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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren, insbesondere Maßnahmen zur Vermeidung von Komfortstörungen beim Abstellen eines Verbrennungsmotors.
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Stand der Technik
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Beim Abstellen eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug kann es zu Komfortstörungen, d. h. zu merkbaren Resonanzen und/oder unerwünschter Geräuschentwicklung, kommen. Diese werden z. B. dadurch erzeugt, dass beim Abstellen des Verbrennungsmotors während des Auslaufens des Verbrennungsmotors in Drehzahlbereichen Teile des Fahrzeugs, wie z. B. die Motorlagerung, der Antriebsstrang und dergleichen, in Resonanz kommen können, was sich als unangenehme Erschütterung bemerkbar macht. Zum anderen kann es zu akustischen Beeinträchtigungen kommen, wenn nach dem Abstellen des Motors Luft in ein zuvor mit Unterdruck beaufschlagtes Saugrohr strömt.
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Um diese Komfortbeeinträchtigungen zu minimieren, gibt es bei Verbrennungsmotoren, insbesondere bei Dieselmotoren, eine so genannte Soft-Shut-Off-Betriebsart, bei der vorgesehen wird, das Drehmoment des Motors über eine fallende Rampe bzw. eine stetig fallende Begrenzungsfunktion während eines Abstellvorgangs zu begrenzen. Dadurch wird in definierter Weise das erzeugte innere Motormoment des Verbrennungsmotors während eines Abstellvorgangs kontinuierlich auf den Wert 0 reduziert. Zusätzlich kann beim Abstellen ab einer bestimmten Phase des Abstellvorgangs die Drosselklappe geschlossen werden, um den Verbrennungsmotor über den entstehenden Saugrohrunterdruck abzubremsen.
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Diese Vorgehensweise hat den Nachteil, dass Eingriffe, z. B. Eingriffe des Leerlaufreglers, einer Antiruckelfunktion und dergleichen, ein Sollmoment vorgeben können, das unterhalb der Begrenzungsfunktion liegt. In diesem Fall folgt das eingestellte Moment nicht der vorgegebenen Begrenzungsfunktion für den Abstellvorgang, sondern kann zeitweise einen kleineren Wert annehmen und unter Umständen anschließend wieder zum augenblicklichen Wert der Begrenzungsfunktion ansteigen.
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Weiterhin kann es vorkommen, dass während eines Abstellvorgangs signalisiert wird, dass der Verbrennungsmotor erneut gestartet werden soll. Der Startwunsch kann beispielsweise bei einer Start-Stopp-Automatik durch eine Betätigung des Fahrpedals oder bei einer etwaigen Anforderung eines zusätzlichen Antriebsmoments, z. B. von Nebenaggregaten, durch eine automatische Funktion ausgelöst werden. Solange sich die Drehzahl des Verbrennungsmotors oberhalb einer Schwellendrehzahl befindet, ist es dann möglich durch Wiederaufnahme einer Einspritzung von Kraftstoff den Verbrennungsmotor durch seinen Restschwung zu starten. Unterhalb der Schwellendrehzahl ist dies nicht möglich. Im Allgemeinen muss dann der Verbrennungsmotor vollständig zum Stillstand gekommen sein, bevor der Anlasser einspuren kann, um den Verbrennungsmotor erneut anzuschleppen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit denen ein reproduzierbares Abstellverhalten des Verbrennungsmotors erreicht wird. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen zur Verfügung zu stellen, um den Motor bei einem Startwunsch während des Abstellvorgangs so schnell wie möglich wieder starten zu können.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors während eines Abstellvorgangs gemäß Anspruch 1 sowie die Vorrichtung, das Motorsystem und das Computerprogrammprodukt gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, bei einem Abstellvorgang vorgesehen. Der Verbrennungsmotor wird gemäß einer Führungsgröße betrieben, wenn ein Abstellen des Verbrennungsmotors angefordert wird, wobei die Führungsgröße bis zu einem Stillstand des Verbrennungsmotors variiert wird.
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Insbesondere kann die Führungsgröße gemäß einer Führungsgrößenfunktion ermittelt werden.
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Das obige Verfahren sieht vor, einen Verbrennungsmotor während eines Abstellvorgangs durch einen vorgegeben zeitlichen Verlauf einer definierten Führungsgröße, wie z. B. eines Sollmoments oder einer Solldrehzahl, in definierter, reproduzierbarer Weise zum Stillstand zu bringen.
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Insbesondere bei Start-Stopp-Systemen ist ein nicht reproduzierbares Abstellverhalten störend, wenn der Fahrer nämlich während des Abstellvorgangs des Verbrennungsmotors den Verbrennungsmotor erneut starten möchte (Change-of-Mind-Fall). Durch das obige Verfahren kann also vermieden werden, dass bei identischen Zeitdifferenzen zwischen Beginn des Abstellvorgangs und Zeitpunkt des Startwunsches, der Verbrennungsmotor in einem Fall alleine durch Wiederaufnahme der Einspritzung abgefangen werden kann und gar nicht zum Stillstand kommen muss, während in einem anderen Fall unter gleichen Bedingungen der Verbrennungsmotor nur mithilfe eines Anlassers wieder gestartet werden kann, wobei der Verbrennungsmotor zum Starten zunächst vollständig gestoppt haben muss.
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Durch die Vorgabe der Führungsgröße, insbesondere des Sollmoments als inneres Moment ohne Berücksichtigung von unter Umständen schwankender Reibung (z. B. aufgrund variierender Motortemperatur), ist das Abstellverhalten des Verbrennungsmotors in der Regel nicht reproduzierbar. Deshalb ist es besonders sinnvoll, das Sollmoment auf Ebene des so genannten Kupplungsmoments vorzugeben, welches sich aus dem inneren Moment abzüglich der Verluste durch Reibung, Ladungswechsel und vom Motor angetriebenen Nebenaggregaten ergibt. Hat der Verbrennungsmotor seine stationäre Betriebstemperatur noch nicht erreicht und ist dadurch die Reibung erhöht, so wird dies bei Vorgabe des Sollmoments auf der Ebene des Kupplungsmoments automatisch kompensiert, ebenso wie zusätzlich angeforderte Lasten durch etwaige Nebenaggregate.
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Somit wird durch die feste Vorgabe der Führungsgröße gemäß dem Führungsgrößenverlauf der variable Einfluss von Reibung und Nebenaggregaten berücksichtigt, indem der Verlauf z. B. auf der Ebene des vom Motor bereitgestellten Abtriebsmoments vorgegeben wird. Im Gegensatz zu einer Begrenzung durch eine Begrenzungsfunktion können Eingriffe, wie z. B. Eingriffe eines Leerlaufreglers, einer Antiruckelfunktion und dergleichen, kein Sollmoment vorgeben, das unterhalb des von der vorgegebenen Begrenzungsfunktion bestimmten Begrenzungswerts liegt. Es kann daher auch nicht der Fall auftreten, dass das eingestellte Moment nicht der Begrenzungsfunktion folgt, sondern einen kleineren Wert annimmt, um später unter Umständen wieder bis zum augenblicklichen Stand der Begrenzungsfunktion anzusteigen.
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Ein solches Verfahren hat insbesondere den Vorteil, dass das Abstellverhalten reproduzierbar ist. Im Gegensatz zu den Verfahren gemäß dem Stand der Technik handelt es sich bei obigem Verfahren um eine Sollvorgabe für den Betrieb des Verbrennungsmotors während eines Abstellvorgangs.
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Weiterhin kann die Führungsgröße einem Sollmoment, einer Stellung einer Drosselklappe, einer Solldrehzahl oder einer Stellung eines Abgasrückführventils entsprechen.
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Weiterhin kann der zeitliche Verlauf der Führungsgröße stetig fallend, insbesondere linear fallend, sein.
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Gemäß einer Ausführungsform kann weiterhin ein Drehzahlverlauf vorgegeben werden, wobei die Führungsgröße weiterhin abhängig von einer Abweichung der Drehzahl von dem vorgegebenen Drehzahlverlauf bestimmt wird. Weicht der Verlauf der momentanen Drehzahl von dem der Solldrehzahl ab, die durch den Drehzahlverlauf vorgegeben ist, so kann ein vorgegebener Sollmomentverlauf über einen entsprechenden Regler korrigiert werden, wodurch die Reproduzierbarkeit des Abstellvorgangs weiter verbessert wird.
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Es kann weiterhin ein Drehzahlgradientenverlauf vorgegeben werden, wobei die Führungsgröße weiterhin abhängig von einer Abweichung des momentanen Drehzahlgradienten von dem vorgegebenen Drehzahlgradientenverlauf bestimmt wird.
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Weiterhin kann die Führungsgrößenfunktion einen Verlauf einer Solldrehzahl vorgeben.
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Abhängig von einer Drehzahl kann die Führungsgröße gemäß einer ersten Führungsgrößenfunktion oder einer zweiten Führungsgrößenfunktion vorgegeben werden. Eine Idee das Verfahren mit zwei Führungsgrößenfunktionen zu betreiben besteht darin, den Betrieb des Verbrennungsmotors während eines Abstellvorgangs in mehrere Phasen zu unterteilen, insbesondere in eine Phase, während der ein erneutes Anlassen des Motors ohne Verwendung eines Anlassers alleine durch Ausnutzung des Restschwungs des Verbrennungsmotors möglich ist, und eine weitere Phase während eines Auslaufens des Verbrennungsmotors, in der kein erneutes Anlassen des Motors aufgrund des Restschwungs mehr möglich ist. Auf diese Weise kann der Verbrennungsmotor so schnell wie möglich für den Antrieb zur Verfügung stehen.
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Solange sich der Verbrennungsmotor in einer Phase befindet, in der er ohne Starterunterstützung durch Wiederaufnehmen einer Einspritzung von Kraftstoff wieder anfahren kann, ist es ausreichend, die Drehzahl- bzw. Sollmomentreduktion zur Vermeidung von Komfortstörungen gemäß der ersten Führungsgrößenfunktion durchzuführen und sobald der Verbrennungsmotor zum Durchführen eines erneuten Startens des Verbrennungsmotors eine Starterunterstützung durch einen Anlasser benötigt, ist es notwendig, die Drehzahl- bzw. Sollmomentreduktion gemäß der zweiten Führungsgrößenfunktion durchzuführen, um den Stillstand schnellstmöglich zu erreichen. Dadurch wird berücksichtigt, dass der Verbrennungsmotor in der Regel erst wieder mithilfe eines Anlassermoments gestartet werden kann, wenn dieser gänzlich zum Stillstand gekommen ist.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Führungsgröße abhängig vom Erreichen bzw. Unterschreiten eines vorgegebenen Drehzahlschwellwertes gemäß unterschiedlicher zeitlicher Verläufe vorgegeben wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt kann eine Vorrichtung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors bei einem Abstellvorgang vorgesehen sein, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um den Verbrennungsmotor gemäß einer Führungsgröße zu betreiben, wenn ein Abstellen des Verbrennungsmotors angefordert wird, wobei die Führungsgröße gemäß einer vorgegebenen Führungsgrößenfunktion bis zu einem Stillstand des Verbrennungsmotors variiert wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt kann ein Motorsystem vorgesehen sein. Das Motorsystem umfasst einen Verbrennungsmotor und die obige Vorrichtung.
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Gemäß einem weiteren Aspekt kann ein Computerprogrammprodukt vorgesehen sein, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird, das obige Verfahren durchführt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems;
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2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zum Betreiben eines Verbrennungsmotors während eines Abstellvorgangs; und
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3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Verläufe des Sollmoments und der Drehzahl bei einem mehrphasigen Abstellvorgang.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motorsystems 1 mit einem Verbrennungsmotor 2, der über ein Motorsteuergerät 3 betrieben wird. Der Verbrennungsmotor 2 kann als Dieselmotor oder als Ottomotor ausgebildet sein und findet z. B. Einsatz in einem Kraftfahrzeug mit Start-Stopp-Automatik.
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Das Motorsteuergerät 3 betreibt den Verbrennungsmotor 2 in bekannter Weise abhängig von einer externen Vorgabegröße V, wie z. B. der Vorgabe eines Fahrerwunschmoments, beispielsweise über eine Fahrpedalstellung, und abhängig von Zustandsgrößen des Verbrennungsmotors 2. Das Betreiben des Verbrennungsmotors 2 kann durch ein von der externen Vorgabegröße V ermitteltes Sollmoment erfolgen, das beispielsweise bei einem Dieselmotor die einzuspritzende Kraftstoffmenge festlegt. Alternativ bestimmt das Vorgabemoment bei einem Ottomotor die dem Verbrennungsmotor 2 zuzuführende Luftmasse.
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In dem Motorsteuergerät 3 wird bei einem Abstellsignal, das entweder durch den Fahrer oder von einer Start-Stopp-Funktion, die in einem Start-Stopp-Automatikblock 31 durchgeführt wird, vorgegeben werden kann, das Verfahren zum Abstellen des Verbrennungsmotors 2 in einem Abstellfunktionsblock 32 durchgeführt, wie nachfolgend in Verbindung mit dem Flussdiagramm der 2 näher erläutert wird.
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In Schritt S1 wird abgefragt, ob ein Abstellsignal aktiviert ist, das z. B. von dem Start-Stopp-Automatikblock 31 generiert wird, z. B. wenn ein Fahrpedal betätigt worden ist. Das Abstellsignal gibt in einem aktivierten Zustand an, dass der laufende Verbrennungsmotor 2 abgestellt werden soll. Ist dies nicht der Fall (Alternative: Nein), so wird zu Schritt S1 zurückgesprungen. Andernfalls (Alternative: Ja) wird in Schritt S2 eine Ansteuerung des Verbrennungsmotors 2 gemäß einem vorgegebenen ersten Sollmomentverlauf als vorgegebenem Führungsgrößenverlauf (Führungsgrößenfunktion) gestartet.
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Der vorgegebene erste Sollmomentverlauf gibt ein zeitlich stetig fallendes Sollmoment vor, das entsprechend dem Typ des Verbrennungsmotors 2 z. B. bei einem Dieselmotor die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs bzw. bei einem Ottomotor die dem Verbrennungsmotor 2 zuzuführende Luftmasse bestimmt. Der erste Sollmomentverlauf ist so gewählt, dass Komfortstörungen, beispielsweise durch Schwingungen von Motorteilen aufgrund von Resonanzen und sonstige Geräuschentwicklungen, möglichst vermieden werden können. Der vorgegebene erste Sollmomentverlauf kann beispielsweise empirisch ermittelt werden.
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In der Abfrage von Schritt S3 wird in dem Abstellfunktionsblock 32 überprüft, ob ein Starten des Verbrennungsmotors 2 während des in Schritt S2 gestarteten Abstellvorgangs angefordert worden ist, bevor der Verbrennungsmotor zum vollständigen Stillstand gekommen ist. Die Anforderung eines erneuten Startens des Verbrennungsmotors 2 kann beispielsweise durch einen Fahrer oder von der Start-Stopp-Funktion des Verbrennungsmotors 2 gemäß einem aktiven Wiederstartsignal signalisiert werden.
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Wird kein erneutes Starten des Verbrennungsmotors 2 angefordert (Alternative: Nein), so wird mit der Abfrage von Schritt S4 fortgefahren. Andernfalls (Alternative: Ja) wird der Verbrennungsmotor 2 in Schritt S5 durch Wiederaufnahme des Einspritzens von Kraftstoff und/oder durch das Aktivieren der Leerlaufregelung oder dergleichen weiter betrieben, wodurch sich die Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 wieder auf die Leerlaufdrehzahl oder, sofern entsprechend angefordert, auf eine darüber liegende Drehzahl einstellt.
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In Schritt S4 wird abgefragt, ob eine bestimmte Schwellendrehzahl n1 erreicht worden ist. Die Schwellendrehzahl n1 ist kleiner als die Leerlaufdrehzahl und bestimmt eine Drehzahlschwelle, oberhalb der ein Wiederanlaufen des Verbrennungsmotors ohne Zuhilfenahme eines Starters bzw. Anlassers, d. h. ohne ein zusätzliches Anlassermoment, vorgenommen werden kann. Unterhalb der Schwellendrehzahl n1 ist ein Starten des Verbrennungsmotors 2 allein unter Zuhilfenahme des verbleibenden Restschwungs des Verbrennungsmotors 2 nicht möglich und es wird das zusätzliche Anlassermoment benötigt.
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Wird in Schritt S4 festgestellt, dass die Schwellendrehzahl noch nicht erreicht worden ist (Alternative: Nein), so wird zu Schritt S2 zurückgesprungen. Andernfalls wird in Schritt S6 ein Sollmoment gemäß einem zweiten Sollmomentverlauf (Führungsgrößenfunktion) vorgegeben. Der zweite Sollmomentverlauf kann linear sein oder einer sonstigen, vorzugsweise stetig fallenden, Funktion folgen. Der zweite Sollmomentverlauf kann einen durchschnittlichen Gradienten aufweisen, der vorzugsweise steiler ist als der Gradient bzw. der durchschnittliche Gradient des ersten Sollmomentverlaufs. Da zu einem erneuten Starten des Verbrennungsmotors 2 dieser in der Regel zum vollständigen Stillstand gekommen sein muss, damit der Starter bzw. Anlasser einspuren kann, wird durch den steileren Sollmomentverlauf nach dem Unterschreiten der Schwellendrehzahl der vollständige Stillstand des Verbrennungsmotors schneller erreicht.
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In Schritt S7 wird abgefragt, ob der vollständige Stillstand des Verbrennungsmotors erreicht worden ist. Ist dies der Fall (Alternative: Nein), so wird zu Schritt S6 zurückgesprungen. Andernfalls wird das Verfahren beendet und ein erneutes Starten des Verbrennungsmotors 2 kann jederzeit erfolgen.
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Anstelle der Sollmomentverläufe als Beispiel für Führungsgrößenverläufe können auch zeitliche Drehzahlverläufe ein definiertes Abstellverhalten des Verbrennungsmotors bewirken. Grundsätzlich sind auch andere Führungsgrößen als das Sollmoment und die Drehzahl zum Festlegen eines definierten Abstellverhaltens des Verbrennungsmotors 2 wählbar, durch die der Drehzahl- bzw. Momentverlauf des Verbrennungsmotors 2 in definierter Weise bis zum Stillstand des Verbrennungsmotors 2 vorgegeben wird.
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Im Fall, dass der Verbrennungsmotor 2 mit einem Starter bzw. Anlasser ausgestattet ist, der auch in einen noch auslaufenden Verbrennungsmotor 2 einspuren kann, kann es unter Umständen auch günstig sein, den zweiten Sollmomentverlauf flacher auszubilden als den ersten Sollmomentverlauf oder sogar wieder zu erhöhen, so dass sich die Drehzahlen des anlaufenden Starters bzw. Anlassers und des auslaufenden Verbrennungsmotors 2 nicht zu steil kreuzen, so dass ein möglichst sanftes Einspuren des Anlassers möglich ist.
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In 3 ist ein Diagramm dargestellt, in dem die zeitlichen Verläufe des Sollmoments und der Drehzahl des auslaufenden Verbrennungsmotors 2 dargestellt sind. Das Diagramm zeigt ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben des Verbrennungsmotors 2, bei dem der Abstellvorgang zweiphasig durchgeführt wird. Zum Zeitpunkt t1 wird das Abstellsignal aktiviert und während vorher die Vorgabe des Sollmoments auf der Basis eines Fahrerwunschmoments, d. h. der externen Vorgabe V, der Leerlaufregelung und ggf. sonstigen Momenteneingriffen, erfolgte, wird nun das Sollmoment MSoll gemäß der vorgegebenen ersten Sollmomentfunktion fest vorgegeben. Vorzugsweise ist die erste Sollmomentfunktion eine Rampe, bei der das Sollmoment MSoll linear mit einem ersten Gradienten sinkt. Die Steigung der Rampe ist vorzugsweise komfortoptimiert. Aufgrund des sich verringerndes Sollmoments MSoll wird auch die Motordrehzahl n geringer.
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Sobald die Drehzahl n jedoch die Schwellendrehzahl n1 unterschritten bzw. erreicht hat (zu einem Zeitpunkt t2), ab der das Abstellen des Verbrennungsmotors 2 nicht mehr ohne Zuhilfenahme eines externen Starter- oder Anlassermoments abgebrochen werden kann, wird gemäß der zweiten Sollmomentfunktion das entsprechende Sollmoment deutlich schneller reduziert oder im Extremfall sofort auf den minimal einstellbaren Wert, der dem Verlustmoment entspricht, gesetzt. Aufgrund des nun sehr viel schneller abnehmenden Sollmoments MSoll wird auch die Drehzahl n sehr viel schneller sinken, was aus dem Diagramm der 3 entnommen werden kann. Dadurch kommt der Verbrennungsmotor 2 viel schneller zum Stillstand als wenn weiterhin das Sollmoment MSoll gemäß der ersten Sollmomentfunktion weiter mit der flacheren Steigung der ersten Phase abgerampt würde. Somit ist auch das erneuten Starten des Verbrennungsmotors 2 früher möglich.
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Anstelle der Schwellendrehzahl n1 kann der Übergang zwischen der ersten Phase und der zweiten Phase auch an andere oder zusätzliche Bedingungen gekoppelt sein. Zusätzlich zur Vorgabe der Sollmomentverläufe der ersten und zweiten Sollmomentfunktion kann auch ein Solldrehzahlverlauf bzw. ein Solldrehzahlgradient vorgegeben sein. Weicht der Verlauf einer Istdrehzahl von dem der Solldrehzahl ab bzw. weichen deren Gradienten voneinander ab, so kann das momentane vorgegebene Sollmoment über einen Regler vorzugsweise abhängig von der Höhe der entsprechenden Abweichung korrigiert werden, so dass die Istdrehzahl dem Solldrehzahlverlauf folgt. Dadurch kann die Reproduzierbarkeit des Abstellverlaufs weiter verbessert werden.