressionszyklen durch eine Bestimmung der Maschinengeschwindigkeit an einem bestimmten Punkt in einen anfänglichen Kompressionszyklus, während die Maschine (12) stoppt, zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Steuerung (100) betreibbar ist, um die Verringerung der Maschinengeschwindigkeit an dem bestimmten Punkt für wenigstens einen Kompressionszyklus welcher auf den anfänglichen Kompressionszyklus folgt, zu bestimmen, und um die Anzahl der verbleibenden Kompressionszyklen daraus zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Steuerung (100) betreibbar ist, um die Anzahl der verbleibenden Kompressionszyklen durch eine Bestimmung der in der Maschine (12) an dem bestimmten Punkt in dem ausgewählten Kompressionszyklus verbleibenden Energie zu bestimmen, und um diesen Wert mit der verlorenen Energie pro Kompressionszyklus zu vergleichen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Steuerung (100) betreibbar ist, um die in der Maschine (12) verbleibende kinetische Energie an dem bestimmten Punkt in dem gewählten Kompressionszyklus zu bestimmen, und um den Wert mit einem bekannten Wert der kinetischen Energie, welche benötigt wird, um einen Kompressionszyklus der Maschine (12) zu vollenden, zu vergleichen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der bekannte Wert der kinetischen Energie, welcher benötigt wird, um einen Kompressionszyklus zu vollenden, entweder aus einer vordefinierten Nachschlagetabelle oder einer Echtzeitberechnung bestimmt wird, basierend auf wenigstens einem der Parameter, ausgewählt aus der Liste von: Maschinengeschwindigkeit; Maschinentemperatur; Umgebungslufttemperatur; Kühlmitteltemperatur; Maschinenöltemperatur; Umgebungsluftdruck; und Maschinenreibungsverluste.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei der bestimmte Punkt der obere Totpunkt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ausgebildet zur Verwendung mit bzw. in einem Fahrzeug, welches eine Stopp-Start-Einrichtung hat.
Maschinensteuereinheit, welche die Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 ferner aufweisend: eine Schnittstelle bzw. ein Interface (102) welche(s) betreibbar ist, um erfasste Informationen von der Maschine (12) zu empfangen; eine Steuerung bzw. einen Controller (100), welche(r) betreibbar ist, um aus den erfassten Informationen den Wert der Maschinengeschwindigkeit zu bestimmen und zum Einleiten bzw. Beginnen des Eingriffes des Zahnrades (30) mit einem Teil (24) der Maschine (12) in Antwort darauf, dass die Maschinengeschwindigkeit unter einen bestimmten Wert fällt.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der bestimmte Wert ungefähr 500 U/min ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei der bestimmte Wert ungefähr 200 U/min ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei der bestimmte Wert ungefähr 150 U/min ist.
Interne Verbrennungsmaschine (12), welche Folgendes aufweist: einen Anlassermotor (26) welcher ein Kleinzahnrad bzw. Zahnrad (30) aufweist, welches mit einem Teil (24) der Maschine (12) wahlweise in Eingriff bringbar ist; eine Eingriffseinrichtung (32, 36) zum wahlweisen In-Eingriff-Bringen des Zahnrades (30) mit dem Teil (24) der Maschine (12); und die Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung betreibbar ist, um den wahlweisen Eingriff des Zahnrades 30 mit dem Teil (24) der Maschine (12) einzuleiten.
Verfahren zum In-Voreingriff-Bringen eines Anlassermotorzahnrades bzw. - kleinzahnrades (30) während des Stoppens einer internen Verbrennungsmaschine, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Bestimmen (S203) der Anzahl verbleibender Kompressionszyklen, bevor die Maschine (12) stoppt; und In-Eingriff-Bringen (S207) des Zahnrades (30) mit einem Teil (24) der Maschine (12) in Antwort auf die Anzahl verbleibender Zyklen.
Verfahren nach Anspruch 23, weiterhin aufweisend ein In-Eingriff-Bringen des Zahnrades (30) nach einem ausgewählten des ersten bis n-ten Zyklus von n Zyklen, welche bestimmt sind, zu verbleiben, bevor die Maschine (12) stoppt.
Verfahren nach Anspruch 24, aufweisend ein In-Eingriff-Bringen des Zahnrades (30) nach einem ausgewählten von n-2, n-1 oder n Zyklen.
Verfahren nach Anspruch 25, aufweisend ein In-Eingriff Bringen des Zahnrades (30) nach n Zyklen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, aufweisend ein In-Eingriff-Bringen des Zahnrades (30) zu einer vorbestimmten Zeit nach dem ausgewählten Zyklus.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, weiterhin aufweisend ein Berechnen der Änderungsrate der Maschinengeschwindigkeit nach dem ausgewählten Zyklus und ein In-Eingriff-Bringen des Zahnrades (30) in Antwort hierauf.
Verfahren nach Anspruch 28, aufweisend ein In-Eingriff-Bringen des Zahnrades (30) zu einer Zeit nach dem ausgewählten Zyklus, wenn die Änderungsrate der Maschinengeschwindigkeit unter einen vorbestimmten Wert gefallen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, aufweisend ein In-Eingriff-Bringen des Zahnrades (30) bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel einer Kurbelwelle (18) der Maschine (12) nach dem ausgewählten Zyklus.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 30, aufweisend ein Bestimmen der Anzahl verbleibender Kompressionszyklen durch ein Bestimmen (S202) der Maschinengeschwindigkeit an einem bestimmten Punkt in einem anfänglichen Kompressionszyklus, während die Maschine (12) stoppt.
Verfahren nach Anspruch 31, weiterhin aufweisend ein Berechnen der Verringerung der Maschinengeschwindigkeit an dem bestimmten Punkt für einen Kompressionszyklus folgend dem anfänglichen Kompressionszyklus und ein Bestimmen der Anzahl von verbleibenden Kompressionszyklen daraus.
Verfahren nach Anspruch 31, aufweisend ein Bestimmen der Anzahl verbleibender Kompressionszyklen durch ein Bestimmen der in der Maschine (12) an dem bestimmten Punkt in dem anfänglichen Kompressionszyklus verbleibenden Energie und ein Vergleichen dieses Wertes mit der in einem Kompressionszyklus verlorenen Energie.
Verfahren nach Anspruch 33, aufweisend ein Bestimmen der in der Maschine (12) an dem bestimmten Punkt in dem anfänglichen Kompressionszyklus verbleibenden kinetischen Energie und ein Vergleichen des Wertes mit einem bekannten Wert der kinetischen Energie, welche benötigt wird, um einen Kompressionszyklus der Maschine (12) zu vollenden.
Verfahren nach Anspruch 34, aufweisend ein Bestimmen des bekannten Wertes der kinetischen Energie, welcher benötigt wird, um einen Kompressionszyklus zu vollenden, entweder aus einer vordefinierten Nachschlagetabelle oder aus einer Echtzeitberechnung basierend auf wenigstens einem Parameter, welcher ausgewählt ist aus der Liste von: Maschinengeschwindigkeit; Maschinentemperatur; Umgebungslufttemperatur; Kühlmitteltemperatur; Maschinenöltemperatur; Umgebungsluftdruck; und Maschinenreibungsverluste.
Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 35, wobei der bestimmte Punkt der obere Totpunkt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 36 ferner aufweisend: Bestimmen (S102) der Maschinengeschwindigkeit; und In-Eingriff-Bringen (S104) des Zahnrades (30) mit einem Teil (24) der Maschine (12) in Antwort darauf, dass die Maschinengeschwindigkeit unter einen bestimmten Wert fällt.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei der bestimmte Wert ungefähr 500 U/min ist.
Verfahren nach Anspruch 38, wobei der bestimmte Wert ungefähr 200 U/min ist.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei der bestimmte Wert ungefähr 150 U/min ist.
Auf einem Computer verwendbares Speichermedium, welches ein Computerprogrammprodukt hat, welches durch eine programmierbare Verarbeitungsvorrichtung ausführbar ist, wobei das Computerprogrammprodukt ein oder mehrere Softwareteilbereiche zur Ausführung wenigstens des Bestimmungsschrittes eines der Ansprüche 23 bis 40 aufweist.