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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung bezieht sich auf Maschinensysteme und insbesondere auf ein Verfahren zum Steuern einer Maschine sowie auf ein Maschinensteuersystem mit Luft-unterstützter Start/Stopp-Funktion.
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HINTERGRUND
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Brennkraftmaschinen beginnen in einigen Fällen den Betrieb durch einen Starterelektromotor und eine Batterie. Die Batterie liefert eine hohe Leistung (z. B. 200 - 600 Ampere Strom) zum Starterelektromotor. Unter Verwendung der Leistung dreht der Elektromotor die Maschine oder kurbelt sie an.
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Ein solches Startsystem schafft zusätzliche Kosten zum Maschinensystem. Überdies können solche Startvorgänge Verschleiß an der Maschine erzeugen. Folglich ist es erwünscht, eine Brennkraftmaschine ohne Verwendung des Startermotors und der Batterie starten zu können. Entsprechende Verfahren werden in den Druckschriften
DE 600 01 204 T2 ,
DE 44 39 849 A1 und
DE 35 37 045 A1 erläutert, bei denen die Kurbelwelle der jeweiligen Maschine in Drehung versetzt wird, indem ein beliebiger Zylinder mit Druckluft beaufschlagt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine möglichst zuverlässig arbeitende Start/Stopp-Funktion für eine Maschine anzugeben, die sich mit geringem Aufwand realisieren lässt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zum Steuern einer Maschine mit mehreren Zylindern und mit einem Maschinensteuersystem mit den Markmalen des Anspruchs 6 gelöst.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Arten zur Ausführung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht ersichtlich.
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Figurenliste
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Weitere Aufgaben, Merkmale, Vorteile und Details zeigen sich nur beispielhaft in der folgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsformen, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, in denen:
- 1 ein Funktionsblockdiagramm ist, das ein Maschinensystem darstellt, das ein Maschinen-Start/Stopp-System gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst;
- 2 ein Datenflussdiagramm ist, das ein Steuermodul des Maschinensystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt; und
- 3 ein Ablaufplan ist, der ein Maschinen-Start/Stopp-Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft. Selbstverständlich geben in den ganzen Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale an. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff Modul auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, zweckgebunden oder Gruppe) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
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Mit Bezug auf 1 stellt ein Blockdiagramm ein beispielhaftes Maschinensystem 10 eines Fahrzeugs 11 dar, das ein Maschinen-Start/Stopp-System gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst. Das Maschinensystem 10 umfasst eine Maschine 12, die ein Luft- und Kraftstoffgemisch verbrennt, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Die dargestellte Maschine 12 ist eine ViertaktBrennkraftmaschine, die die Zylinder gemäß einem Einlasshub, einem Kompressionshub, einem Expansionshub und einem Auslasshub betätigt. Wie zu erkennen ist, ist das Maschinen-Start/Stopp-System auf verschiedene Brennkraftmaschinen-Konfigurationen anwendbar und ist nicht auf das vorliegende Beispiel begrenzt.
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In dem in 1 gezeigten Beispielmaschinensystem 10 wird während des Betriebs der Maschine 12 Luft durch eine Drosselklappe 16 in einen Einlasskrümmer 14 gesaugt. Die Drosselklappe 16 reguliert die Luftmassenströmung in den Einlasskrümmer 14. Luft innerhalb des Einlasskrümmers 14 wird in Zylinder 18a-18d verteilt. Obwohl vier Zylinder 18a-18d dargestellt sind, ist zu erkennen, dass das Maschinen-Start/Stopp-System der vorliegenden Offenbarung in Maschinen 12 mit mehreren Zylindern, einschließlich 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und 12 Zylindern, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein, implementiert werden kann.
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Jeder Zylinder 18a-18d ist einer Kraftstoffeinspritzdüse 19, einem Einlassventil 20, einem Auslassventil 24 und wahlweise einer Zündkerze 22 zugeordnet. Die Kraftstoffeinspritzdüse 19 spritzt beispielsweise Kraftstoff in den Zylinder 18a ein (z. B. Direkteinspritzung). Der Kraftstoff wird mit der Luft kombiniert, die durch einen Einlasskanal in den Zylinder 18a eingesaugt wird. Die Kraftstoffeinspritzdüse 19 kann eine Einspritzdüse, die zu einem elektronischen oder mechanischen Kraftstoffeinspritzsystem, einer Düse oder einem Kanal eines Vergasers oder einem anderen System zum Mischen von Kraftstoff mit Einlassluft gehört, sein. Die Kraftstoffeinspritzdüse 19 wird gesteuert, um ein gewünschtes Luft/Kraftstoff-Verhält-nis (A/F-Verhältnis) innerhalb des Zylinders 18a vorzusehen. In verschiedenen anderen Ausführungsformen ist die Maschine 12 eine mager arbeitende Maschine, wobei die Kraftstoffeinspritzdüse 19 gesteuert wird, um eine gewünschte Kraftstoffmenge innerhalb des Zylinders 18a vorzusehen.
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Das Einlassventil 20 öffnet und schließt sich selektiv, um zu ermöglichen, dass die Luft in den Zylinder 18a eintritt. Die Einlassventilposition wird durch eine Einlassnockenwelle 26 reguliert. Ein Kolben (nicht dargestellt) komprimiert das Luft/Kraftstoff-Gemisch innerhalb des Zylinders 18a. In verschiedenen Ausführungsformen leitet die Zündkerze 22 die Verbrennung des Luft/KraftstoffGemisches ein, was den Kolben im Zylinder 18a antreibt. Der Kolben treibt wiederum eine Kurbelwelle (nicht dargestellt) an, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Verbrennungsabgas innerhalb des Zylinders 18a wird aus einem Auslasskanal gedrängt, wenn sich das Auslassventil 24 in einer offenen Position befindet. Die Auslassventilposition wird durch eine Auslassnockenwelle 28 reguliert. Das Abgas verlässt die Maschine 12 durch einen Auslasskrümmer 30, wird in einem Abgassystem (nicht dargestellt) behandelt und wird an die Atmosphäre abgegeben.
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Um den Betrieb der Maschine 12 zu beginnen, ist ein Maschinen-Start/Stopp-System 32 gemäß der vorliegenden Offenbarung vorgesehen. Das MaschinenStart/Stopp-System 32 umfasst einen Druckspeicher 34 und ein oder mehrere Ventile 36, 38 und ist einem einzelnen Zylinder 18a, 18b, 18c oder 18d (nachstehend als Zylinder 18 bezeichnet) der Maschine 12 zugeordnet. In verschiedenen Ausführungsformen sind das eine oder die mehreren Ventile 36, 38 zwischen dem ersten Maschinenzylinder 18a und dem Druckspeicher 34 entlang einer oder mehrerer Leitungen 40, 42 angeordnet. Wie zu erkennen ist, kann das MaschinenStart/Stopp-System 32 irgendeinem der Zylinder 18 der Maschine 12 zugeordnet sein und ist nicht auf das vorliegende Beispiel begrenzt.
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In dem Beispiel von 1 wird ein Drucksteuerventil 36 selektiv gesteuert, um den Druckspeicher 34 mit Druck vom ersten Zylinder 18a aufzuladen. In verschiedenen Ausführungsformen ist das Drucksteuerventil 36 ein passives Rückschlagventil. Ein Druckabgabeventil 38 wird selektiv gesteuert, um den gespeicherten Druck im Druckspeicher 34 an den ersten Zylinder 18a abzugeben. In verschiedenen Ausführungsformen ist das Druckabgabeventil 38 ein aktives Steuerventil (d. h. ein Ventil vom Funkenzündungs-Direkteinspritzungs-Einspritzdüsentyp (SIDI-Einspritzdüsentyp). Ein Drucksensor 44 erfasst den Druck innerhalb des Druckspeichers 34 und erzeugt ein Drucksignal auf der Basis dessen.
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Ein Steuermodul 46 empfängt das Drucksignal und verschiedene andere Maschinensensorsignale und steuert die Maschine 12 und das Maschinen-Start/Stopp-System 32 auf der Basis dessen. Im Allgemeinen managt das Steuermodul 46 die Speicherung und Abgabe des Drucks im Druckspeicher 34 und steuert das Starten und das Stoppen der Maschine 12 auf der Basis des gemanagten Drucks.
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Mit Bezug auf 2 stellt ein Datenflussdiagramm verschiedene Ausführungsformen eines Maschinen-Start/Stopp-Steuersystems dar, das in das Steuermodul 46 eingebettet sein kann. Verschiedene Ausführungsformen der MaschinenStart/Stopp-Steuersysteme gemäß der vorliegenden Offenbarung können eine beliebige Anzahl von Untermodulen und/oder Datenspeichern, die in das Steuermodul 46 eingebettet sind, umfassen. Wie zu erkennen ist, können die in 2 gezeigten Untermodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden, um das Maschinensystem 10 ähnlich zu steuern. Eingaben in das Steuersystem können vom Fahrzeug 11 erfasst werden, von anderen Steuermodulen (nicht dargestellt) innerhalb des Fahrzeugs 11 empfangen werden und/oder durch andere Untermodule (nicht dargestellt) innerhalb des Steuermoduls 46 bestimmt werden. In verschiedenen Ausführungsformen, wie in 2 gezeigt, umfasst das Steuermodul 46 ein Druckspeichermodul 50, ein Maschinenstoppmodul 52 und ein Maschinenstartmodul 54.
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Das Druckspeichermodul 50 empfängt als Eingabe ein Drucksignal 56, das durch den Drucksensor 44 (1) erzeugt wird. Auf der Basis des Drucksignals 56 managt das Druckspeichermodul 50 die Menge an Druck innerhalb des Druckspeichers 34 (1). In einem Beispiel steuert das Druckspeichermodul 50 das Drucksteuerventil 36 (1) über ein Steuerventil-Steuersignal 57, um den aus dem ersten Zylinder 18a (1) abgegebenen Druck synchron abzutasten, bis das Drucksignal 56 angibt, dass der Druck innerhalb des Druckspeichers 34 (1) einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht hat. Das Druckspeichermodul 50 erzeugt einen Druckwert 58, der einen gegenwärtigen Druckpegel gemäß dem Drucksignal 56 angibt und/oder angibt, ob der Schwellendruck erfüllt wurde.
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Das Maschinenstoppmodul 52 empfängt als Eingabe eine Maschinenstoppanforderung 60 und den Druckwert 58. Die Maschinenstoppanforderung 60 kann auf der Basis von einer oder mehreren Betriebsbedingungen des Maschinensystems 10 (1) erzeugt werden. In einem Beispiel wird die Maschinenstoppanforderung 60 auf der Basis von Antriebsszenarios der Maschine 12 erzeugt, wie beispielsweise einer ausgedehnten Leerlaufbedingung ohne Fahrzeuggeschwindigkeit. In verschiedenen anderen Beispielen wird die Maschinenstoppanforderung 60 auf der Basis einer Zündungsausschaltanforderung erzeugt, um das Fahrzeug 11 (1) abzuschalten.
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Auf der Basis der Maschinenstoppanforderung 60 bewertet das Maschinenstoppmodul 52 den Druckwert 58. Wenn der Druckwert 58 angibt, dass der Druckpegel ausreicht, um die Maschine 12 (1) neu zu starten, erzeugt das Maschinenstoppmodul 52 ein oder mehrere Zündfunken-Steuersignale 62, Drosselklappen-Steuersignale 63, Einlassventil-Steuersignale 64, Auslassventil-Steuersignale 66 und/oder Kraftstoffsteuersignale 68, um die Maschine 12 (1) abzuschalten. In verschiedenen Ausführungsformen erzeugt das Maschinenstoppmodul 52 das eine oder die mehreren Signale 62-68 derart, dass der dem MaschinenStart/Stopp-System 32 (1) zugeordnete Zylinder im Expansions-/Arbeitshub stoppt. Unter Voraussetzung des Beispiels von 1 erzeugt das Maschinenstoppmodul 52 das eine oder die mehreren Signale 62-68 derart, dass der erste Zylinder 18a (1) der Maschine 12 (1) im Expansions-/Arbeitshub stoppt.
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Wenn der Druckwert 58 angibt, dass der Druckpegel noch nicht ausreicht, um die Maschine 12 (1) erneut zu starten, wird das Stoppen der Maschine 12 (1) verzögert, bis ein ausreichender Druckpegel erfüllt wurde. In verschiedenen Ausführungsformen können Diagnoseverfahren am Maschinen-Start/Stopp-System 32 (1) durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass der Druckpegel erfüllt werden kann, bevor das Stoppen der Maschine 12 (1) verzögert wird.
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Das Maschinenstartmodul 54 empfängt als Eingabe eine Maschinenstartanforderung 70 und den Druckwert 58. Die Maschinenstartanforderung 70 kann auf der Basis von einer oder mehreren Betriebsbedingungen des Maschinensystems 10 (1) erzeugt werden. In einem Beispiel wird die Maschinenstartanforderung 70 auf der Basis von Antriebsszenarios der Maschine 12 (1) und/oder Bedingungen des Fahrzeugs erzeugt, wie beispielsweise Herabtreten eines Kupplungspedals und/oder Loslassen eines Bremspedals. In verschiedenen anderen Beispielen wird die Maschinenstartanforderung 70 auf der Basis einer Zündungseinschaltanforderung erzeugt, um das Fahrzeug 11 (1) einzuschalten.
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Auf der Basis der Startanforderung 70 bewertet das Maschinenstartmodul 54 den Druckwert 58, um festzustellen, ob ausreichender Druck gespeichert ist, um die Maschine 12 (1) zu starten. Wenn der Druckwert 58 angibt, dass der Druckpegel ausreicht, um die Maschine 12 (1) erneut zu starten, erzeugt das Maschinenstartmodul 54 ein Steuerventil-Steuersignal 72, um das Druckabgabeventil 38 (1) selektiv zu öffnen und zu schließen, um die Maschine 12 (1) zu starten. In verschiedenen Ausführungsformen erzeugt das Maschinenstartmodul 54 das Steuerventil-Steuersignal 72, um das Druckabgabeventil 38 (1) zu öffnen, wenn ein Maschinenstart erwünscht ist. Das Druckabgabeventil 38 (1) wird in die offene Position gesteuert, um die gespeicherte Luft im Druckspeicher 34 (1) in den Zylinder 18 (1) abzugeben, um die Maschine 12 (1) durch die Gelegenheit für das Zünden des nächsten Zylinders zu drehen. Sobald die nächste Zündgelegenheit eintritt, wird das Druckabgabeventil 38 (1) in die geschlossene Position gesteuert, so dass der Druckspeicher 34 für das nächste Start/Stopp-Ereignis aufgeladen werden kann.
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Auf der Basis der Abgabe von Luft in den Zylinder 18 (1) steuert das Maschinenstartmodul 54 ferner die Kraftstoffeinspritzung und den Zündfunkenzeitpunkt für den Zylinder 18c (1), in dem die nächste Zündgelegenheit eintritt. In verschiedenen Ausführungsformen erzeugt das Maschinenstartmodul 54 ein Kraftstoffsteuersignal 74, um den Kraftstoff für den Zylinder 18c (1) zu steuern, wenn sich das Druckabgabeventil 38 (1) in der offenen Position befindet. Das Maschinenstartmodul erzeugt dann wahlweise ein Zündfunken-Steuersignal 76, um den Zündfunken im Zylinder 18 (1) zu steuern, um das Kraftstoff- und Luftgemisch zu zünden. Die Zeitsteuerung des Zündfunkens kann gemäß herkömmlichen Zündfunken-Zeitsteuerverfahren stattfinden (d. h. an oder nahe dem oberen Totpunkt). Das Maschinenstartmodul 54 erzeugt anschließende Kraftstoffsteuersignale 74 und Zündfunken-Steuersignale 76, so dass die folgenden Zylinder 18a, 18b und 18d dann mit Kraftstoff versorgt und in der geeigneten Zündreihenfolge gezündet werden, um den Startprozess zu vollenden und aufrechtzuerhalten.
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Wenn der erste Zylinder 18a (1) dem Druckspeicher 34 (1) zugeordnet ist und im Expansions-/Arbeitshub gestoppt wird, erzeugt das Maschinenstartmodul 54 in einem Beispiel das Kraftstoffsteuersignal 74 derart, dass Kraftstoff in den dritten Zylinder 18c (1) (den nächsten zu zündenden Zylinder) eingespritzt wird, wenn sich das Druckabgabeventil 38 (1) in der offenen Position befindet. Das Maschinenstartmodul 54 erzeugt dann das Zündfunken-Steuersignal 76, um den Zündfunken für den dritten Zylinder 18c (1) zu steuern, in den der Kraftstoff eingespritzt wurde. Das Druckabgabeventil 38 (1) wird dann in die geschlossene Position gesteuert, so dass der Druckspeicher 34 für das nächste Start/Stopp-Ereignis aufgeladen werden kann.
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Wenn jedoch der Druckwert 58 angibt, dass der Druckpegel nicht ausreicht, um die Maschine 12 (1) erneut zu starten, startet das Maschinenstartmodul 54 die Maschine 12 auf der Basis von herkömmlichen Startverfahren (d. h. Startermotor) über herkömmliche Steuersignale 78 erneut.
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Wenn man sich nun 3 zuwendet und mit fortgesetztem Bezug auf 1 und 2 stellt ein Ablaufplan ein Maschinen-Start/Stopp-Steuerverfahren, das durch das Steuermodul 46 von 2 durchgeführt werden kann, gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung dar. Wie angesichts der Offenbarung zu erkennen ist, ist die Betriebsreihenfolge innerhalb des Verfahrens nicht auf die sequentielle Ausführung, wie in 3 dargestellt, begrenzt, sondern kann in einer oder mehreren variierenden Reihenfolgen, wie anwendbar, und gemäß der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren so geplant werden, dass es auf der Basis von vorbestimmten Ereignissen abläuft und/oder kontinuierlich während des Betriebs des Fahrzeugs 11 abläuft.
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In einem Beispiel kann das Verfahren bei 100 beginnen. Die Maschinenbetriebsanforderungen 70, 60 werden bei 110 und 120 ausgewertet. Wenn die Maschinenstartanforderung 70 bei 110 nicht empfangen wird und die Maschinenstoppanforderung 60 bei 120 nicht empfangen wird, ist die Maschine 12 in Betrieb. Der Druckspeicher 34 wird über das Drucksteuerventil 36 (d. h. Öffnen des Drucksteuerventils 36) bei 130 mit Druck vom Zylinder 18 aufgeladen. Danach fährt das Verfahren mit der Überwachung der Maschinenbetriebsanforderungen 70, 60 bei 110 und 120 fort.
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Wenn die Maschinenstartanforderung 70 bei 110 nicht empfangen wird, jedoch die Maschinenstoppanforderung 60 bei 120 empfangen wird, wird der Druckwert 58 bei 140 ausgewertet. Wenn der Druckwert 58 bei 140 größer als oder gleich einem vorbestimmten Druckschwellenwert ist, wird die Maschine 12 bei 150 gestoppt, so dass der Zylinder 18, der dem Druckspeicher 34 zugeordnet ist (der erste Zylinder 18a), im Expansions-/Arbeitshub gestoppt wird. In verschiedenen Ausführungsformen wird die Maschine 12 über ein oder mehrere Zündfunken-Steuersignale 62, Drosselklappen-Steuersignale 63, Ventilsteuersignale 64, 66 und Kraftstoffsteuersignale 68 in einer solchen Weise gestoppt. Wenn jedoch der Druckwert 58 bei 140 geringer ist als der vorbestimmte Druckschwellenwert, wird das Stoppen der Maschine verzögert, um zu ermöglichen, dass der Druckspeicher sich bei 160 weiterhin auflädt, bis ausreichende Druckpegel bei 140 erfüllt wurden. Danach wird die Maschine 12 bei 150 gestoppt und das Verfahren fährt mit der Überwachung der Maschinenbetriebsanforderungen 70, 60 bei 110 und 120 fort.
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Wenn die Maschinenstartanforderung 70 bei 110 empfangen wird, wird der Druck im Druckspeicher 34 bei 170 ausgewertet. Wenn der Druck im Druckspeicher 34 bei 170 größer als oder gleich dem Druckschwellenwert ist, wird der Druck im Druckspeicher 34 verwendet, um die Maschine 12 bei 190-230 erneut zu starten. Wenn jedoch bei 170 der Druck im Druckspeicher 34 geringer ist als der Druckschwellenwert, werden alternative Verfahren zum Starten der Maschine 12 bei 180 durchgeführt.
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Um die Maschine 12 über den gespeicherten Druck erneut zu starten, wird das erste Ventil (V1) 38 bei 190 auf offen gesteuert, um den Druck in den Zylinder 18, der dem Druckspeicher 34 zugeordnet ist (den ersten Zylinder 18a), abzugeben. Der Kraftstoff und der Zündfunke für den nächsten zündenden Zylinder 18 (den dritten Zylinder 18c) wird bei 200 bzw. 210 gesteuert. Sobald das Zündfunkenereignis für diesen Zylinder 18 abschließt, wird das erste Ventil (V1) 38 bei 220 auf geschlossen gesteuert. Der Kraftstoff und der Zündfunke für die folgenden Zylinder 18 (den ersten Zylinder 18a, den zweiten Zylinder 18b und den vierten Zylinder 18d) werden bei 230 gesteuert, um das Starten der Maschine 12 zu vollenden. Danach fährt das Verfahren mit der Überwachung der Maschinenbetriebsanforderungen 70, 60 bei 110 und 120 fort.
