DE102014204086A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Kontrolle des Auslaufverhaltens einer Brennkraftmaschine, bei dem eine Luftdosiereinrichtung nach einer Stoppanforderung zunächst die der Brennkraftmaschine während des Auslaufs zugeführte Luftmenge reduziert und zu einem Öffnungs-Kurbelwellenwinkel (KWauf) diese Luftmenge wieder erhöht, wobei der Öffnungs-Kurbelwellenwinkel (KWauf) nach einem Unterschreitungs-Kurbelwellenwinkel (KWunter) liegt zu dem eine Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine im Auslauf unter einen vorgebbaren Drehzahlschwellenwert (ns) fällt, wobei der zeitliche Verlauf der Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine nach der Stoppanforderung so beeinflusst wird, dass die Brennkraftmaschine in einem vorgebbaren Ziel-Kurbelwellenwinkelbereich zum Stillstand kommt.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontrolle des Auslaufverhaltens einer Brennkraftmaschine.
  • Aus der DE 10 2011 082 198 A1 ist ein Verfahren zum Stoppen einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem über eine Luftdosiereinrichtung die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge reduziert wird, nachdem eine Stoppanforderung ermittelt wurde, wobei die über die Luftdosiereinrichtung der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge wieder erhöht wird, wenn eine erfasste Drehzahl der Brennkraftmaschine einen vorgebbaren Schwellenwert unterschreitet, wobei ein Einlasszylinder, dem die Luftmenge zugeführt wird, nach der Erhöhung der zugeführten Luftmenge nicht mehr in einen Arbeitstank geht.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass bei einem Verfahren zur Kontrolle des Auslaufverhaltens einer Brennkraftmaschine, bei dem eine Luftdosiereinrichtung, insbesondere eine Drosselklappe oder eine variable Ventilverstellung, nach einer Stoppanforderung zunächst die der Brennkraftmaschine während des Auslaufs zugeführte Luftmenge reduziert, und zu einem Öffnungs-Kurbelwellenwinkel diese Luftmenge wieder erhöht, wobei der Öffnungs-Kurbelwellenwinkel nach einem Unterschreitungs-Kurbelwellenwinkel liegt, zu dem eine Drehzahl der Brennkraftmaschine während des Auslaufs unter einen vorgebbaren Drehzahlschwellenwert fällt und wobei der zeitliche Verlauf der Drehzahl der Brennkraftmaschine nach der Stoppanforderung und vor dem Öffnungs-Kurbelwellenwinkel so beeinflusst wird, dass die Brennkraftmaschine in einem vorgebbaren Ziel-Kurbelwellenwinkelbereich zum Stillstand kommt. Gegenüber dem Stand der Technik hat dies den Vorteil, dass das Auslassverhalten der Brennkraftmaschine besonders gut kontrolliert werden kann. Insbesondere ist es möglich, festzulegen, welcher Zylinder der Brennkraftmaschine im Verdichtungstakt ist, wenn der Auslauf zu Ende ist, wenn die Brennkraftmaschine also in den Stillstand übergeht.
  • Die Beeinflussung des Verlaufs der Drehzahl erfolgt hierbei durch ein Nebenaggregat, welches auf die Kurbelwelle direkt oder indirekt ein die Rotationsbewegung der Kurbelwelle abbremsendes oder beschleunigendes Drehmoment aufprägt.
  • In einer vorteilhaften Weiterentwicklung wird der Verlauf der Drehzahl der Brennkraftmaschine so beeinflusst, dass ein Drehzahlgradient während des Auslaufs der Brennkraftmaschine auf einen vorgebbaren Ziel-Drehzahlgradienten eingestellt wird. Unter dem Drehzahlgradient wird hierbei die Änderung der Drehzahl der Brennkraftmaschine pro Zeiteinheit während eines charakteristischen Intervalls, bspw. zwischen zwei (bspw., aber nicht notwendigerweise) aufeinanderfolgenden oberen Totpunkten von Zylindern der Brennkraftmaschine verstanden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung wird der Drehzahlgradient dadurch eingestellt, dass eine Ansteuerung einer an die Kurbelwelle gekoppelten Hochdruck-Einspritzpumpe nach der Stoppanforderung, besonders vorzugsweise während des Auslaufs der Brennkraftmaschine, verändert wird. Durch die Ansteuerung der Hochdruck-Einspritzpumpe verändert sich das auf die Kurbelwelle übertragene Drehmoment, und der Drehzahlgradient lässt sich auf einfache Weise einstellen.
  • Die Nutzung der Hochdruck-Einspritzpumpe ist deswegen besonders vorteilhaft, weil der Kolben der Hochdruck-Einspritzpumpe eine auf- und -ab-Bewegung durchführt, und somit in bekannter Weise Ansaugtakte und Fördertakte durchführt. Im Ansaugtakt bewegt sich der Kolben nach unten und es wird Kraftstoff aus einer niederdruckseitigen Zuleitung angesaugt. Im Fördertakt bewegt sich der Kolben nach oben, und es wird Kraftstoff in ein Hochdruck-Einspritzrail gefördert, was Energie verbraucht und somit die Rotation der Kurbelwelle bremst. Diese Bewegung des Kolbens erfolgt in bekannter Weise über einen Nocken der Nockenwelle. Die Rotationsbewegung der Nockenwelle ist in bekannter Weise an die Rotationsbewegung der Kurbelwelle geknüpft. Zu einem Rückpendelzeitpunkt der Kurbelwelle kehrt sich auch die Rotationsrichtung der Nockenwelle um. Ist der Kolben der Hochdruckpumpe zu diesem Zeitpunkt im Ansaugtakt, so führt die Drehrichtungsumkehr dazu, dass die Hochdruckpumpe nun in einem Fördertakt ist, sodass Rotationsenergie vernichtet (bzw. ins Hochdruckrail umgespeichert) wird. Dadurch ist es möglich, dass jederzeit in der Nähe des Umkehrpunkts der Drehrichtung Rotationsenergie vernichtet wird, was die Rotationsbewegung der Brennkraftmaschine wirkungsvoll abbremst.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist es alternativ oder zusätzlich zur Ansteuerung der Hochdruck-Einspritzpumpe auch möglich, eine Ansteuerung einer an die Kurbelwelle gekoppelten Ölpumpe und/oder einer Kühlwasserpumpe vorzunehmen, um so den Drehzahlgradienten während des Auslaufs zu verändern.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist es alternativ oder zusätzlich zur Ansteuerung der Hochdruck-Einspritzpumpe auch möglich, eine Ansteuerung einer an die Kurbelwelle gekoppelten elektrischen Maschine nach der Stoppanforderung, insbesondere während des Auslaufs der Brennkraftmaschine, zu verändern. Durch die Ansteuerung der elektrischen Maschine kann das auf die Kurbelwelle übertragene Drehmoment verändert werden, und der Drehzahlgradient kann auf besonders einfache Art und Weise eingestellt werden. Die elektrische Maschine kann hierbei ein Generator sein, oder ein Elektromotor, oder eine andere elektrische Maschine, bspw. ein riemengetriebener Starter-Generator.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann zusätzlich oder alternativ eine Ansteuerung eines an die Kurbelwelle gekoppelten Kompressors einer Klimaanlage nach der Stoppanforderung, insbesondere während des Auslaufs der Brennkraftmaschine, verändert werden. Auch hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, das auf die Kurbelwelle übertragene Drehmoment zu verändern, und so den Drehzahlgradienten einzustellen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der zeitliche Verlauf der Drehzahl der Brennkraftmaschine so beeinflusst wird, dass die Drehzahl der Brennkraftmaschine beim Erreichen des auf den Unterschreitungs-Kurbelwellenwinkel folgenden oberen Totpunkts, also bei dem Kurbelwellenwinkel, bei dem nach dem Unterschreitungs-Kurbelwellenwinkel der nächste Zylinder der Brennkraftmaschine seinen oberen Totpunkt durchschreitet, einen vorgebbaren Ziel-Drehzahlwert annimmt. Durch Kontrollieren der Drehzahl bei diesem Kurbelwellenwinkel ist es auf besonders einfache Art und Weise möglich, das Auslaufverhalten der Brennkraftmaschine zu kontrollieren.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Zylinder, in dem vor Beginn des Auslaufs der Brennkraftmaschine zuletzt ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet werden soll, ermittelt wird, und nach der Stoppanforderung und vor Beginn des Auslaufs nach der Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs in diesem Zylinder die Zündung abgestellt wird. D. h., es wird derjenige Zylinder ermittelt, nach dessen Zündung in keinem Zylinder der Brennkraftmaschine mehr gezündet wird, und so der Auslauf der Brennkraftmaschine beginnt. Durch die gezielte Auswahl dieses Zylinders, in dem zuletzt gezündet werden soll, ist es auf besonders einfache Weise möglich, den Zylinder zu bestimmen, der sich zum Ende des Auslaufs der Brennkraftmaschine in seinem Verdichtungstakt befindet.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erfolgt die Beeinflussung des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl (n) abhängig von einer angesaugten Luftmenge eines Zylinders, dem die erhöhte Luftmenge zugeführt wird. Insbesondere kann die Beeinflussung des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl derart geschehen, dass die Drehzahl reduziert wird, wenn die angesaugte Luftmenge einen festlegbaren Luftmengengrenzwert überschreitet. Die angesaugte Luftmenge kann beispielsweise durch ein prädiktives Verfahren, beispielsweise über ein Kennfeld in Abhängigkeit der beim Unterschreitungs-Kurbelwellenwinkel vorliegenden Drehzahl, ermittelt werden.
  • Es wurde erkannt, dass eine zu hohe erhöhte Luftmenge zu teilweise starkem Rückpendeln und damit zu einem für den Fahrer spürbaren bzw. als unkomfortabel empfundenen Ruckeln führt. Dieses Ruckeln lässt sich mit den genannten Maßnahmen wirkungsvoll unterdrücken.
  • In einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung ein Computerprogramm, das so programmiert ist, dass es alle Schritte eines der erfindungsgemäßen Verfahren durchführt, wenn es ausgeführt wird.
  • In einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung ein elektrisches Speichermedium für eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
  • In einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung die Steuer- und/oder Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine, die so programmiert ist, bspw. mit dem Computerprogramm, dass sie alle Schritte eines der erfindungsgemäßen Verfahren durchführen kann.
  • Die Figuren zeigen Ausführungsformen der Erfindung. Es zeigen:
  • 1 eine Brennkraftmaschine;
  • 2 den Verlauf charakteristischer Größen der Brennkraftmaschine, im Auslauf;
  • 3 eine Häufigkeitsverteilung des Stopp-Kurbelwellenwinkels bei einer Ausführungsform der Erfindung und bei einem Verfahren nach dem Stand der Technik;
  • 4 den zeitlichen Verlauf der Drehzahl bei einer Ausführungsform der Erfindung,
  • 5 den zeitlichen Verlauf der Drehzahl bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
  • 6 den zeitlichen Verlauf der Drehzahl bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
  • 7 charakteristische Beziehungen zwischen der Unterschreitungsdrehzahl und dem Stopp-Kurbelwellenwinkel,
  • 8 den charakteristischen Zusammenhang der Drehzahlen bei unterschiedlichen oberen Totpunkten während des Auslaufs,
  • 9 den zeitlichen Verlauf der Drehzahl bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • 1 beschreibt schematisch den Aufbau einer Brennkraftmaschine 10. Diese Brennkraftmaschine 10 verfügt über einen Brennraum 20, dessen Volumen durch einen Kolben 30 begrenzt wird, der über eine Pleuelstange 40 mit einer Kurbelwelle 50 gekoppelt ist, und bei einer Rotation der Kurbelwelle in charakteristischer Weise eine Auf- und Ab-Bewegung durchführt. Ein Steuergerät (d. h. eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung) steuert in bekannter Weise verschiedene Stellglieder der Brennkraftmaschine 10 an, bspw. eine Drosselklappe 100, ein Einspritzventil 150, eine Zündkerze 120, und ggf. die Auf- und Abbewegung eines Einlassventils 160, das über einen ersten Nocken 180 mit einer Nockenwelle 190 verbunden ist, und/oder die Auf- und Ab-Bewegung eines Auslassventils 170, das über einen zweiten Nocken 182 an die Nockenwelle 190 gekoppelt ist. In der Brennkraftmaschine können in bekannter Art und Weise verschiedene Vorrichtungen zum Kontrollieren der Bewegung von Einlassventil 160 und/oder Auslassventil 170 vorgesehen sein, bspw. eine variable Nockenverstellung oder eine vollvariable, bspw. elektrohydraulische, Ventilverstellung.
  • Die Luft wird in bekannter Weise durch ein Ansaugrohr 80 angesaugt und durch ein Abgasrohr 90 ausgeschoben. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich das Einspritzventil 150 im Ansaugrohr 80. Es ist aber ebenso in bekannter Weise möglich, dass das Einspritzventil 150 unmittelbar in den Brennraum 20 einspritzt.
  • Die Kurbelwelle 50 ist über eine mechanische Kopplung 210 mit einer elektrischen Maschine 200 verbunden. Die elektrische Maschine 200 kann bspw. ein Generator sein, oder bspw. ein Starter-Generator. Es ist auch möglich, dass die elektrische Maschine 200 ein konventioneller Starter ist und die mechanische Kopplung 210 in bekannter Weise einen Zahnkranz und ein Ritzel umfasst, mit dem der Starter eingespurt wird. Ein Kurbelwellenwinkelsensor 220 kann vorgesehen sein, um die Winkelposition der Kurbelwelle 50 zu erfassen, und sie bspw. an das Steuergerät 70 zu übermitteln. Es ist bspw. aber auch möglich, dass die Winkelstellung ohne einen Kurbelwellenwinkelsensor 220, bspw. rechnerisch, ermittelt wird.
  • Insbesondere, wenn das Einspritzventil 150 direkt in den Brennraum 20 einspritzt, kann eine Hochdruckpumpe vorgesehen sein, die Kraftstoff zum Einspritzventil 150 fördert, bspw. über ein Einspritzrail. Diese Hochdruck-Einspritzpumpe ist mit der Kurbelwelle 50 verbunden.
  • Ebenso kann ein Kompressor einer Klimaanlage vorgesehen sein, der an die Kurbelwelle 50 gekoppelt ist. Die Ansteuerung der Hochdruck-Einspritzpumpe und/oder des Kompressors der Klimaanlage kann bspw. vom Steuergerät 70 durchgeführt werden. Ebenso ist es möglich, dass eine Ölpumpe und/oder eine Kühlwasserpumpe an die Kurbelwelle 50 gekoppelt ist.
  • 2 beschreibt das Verhalten der Brennkraftmaschine 10 während des Auslaufs. Der Auslauf beginnt, nachdem eine Stoppanforderung ergeht. Beispielsweise kann diese vom Fahrer gegeben werden, oder beispielsweise auch durch eine Start-Stopp-Steuerung.
  • 2a) beschreibt die Taktfolge eines ersten Zylinders ZYL1 und eines zweiten Zylinders ZYL2 der Brennkraftmaschine 10 als Funktion des Kurbelwellenwinkels KW. Zu einem ersten Totpunkt T1 geht der erste Zylinder ZYL1 in seinen Auslasstakt und der zweite Zylinder ZYL2 in seinen Arbeitstakt. Zu einem zweiten Totpunkt T2 geht der erste Zylinder ZYL1 in seinen Einlasstakt und der zweite Zylinder ZYL2 in seinen Auslasstakt. Zu einem dritten Totpunkt T3 geht der erste Zylinder ZYL1 in seinen Verdichtungstakt und der zweite Zylinder ZYL2 in seinen Einlasstakt. Zu einem vierten Totpunkt T4 geht der erste Zylinder ZYL1 in seinen Arbeitstakt und der zweite Zylinder ZYL2 in seinen Verdichtungstakt.
  • 2b) zeigt den Verlauf der Drehzahl n der Brennkraftmaschine über der Zeit t. Die Zeitachse von 2b) ist parallel zur Kurbelwellenwinkel-Achse von 2a). Dem ersten Totpunkt T1 entspricht ein erster Zeitpunkt t1 dem zweiten Totpunkt T2 ein zweiter Zeitpunkt t2, dem dritten Totpunkt T3 ein dritter Zeitpunkt t3 und dem vierten Totpunkt T4 ein vierter Zeitpunkt t4. Analog enthält 2c) eine Zeitachse, wobei hier der Öffnungsgrad DK der Drosselklappe 100 über der Zeit t aufgetragen ist. Da die Drehzahl n der Brennkraftmaschine mit der Zeit t abfällt, ist die Zeitachse in diesen beiden Grafen nicht linear.
  • Zu Beginn des Auslaufs wird die Drosselklappe 100 in zumindest teilweise geschlossen, um das Auslaufverhalten der Brennkraftmaschine 10 komfortabler zu gestalten.
  • Zu einem Unterschreitungs-Kurbelwellenwinkel KWunter hält die Drehzahl n der Brennkraftmaschine unter einen vorgebbaren Drehzahlschwellenwert ns. Zu charakteristischen Zeitpunkten, bspw. bei jedem Totpunkt, wird geprüft, ob die Drehzahl n der Brennkraftmaschine unter den vorgebbaren Drehzahlschwellenwert ns gefallen ist. In dem in 2b) dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies beim zweiten Totpunkt T2 zum zweiten Zeitpunkt t2 erstmalig der Fall. Die zu diesem Zeitpunkt ermittelte Drehzahl n der Brennkraftmaschine ist die Unterschreitungsdrehzahl nschw_u. Zu einem Differenz-Drehzahlwinkel phi nach dem zweiten Totpunkt T2, zu dem erstmalig festgestellt wurde, dass die Drehzahl n der Brennkraftmaschine den vorgebbaren Drehzahlschwellenwert ns unterschritten hat, wird zu einem Öffnungs-Kurbelwellenwinkel KWauf bzw. zum Öffnungszeitpunkt tauf der Öffnungsgrad DK der Drosselklappe 100 auf einen erhöhte Öffnungsgrad alpha erhöht. Bis zum Öffnungszeitpunkt tauf ist die Drosselklappe während des Auslaufs der Brennkraftmaschine im Wesentlichen geschlossen. Hierdurch hat der erste Zylinder ZYL1 in seinem Einlasstakt wenig Luft angesaugt, wohingegen der zweite Zylinder ZYL2, der erst nach der Erhöhung des Öffnungsgrads der Drosselklappe DK in seinen Einlasstakt geht, eine größere Luftmenge ansaugt. Nach dem vierten Totpunkt T4 ist der erste Zylinder ZYL1 in seinem Arbeitstakt, d. h. die in ihm gespeicherte Gasmenge, die im Verdichtungstakt komprimiert wird, wirkt nun als eine expandierende Gasfeder auf den Kolben 30. Die im zweiten Zylinder ZYL2 befindliche Luft wirkt ebenfalls als eine Gasfeder auf den Kolben 30, aber in entgegengesetzter Richtung. Da die Luftfeder im zweiten Zylinder ZYL2 stärker ist als die Luftfeder im ersten Zylinder ZYL1 wird die Brennkraftmaschine nach dem vierten Totpunkt T4 stark abgebremst, die Drehzahl n der Brennkraftmaschine fällt zu einem Rückpendelzeitpunkt tosc unter null, die Brennkraftmaschine pendelt rückwärts und kommt schließlich zu einem Stoppzeitpunkt tstop zum Stillstand.
  • 3 zeigt einen Stopp-Kurbelwellenwinkel KWstop, bei dem die Brennkraftmaschine zum Stoppzeitpunkt tstop zum Stillstand kommt. In 3 dargestellt ist eine Häufigkeitsverteilung der Stopp-Kurbelwellenwinkel nach einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, sowie bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Wie man sieht, lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Stopp-Position der Brennkraftmaschine deutlich besser kontrollieren, und es ist möglich, den Stopp-Kurbelwellenwinkel KWstop in einem Ziel-Kurbelwellenwinkelbereich zu erzielen. Bspw. ist es möglich, dass der Stopp-Kurbelwellenwinkel KWstop in einem Bereich von 90° bis 150° Kurbelwellenwinkel vor dem nächsten Totpunkt liegt.
  • Der Zylinder der am Ende des Auslaufs der Brennkraftmaschine 10 in seinem Verdichtungstakt ist (in dem in 2 dargestellten Beispiel ist dies der zweite Zylinder ZYL2) kann zu Beginn des Auslaufs prädiziert werden. Er kann bspw. ermittelt werden in Abhängigkeit der Drehzahl n der Brennkraftmaschine 10, wenn die Einspritzung von Kraftstoff abgestellt wird (dies wird auch als Beginn des Auslaufs der Brennkraftmaschine 10 bezeichnet), in Abhängigkeit des Zylinders, in dem das Kraftstoff-Luft-Gemisch zuletzt gezündet wurde, und als Funktion eines Drehzahlgradienten, also der zeitlichen Änderung der Drehzahl n der Brennkraftmaschine 10 mit der Zeit, bspw. zwischen zwei aufeinanderfolgenden Totpunkten.
  • Je schwerer die Kurbelwelle 50 (inkl. des Zwei-Massen-Schwungrads) ist, desto länger ist der Auslauf der Brennkraftmaschine, denn der Drehzahlgradient ist eine Funktion der Energieverluste durch Reibung und des Drehimpulses der Brennkraftmaschine. Deswegen führt stärkere Reibung zu einem kürzeren Auslauf, und geringere Reibung zu einem längeren Auslauf. Während der Drehimpuls der Brennkraftmaschine im Wesentlichen konstant ist, kann die Reibung der Brennkraftmaschine 10mit der Zeit variieren, und hängt stark von einer Temperatur der Brennkraftmaschine 10 ab. In typischen Anwendungen, in denen die Brennkraftmaschine 10 angehalten und wieder gestartet wird ist die Brennkraftmaschine 10 warm, und die Reibung kann deswegen als zeitlich konstant angesehen werden. Der Drehzahlgradient einer warmen Brennkraftmaschine ändert sich daher zeitlich nicht stark. Es ist daher möglich, bspw. mit Kennfeldern oder über eine mathematische Funktion, aus der Drehzahl n der Brennkraftmaschine 10 zu dem Zeitpunkt, zu dem die Kraftstoffeinspritzung abgestellt wurde, des Zylinders, in dem zuletzt ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet wurde, und des Drehzahlgradienten den Zylinder, der sich beim Stillstand der Brennkraftmaschine 10 in seinem Verdichtungstakt befinden wird, vorherzusagen.
  • Dies ist in 4 illustriert. Hier ist die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 10 über der Zeit t aufgetragen. Das hier dargestellte Beispiel ist eine vierzylindrige Brennkraftmaschine 10. Selbstverständlich lässt sich das Verfahren auf beliebige Zylinderzahlen erweitern. In der Zündreihenfolge eins, zwei, drei, vier werden während des laufenden Betriebs nacheinander die Zylinder der Brennkraftmaschine 10 gezündet. Nachdem eine Stoppanforderung (bspw. durch eine Aufforderung des Fahrers, oder bspw. auch durch eine Start-Stopp-Automatik) ermittelt wird, wird die Brennkraftmaschine 10 abgestellt. Der Zylinder vier ist der letzte Zylinder, in dem das Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet wird. In 4 dargestellt ist das Beispiel des Auslaufs, bei dem die Zeitliche Änderung der Drehzahl n mit einem ersten Drehzahlgradienten grad1 erfolgt. Es kann ermittelt werden, dass zu dem Zeitpunkt, zu dem die Drehzahl n auf null abfällt, zu dem also die Brennkraftmaschine zum Stillstand kommt, der dritte Zylinder in seinem Verdichtungstakt steht. Ist nun bspw. gewünscht, dass der zweite Zylinder zum Ende des Auslaufs in seinem Verdichtungstakt steht, kann in einer ersten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass der Drehzahlgradient zu einem zweiten Drehzahlgradient grad2 verändert wird. Der zweite Drehzahlgradient grad2 wird dabei so gewählt, dass, wie in 4 dargestellt, der zweite Zylinder beim Stillstand der Brennkraftmaschine 10 in seinem Verdichtungstakt steht.
  • Zum Beeinflussen des Drehzahlgradienten gibt es mehrere Möglichkeiten: Bspw. ist es möglich, den Drehzahlgradienten zu erhöhen, in dem die Hochdruck-Einspritzpumpe aktiviert wird, bspw. zum Beginn des Auslaufs der Brennkraftmaschine 10. Bspw. ist es möglich, den Druck in einem Einspritz-Rail zu maximieren. Hierdurch steigt die Reibung an der Nockenwelle und durch die Kopplung der Nockenwelle und der Kurbelwelle auch indirekt die Reibung an der Kurbelwelle.
  • Eine zusätzliche oder alternative Möglichkeit, den Drehzahlgradienten zu erhöhen, besteht in der gezielten Ansteuerung der elektrischen Maschine 200. Eine noch weitere bzw. zusätzliche Möglichkeit, den Drehzahlgradienten zu erhöhen, besteht in der gezielten Ansteuerung des Kompressors der Klimaanlage.
  • Es kann hierbei vorgesehen sein, in Abhängigkeit des Zylinders, in dem zuletzt gezündet wurde, den notwendigen Drehzahlgradienten vorzugeben, und dann den Drehzahlgradienten entsprechend mit einer oder mehrerer der oben genannten Möglichkeiten einzustellen. Selbstverständlich ist das Verfahren nicht darauf beschränkt, dass ein bestimmter Zylinder zum Stillstand der Brennkraftmaschine in seinem Verdichtungstakt steht. Ebenso ist es bspw. möglich, vorzugeben, welcher Zylinder zum Stillstand der Brennkraftmaschine 10 in seinem Einlasstakt steht.
  • 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dargestellt ist der Verlauf der Drehzahl n der Brennkraftmaschine über der Zeit t. Wie in 4 ist hierbei angedeutet, welcher Zylinder sich in seinem Verdichtungstakt befindet. Gemäß einer ersten Strategie S1 beginnt der Auslauf der Brennkraftmaschine 10 nach der Zündung im vierten Zylinder und die Brennkraftmaschine stoppt mit dem dritten Zylinder im Verdichtungstakt. Gemäß einer zweiten Strategie S2 wird die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 10 vor Beginn des Auslaufs verändert, bspw. durch Ansteuerung der elektrischen Maschine 200. Gemäß der zweiten Strategie S2 wird die Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 erniedrigt. Hierdurch wird erreicht, dass durch richtige Wahl der Drehzahl n zum Beginn des Auslaufs nicht der dritte Zylinder im Verdichtungstakt ist, wenn die Brennkraftmaschine 10 zum Stillstand kommt, sondern der zweite Zylinder. Alternativ ist es gemäß einer dritten Strategie S3 auch möglich, dass die Brennkraftmaschine 10 vor Beginn des Auslaufs beschleunigt wird.
  • 6 zeigt weitere Ausführungsformen der Erfindung. Erneut ist die Drehzahl n der Brennkraftmaschine über der Zeit t dargestellt. Gemäß einer vierten Strategie S4 wird vor Beginn des Auslaufs zuletzt im vierten Zylinder gezündet, und die Brennkraftmaschine 10 kommt mit dem dritten Zylinder im Verdichtungstakt zum Stillstand. Gemäß einer fünften Strategie S5 ist es möglich, den Zylinder, in dem vor Beginn des Auslaufs zuletzt gezündet wird, zu variieren, nämlich so, dass der gewünschte Zylinder, in diesem Fall der zweite Zylinder, zum Stillstand der Brennkraftmaschine im Kompressionstakt ist. In dem hier dargestellten Beispiel wird ermittelt, dass die Brennkraftmaschine 10 im gewünschten Zylinder zum Stillstand kommt, wenn der Zylinder, in dem zuletzt gezündet wird, der dritte Zylinder ist. Daher wird die Zündung und Einspritzung so lange aufrecht erhalten, bis im dritten Zylinder gezündet wurde, und anschließend beginnt der Auslauf.
  • Selbstverständlich lassen sich die genannten Methoden der Variation des Drehzahlgradienten, der Drehzahl n der Brennkraftmaschine 10 zu Beginn des Auslaufs und des Zylinder, in dem vor Beginn des Auslaufs zuletzt gezündet wird, miteinander kombinieren.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Brennkraftmaschine 10 so abgestellt, dass die zur Synchronisation der Brennkraftmaschine 10 wichtige Zahnlücke im Drehzahlgeberrad kurz vor dem Kurbelwellenwinkelsensor 220 steht, wenn die Brennkraftmaschine im Stillstand ist, sodass bei einem Wiederstart der Brennkraftmaschine 10 der Kurbelwellenwinkel der Brennkraftmaschine 10 besonders schnell erfasst werden kann, was die Synchronisation beschleunigt und somit den gesamten Startvorgang.
  • 7 illustriert den Stopp-Kurbelwellenwinkel KWstop als Funktion der Unterschreitungsdrehzahl nschw_u. Dargestellt sind die charakteristischen Zusammenhänge für verschiedene Kombinationen des Differenz-Drehzahlwinkels phi und des erhöhten Öffnungsgrades alpha. Wie man sieht, kann durch entsprechende Wahl des Differenz-Drehzahlwinkels phi und/oder des erhöhten Öffnungsgrades alpha und/oder der Unterschreitungsdrehzahl nschw_u der Stopp-Kurbelwellenwinkel KWstop vorgegeben werden. In besonders vorteilhafter Weise kann diese Wahl des Differenz-Drehzahlwinkels phi und/oder des erhöhten Öffnungsgrads alpha und/oder der Unterschreitungsdrehzahl nschw_u mit einem oder mehreren der vorher genannten Ausführungsbeispielen kombiniert werden, so dass nicht nur der Zylinder festgelegt wird, der zum Stillstand der Brennkraftmaschine 10 in seinem Verdichtungstakt ist, sondern auch seine genaue Winkelposition.
  • Wird die Unterschreitungsdrehzahl nschw_u nicht gezielt vorgegeben, sieht man an 7, dass je nach Kombination von Differenz-Drehzahlwinkel phi und erhöhtem Öffnungsgrad alpha ein Bereich von Stopp-Kurbelwellenwinkeln KWstop möglich ist, in dem die Brennkraftmaschine zum Stillstand kommt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, Differenz-Drehzahlwinkel phi und erhöhten Öffnungsgrad alpha so zu wählen, dass der Stopp-Kurbelwellenwinkel KWstop in einem vorgebbaren Ziel-Kurbelwellenwinkelbereich liegt. Besonders vorteilhafterweise werden Differenz-Drehzahlwinkel phi und erhöhter Öffnungsgrad alpha so gewählt, dass in einem möglichst weiten Bereich der Unterschreitungsdrehzahl nschw_u der Stopp-Kurbelwellenwinkel KWstop im Ziel-Kurbelwellenwinkelbereich liegt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Unterschreitungsdrehzahl nschw_u nun so festgelegt, dass der Stopp-Kurbelwellenwinkel KWstop möglichst sicher im vorgebbaren Ziel-Kurbelwellenwinkelbereich liegt. Hierzu kann vorgesehen sein, die Unterschreitungsdrehzahl nschw_u während des Auslaufs der Brennkraftmaschine 10 zu prädizieren. Dies kann bspw. durch ein mathematisches Modell geschehen, oder durch eine Kennlinie. Ein Beispiel einer solchen Kennlinie ist in 8 dargestellt. Hier dargestellt ist die Drehzahl n8 im achtletzten Totpunkt der Brennkraftmaschine 10 und ihr Zusammenhang zur Drehzahl n3 im drittletzten Totpunkt der Brennkraftmaschine 10. Man sieht, dass zwischen diesen Drehzahlen ein charakteristischer Zusammenhang besteht. Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in 9 dargestellt. Hierbei ist die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 10 über der Zeit t dargestellt. Die Darstellung der 9 ist exemplarisch zur Verdeutlichung an der Darstellung in 2 orientiert, d. h. zum zweiten Zeitpunkt t2 wird erstmalig festgestellt, dass die Drehzahl n den vorgebbaren Drehzahlstellenwert ns unterschritten hat, d. h., zum zweiten Zeitpunkt t2 ist die Drehzahl n gleich der Unterschreitungsdrehzahl nschw_u. Gemäß einer sechsten Strategie S6 wird der zeitliche Verlauf der Drehzahl n nicht durch weitere Maßnahmen beeinflusst, da die Unterschreitungsdrehzahl nschw_u im Zielbereich liegt. Gemäß einer siebten Strategie S7 kann darauf reagiert werden, dass festgestellt wird, dass die Unterschreitungsdrehzahl nschw_u zu gering ist. Durch Prädiktion des Verlaufs der Drehzahl n wird nach der Stoppanforderung festgestellt, dass die Unterschreitungsdrehzahl nschw_u zu niedrig ist, und noch vor Beginn des Auslaufs wird, wie oben beschrieben, die Drehzahl n der Brennkraftmaschine erhöht, und der Zeitpunkt der letzten Verbrennung hinausgezögert, sodass die Unterschreitungsdrehzahl nschw_u im Zielbereich liegt. Die achte Strategie S8 illustriert weitere Maßnahmen um dies zu erreichen: Hier wird vor Beginn des Auslaufs die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 10 erniedrigt, und auch der Beginn des Auslaufs hinausgezögert. Selbstverständlich sind die Maßnahmen des Erhöhens/Verringerns der Drehzahl vor Beginn des Auslaufs und die Verschiebung des Beginns des Auslaufs zwei Maßnahmen, die unabhängig voneinander eingesetzt werden können.
  • Als zusätzliche bzw. ergänzende Maßnahme kann gemäß einer neunten Strategie S9 vorgesehen werden, während des Auslaufs der Brennkraftmaschine den Drehzahlgradienten zu verändern, in dem hier dargestellten Beispiel kurzzeitig zu erhöhen und dann wieder zu erniedrigen, so dass die Unterscheidungsdrehzahl nschw_u im Zielbereich liegt. Gemäß einer zehnten Strategie S10 kann auch vorgesehen sein, den Drehzahlgradienten so zu verändern, er während des gesamten Auslaufs einen veränderten Wert annimmt. Auch diese zehnte Strategie S10 kann selbstverständlich mit den oben genannten Strategien oder einigen davon beliebig kombiniert werden.
  • Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Wie bereits erwähnt kann die Erfindung in Brennkraftmaschinen mit einer beliebigen Anzahl von Zylindern eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann im Steuergerät 70 ablaufen, oder in einem weiteren Steuergerät. Es ist nicht wesentlich, dass die Dosierung der Luftmenge, die der Brennkraftmaschine zugeführt wird, über die Drosselklappe 100 reguliert wird. Bspw. ist ein entsprechender Effekt auch mit einer variablen Ventilverstellung erreichbar. Die Mittel zur Veränderung des Drehzahlgradienten sind nicht auf die oben dargestellten Mittel beschränkt. Grundsätzlich kommen alle Komponenten in Frage, mit denen ein Drehmomenten auf die Kurbelwelle 50 aufgeprägt werden kann, bspw. auch eine Ölpumpe und/oder eine Kühlwasserpumpe, und/oder Einspritzung und/oder Verbrennung von Kraftstoff in einem oder mehreren Zylindern.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102011082198 A1 [0002]

Claims (12)

  1. Verfahren zur Kontrolle des Auslaufverhaltens einer Brennkraftmaschine, bei dem eine Luftdosiereinrichtung (100) nach einer Stoppanforderung zunächst die der Brennkraftmaschine während des Auslaufs zugeführte Luftmenge reduziert und zu einem Öffnungs-Kurbelwellenwinkel (KWauf) diese Luftmenge wieder erhöht, wobei der Öffnungs-Kurbelwellenwinkel (KWauf) nach einem Unterschreitungs-Kurbelwellenwinkel (KWunter) liegt zu dem eine Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine im Auslauf unter einen vorgebbaren Drehzahlschwellenwert (ns) fällt, dadurch gekennzeichnet, das der zeitliche Verlauf der Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine nach der Stoppanforderung und vor dem Öffnungs-Kurbelwellenwinkel (KWauf) so beeinflusst wird, dass die Brennkraftmaschine in einem vorgebbaren Ziel-Kurbelwellenwinkelbereich zum Stillstand kommt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Drehzahl (n) so beeinflusst wird, dass ein Drehzahlgradient (grad1, grad2) während des Auslaufs der Brennkrafmaschine auf einen vorgebbaren Ziel-Drehzahlgradient eingestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuerung einer an die Kurbelwelle (50) gekoppelten Hochdruck-Einspritzpumpe nach der Stoppanforderung, insbesondere im Auslauf der Brennkraftmaschine, verändert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuerung einer an die Kurbelwelle (50) gekoppelten elektrischen Maschine (200) nach der Stoppanforderung, insbesondere im Auslauf der Brennkraftmaschine, verändert wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuerung eines an die Kurbelwelle (50) gekoppelten Kompressors einer Klimaanlage und/oder einer Ölpumpe und/oder einer Kühlwasserpumpe nach der Stoppanforderung, insbesondere im Auslauf der Brennkraftmaschine, verändert wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine so beeinflusst wird, dass die Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine beim Erreichen des auf den Unterschreitungs-Kurbelwellenwinkel (KWunter) folgenden oberen Totpunkts einen vorgebbaren Ziel-Drehzahlwert annimmt.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zylinder, in dem vor Beginn des Auslaufs der Brennkraftmaschine zuletzt ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet werden soll, ermittelt wird, und nach der Stoppanforderung und vor Beginn des Auslaufs nach der Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs in diesem Zylinder die Zündung abgestellt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussung des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl (n) abhängig von einer angesaugten Luftmenge eines Zylinders gewählt wird, dem die erhöhte Luftmenge zugeführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussung des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl (n) derart geschieht, dass die Drehzahl (n) reduziert, wenn die angesaugte Luftmenge einen festlegbaren Luftmengengrenzwert überschreitet.
  10. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es programmiert ist, alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
  11. Elektrisches Speichermedium für eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass auf ihm ein Computerprogramm zur Durchführung aller Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 abgespeichert ist.
  12. Steuer- und/oder Regeleinrichtung einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass sie so programmiert ist, dass sie alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchführen kann.
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