DE102013225851A1 - Method and device for operating an internal combustion engine of a motor vehicle having a start-stop function - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betrieb einer Brennkraftmaschine eines eine Start-Stopp-Funktion aufweisenden Kraftfahrzeugs, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass während einer Stopp-Phase der genannten Start-Stopp-Funktion eine Reduzierung der Drehzahl der Brennkraftmaschine auf ein Niveau, welches einen erneuten Startvorgang (235) der Brennkraftmaschine möglichst zeitnah zulässt, durch Erzeugen eines kurzzeitigen Gegenmoments mittels eines im Kraftfahrzeug angeordneten, mit der Brennkraftmaschine verbundenen elektrischen Generators beschleunigt erfolgt (245, 250).The present invention relates to a method and a device for operating an internal combustion engine of a motor vehicle having a start-stop function, wherein it is provided in particular that during a stop phase of said start-stop function, a reduction of the rotational speed of the internal combustion engine to a level , which allows a renewed starting operation (235) of the internal combustion engine as soon as possible, by accelerating a short-term counter-torque by means arranged in the motor vehicle, connected to the internal combustion engine accelerated (245, 250).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine eines eine Start-Stopp-Funktion aufweisenden Kraftfahrzeugs gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, einen elektronischen Datenträger zur Speicherung des Computerprogramms und ein elektronisches Steuergerät, mittels derer das erfindungsgemäße Verfahren ausführbar ist.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine of a motor vehicle having a start-stop function according to the preambles of the respective independent claims. Furthermore, the invention relates to a computer program, an electronic data carrier for storing the computer program and an electronic control unit, by means of which the method according to the invention can be carried out.
Stand der TechnikState of the art
Bei einer Start-Stopp-Funktion eines Kraftfahrzeugs wird in an sich bekannter Weise eine im Kraftfahrzeug angeordnete Brennkraftmaschine (Otto- oder Dieselmotor) automatisch abgeschaltet, sobald das Fahrzeug anhält, wodurch der Kraftstoffverbrauch gesenkt wird. Das Abschalten der Brennkraftmaschine erfolgt bei mit geringer Geschwindigkeit fahrendem bzw. rollendem oder bereits stehendem Fahrzeug meist erst dann, wenn der Fahrer im Falle eines Schaltgetriebes in den Leerlauf schaltet bzw. im Falle eines Automatikgetriebes die Bremse betätigt. Zusätzlich kann das Abschalten der Brennkraftmaschine auch von weiteren Bedingungen, z.B. dem Betriebszustand einer Klimaanlage, dem Batteriezustand und/oder dem aktuellen Lenkwinkel abhängig gemacht werden.In a start-stop function of a motor vehicle, an internal combustion engine (gasoline or diesel engine) arranged in the motor vehicle is automatically switched off in a manner known per se as soon as the vehicle stops, whereby the fuel consumption is reduced. The switching off of the engine takes place at low speed moving or rolling or already stationary vehicle usually only when the driver switches in the case of a gearbox in the idle or actuates the brake in the case of an automatic transmission. In addition, the shutdown of the internal combustion engine may also be subject to further conditions, e.g. the operating condition of an air conditioner, the battery condition and / or the current steering angle are made dependent.
Das Abschalten der Brennkraftmaschine erfolgt bei den meisten Kraftfahrzeugen elektronisch mittels eines Motorsteuergeräts, und zwar bei einem Dieselmotor durch Abstellen der Einspritzung und bei einem Ottomotor durch Abstellen der Einspritzung oder Zündung. Allerdings kommt es nach dem Abschalten zu einem Auslaufvorgang der Brennkraftmaschine, bei dem sich bis zum endgültigen Stillstand der Brennkraftmaschine die Drehzahl verringert. Dieser Auslauf wird insbesondere durch die Schwungmasse des Kurbeltriebs und die Reibung der Mechanik der Brennkraftmaschine verursacht.The switching off of the internal combustion engine takes place electronically in most motor vehicles by means of an engine control unit, namely in a diesel engine by stopping the injection and in a gasoline engine by switching off the injection or ignition. However, it comes after switching off to a discharge operation of the internal combustion engine, in which the speed is reduced until the final standstill of the internal combustion engine. This spout is caused in particular by the flywheel of the crank mechanism and the friction of the mechanics of the internal combustion engine.
Aufgrund der in den Zylindern bzw. Brennräumen der Brennkraftmaschine während der Auslaufphase weiterhin stattfindenden Kompression fällt die Drehzahl nicht gleichmäßig linear ab, sondern verringert sich je nach Zylinderzahl sehr ungleichmäßig. In der
Insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit wenigen Zylindern, z.B. einem 2-Zylinder-Ottomotor
Nach erfolgtem Abschalten (Stopp) der Brennkraftmaschine wird ein erneuter Startvorgang bekanntermaßen dadurch initiiert bzw. in Gang gesetzt, dass der Fahrer bei einem Schaltgetriebe die Kupplung betätigt bzw. bei einem Automatikgetriebe das Bremspedal löst. Wenn die Drehzahl zum Zeitpunkt des Startvorgangs oberhalb der sog. ZMS-Resonanzfrequenz (ZMS steht für Zweimassen-Schwungrad), d.h. im Bereich von etwa 300 bis 400 U/min, liegt, kann die Brennkraftmaschine durch Wiedereinschalten der Einspritzung bzw. Zündung gestartet werden. Jedoch kann die Brennkraftmaschine über einen heutigen Ritzelstarter technisch bedingt erst dann wieder gestartet werden, wenn die Drehzahl einen bestimmten Wert unterschreitet, Unterhalb von 300 U/min ist dies in der genannten Weise nicht möglich, sondern die Brennkraftmaschine muss mit dem Anlassermotor, der meist als Ritzelstarter ausgeführt ist, gestartet werden. Jedoch kann auch ein konventioneller Ritzelstarter erst unterhalb einer Drehzahl von 75 U/min einspuren, um die Brennkraftmaschine zu starten. Erfolgt das Einspuren des Starters allerdings während eines genannten Rückpendelns eines oder mehrerer Kolben und treibt dadurch den bzw. die Kolben in die genannte Gegenrichtung an, kommt es zu unerwünscht oder sogar unzulässig hohen mechanischen Belastungen der Brennkraftmaschine und des Starters.After the shutdown (stop) of the internal combustion engine, a restart process is known to be initiated or initiated by the driver actuating the clutch in a manual transmission or disengaging the brake pedal in an automatic transmission. If the speed at the time of starting is above the so-called ZMS resonance frequency (ZMS stands for dual-mass flywheel), i. In the range of about 300 to 400 U / min, the internal combustion engine can be started by restarting the injection or ignition. However, due to technical reasons, the internal combustion engine can only be restarted via a modern pinion starter when the engine speed drops below a certain value. Below 300 rpm, this is not possible in the above-mentioned manner, but the internal combustion engine must be equipped with the starter motor, which is usually used as the engine Ritzelstarter is executed to be started. However, even a conventional pinion starter can track only below a speed of 75 rev / min to start the engine. However, if the meshing in of the starter occurs during a said backward oscillation of one or more pistons and thereby drives the piston or pistons in the opposite direction, undesired or even inadmissibly high mechanical loads on the internal combustion engine and the starter occur.
Aus den genannten Gründen dauert es etwa 1 s zwischen dem Abschalten der Brennkraftmaschine und dem eigentlichen Stillstand der Kurbelwelle, bei den genannten 2- und 3-Zylindermotoren sogar noch länger. Erst danach kann der Starter einspuren und den Wiederstart der Brennkraftmaschine bewirken. Zu dieser Verzögerung kommt zusätzlich die Zeit für den eigentlichen Startvorgang, und zwar etwa 0,4 s, hinzu, womit sich insgesamt eine Verzögerung von etwa 1,4 s ergibt.For the reasons mentioned, it takes about 1 s between the switching off of the internal combustion engine and the actual standstill of the crankshaft, even longer in the mentioned 2- and 3-cylinder engines. Only then can the starter engage and effect the restart of the internal combustion engine. In addition to this delay comes the time for the actual boot process, about 0.4 s, which adds up to a total delay of about 1.4 s.
In vielen Verkehrssituationen ist jedoch eine möglichst kurze Wiederstartzeit unmittelbar nach bereits aktivierter Stopp-Funktion erforderlich, wobei der Fahrer z.B. durch Betätigen des Fahr- bzw. Gaspedals einen erneuten Startwunsch anzeigt. Dieser sog, „Change-of-Mind“(CoM)-Fall kann z.B. durch eine auf grün schaltende Verkehrsampel verursacht sein. In einer anderen, in
Aufgrund des Fahrzeugstillstands und der betätigten Bremse generiert die Start-Stopp-Automatik ein Motor-Stopp-Signal
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine mit einer Start-Stopp-Funktion ausgestattete Brennkraftmaschine möglichst schnell abzustoppen, d.h. auf eine geringe Drehzahl zu verzögern, um die Stopp-Phase einer genannten Funktion möglichst zu verkürzen. Bevorzugt soll dabei gleichzeitig ein eingangs genanntes Rückpendeln der Kolben (Zylinder) minimiert oder sogar verhindert werden.The invention is based on the idea to stop an engine equipped with a start-stop function as quickly as possible, i. to delay to a low speed in order to shorten the stop phase of a said function as possible. At the same time, at the same time, an oscillation of the pistons (cylinders) mentioned at the beginning should be minimized or even prevented.
Die Erfindung schlägt insbesondere vor, die Stopp-Phase einer genannten Start- Stopp-Funktion, und damit auch den möglichen Beginn eines der Stopp-Phase nachfolgenden Wiederstarts der Brennkraftmaschine, durch Erzeugung eines kurzzeitigen mechanischen Gegenmomentes auf die Kurbelwelle zu verkürzen, wobei das Gegenmoment mittels eines im Kraftfahrzeug bzw. an der Brennkraftmaschine angeordneten elektrischen Generators bzw. Stromgenerators (auch „Lichtmaschine“ genannt) erzeugt wird. Dieses Gegenmoment kann auch mit anderen Aggregaten, die mechanisch mit der Kurbelwelle oder dem Riementrieb verbunden sind, erzeugt werden. Dazu gehört beispielsweise ein Klimakompressor oder eine oder mehrere Pumpen (Servo-, Öl- oder Wasserpumpen).The invention proposes in particular to shorten the stop phase of said start-stop function, and thus also the possible beginning of the stop phase subsequent restart of the internal combustion engine by generating a short-term mechanical counter-torque on the crankshaft, wherein the counter-torque means a arranged in the motor vehicle or on the internal combustion engine electric generator or power generator (also called "alternator") is generated. This counter-torque can also be generated with other units that are mechanically connected to the crankshaft or the belt drive. This includes, for example, an air conditioning compressor or one or more pumps (servo, oil or water pumps).
Das genannte Gegenmoment wird bevorzugt durch kurzzeitig erhöhte elektrische Leistungsaufnahme bzw. Leistungsabgabe des Stromgenerators erzeugt. Die Erhöhung der Leistungsabgabe kann dabei durch kurzzeitige Erhöhung des Ladestroms eines Energiespeichers (Autobatterie bzw. -akkumulator) und/oder durch kurzzeitiges Hinzuschalten bzw. kurzzeitige Leistungserhöhung von im Kraftfahrzeug vorhandenen elektrischen Verbrauchern und/oder elektrischen bzw. mechanischen Aggregaten bzw. Lasten erzeugt werden. Durch Erhöhung der Leistungsaufnahme eines bereits aktivierten Aggregats kann die Brennkraftmaschine noch schneller gestoppt werden. Um die für das erfindungsgemäße Verfahren erforderliche Leistungsabgabe des Stromgenerators zu ermöglichen, kann die Höhe eines Erregerstroms des Stromgenerators zeitlich vorgesteuert werden. Zudem kann der Stromgenerator mit einer modifizierten Regelkennlinie betrieben werden, mittels welcher der für die Erzeugung des Gegenmomentes notwendige Erregerstromaufbau beschleunigt erfolgt.The said counter-torque is preferably generated by briefly increased electrical power consumption or power output of the power generator. The increase in power output can be generated by short-term increase of the charging current of an energy storage device (car battery or accumulator) and / or by short-term addition or short-term increase in power of existing in the motor vehicle electrical consumers and / or electrical or mechanical units or loads. By increasing the power consumption of an already activated unit, the internal combustion engine can be stopped even faster. In order to enable the power output of the power generator required for the method according to the invention, the magnitude of an exciter current of the current generator can be timed in advance. In addition, the power generator can be operated with a modified control characteristic, by means of which the necessary for the generation of the counter-torque excitation current structure is accelerated.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt der technische Effekt zugrunde, dass die genannten Verbraucher während des Auslaufs der Brennkraftmaschine über den mit der Brennkraftmaschine mittels z.B. eines Keilriemens zusammenwirkeden Stromgenerator ein hohes Gegenmoment aufbauen, welches ausreicht, um die Brennkraftmaschine schnell und rückpendelfrei bzw. rückpendelarm zu verzögern. Ein mögliches Rückpendeln der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine kann zusätzlich dadurch minimiert oder sogar verhindert werden, dass während der Stopp-Phase der Erregerstrom des Stromgenerators zu einem geeigneten Zeitpunkt abgeschaltet wird.The method according to the invention is based on the technical effect that the said consumers during the run of the internal combustion engine on the with the internal combustion engine by means of e.g. a V-belt co-operating the current generator to build up a high counter-torque which is sufficient to retard the internal combustion engine quickly and back-free or Rückpendelarm. In addition, a possible return oscillation of the crankshaft of the internal combustion engine can be minimized or even prevented by switching off the exciter current of the current generator at a suitable time during the stop phase.
Bei den genannten Verbrauchern handelt es sich um solche Aggregate, deren kurzzeitiges Hinzuschalten bzw. kurzzeitige Leistungserhöhung keinen störenden Einfluss auf den Betrieb des Kraftfahrzeugs haben. Insbesondere in Betracht kommen dabei elektrische Verbraucher oder mechanisch bzw. elektromechanisch betriebene Aggregate, die in dem erforderlichen, nur sehr kurzzeitigen Zeitfenster in Bereich von etwa 0,1–1 s nach einem erfolgten Stoppbefehl keinen störenden Einfluss auf den Betrieb des Kraftfahrzeugs haben bzw. deren kurzzeitige Aktivierung vom Fahrer nur geringfügig oder überhaupt nicht wahrgenommen wird. Mögliche Verbraucher sind im Kraftfahrzeug verbaute Heizungen, wie Sitzheizungen oder eine Heckscheibenheizung, Umluft- bzw. Kühlgebläse oder ein Klimakompressor. Letzterer kann entweder elektrisch über den Generator oder direkt mechanisch von der Brennkraftmaschine betrieben werden.In the aforementioned consumers are such aggregates whose short-term addition or short-term increase in power have no disturbing effect on the operation of the motor vehicle. Particular consideration is given to electrical consumers or mechanically or electromechanically operated units which, in the required, very short time window in the range of about 0.1-1 s after a successful stop command, have no interfering influence on the operation of the motor vehicle or its operation short-term activation by the driver is perceived only slightly or not at all. Possible consumers are heaters installed in the motor vehicle, such as seat heaters or a rear window heater, circulating air or cooling fan or an air conditioning compressor. The latter can either be operated electrically via the generator or directly mechanically by the internal combustion engine.
Aufgrund der verkürzten Stopp-Phase kann ein genannter, konventioneller Ritzelstarter erheblich früher einspuren und damit die Brennkraftmaschine im Wesentlichen verzögerungsfrei, oder zumindest mit relativ geringer und damit den Betriebskomfort nur sehr wenig beeinträchtigenden zeitlichen Verzögerung, erneut starten.Due to the shortened stop phase, a named, conventional pinion starter can engage significantly earlier, thus restarting the internal combustion engine essentially without delay, or at least with a relatively low time delay, which is very little affecting the operating comfort.
Durch das erfindungsgemäß ermöglichte zeitnahe Einspuren eines Starters in die nur relativ langsam drehende Brennkraftmaschine ergeben sich keine mechanischen Zusatzbelastungen für den Starter. Dadurch wird die Lebensdauer des Starters verlängert bzw. eine nominale Starterlebensdauer ohne etwa erforderliche Zusatzmaßnahmen erreicht. Gleichzeitig werden im Vergleich zum Stand der Technik, gemäß dessen ein zeitnahes Einspuren in die noch relativ schnell drehende Brennkraftmaschine mit lauten Zusatzgeräuschen („Ratschen“) verbunden wäre, mittels der Erfindung die Startergeräusche reduziert, was den Betriebskomfort bzw. Fahrkomfort des Kraftfahrzeugs zusätzlich verbessert.By the present invention enabled timely engagement of a starter in the only relatively slowly rotating internal combustion engine, there are no additional mechanical loads for the starter. As a result, the life of the starter is extended or achieved a nominal starter life without any additional measures required. At the same time in comparison to the prior art, according to which a timely meshing in the still relatively fast rotating internal combustion engine with loud additional noise ("ratchets") would be connected, reduced by means of the invention, the starter noise, which additionally improves the operating comfort and ride comfort of the motor vehicle.
Durch die verringerte Auslaufzeit der Brennkraftmaschine im genannten Change-of-Mind-Fall kann die Brennkraftmaschine erheblich früher wieder gestartet werden. Dadurch kann das Kraftfahrzeug besser einem Fahrerwunsch nach spontanem Momentenaufbau folgen, wodurch die Akzeptanz eines erfindungsgemäß betriebenen Start-Stopp-Systems und insbesondere auch die Verkehrssicherheit des Kraftfahrzeugs steigt.Due to the reduced flow time of the internal combustion engine in said change-of-mind case, the internal combustion engine can be restarted much earlier. As a result, the motor vehicle can better follow a driver's request for spontaneous torque build-up, as a result of which the acceptance of a start-stop system operated in accordance with the invention and in particular also the traffic safety of the motor vehicle increases.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mittels eines Steuerprogramms und damit kostengünstig realisiert werden, wobei insbesondere keine kostspieligen zusätzlichen Bauelemente erforderlich sind.The inventive method can be realized by means of a control program and thus cost, in particular, no costly additional components are required.
Die Erfindung betrifft auch ein elektronisches Steuergerät zur Ausführung des genannten Verfahrens, welches bevorzugt ein Energiemanagementmodul zur Steuerung eines genannten elektrischen Stromgenerators und ein Verbrauchermanagementmodul zur Steuerung genannter Verbrauchers aufweist.The invention also relates to an electronic control unit for carrying out said method, which preferably has a power management module for controlling a said electric power generator and a power management module for controlling said load.
Die Erfindung kann insbesondere in jeglichen Brennkraftmaschinen insbesondere von Kraftfahrzeugen mit einer genannten Start-Stopp-Funktion zur Anwendung kommen. Darüber hinaus kommt eine Anwendung auch bei zukünftigen Kraftfahrzeugen, bei denen die Brennkraftmaschine mittels einer Stopp-Funktion bereits dann abgeschaltet wird, während das Fahrzeug noch rollt (sog. „Segelbetrieb mit ausgeschaltetem Motor“).The invention can be used in particular in any internal combustion engine, in particular of motor vehicles with a named start-stop function. In addition, an application is also in future motor vehicles, in which the internal combustion engine is already switched off by means of a stop function while the vehicle is still rolling (so-called. "Sailing with engine off").
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments
Die
In
Gemäß dem Stand der Technik würde bei einem bereits erzeugten Motor-Stopp-Signal
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Brennkraftmaschine nach dem erzeugten Start-Stopp-Signal
Die
Die in der
Zur erfindungsgemäßen Koordination bzw. Steuerung der Start-Stopp-Funktion sowie das dafür erforderliche Lastmanagement ist ein Energiemanagementmodul bzw. -einheit
Bei diesen zusätzlichen Verbrauchern
Der Stromgenerator
Der in
Wie aus der
Das Energiemanagementmodul
Die in
Eine zusätzliche, das genannte Schleppmoment erhöhende Leistungsspitze (bzw. -peak) des Stromgenerators
Mittels einer genannten, angepassten bzw. zusätzlichen Generator-Regelkennlinie kann ein möglichst schneller Aufbau des notwendigen Erregerstroms erzielt werden. Dabei kann das genannte Energiemanagementmodul
Zusätzlich oder alternativ zu den beschriebenen Maßnahmen zur Erzeugung einer kurzzeitigen Leistungsspitze im Stromgenerator
Durch das so erzeugte Gegenmoment wird die Drehzahl der Brennkraftmaschine unterstützend so abgebremst, dass ein Rückpendeln der Kurbelwelle bzw. ein zusätzlich erhöhtes Rückpendeln wirksam vermieden wird. Erst nach dem Aufbau des erforderlichen bzw. gewünschten Gegenmomentes wird die Brennkraftmaschine in an sich bekannter Weise aktiv ausgestellt
Mittels einer für den Start-Stopp-Fall, wie beschrieben, modifizierten Reglerkennlinie zum Betrieb es Stromgenerators kann erreicht werden, dass der im Stromgenerator für die Erzeugung des Gegenmomentes notwendige Erregerstromaufbau schneller erfolgt. Zusätzlich kann während des Ausschalt- bzw. Abstellvorganges der Brennkraftmaschine durch Abschalten des Erregerstroms des Stromgenerators der Aufbau des Brems- bzw. Gegenmomentes beendet werden
Nachdem der Aufbau bzw. die Wirkung eines beschriebenen Gegenmomentes beendet bzw. deaktiviert wurde
Das beschriebene Verfahren kann entweder in Form eines Steuerprogramms für ein elektronisches Steuergerät zur Steuerung einer Brennkraftmaschine oder in Form einer oder mehrerer entsprechender elektronischer Steuereinheiten (ECUs) realisiert werden.The described method can be implemented either in the form of a control program for an electronic control unit for controlling an internal combustion engine or in the form of one or more corresponding electronic control units (ECUs).
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP3812568A1 (en) * | 2019-10-22 | 2021-04-28 | Illinois Tool Works INC. | Systems for preventing activation of a starter based on engine speed |
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2013
- 2013-12-13 DE DE102013225851.8A patent/DE102013225851A1/en not_active Ceased
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R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
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