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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines automatischen Start-Stopp-Systems für ein Kraftfahrzeug.
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Aufgrund stetig steigender Energie- und Treibstoffkosten sowie Umweltauflagen kommt einem möglichst verbrauchsoptimalen Betrieb eines Kraftfahrzeuges eine zunehmende Bedeutung zu.
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Zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs von Kraftfahrzeugen ist es bekannt, den Verbrennungsmotor, welcher als Antriebsaggregat des Kraftfahrzeuges dient, in bestimmten Betriebssituationen abzuschalten. So kommen in modernen Kraftfahrzeugen sogenannte Start-Stopp-Systeme zum Einsatz. Dabei schaltet der Verbrennungsmotor bei Erfüllung vorgegebener Abschaltbedingungen, wie zum Beispiel bei Stillstand des Kraftfahrzeuges bei einem Halt an einer Ampel, selbsttätig aus. Sobald eine Wiederstartbedingung, wie zum Beispiel eine Betätigung des Fahrpedals, erfüllt ist, startet der Verbrennungsmotor wieder automatisch.
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So ist aus der
DE 10 2007 014 322 A1 ein Verfahren zum Durchführen eines Start-Stopp-Betriebs einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges bekannt, bei dem, ausgehend von einem gestoppten Zustand der Brennkraftmaschine, zumindest eine Zylinderstellung erfasst wird und ein Starten initialisiert wird, wobei die in der Startphase zuzuführende Kraftstoffmenge und/oder der Zeitpunkt der Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum und/oder der Zündzeitpunkt abhängig von dieser im gestoppten Zustand erfassten Zylinderstellung bestimmt werden.
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Bei Kraftfahrzeugen mit Start-Stopp-System muss das Anfahren, Bestehend aus Start und Weiterfahrt mit derselben Dynamik erfolgen wie bei einem Kraftfahrzeug ohne Start-Stopp-Funktion. Außerdem ist zu gewährleisten, dass es zu keinen Einbußen im Fahrkomfort, zum Beispiel durch einen Startruck, kommt.
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Mit diesem Problem beschäftigt sich zum Beispiel die
DE 10 2005 016 067 A1 , aus welcher ein Verfahren zur Erhöhung der Start-Reproduzierbarkeit bei Start Start-Stopp-Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Startoptimierung bekannt ist. Dabei wird die Start-Reproduzierbarkeit dadurch erhöht, dass ein für verschiedene Stopppositionen der Brennkraftmaschine erzielbarer maximaler Drehzahlgradient durch Zündwinkel-Spätverstellung und/oder Einlassventil-Spätverstellung auf einen festgelegten Drehzahlgradienten reduziert wird.
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Die
DE 42 32 204 A1 beschreibt ein System, zur Unterdrückung von Schwingungen im Antriebsstrang. Diese Schwingungen im Antriebsstrang sind Längsschwingungen des Antriebsstrangs, die sich vorzugsweise bei niedrigen Drehzahlen ergeben. Ein Aktivieren der Antiruckelfunktion bewirkt ein Umschalten auf ein zweites Kennfeld, so dass die Geschwindigkeit der Änderung des Zündwinkels begrenzt wird.
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Aus
DE 10 2004 037 131 A1 ist eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschinen mit einem Start-Stopp-System bekannt, wobei hier mögliche Selbstentzündung vermieden werden.
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Entscheidend ist jedoch auch, dass unter allen Umständen ein sicheres Starten der Brennkraftmaschine gewährleistet ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines automatischen Start-Stopp-System für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor anzugeben, bei welchen ein sicherer, möglichst ruckfreier Wiederstart des Verbrennungsmotors gewährleistet wird und die gewünschte Dynamik bei Start und Weiterfahrt des Kraftfahrzeuges sichergestellt ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betrieb eines automatischen Start-Stopp-Systems mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt dabei die Idee zugrunde, einen Wiederstart mit gezielt reduziertem Drehzahlgradienten des Verbrennungsmotors nur dann zuzulassen, wenn durch die dazu vorgenommenen Anpassungen des Einspritzendes, der Einspritzmenge, des Einspritzmodus (Mehrfacheinspritzung), das Verändern der Anzahl der Startzyklen und/oder des Zündwinkels nicht die Gefahr besteht, dass der Verbrennungsmotor nicht startet. Dementsprechend sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass für einen Wiederstart des Verbrennungsmotors nach einer Stoppphase ein mit einer Verbrennung erzielbarer Drehzahlgradient durch Spätverstellung eines Einspritzendes und/oder Spätverstellung eines Zündwinkels nur dann gezielt verringert wird, wenn vorgegebene Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges erfüllt sind.
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Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Verbrennungsmotor zwar in möglichst vielen Betriebssituationen aufgrund des verringerten Drehzahlgradienten ruckfrei gestartet wird, im Bedarfsfall aber ein möglicher Startruck in Kauf genommen wird, um den Wiederstart des Verbrennungsmotors unter allen Umständen zu gewährleisten.
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In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen des in Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrens.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird der Drehzahlgradient gezielt verringert, falls eine die Motortemperatur charakterisierende Größe, insbesondere eine Kühlwassertemperatur, oberhalb eines vorgegebenen Temperaturschwellwertes liegt und/oder eine die Höhenlage des Kraftfahrzeugs charakterisierende Größe unterhalb eines vorgebbaren Höhenschwellwertes liegt und/oder eine den Betätigungsgrad eines Fahrpedals charakterisierende Größe unterhalb eines vorgebbaren Pedalschwellwertes liegt.
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Eine zu geringe Motortemperatur, ein Betrieb des Kraftfahrzeuges in großer Höhe und bei demzufolge reduziertem Luftdruck stellen Betriebsbedingungen dar, welche den Wiederstart negativ beeinflussen und im Extremfall dazu führen könnten, dass der Verbrennungsmotor mit verringertem Drehzahlgradienten gar nicht mehr startet. Durch den Verzicht auf die Spätverstellung des Einspritzendes und/oder des Zündwinkels unter derartigen Rahmenbedingungen wird somit ein sicheres Wiederstarten gewährleistet.
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Bei Kraftfahrzeugen mit Automatikgetriebe, bei welchen der Antriebsstrang systembedingt auch im Stillstand geschlossen ist, prägt bereits der Starthochlauf des Verbrennungsmotors den Anfahrvorgang. Um die gewünschte Dynamik beim Anfahrvorgang zu gewährleisten, wird deshalb auch ab einem vorgegebenen Betätigungsgrad des Fahrpedals auf die gezielte Reduzierung des Drehzahlgradienten verzichtet.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, auch während einer Wiederstartphase Betriebsparameter des Kraftfahrzeuges zu überwachen und den mit einer Verbrennung erzielbaren Drehzahlgradienten durch Frühverstellung des Einspritzendes und/oder Frühverstellung des Zündwinkels gezielt wieder anzuheben, wenn zumindest einer der Betriebsparameter einen vorgegebenen maximalen Schwellwert übersteigt oder einen vorgegebenen minimalen Schwellwert unterschreitet.
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Durch die Überwachung der Betriebsparameter, insbesondere der Motordrehzahl und/oder des Kraftstoffdruckes, wird auch während eines bereits begonnenen Startvorganges mit reduziertem Drehzahlgradienten noch erkannt, wenn die Gefahr eines Fehlschlagens des Startvorganges gegeben ist. In diesem Fall wird der Startvorgang mit spätverstelltem Einspritzende und/oder Zündwinkel sozusagen „abgebrochen“ und mit geänderten Werten fortgesetzt, welche zu einem wieder erhöhten Drehzahlgradienten und damit zu einem sicheren Start des Verbrennungsmotors führen.
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Konkret kann es dazu vorgesehen sein, dass der Drehzahlgradient durch entsprechende Frühverstellung des Einspritzendes und/oder Zündwinkels angehoben wird, falls die Motordrehzahl unterhalb eines vorgegebenen Drehzahlschwellwerts, welcher vorteilhaft in Abhängigkeit der Kühlwassertemperatur festgelegt wird, liegt und/oder der Kraftstoffdruck unterhalb eines vorgegebenen Druckschwellwerts liegt. Dies kann beispielsweise auch derart umgesetzt sein, dass ein Drehzahl-Istverlauf mit einem Sollverlauf verglichen wird, und der Drehzahlgradient (Drehzahlzuwachs pro Arbeisspiel „Zündung“) dann angehoben wird, wenn der Istverlauf um einen vorgebbaren Betrag vom Sollverlauf abweicht.
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Das Start-Stopp-System umfasst dabei eine Überwachungseinheit zum Prüfen von vorgegebenen Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges und eine Motorsteuereinheit, welche zum Wiederstart des Verbrennungsmotors einen mit einer Verbrennung erzielbaren Drehzahlgradienten durch Spätverstellung eines Einspritzendes und/oder Spätverstellung eines Zündwinkels gezielt verringert, falls die Betriebsbedingungen erfüllt sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Start-Stopp-Systems überwacht die Überwachungseinheit auch während einer Wiederstartphase Betriebsparameter des Kraftfahrzeuges und die Motorsteuerung verstellt das Einspritzende und/oder den Zündwinkel wieder in Richtung früh, wenn zumindest einer der Betriebsparameter einen vorgegebenen maximalen Schwellwert übersteigt oder einen vorgegebenen minimalen Schwellwert unterschreitet.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegende Figur, näher erläutert.
- Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges.
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1 illustriert eine mögliche Ausführungsform eines Antriebsstranges 1 mit einem automatischen Start-Stopp-System gemäß der Erfindung. Der Antriebsstrang 1 für ein im Übrigen nicht dargestelltes Kraftfahrzeug weist einen Verbrennungsmotor 2, ein Automatikgetriebe 3 und eine mit der Getriebeausgangswelle verbundene antreibbare Achse 4 auf. Die antreibbare Achse 4 kann dabei wahlweise eine Vorder- oder Hinterachse oder beide Achsen des Kraftfahrzeuges sein. Zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Getriebe 3 ist ein Anfahrelement in Form eines Drehmomentwandlers 5 angeordnet. Anstelle eines Drehmomentwandlers können auch andere Anfahrelemente, wie z.B. eine automatisiert betätigbare Anfahrkupplung, vorgesehen sein. Eine vom Getriebe 3 ausgehende Abtriebswelle 6 führt direkt von der Getriebeausgangsseite zu einer Eingangsseite eines Achsdifferentials 7, welches eine Drehbewegung der Abtriebswelle 6 in eine die Achse 4 antreibende Drehbewegung umwandelt.
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Zur Steuerung des Verbrennungsmotors 2 ist eine Motorsteuereinheit 8 vorgesehen, welche nicht dargestellte Motoraktuatoren, wie beispielsweise Einlassventile und Zündmittel, steuert und dazu beispielsweise auch ein Einspritzende und einen Zündwinkel einstellt.
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Um Treibstoff zu sparen, kann der Verbrennungsmotor 2 bei Erfüllung vorgegebener Abschaltbedingungen, beispielsweise einem Stillstand des Kraftfahrzeuges oder ein Ausrollvorgang/Anhaltevorgang, automatisch, das heißt selbsttätig ausgeschaltet werden. Werden vorgegebene Wiederstartbedingungen, wie beispielsweise eine Betätigung eines Fahrpedals durch den Fahrer, detektiert, so wird der Verbrennungsmotor 2 automatisch wieder gestartet.
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Um einen Wiederstart möglichst ruckfrei zu gestalten, ist es vorgesehen, den mit einer Verbrennung erzielbaren Drehzahlgradient beim Wiederstart durch Spätverstellung des Einspritzendes und/oder Spätverstellung des Zündwinkels gezielt zu verringern. Die spätverstellten Werte können dabei zum Beispiel aus einem entsprechenden Kennfeld ausgelesen werden. Da diese Spätverstellungen jedoch unter ungünstigen Rahmenbedingungen dazu führen können, dass der Verbrennungsmotor 2 nicht mehr startet, weil zum Beispiel der Kraftstoffdruck nicht mehr zur Entflammung des Kraftstoffes ausreicht, sind Betriebsbedingungen vorgegeben, bei welchen ein Start mit reduziertem Drehzahlgradienten nur zulässig ist.
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Zur Prüfung dieser Betriebsbedingungen ist eine Überwachungseinheit 9 vorgesehen, welche in 1 als eigenständige Komponente dargestellt ist, selbstverständlich aber auch in eine bestehende Steuereinheit, wie die Motorsteuereinheit 8, integriert sein kann. Auch kann die Überwachungseinheit 9 Bestandteil eines sogenannten „Start-Stopp-Managers“ sein, welcher zur übergeordneten Steuerung der gesamten Start-Stopp-Funktion dient.
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Zur Prüfung der Betriebsbedingungen empfängt die Überwachungseinheit 9 entsprechende Daten, wie z.B. eine die Höhenlage des Kraftfahrzeugs charakterisierende Größe und/oder eine die Motortemperatur charakterisierende Größe, insbesondere eine Kühlwassertemperatur, von nicht weiter dargestellten Sensoren, Steuereinheiten oder anderen Fahrzeugkomponenten und vergleicht diese mit vorgegebenen Schwellwerten, wie zum Beispiel einem Höhenschwellwert bzw. einem Temperaturschwellwert. Sind alle Betriebsbedingungen erfüllt, das heißt im Beispielfall, dass der Höhenschwellwert, welcher einen oberen Schwellwert darstellt, nicht überschritten und der Temperaturschwellwert, welcher einen unteren Schwellwert darstellt, nicht unterschritten wird, so steuert die Motorsteuereinheit 8 den Verbrennungsmotor 2 zum Wiederstart derart, dass der mit einer Verbrennung erzielbare Drehzahlgradient durch Spätverstellung eines Einspritzendes und/oder Spätverstellung eines Zündwinkels gezielt verringert wird. Sind dagegen nicht alle Betriebsbedingungen erfüllt, so dass eine erhöhte Gefahr besteht, dass der Verbrennungsmotor 2 mit spätverstelltem Einspritzende und/oder Zündwinkel nicht gestartet werden kann, so werden stattdessen Werte eines herkömmlichen Schnellstarts des Verbrennungsmotors 2 verwendet, welche zum Beispiel ebenfalls aus einem entsprechenden Kennfeld entnehmbar sind. Bei einem derartigen Schnellstart wird dabei unabhängig vom Kraftstoffdruck in den ersten möglichen Zylinder eingespritzt.
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Bei Kraftfahrzeugen mit Automatikgetriebe 3 ist der Antriebsstrang systembedingt auch im Stillstand geschlossen, was dazu führt, dass bereits der Starthochlauf des Verbrennungsmotors 2 den Anfahrvorgang mitprägt. Um die gewünschte Dynamik beim Anfahrvorgang zu gewährleisten, wird der Überwachungseinheit 9 auch eine den Betätigungsgrad eines nicht dargestellten Fahrpedals charakterisierende Größe zugeführt und bei Erreichen eines vorgegebenen Betätigungsgrades des Fahrpedals auf die gezielte Reduzierung des Drehzahlgradienten verzichtet oder in Abhängigkeit der Höhe des Fahrerwunsches graduell auf die Reduzierung der Drehzahlgradienten verzichtet.
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Auch nach dem Beginn eines Startvorganges mit reduziertem Drehzahlgradienten kann es aber aufgrund weiterer ungünstiger Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen des Kraftfahrzeuges dazu kommen, dass ein Startversuch ohne weiteres Eingreifen fehlschlagen würde. Deshalb ist es vorteilhaft, der Überwachungseinheit 9 während der Startphase weitere Daten zuzuführen, welche insbesondere eine Motordrehzahl und einen Kraftstoffdruck charakterisieren. Diese Daten werden während der Startphase mit Schwellwerten, insbesondere einem Drehzahlschwellwert bzw. einem Druckschwellwert verglichen, wobei sich die Schwellwerte über Zeit oder Motorzyklen ändern können. Wird dabei festgestellt, dass die Motordrehzahl unterhalb des Drehzahlschwellwerts und/oder der Kraftstoffdruck unterhalb des Druckschwellwerts liegt und somit ein erfolgreicher Startvorgang zumindest gefährdet ist, so wird der mit einer Verbrennung erzielbare Drehzahlgradient durch Frühverstellung des Einspritzendes und/oder Frühverstellung des Zündwinkels durch die Motorsteuerung 8 gezielt wieder angehoben. Vorteilhaft wird dabei der Drehzahlschwellwert in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur festgelegt. Die Kühlwassertemperatur ist eine Größe, die die Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors charakterisiert wie z.B. Kühlmitteltemperatur, Öltemperatur oder eine Mischtemperatur aus beiden oder eine geeignete Modelltemperatur.
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Damit wird ein automatisches Start-Stopp-System für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor geschaffen, welches einen ruckfreien Wiederstart des Verbrennungsmotors ermöglicht, wann immer die Betriebs- und Umgebungsbedingungen das zulassen, welches aber im Bedarfsfall einen sicheren Wiederstart unter Inkaufnahme von möglichen Komforteinbußen gewährleistet.
