DE112017002863T5

DE112017002863T5 - Verfahren und System zum Stoppen eines internen Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE112017002863T5
Application number: DE112017002863.9T
Authority: DE
Inventors: Erik Höckerdal; Ola Stenlåås
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2016-07-12
Filing date: 2017-07-06
Publication date: 2019-02-28
Also published as: SE1651045A1; BR112018075612A2; WO2018013041A1; SE542314C2

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Stoppen eines internen Verbrennungsmotors (101), wobei der interne Verbrennungsmotor (101) zumindest eine Verbrennungskammer (209) und eine Kurbelwelle (112) aufweist, die so ausgelegt ist, dass sie von der zumindest einen Verbrennungskammer (209) angetrieben wird, wobei das Ansaugen von Gas zu der zumindest einen Verbrennungskammer (209) durch zumindest ein Ansaugventil (211) gesteuert wird, und wobei das Entleeren der zumindest einen Verbrennungskammer (209) durch zumindest ein Auslassventil (213) gesteuert wird. Das Verfahren umfasst, wenn der interne Verbrennungsmotor (101) zu stoppen ist: - Abschalten der Treibstoffeinspritzung, - ist die Treibstoffeinspritzung abgeschaltet, Steuern eines Ansaugventils (211) und/oder eines Auslassventils (213) der zumindest einen Verbrennungskammer (209), so dass Druck in der zumindest einen Verbrennungskammer (209) nach Verdichtung in der Verbrennungskammer (209) verringert wird, um eine Antriebsleistung der Kurbelwelle (112) zu verringern, die durch eine Gasausdehnung nach der Verdichtung verursacht wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbrennungsprozesse und insbesondere auf ein Verfahren und ein System zum Stoppen eines internen Verbrennungsmotors. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Fahrzeug sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt, die das Verfahren gemäß der Erfindung umsetzen.
Hintergrund der Erfindung
Was Fahrzeuge im Allgemeinen und Schwer-/Nutzfahrzeuge wie z. B. LKWs, Busse und dergleichen zumindest in einem gewissen Grad betrifft, so wird ständig Forschung und Entwicklung betrieben, um die Treibstoffeffizienz zu erhöhen und die Abgasemissionen zu verringern.
Der Grund dafür liegt zumindest teilweise in der zunehmenden Besorgnis von Behörden bezüglich Verschmutzung und Luftqualität, z. B. in städtischen Gebieten, was auch dazu geführt hat, dass in vielen Jurisdiktionen diverse Emissionsstandards und - regeln eingeführt wurden.
Unerwünschte Substanzemissionen können durch Verringerung des Treibstoffverbrauchs und/oder durch Nachbehandlung (Reinigung) von verbrennungsbedingten Abgasen verringert werden.
Was den Treibstoffverbrauch betrifft, so gibt es zahlreiche Methoden zum Verringern eines solchen Verbrauchs, z. B. durch Steuern des Verbrennungsprozesses. Ferner kann die Bremsenergie bei elektrischen Hybridfahrzeugen in elektrische Energie erneuert werden. Andere Verfahren umfassen die Verbesserung der Energienutzung, z. B. indem unnötiges Bremsen vermieden wird. Der Treibstoffverbrauch kann auch mithilfe einer Motorstart/Motorstopp-Funktion (auch als Stopp/Start-Funktion bekannt) verringert werden, bei der der interne Verbrennungsmotor gestoppt wird, wenn das Fahrzeug steht, z. B. bei Ampeln, und wieder gestartet wird, wenn das Fahrzeug bewegt werden soll, so dass Treibstoffverbrauch vermieden wird, wenn das Fahrzeug steht.
Abgesehen von Treibstoffverbrauch und Emissionen gibt es ggf. auch Auflagen, was den von einem fahrenden oder stehenden Fahrzeug produzierten Lärm betrifft, z. B. in Stadtzentren.
Kurzfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Verfahrens und eines Systems zum Stoppen eines internen Verbrennungsmotors, das den internen Verbrennungsmotor in einem kurzen Zeitraum stoppt, wodurch der vom Motor produzierte Lärm verringert wird. Dies wird mithilfe eines Verfahrens nach Anspruch 1 gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Stoppen eines internen Verbrennungsmotors bereitgestellt, wobei der interne Verbrennungsmotor zumindest eine Verbrennungskammer und eine Kurbelwelle aufweist, die so ausgelegt ist, dass sie von der zumindest einen Verbrennungskammer angetrieben wird, wobei die Luftansaugung in die Verbrennungskammer durch zumindest ein Ansaugventil gesteuert wird, und wobei die Entleerung der Verbrennungskammer durch zumindest ein Auslassventil gesteuert wird. Das Verfahren umfasst, wenn der interne Verbrennungsmotor zu stoppen ist:

- Abschalten der Treibstoffeinspritzung,
- ist die Treibstoffeinspritzung abgeschaltet, Steuern eines Ansaugventils und/oder eines Auslassventils der Verbrennungskammer, so dass Druck in der Verbrennungskammer nach Verdichtung in der Verbrennungskammer verringert wird, um eine Kurbelwellenantriebsleistung zu verringern, die durch eine Gasausdehnung nach der Verdichtung bewirkt wird.

Start-Stopp-Systeme, auch als Stopp-Start-Systeme bekannt, die interne Verbrennungsmotoren steuern, nehmen zu, da Regulierungen zu Treibstoffökonomie und Emissionen strenger werden. Start-Stopp-Systeme stoppen den internen Verbrennungsmotor, d. h., stellen diesen ab, und starten diesen wieder, wenn der interne Verbrennungsmotor im Leerlauf ist, um die Zeitdauer im Leerlauf zu verringern, wodurch Treibstoffverbrauch und Emissionen verringert werden. Neben Treibstoffeinsparungen kann die Start-Stopp-Funktionalität auch vorteilhaft sein, was die Lärmverringerung betrifft, da der von einem laufenden internen Verbrennungsmotor produzierte Lärm im Wesentlichen eliminiert wird, wenn der Motor gestoppt ist.
Tatsächlich gibt es ggf. Auflagen zu Lärmpegeln, die besagen, dass der interne Verbrennungsmotor abgestellt werden muss, wenn das Fahrzeug steht, z. B. in Stadtzentren, um Lärmauflagen zu erfüllen. Außerdem kann es in manchen Fällen erforderlich sein, den internen Verbrennungsmotor abzustellen, wenn sich das Fahrzeug bewegt, und auf einen elektrischen Antrieb zu wechseln, z. B. in Stadtzentren, um Lärmauflagen zu erfüllen. Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Stoppen des internen Verbrennungsmotors in einem kurzen Zeitraum bereitgestellt, so dass der vom internen Verbrennungsmotor produzierte Lärm verringert wird, indem die Zeit, für die der interne Verbrennungsmotor läuft, verringert wird.
Dies wird durch Abschalten der Treibstoffeinspritzung und durch Steuern eines Ansaugventils und/oder eines Auslassventils einer Verbrennungskammer bei abgeschalteter Treibstoffeinspritzung gelöst, so dass Druck in der Verbrennungskammer nach Verdichtung in der Verbrennungskammer, wodurch es in der Verbrennungskammer zu einer Druckerhöhung kommt, vor oder am Beginn einer unmittelbar folgenden Gasausdehnungsstufe verringert wird, um eine Kurbelwellenantriebsleistung zu verringern, die andernfalls durch eine Gasausdehnungsstufe nach der Verdichtung bewirkt wird. Die Ansaugventile und Auslassventile können während der Verdichtung geschlossen werden, um die Druckerhöhung in der Verbrennungskammer zu gewährleisten.
Im Allgemeinen werden Ventile beim Stoppen eines internen Verbrennungsmotors auf die gleiche Weise gesteuert, wie es beim laufenden internen Verbrennungsmotor der Fall ist, wobei der Motor durch Abschalten der Treibstoffeinspritzung gestoppt wird. Gemäß der Erfindung werden Ventile beim Stoppen des Motors unterschiedlich gesteuert. Im Allgemeinen wird die Kurbelwellendrehung einer Bremskraft ausgesetzt, wenn z. B. ein Kolben, der sich in der Verbrennungskammer hin- und herbewegt, oder ein anderes Mittel wie z. B. ein Rotor eines Wankelmotors, das in der Verbrennungskammer arbeitet, Luft verdichtet, die während einer Ansaugphase bereitgestellt wird. Nach der Verdichtung wird jedoch ein großer Teil der während der Verdichtung produzierten Arbeit als Kurbelwellentriebkraft aus der danach folgenden Gasausdehnung rückgeführt, z. B. durch Bereitstellen einer Kurbelwellenantriebskraft für einen Kolben oder ein anderes Mittel in der Verbrennungskammer, was auch erfolgt, wenn in der Verbrennungskammer keine Verbrennung stattfindet.
Gemäß der Erfindung erfolgt die Verdichtung immer noch, zumindest zu einem großen Teil, wodurch es während der Verdichtungsstufe in der Verbrennungskammer zu einer Druckerhöhung kommt, die Antriebskraft aus der Gasausdehnung wird jedoch durch Verringern des Drucks in der Verbrennungskammer vor oder zu Beginn der danach folgenden Ausdehnungsstufe verringert. Dies wird durch Öffnen eines Ansaugventils und/oder eines Auslassventils am Ende der Verdichtungsstufe und/oder am Beginn der danach folgenden Ausdehnungsstufe erreicht. Auf diese Weise profitiert das Stoppen des Motors von der Kurbelwellenbremskraft, die durch Verdichtung erzeugt wird, während die danach folgende Kurbelwellenbeschleunigungskraft aus der Gasverdichtung verringert oder eliminiert wird, indem eine Gasausdehnung durch ein oder mehrere Ventile ermöglicht wird, anstatt dass diese gegen z. B. einen Kolben oder ein anderes Mittel in der Verbrennungskammer wirkt. Demnach wird Druck und somit die Kurbelwellenantriebsleistung gegenüber dem Druck und der Kurbelwellenantriebsleistung verringert, die erhalten werden, wenn Ventile am Ende der Verdichtungsstufe oder am Beginn der Ausdehnungsstufe nicht geöffnet werden.
Druck kann z. B. auf Atmosphärendruck oder einen anderen geeigneten Druck verringert werden, der geringer als der aus der Verdichtung resultierende Druck ist.
Dadurch wird die zum Stoppen des internen Verbrennungsmotors erforderliche Zeit wesentlich verringert und dadurch wird der produzierte Lärm beim Stoppen des Motors ebenfalls verringert, da die Dauer, für die Lärm produziert wird, verringert wird. Die Erfindung ist auf einen beliebigen internen Verbrennungsprozess anwendbar, der eine Verdichtungsstufe und eine danach folgende Ausdehnungsstufe umfasst.
Die Verdichtung kann so ausgelegt sein, dass sie durch Ändern eines Öffnungszeitraums eines oder mehrerer Ansaugventile und/oder eines oder mehrerer Auslassventile der Verbrennungskammer verringert wird. Beispielsweise kann ein Ansaugventil und/oder ein Auslassventil so ausgelegt sein, dass es während des letzten Teils oder am Ende der Verdichtungsstufe geöffnet wird, um eine Ausdehnung durch Entleerung durch das Ventil zu ermöglichen. Alternativ kann ein Ansaugventil und/oder ein Auslassventil so ausgelegt sein, dass es am Beginn der Ausdehnungsstufe, die auf die Verdichtungsstufe folgt, geöffnet wird. Auf diese Weise erfolgt, auch wenn die Ausdehnung in einem gewissen Grad erfolgen kann, ein großer Teil der Ausdehnung immer noch durch das offene Ventil. Auf diese Weise wird die Kraft, die auf das Mittel in der Verbrennungskammer ausgeübt wird, das mit der Kurbelwelle in Wechselwirkung steht, wie z. B. ein sich hin- und herbewegender Kolben, verringert und somit wird auch die an die Kurbelwelle bereitgestellte Antriebskraft verringert.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung wird das Ansaugventil und/oder das Auslassventil vom Ende der Verdichtungsstufe bis zum Beginn der Ausdehnungsstufe offen gehalten. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann ein Ventil zunächst am Ende der Verdichtungsstufe offen sein, wobei ein Ventil (das gleiche oder ein anderes) am Beginn der danach folgenden Ausdehnungsstufe geöffnet wird, wobei z. B. Beschränkungen bezüglich des Ventilspiels beim Öffnen von Ventilen am/nahe dem oberen Todpunkt TDC eines Kolbens berücksichtigt werden.
Das Ansaugventil und/oder das Auslassventil können so gesteuert werden, dass die durch die Ausdehnung nach der Verdichtung bewirkte Kurbelwellenantriebskraft verringert wird, zumindest im Wesentlichen bis die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle auf null verringert wurde oder zumindest bis die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle auf eine geeignete Geschwindigkeit verringert wurde.
Ferner können Ventile während des Verbrennungszyklus abgesehen von der besonderen Steuerung zum Verringern der ausdehnungsbedingten Antriebswirkung auf herkömmliche Weise gesteuert werden. Somit kann das Ansaugventil und/oder das Auslassventil der Verbrennungskammer für ein Ansaugen von Gas (Luft), z. B. gemäß normalem Betrieb, geöffnet werden, um Gas für eine Verdichtung bereitzustellen, so dass die Bremskraft erhalten wird, die auf die Kurbelwelle wirkt, wobei die Antriebskraft sodann gemäß dem Obigen verringert wird.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung wird Druckluft zur Verbrennungskammer bereitgestellt, um die Verdichtung und die Bremskraft zu erhöhen.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung wird das Ansaugventil der Verbrennungskammer zum Ansaugen von Luft für eine Verdichtung geöffnet und wird ein Auslassventil der Verbrennungskammer nach Verdichtung der angesaugten Luft geöffnet, um den Druck in der Verbrennungskammer zu verringern, so dass der Kurbelwellenantrieb durch Gasausdehnung verringert wird.
Wenn der interne Verbrennungsmotor gemäß einem Verbrennungszyklus arbeitet, der einen Verdichtungstakt, gefolgt von einem Ausdehnungstakt, umfasst, kann Druck in der Verbrennungskammer durch Öffnen eines Ansaugventils und/oder eines Auslassventils am Ende des Verdichtungstakts und/oder am Beginn des danach folgenden Ausdehnungstakts verringert werden. Somit kann die vorliegende Erfindung z. B. in internen Zweitakt- oder Viertaktverbrennungsmotoren verwendet werden. Die Erfindung ist jedoch auch auf interne Verbrennungsmotoren anwendbar, die gemäß anderen Grundsätzen arbeiten, die eine Verdichtungsstufe und eine danach folgende Gasausdehnungsstufe umfassen, wie z. B. Wankelmotoren.
Was die Steuerung des Ansaugventils und/oder des Auslassventils zum Verringern der Verdichtung betrifft, so kann dies durch Verstellen zumindest einer Nockenwelle oder eines Teils davon erreicht werden, um das Öffnen und/oder Schließen eines Ansaugventils und/oder eines Auslassventils gemäß dem Obigen zu steuern. Die Nockenwelle kann phasenverschoben (phasenverstellt) werden, z. B. unter Verwendung eines Phasenverstellers, um eine Steuerung der Ventile gemäß dem Obigen zu erreichen. Demnach kann eine Nockenwelle so ausgelegt sein, dass sie einen Drehfreiheitsgrad unabhängig von der Drehung der Kurbelwelle aufweist. Beispielsweise kann eine Nockenwelle so ausgestaltet sein, dass sie eine Phasenverstellung ermöglicht, die z. B. einer beliebigen geeigneten Anzahl von Kurbelwellengrad im Intervall von 10 bis 100 Graden entspricht, wobei die Phasenverstellung so ausgelegt sein kann, dass sie sowohl eine Bremsung als auch einen Vorschub in Bezug auf die Kurbelwellendrehung bewirkt.
Andere Mittel können alternativ oder zusätzlich verwendet werden, um die Ventile zu steuern. Beispielsweise können zusätzliche Nockenwellenstößel verwendet werden, wobei solche Stößel so ausgelegt sein können, dass sie selektiv anwendbar sind. Auf diese Weise können zusätzliche Ventilöffnungen erreicht und verwendet werden, um die Bremskraft zu erhöhen, so dass der Motor schneller gestoppt wird.
Solche zusätzlichen Ventilöffnungen können so ausgelegt sein, dass sie z. B. nur beim Stoppen des internen Verbrennungsmotors und nicht während des normalen Betriebs bei laufendem internen Verbrennungsmotor verwendet werden. Es wird außerdem in Erwägung gezogen, dass die Ventile unabhängig von den Drehungen der Kurbelwelle gesteuert werden können, z. B. unter Verwendung eines geeigneten elektrischen/mechanischen/pneumatischen Mittels oder einer Kombination davon.
Wenn der interne Verbrennungsmotor eines solchen Typs ist, bei dem ein sich hin- und herbewegendes Element sich in der Verbrennungskammer hin- und herbewegt, kann das Ansaugventil und/oder das Auslassventil so ausgelegt sein, dass es variabel von der Position des sich hin- und herbewegenden Elements in der Verbrennungskammer gesteuert wird, z. B. in Bezug auf die Position des sich hin- und herbewegenden Elements, was den oberen Todpunkt TDC betrifft, so dass sich die Ventile wie gewünscht öffnen und schließen, um Vorteile der Erfindung zu erhalten.
Der interne Verbrennungsmotor kann so ausgestaltet sein, dass ein einzelnes Ansaugventil bzw. ein einzelnes Auslassventil gegen die Verbrennungskammer wirkt und eines oder beide dieser Ventile können so ausgelegt sein, dass sie sich gemäß dem Obigen öffnen. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann es zwei oder mehr Ansaugventile und/oder Auslassventile geben und gemäß solchen Designs kann ein oder mehrere jedes Ventiltyps geöffnet werden.
Wenngleich im Obigen ein Betrieb mit einer einzelnen Verbrennungskammer beschrieben ist, umfassen ferner interne Verbrennungsmotoren im Allgemeinen eine Mehrzahl von Verbrennungskammern und können Ventile aller oder zumindest einer Mehrzahl der Verbrennungskammern des internen Verbrennungsmotors so ausgelegt sein, dass sie gemäß dem Obigen gesteuert werden. Beispielsweise wenn Ventile unter Verwendung von Phasenverstellung gesteuert werden, kann eine Nockenwelle verwendet werden, um eine Mehrzahl der Verbrennungskammern des internen Verbrennungsmotors oder alle dieser zu steuern.
Ferner kann das Öffnen und Schließen von Ansaugventilen durch eine erste Nockenwelle gesteuert werden und kann das Öffnen und Schließen von Auslassventilen durch eine zweite Nockenwelle gesteuert werden. Zumindest eine der ersten und zweiten Nockenwellen kann so gesteuert werden, dass sie Ventile gemäß dem Obigen öffnet/schließt.
Die Ansaugventile und/oder Auslassventile können auch auf eine beliebige andere geeignete Weise gesteuert werden, wie z. B. mit einem elektrischen, pneumatischen oder mechanischen Mittel, und können so ausgelegt sein, dass sie einzeln steuerbar sind, wenn die Kurbelwellenantriebskraft durch Steuern der Ausdehnung nach der Verdichtung in den Verbrennungskammern des Fahrzeugs verringert wird.
Ferner kann der Kolben je nach verfügbarem Spielraum mit Ausnehmungen oder Ausschnitten auf dem Kolbenkopf versehen sein, um zu ermöglichen, dass Ventile geöffnet werden, während der Kolben den TDC erreicht, so dass ein Konflikt mit den Ventilen vermieden wird. Solche Designaspekte sind dem Fachmann jedoch bekannt. Weitere Charakteristika der vorliegenden Erfindung und Vorteile dieser sind der ausführlichen Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die nachstehend angeführt sind, und den beiliegenden Zeichnungen zu entnehmen.
Figurenliste

1A veranschaulicht einen Antriebsstrang eines beispielhaften Fahrzeugs, bei dem die vorliegende Erfindung vorteilhaft verwendet werden kann.
1B veranschaulicht ein Beispiel einer Steuereinheit in einem Fahrzeugsteuersystem.
2 veranschaulicht ein Beispiel einer Verbrennungskammer, die sich für eine Steuerung gemäß Ausführungsformen der Erfindung eignet.
3 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 veranschaulicht ein beispielhaftes System, das einen internen 6-Zylinder-Reihenverbrennungsmotor umfasst, der gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gesteuert wird.
Die 5A-B zeigen steuerbeispielhafte Steuerstrategien gemäß Ausführungsformen der Erfindung.

Ausführliche Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
In der nachstehenden ausführlichen Beschreibung wird die vorliegende Erfindung für ein Fahrzeug beispielhaft veranschaulicht. Die Erfindung ist jedoch auch auf andere Arten von Transportmitteln wie z. B. Luft- und Wasserfahrzeuge anwendbar. Die Erfindung ist außerdem bei fixen Installationen anwendbar. Ferner werden die Ausdrücke „Ansaugventil“ und „Auslassventil“ in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet, um ein beliebiges Mittel zu bezeichnen, das einen Durchgang zu einer Verbrennungskammer zum Ansaugen von Luft bzw. Entleeren von Verbrennungsrückständen öffnet und schließt.
Ferner wird die Erfindung in Bezug auf einen internen Verbrennungsmotor beschrieben, der gemäß dem Dieselprinzip arbeitet. Es wird jedoch verstanden, dass die Erfindung auf eine beliebige Art von Funktionsprinzip anwendbar ist, wie z. B. auf interne Verbrennungsmotoren, die gemäß Funkenzündung (SI), homogener Ladungskompressionszündung (HCCI), reaktivitätsgesteuerter Kompressionszündung (RCCI), teilweise vorgemischter Verbrennung (PPC) arbeiten.
1A zeigt einen Antriebsstrang eines beispielhaften Fahrzeugs 100 schematisch. Der Antriebsstrang umfasst eine Leistungsquelle, beim vorliegenden Beispiel ein interner Verbrennungsmotor 101 mit Kompressionszündung wie z. B. ein Dieselmotor, die auf herkömmliche Weise mit einer Abtriebswelle, d. h. einer Kurbelwelle, des internen Verbrennungsmotors 101, für gewöhnlich auch unter Verwendung eines Schwungrads 102, über eine Kupplung 106 mit einem Getriebe 103 verbunden ist. Eine Abtriebswelle 107 vom Getriebe 103 treibt Antriebsräder 113, 114 über einen Achsantrieb 108 wie z. B. einen gemeinsamen Differentialantrieb, und Antriebsachsen 104, 105, die mit dem Achsantrieb 108 verbunden sind, an.
Der interne Verbrennungsmotor 101 wird vom Fahrzeugsteuersystem über eine Steuereinheit 115 gesteuert. Die Kupplung 106 und das Getriebe 103 werden ebenfalls vom Fahrzeugsteuersystem mithilfe einer Steuereinheit 116 gesteuert.
1A offenbart einen Antriebsstrang eines spezifischen Typs, die Erfindung ist jedoch auch auf einen beliebigen Antriebsstrangtyp und auch z. B. auf Hybridfahrzeuge anwendbar. Das offenbarte Fahrzeug umfasst ferner eine oder mehrere Nachbehandlungskomponenten 130 zur Nachbehandlung (Reinigung) von Abgasen aus der Verbrennung im internen Verbrennungsmotor 101. Die Funktionen der einen oder mehreren Nachbehandlungskomponenten 130 werden mithilfe einer Steuereinheit 131 gesteuert. Es wird angemerkt, dass das hierin beschriebene System nur beispielhaft ist und dass das Fahrzeug gemäß Ausführungsformen der Erfindung von einem Typ ist, bei dem Abgase keiner Nachbehandlung unterzogen werden.
Das Fahrzeug kann auch von einem Typ sein, bei dem kein Turbolader verwendet wird.
Wie dem Fachmann bekannt, können Nachbehandlungskomponenten 130 verschiedener Typen sein und diverse Designs und Kombinationen aufweisen und werden hierin nicht ausführlicher erörtert.
Wie oben erwähnt, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Stoppen des Verbrennungsmotors bereit, das zumindest in manchen Fällen Vorteile gegenüber anderen Lösungen liefern kann. Beispielsweise kann die zum Stoppen des internen Verbrennungsmotors erforderliche Zeit verringert werden.
Ein beispielhaftes Verfahren 300 der vorliegenden Erfindung ist in 3 gezeigt. Das Verfahren kann zumindest teilweise in der Motorsteuereinheit 115 zum Steuern des Betriebs des internen Verbrennungsmotors 101 umgesetzt werden. Die Funktionen eines Fahrzeugs werden im Allgemeinen von einer Reihe von Steuereinheiten gesteuert und Steuersysteme in Fahrzeugen vom offenbarten Typ umfassen im Allgemeinen ein Kommunikationsbussystem, das aus einer oder mehreren Kommunikationsbussen besteht, um eine Reihe von elektronischen Steuereinheiten (ECUs) oder Steuerungen mit diversen Komponenten im Fahrzeug zu verbinden. Ein solches Steuersystem kann eine große Anzahl von Steuereinheiten umfassen, und die Steuerung einer spezifischen Funktion kann unter zwei oder mehreren dieser aufgeteilt werden.
Der Einfachheit halber zeigt 1A nur Steuereinheiten 115-116, 131, Fahrzeuge 100 vom veranschaulichten Typ sind jedoch häufig mit signifikant mehr Steuereinheiten versehen, wie der Fachmann verstehen wird. Steuereinheiten 115-116, 131 sind so ausgelegt, dass sie über das Kommunikationsbussystem und andere Verkabelung, teilweise durch Verbindungsleitungen in 1A dargestellt, miteinander und mit diversen Komponenten kommunizieren.
Die vorliegende Erfindung kann in einer beliebigen geeigneten Steuereinheit im Fahrzeug 100 und somit nicht zwingenderweise in der Steuereinheit 115 umgesetzt sein. Die Steuerung, die das Ventilöffnen und Ventilschließen gemäß der vorliegenden Erfindung zum Steuern einer Druckverringerung durch eine Ventilöffnung nach einer Verdichtung steuert, hängt für gewöhnlich von Signalen ab, die von anderen Steuereinheiten und/oder Fahrzeugkomponenten empfangen werden, und im Allgemeinen sind Steuereinheiten des offenbarten Typs normalerweise so ausgelegt, dass sie Sensorsignale von diversen Teilen des Fahrzeugs 100 empfangen. Die Steuereinheit 115 kann z. B. Signale vom Steuersystem empfangen, die ein Stoppen des internen Verbrennungsmotor 101 fordern.
Steuereinheiten des veranschaulichten Typs sind für gewöhnlich auch so ausgelegt, dass sie Steuersignale an diverse Teile und Komponenten des Fahrzeugs übermitteln, z. B. um Ventile gemäß der Erfindung zu steuern, z. B. durch Steuern von Phasenverstellern und/oder Schaltern von Nockenwellen, und/oder um die Treibstoffeinspritzung zu steuern. Der Betrieb von Fahrzeugsteuersystemen ist dem Fachmann per se bekannt.
Ferner wird eine Steuerung dieser Art häufig mithilfe programmierter Anweisungen erzielt. Die programmierten Anweisungen bestehen für gewöhnlich aus einem Computerprogramm, das, wenn es auf einem Computer oder einer Steuereinheit ausgeführt wird, den Computer/die Steuereinheit dazu veranlasst, die gewünschte Steuerung durchzuführen, wie z. B. Verfahrensschritte gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Computerprogramm stellt für gewöhnlich einen Teil eines Computerprogrammprodukts dar, wobei das Computerprogrammprodukt ein geeignetes Speichermedium 121 (siehe Fig. IB) umfasst, wobei das Computerprogramm 126 auf dem Speichermedium 121 gespeichert ist. Das Computerprogramm kann nichtflüchtig auf dem Speichermedium gespeichert werden. Das digitale Speichermedium 121 kann z. B. aus einem beliebigen der Gruppe bestehen, umfassend: ROM (Nur-Lese-Speicher), PROM (programmierbarer Nur-Lese-Speicher), EPROM (löschbarer PROM), Flash-Speicher, EEPROM (elektrisch löschbarer PROM), eine Festplatteneinheit usw., und kann in oder in Verbindung mit der Steuereinheit angeordnet sein, wobei das Computerprogramm von der Steuereinheit ausgeführt wird. Das Verhalten des Fahrzeugs in einer spezifischen Situation kann somit durch Modifizieren der Anweisungen des Computerprogramms angepasst werden.
Eine beispielhafte Steuereinheit (die Steuereinheit 115) ist in 1B schematisch gezeigt, wobei die Steuereinheit eine Verarbeitungseinheit 120 umfassen kann, die z. B. aus einem beliebigen geeigneten Typ eines Prozessors oder Mikrocomputers bestehen kann, wie z. B. einem Schaltkreis zur digitalen Signalverarbeitung (Digitaler Signalprozessor, DSP) oder einem Schaltkreis mit einer vordefinierten spezifischen Funktion (anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis, ASIC). Die Verarbeitungseinheit 120 ist mit einer Speichereinheit 121 verbunden, die die Verarbeitungseinheit 120 z. B. mit dem gespeicherten Programmcode 126 und/oder den gespeicherten Daten versorgt, den bzw. die die Verarbeitungseinheit 120 benötigt, um Berechnungen durchführen zu können. Die Verarbeitungseinheit 120 ist auch ausgelegt, um Teil- oder Endergebnisse von Berechnungen in der Speichereinheit 121 zu speichern.
Ferner ist die Steuereinheit 115 mit Vorrichtungen 122, 123, 124, 125 zum Empfangen bzw. Senden von Eingangs- und Ausgangssignalen ausgestattet. Diese Eingangs- und Ausgangssignale können Wellenformen, Impulse oder andere Attribute umfassen, die die Vorrichtungen 122, 125 zum Empfangen von Eingangssignalen als Informationen für eine Verarbeitung durch die Verarbeitungseinheit 120 erkennen können. Die Vorrichtungen 123, 124 zum Senden von Ausgangssignalen sind so ausgelegt, dass sie Berechnungsergebnisse von der Verarbeitungseinheit 120 in Ausgangssignale für eine Übertragung an andere Teile des Fahrzeugsteuersystems und/oder die eine oder mehreren Komponenten, für die die Signale vorgesehen sind, umwandelt. Jede der Verbindungen mit den Vorrichtungen zum Empfangen bzw. Senden von Eingangs- und Ausgangssignalen kann aus einem oder mehreren eines Kabels; eines Datenbusses wie z. B. eines CAN-Busses (Controller-Area-Network-Bus), eines MOST-Busses (Media-Oriented-Systems-Transport-Bus) oder einer beliebigen anderen Buskonfiguration oder einer Drahtlosverbindung bestehen.
Unter erneuter Bezugnahme auf das in 3 veranschaulichte beispielhafte Verfahren 300 beginnt das Verfahren mit Schritt 301, wo ermittelt wird, ob der interne Verbrennungsmotor 101 zu stoppen ist. Ist dies der Fall, geht das Verfahren zu Schritt 302 über. Das Verfahren bleibt so lange in Schritt 301, solange dies nicht der Fall ist, und das Verfahren geht zu Schritt 302 über, wenn ermittelt wird, dass der interne Verbrennungsmotor gemäß der Erfindung zu stoppen ist. Der Übergang von Schritt 301 zu Schritt 302 kann z. B. zu einem beliebigen Zeitpunkt, wenn der interne Verbrennungsmotor zu stoppen ist, eingeleitet werden. Alternativ kann eine Steuerung gemäß der Erfindung so ausgelegt sein, dass sie z. B. nur in bestimmten Situationen durchgeführt wird, wenn der interne Verbrennungsmotor zu stoppen ist, wie z. B. wenn der interne Verbrennungsmotor in einem Stopp-Start-Betrieb zu stoppen ist oder wenn sich das Fahrzeug in städtischen Gebieten befindet, in denen ggf. Lärmauflagen zu erfüllen sind, und/oder jedes Mal, wenn das Stoppen des internen Verbrennungsmotors vom Steuersystem und nicht vom Fahrzeuglenker angefordert wird. Andere Kriterien zum Durchführen des Übergangs von Schritt 301 zu Schritt 302 können ebenfalls angewandt werden.
In Schritt 302 wird eine geeignete Steuerung einer Druckverringerung nach einer Verdichtung durch Öffnen eines oder mehrerer Ventile beim Stoppen des internen Verbrennungsmotors ermittelt und gemäß dem vorliegenden Beispiel wird die Druckverringerung nach der Verdichtung durch Steuern eines Auslassventils einer Verbrennungskammer gesteuert und wobei gemäß dem vorliegenden Beispiel alle Verbrennungskammern so ausgelegt sind, dass sie gleich gesteuert werden. Somit wird in Schritt 302 eine geeignete Steuerung der Auslassventile der Verbrennungskammern des internen Verbrennungsmotors ermittelt. Gemäß anderen Ausführungsformen der Erfindung werden stattdessen Ansaugventile gesteuert und gemäß noch anderen Ausführungsformen der Erfindung werden sowohl Ansaugventile als auch Auslassventile gesteuert, um die Kurbelwellenantriebsleistung in Ausdehnungsstufen nach Verdichtungsstufen zu verringern. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann die Steuerung vorab ermittelt und somit automatisch verwendet werden, wenn der interne Verbrennungsmotor 101 gestoppt wird. Eine beispielhafte Steuerung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die 5A-B beschrieben.
Der interne Verbrennungsmotor 101 umfasst eine Mehrzahl von Verbrennungskammern, z. B. 4, 5, 6 oder 8. Die vorliegende Erfindung kann für Verbrennungsmotoren mit einer beliebigen Anzahl von Verbrennungskammern verwendet werden und eine beispielhafte Verbrennungskammer 209 ist in 2 gezeigt. Die Figur offenbart somit nur einen Zylinder/eine Verbrennungskammer 209, in dem bzw. in der ein sich hin- und herbewegender Kolben 210 angeordnet ist.
Interne Verbrennungsmotoren des offenbarten Typs umfassen ferner im Allgemeinen zumindest eine Treibstoffeinspritzdüse pro Verbrennungskammer (nicht gezeigt), die Treibstoff auf herkömmliche Weise für eine Verbrennung zur Verbrennungskammer zuführt.
Die Verbrennungskammer 209 umfasst einen Einlass 201, der von einem oder mehreren Ansaugventilen 211 gesteuert wird, die so ausgelegt sein kann, dass sie in Bezug auf ein Auslassventil 213 gemäß dem Nachstehenden einzeln gesteuert wird, und dies ist gemäß dem vorliegenden Beispiel auch der Fall. Luft für die Verbrennung wird der Verbrennungskammer mithilfe des Ansaugventils 211 über eine Ansaugleitung 402 zugeführt, die z. B. aus einer geeigneten Verrohrung, Verleitung und/oder Verschlauchung besteht, um die Luft für eine Zufuhr zur Verbrennung aufzunehmen. Im Allgemeinen besteht die Luft aus Luft aus der Umgebung des Fahrzeugs 100.
Die Entleerung der Verbrennungskammer 209 wird durch ein Auslassventil 213 (oder eine Mehrzahl dieser) gesteuert, das sich hin zu einem Abgaskrümmer 414 öffnet.
Was das Auslassventil 213 und das Ansaugventil 211 betrifft, so werden diese beim vorliegenden Beispiel einzeln mithilfe von Nockenwellen 203 bzw. 204 gesteuert, die, wenngleich sie von einer Kurbelwelle 205 gemeinsam angetrieben werden, so ausgelegt sind, dass sie in Bezug aufeinander phasenverstellt sind, so dass eine Öffnungszeit, eine Schließzeit und die Dauer des Öffnen der Ventile 211, 213 für jedes Ventil einzeln gesteuert werden kann. Die Phasenverstellung kann z. B. mithilfe von Phasenstellern erzielt werden. Durch die Verwendung von Phasenverstellern ist es möglich, die Ventilsteuerung kontinuierlich anzupassen. Beispielsweise können die Phasenversteller so ausgelegt sein, dass jede Nockenwelle um bis zu 60, 80 oder 100
Kurbelwinkelgrade oder eine beliebige andere geeignete Anzahl von Graden phasenverschoben werden kann, wobei die Phasenverschiebung selektiv z. B. sowohl vorschiebend als auch verzögernd sein kann, wodurch ein relativ hoher Freiheitsgrad beim Steuern des Ansaugventils und des Auslassventils in Bezug aufeinander möglich ist.
Alternativ oder zusätzlich zum Steuern der Ventile durch Phasenverstellung können zusätzlich Nockenwellenstößel verwendet werden, um ein Öffnen und Schließen von Ventilen in Kolbenpositionen zu erhalten, in denen dies ansonsten nicht durchgeführt wird, und somit z. B. für andere Abschnitte eines Verbrennungszyklus als während des normalen Betriebs und auch anders als die Phasenverstellung. Solche Stößel können so ausgelegt sein, dass sie selektiv anwendbar sind, z. B. mithilfe von Schaltern. Eine beispielhafte Verwendung einer solchen zusätzlichen Ventilöffnung wird durch die unterbrochene Linie 505 in der nachstehenden 5 veranschaulicht. Anstatt nockenwellengesteuerte Stößel zu verwenden, kann das Öffnen/Schließen von Ventilen auch auf eine beliebige geeignete Weise gesteuert werden, wie z. B. durch ein elektrisches und/oder mechanisches und/oder pneumatisches Mittel.
Das System ist auch in 4 gezeigt, die alle Zylinder des Verbrennungsmotors schematisch zeigt, die in 4 mit i1 bis i6 ausgewiesen sind.
Gemäß dem offenbarten Beispiel wird Umgebungsluft aus der Umgebung des Fahrzeugs/Motors von einer Ansaugseite 404A des Luftfilters (404), die Umgebungsluft ausgesetzt wird, durch einen Luftfilter 404 gezogen und mithilfe eines Verdichters 406 durch den Luftfilter 404 gezogen. Der Verdichter 406 wird von einer Turbine 408 angetrieben, wobei der Verdichter 406 und die Turbine 408 mithilfe einer Welle 410 miteinander verbunden sind, wodurch ein herkömmlicher Turbolader gebildet wird. Die verdichtete Luft wird von einem Ladeluftkühler 412 auf bekannte Weise gekühlt, bevor sie zur Ansaugleitung 402 und zu den Verbrennungskammern i1 bis i6 des internen Verbrennungsmotors 101 zugeführt wird.
Der Durchgang zu den Abgasleitungen der Verbrennungskammern i1 bis i6 wird jeweils durch die Auslassventile der Verbrennungskammern gesteuert. Gemäß dem vorliegenden Beispiel sind die Abgasleitungen ferner so ausgelegt, dass die aus den Zylindern i1 bis i3 stammenden Abgase über eine gemeinsame Leitung 414 von Abgasauslässen zu einem ersten Einlass 408A der Turbine 408 strömen. Dementsprechend strömen aus den Zylindern i4 bis i6 stammende Abgase über eine gemeinsame Leitung 416, die von der Leitung 414 getrennt ist, aus den Abgasauslässen zu einem zweiten Einlass 408B der Turbine 408. Die Turbine 408 umfasst somit separate Abgaseinlässe zum Aufnehmen der Abgasströme aus den Leitungen 414 bzw. 416, wodurch z. B. eine herkömmliche Twin-Scroll-Turbine gebildet wird. Solche Anordnungen können z. B. Probleme mit Druckimpulsen, die aus Abgasen aus einer Verbrennungskammer stammen und den Betrieb einer anderen Verbrennungskammer stören, verringern. Dies wird hierin nicht näher erörtert.
Der Abgasstrom wird danach wieder kombiniert und von der Turbine 408 durch einen einzelnen gemeinsamen Auslass 408C ausgegeben und zu der einen oder den mehreren Nachbehandlungskomponenten 130 geführt, ggf. über z. B. eine Auspuffbremse, für eine Nachbehandlung von Abgasen gemäß dem Obigen, bevor er in die Umgebung des Fahrzeugs 100 freigesetzt wird.
Wie oben erwähnt, wird eine geeignete Steuerung der Ventile in Schritt 302 ermittelt und zeigen die 5A-B ein beispielhaftes Steuerverfahren, das gemäß der Erfindung verwendet werden kann. Die y-Achse zeigt einen Status des Ventils, wobei der Nullpegel ein vollständig geschlossenes Ventil darstellt, und die anderen Pegel ein zumindest teilweise geöffnetes Ventil darstellen, wobei physisch vollständig geöffnet an der höchsten Spitze der Kurve eintritt, auch wenn die vollständig geöffnete Position in Bezug auf eine Strömung früher eintreten kann. Gemäß der Erfindung können die Ventile als „offen“ bzw. „geöffnet“ angesehen werden, wenn sie nicht vollständig geschlossen sind, d. h., sobald sie begonnen haben, sich zu öffnen, und bis sie wieder in der geschlossenen Position sind. Die x-Achse stellt eine Bewegung dar, die in Kurbelwellengrad ausgedrückt ist, und wobei -360°, 0° und 360° die Oberer-Todpunkt-TDC-Position des Kolbens 210 darstellen, d. h., wenn der Kolben den Ventilen 211, 213 am nächsten liegt, bevor er sich hin zur Kurbelwelle 205 zu bewegen beginnt. Eine durchgehende Linie 501 stellt das Ansaugventil 211 dar und die Strichpunktlinie 502 stellt das Auslassventil 213 dar. Eine Punktlinie 503 stellt eine Begrenzung des Ventilspielraums dar. Wenn sich Ansaug- und/oder Auslassventile nach innen und somit in eine Richtung hin zum Kolben 210 öffnen, der sich in der Verbrennungskammer 209 hin- und herbewegt, können sich somit die Ventile am oberen Todpunkt TDC des Kolbens nicht vollständig öffnen, um zu vermeiden, dass die Ventile mit dem Kolben kollidieren. Die Strichlinie 503 stellt diesen Ventilspielraum dar, der nicht verletzt werden darf, somit dürfen sich die Linien 501, 502 gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht mit der Linie 503 schneiden. Gemäß alternativen Ausführungsformen kann der Kolbenkopf stattdessen mit Ventilausschnitten oder - ausnehmungen versehen zu sein, um eine weitere oder vollständige Ventilöffnung am TDC zu ermöglichen, z. B. gemäß einer Punktlinie 504. Gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung können Ventile so ausgestaltet sein, dass sich Ventile derart öffnen, dass unabhängig vom Zeitpunkt oder Grad der Ventilöffnung keine Interferenz mit dem Kolben vorliegt.
5A veranschaulicht ein Beispiel für einen normalen Ventilbetrieb bei laufendem internen Verbrennungsmotor, d. h. einen herkömmlichen Verbrennungszyklus, bei dem das Ansaugventil 211 bei ungefähr -360° zum Ansaugen von Luft zur Verbrennung geöffnet ist, wenn sich der Kolben 210 aus dem TDC (bei -360°) zum unteren Totpunkt BDC bei -180° bewegt. Gemäß dem vorliegenden Beispiel schließt sich das Ansaugventil 211, wenn der Kolben mit dem Rückhub hin zum TDC bei -180° beginnt oder kurz danach. Der Rückhub von -180° bis 0° (d. h. TDC) ist die Verdichtungsstufe oder Hub im vorliegenden Beispiel und bei ungefähr 0° wird Treibstoff in die verdichtete Luft eingespritzt, um mit der Verbrennung zu beginnen, wie per se bekannt.
Die entstehende Verdichtung, d. h. der während des Verdichtungshubs erhaltene Druck, hängt von der Luftmenge ab, die während des Ansaughubs bereitgestellt wird, die wiederum unter anderem vom Druck der Ansaugluft abhängt, die vom Verdichter 412 bereitgestellt wird. Wenn der Motor läuft, hängt die Kraft, die auf den Kolben in der danach folgenden Ausdehnungsstufe einwirkt, in diesem Fall der Hub, teilweise von dem während der Verdichtungsstufe erhaltenen Druck ab, wobei die durch die Gasausdehnung produzierte Arbeit durch die Verbrennung gesteigert wird.
Im allgemeinen Fall, wenn der Motor abzustellen ist, werden die Ansaugventile und Auslassventile auf herkömmliche Weise betrieben, die Treibstoffeinspritzung wird jedoch abgeschaltet, um den Motor zu stoppen. Die Verdichtung in der Verdichtungsstufe hilft beim Stoppen des Motors, indem die Kurbelwelle 112 gebremst wird, die danach folgende Ausdehnungsstufe stellt jedoch eine auf den Kolben 210 wirkende Kraft bereit, auch wenn diese geringer als bei einer Verbrennung ausfällt, wodurch wiederum die Kurbelwelle angetrieben wird und somit dem Stoppen des Motors entgegengewirkt wird. Dank Wärmeverlusten und -erzeugung während der Verdichtung ist die während der Ausdehnung ausgeübte Antriebskraft geringer als die Bremskraft, die aus der Verbrennung resultiert, und stoppt der Motor im Allgemeinen relativ schnell.
Gemäß der Erfindung wird die für das Stoppen des internen Verbrennungsmotors erforderliche Zeit durch Verringern oder Eliminieren der durch die Ausdehnung verursachten Antriebskraft wesentlich verringert. Gemäß der beispielhaften Ausführungsform wird dies durch Öffnen - zumindest etwas - des Auslassventils am Ende der Verdichtung und/oder am Beginn der Ausdehnung erreicht. Wie ersichtlich, wird bevorzugt, das Auslassventil spätmöglichst während der Verdichtungsstufe zu öffnen, um größtmöglichst von der durch die Verdichtung verursachten Bremskraft zu profitieren.
Das Öffnen des Auslassventils kann z. B. durch geeignete Phasenverstellung der Nockenwelle gesteuert werden, die das Auslassventil 213 steuert, und diese Phasenverstellung kann in Schritt 302 ermittelt werden. Eine beispielhafte Phasenverstellung, die sich für eine Verwendung während des Stoppens des internen Verbrennungsmotors eignet, ist in 5B gezeigt, wobei das Ansaugventil 211 gemäß dem Obigen für eine normale Luftansaugung gesteuert wird, wobei das Auslassventil 213 in diesem Beispiel jedoch nicht nur die Verbrennungskammer in einem Auslasshub auf herkömmliche Weise entleert (Strichpunktlinie in 5A), sondern sich auch am Ende der Verdichtungsstufe teilweise öffnet und am Beginn der Ausdehnungsstufe offen gehalten wird, Strichlinie 505. Wie aus 5B ersichtlich, ist das Auslassventil 213 in einem Maße geöffnet, das den verfügbaren Ventilspielraum nicht verletzt, wobei andere Designs eine weitere/vollständige Öffnung des Ventils zulassen können. Auf diese Weise wird die Verdichtungsstufe zu einem großen Teil zum Bremsen der Kurbelwelle verwendet, wenn sich das Auslassventil 213 öffnet, dehnt sich das verdichtete Gas in der Verbrennungskammer jedoch durch das Auslassventil 213 in den Abgaskrümmer 414 aus. Auf diese Weise erzeugt die Ausdehnung des Druckgases wenig oder keine Kraft, die den Kolben 210 in seiner Bewegung hin zum BDC unterstützt, und somit wird die zum Stoppen des internen Verbrennungsmotors 101 erforderliche Zeit durch die Verringerung der Antriebskraft wesentlich verringert. Vorzugsweise wird eine Mehrzahl der Verbrennungskammern i1 bis i6 des internen Verbrennungsmotors 101 oder werden alle auf diese Weise gesteuert.
Wenn in Schritt 302 eine geeignete Steuerung ermittelt wurde, z. B. gemäß 5B oder eine beliebige andere geeignete Steuerung zum Verringern des Kurbelwellenantriebs durch Ausdehnung, geht das Verfahren zu Schritt 303 über.
In Schritt 303 wird die Treibstoffeinspritzung abgeschaltet und in Schritt 304 wird das Auslassventil 213 mit der ermittelten Steuerung gesteuert, in diesem Fall durch geeignete Phasenverstellung der Nockenwelle 204, wobei die Ventile aller Verbrennungskammern auf die gleiche Weise gleichzeitig gesteuert werden können, z. B. durch die Nockenwelle 204.
In Schritt 305 wird ermittelt, ob der interne Verbrennungsmotor gestoppt wurde, d. h., ob die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 205 null erreicht hat, und solange dies nicht der Fall ist, wird die Ventilsteuerung gemäß dem Obigen fortgesetzt. Wenn ermittelt wird, dass der interne Verbrennungsmotor gestoppt wurde, endet das Verfahren in Schritt 306.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung wird die Ventilsteuerung gemäß der Erfindung beibehalten, bis die Drehgeschwindigkeit zumindest auf eine erste Drehgeschwindigkeit n1 wie z. B. 10 oder 50 U/min verringert wurde, wobei die Ventilsteuerung ganz am Ende des Stoppens des internen Verbrennungsmotors auf die normale Ventilsteuerung zurückgebracht werden kann, um für einen danach folgenden Start des internen Verbrennungsmotors eingestellt zu werden, während immer noch ein wesentlicher Nutzen aus der vorliegenden Erfindung gezogen wird.
Gemäß dem vorliegenden Beispiel wird das Auslassventil 213 während eines Teils der Ausdehnungsstufe offen gehalten, d. h. ab 0°. Dies kann z. B. vorteilhaft sein, um den Druck unter Atmosphärendruck zu vermeiden oder verringern, der andernfalls entstehen könnte, wenn die Verbrennungskammer bei Atmosphärendruck am TDC geschlossen ist und sich das Verbrennungskammervolumen sodann ausdehnt, während sich der Kolben hin zum BDC bewegt. Wenn der Druck in der Verbrennungskammer zu gering wird, kann Öl in die Verbrennungskammer vorbei am Kolben/an der Zylinderwand gezogen werden, was für den Betrieb des internen Verbrennungsmotors schädlich sein kann. Somit kann die Ventilsteuerung unter Berücksichtigung dieses Faktors ermittelt werden.
Ferner werden gemäß dem vorliegenden Beispiel die Auslassventile der Verbrennungskammern zwar gesteuert, gemäß Ausführungsformen der Erfindung können stattdessen jedoch die Ansaugventile gesteuert werden, z. B. durch geeignete Phasenverstellung der Nockenwelle 203. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung können sowohl die Ansaugventile als auch die Auslassventile auf geeignete Weise gesteuert werden, beispielsweise das Auslassventil am Ende der Verdichtungsstufe und das Ansaugventil am Beginn der Ausdehnungstufe oder umgekehrt.
Ferner kann die oben beschriebene Verfahrensweise bei internen Viertaktverbrennungsmotoren für jeden Verbrennungszyklus zweimal verwendet werden, d. h., das Ansaugen von Luft kann nicht nur während der normalen Ansaugstufe wie oben durchgeführt werden, sondern dies kann auch beim Ansaugen in der Ausdehnungsstufe wiederholt werden, d. h., das Ventil schließt sich nicht wieder, wie dies in 5B der Fall ist, sondern wird für einen längeren Zeitraum offen gehalten, darauf folgt eine Steuerung während der Entleerungsstufe ähnlich dem Obigen, wobei das Auslassventil z. B. gemäß dem Obigen und nicht wie üblich geöffnet wird.
Somit wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zum Stoppen des internen Verbrennungsmotors bereitgestellt, das beträchtliche Verbesserungen bereitstellt, was die zum Stoppen des Motors erforderliche Zeit betrifft. Dies bedeutet außerdem eine Verringerung des motorbedingten Lärms, da die Zeitdauer, für die der Motor Lärm produziert, verringert wird.
Neben dem Vorstehenden kann die vorliegende Erfindung ferner in Kombination mit der in der schwedischen Patentanmeldung 1651044-8 mit dem Titel „VERFAHREN UND SYSTEM ZUM STARTEN EINES INTERNEN VERBRENNUNGSMOTORS“ mit dem gleichen Anmeldedatum und dem gleichen Anmelder wie die vorliegende Anmeldung verwendet werden.
Diese Anmeldung bezieht sich auf Situationen, in denen es wünschenswert sein kann, den internen Verbrennungsmotor auf eine Weise zu starten, die die Abnutzung von Komponenten des internen Verbrennungsmotors und/oder z. B. eines Anlassers verringert. Das offenbarte Verfahren kann z. B. bei Start-Stopp-Lösungen verwendet werden und kann bei Fahrzeugen verwendet werden, bei denen der interne Verbrennungsmotor gestoppt wird, gemäß der vorliegenden Erfindung.
Schließlich wurde die vorliegende Erfindung für ein Fahrzeug beispielhaft veranschaulicht. Die Erfindung ist jedoch auf eine beliebige Art von Gefährt anwendbar, wie z. B. Luftfahrzeuge und Wasserfahrzeuge. Die Erfindung ist auch für eine Verwendung in Feuerungsanlagen anwendbar. Außerdem ist die Erfindung bei einem beliebigen Typ von internem Verbrennungsmotor anwendbar und nicht nur in dem Fall, dass sich ein Kolben in einer Verbrennungskammer hin- und herbewegt, sondem auch bei anderen Motortypen wie z. B. Wankelmotoren, solange eine Verdichtung als Teil eines Verbrennungszyklus durchgeführt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

SE 16510448 [0074]

Claims

Verfahren zum Stoppen eines internen Verbrennungsmotors (101), wobei der interne Verbrennungsmotor (101) zumindest eine Verbrennungskammer (209) und eine Kurbelwelle (112) aufweist, die so ausgelegt ist, dass sie von der zumindest einen Verbrennungskammer (209) angetrieben wird, wobei das Ansaugen von Gas zu der zumindest einen Verbrennungskammer (209) durch zumindest ein Ansaugventil (211) gesteuert wird, und wobei das Entleeren der zumindest einen Verbrennungskammer (209) durch zumindest ein Auslassventil (213) gesteuert wird, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch, wenn der interne Verbrennungsmotor (101) zu stoppen ist: - Abschalten der Treibstoffeinspritzung, - ist die Treibstoffeinspritzung abgeschaltet, Steuern eines Ansaugventils (211) und/oder eines Auslassventils (213) der zumindest einen Verbrennungskammer (209), so dass Druck in der zumindest einen Verbrennungskammer (209) nach Verdichtung in der Verbrennungskammer (209) verringert wird, um eine Antriebsleistung der Kurbelwelle (112) zu verringern, die durch eine Gasausdehnung nach der Verdichtung bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: - Steuern eines Ansaugventils (211) und/oder eines Auslassventils (213) der Verbrennungskammer (209), um eine Antriebsleistung der Kurbelwelle (112) zu verringern, die durch eine Ausdehnung nach einer Verdichtung verursacht wird, bis die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle (112) auf zumindest im Wesentlichen null verringert wurde.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das ferner umfasst: - Verringern des Drucks nach der Verdichtung durch Steuern des Ansaugventils (211) und/oder des Auslassventils (213), so dass der Druck auf im Wesentlichen Atmosphärendruck verringert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner umfasst: - vor dem Verdichten Öffnen eines Ansaugventils (211) und/oder eines Auslassventils (213) der Verbrennungskammer (209) zum Ansaugen von Gas, und - nach dem Verdichten des angesaugten Gases Öffnen eines Ansaugventils (211) und/oder eines Auslassventils (213) der Verbrennungskammer (209), um den Druck in der Verbrennungskammer (209) zu verringern, so dass eine Antriebsleistung der Kurbelwelle (112), die durch Gasausdehnung verursacht wird, gegenüber der andernfalls erhaltenen Antriebsleistung der Kurbelwelle (112) verringert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner umfasst: beim Verringern der Verdichtung in der Verbrennungskammer (209) Öffnen eines Ansaugventils (211) und/oder eines Auslassventils (213) am Ende der Verdichtung und/oder am Beginn der danach folgenden Ausdehnung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das ferner umfasst: - Steuern eines Ansaugventils (211) und/oder eines Auslassventils (213), um die Verdichtung zu verringern, durch Phasenverstellung zumindest einer Nockenwelle oder eines Teils davon, so dass das Öffnen und/oder Schließen eines Ansaugventils (211) und/oder eines Auslassventils (213) je nach der aktuellen Position eines sich hin- und herbewegenden Elements (210) in der Verbrennungskammer (209) zu steuern, wobei die Abhängigkeit mittels Phasenverstellung steuerbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Öffnen und Schließen von Ansaugventilen (211) durch eine erste Nockenwelle (203) gesteuert wird und wobei das Öffnen und Schließen von Auslassventilen (213) durch eine zweite Nockenwelle (204) gesteuert wird, wobei das Verfahren ferner umfasst: - einzelnes Phasenverstellen zumindest einer der ersten Nockenwelle (203) und der zweiten Nockenwelle (204), um die Druckverringerung nach einer Verdichtung in den Verbrennungskammern (209) zu steuern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das ferner umfasst: - Verringern des Drucks in der Verbrennungskammer (209) nach einer Verdichtung durch Öffnen eines Ansaugventils (211) und/oder eines Auslassventils (213) während eines Zeitraums einer Verdichtungsstufe und/oder Ausdehnungsstufe, wobei die Ventile geschlossen sind, wenn der interne Verbrennungsmotor (101) läuft.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Zeitraum eine Drehung der Kurbelwelle (112) ist, wie z. B. in Kurbelwinkelgrad ermittelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Ansaugen von Gas zur Verbrennungskammer (209) durch zwei oder mehr Ansaugventile (211) gesteuert wird, und/oder wobei das Entleeren der Verbrennungskammer (209) durch zwei oder mehr Auslassventile (213) gesteuert wird, wobei das Verfahren ferner umfasst: - Steuern zumindest eines der Ventile, um den Druck in der Verbrennungskammer (209) nach einer Ausdehnung zu verringern, so dass eine Antriebsleistung der Kurbelwelle (112) verringert wird, die durch eine Gasausdehnung nach Verdichtung verursacht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der interne Verbrennungsmotor (101) eine Mehrzahl von Verbrennungskammern (209) umfasst, wobei das Verfahren ferner umfasst: - Steuern einer Mehrzahl von Verbrennungskammern (209) des internen Verbrennungsmotors (101), so dass Druck in den Verbrennungskammern (209) nach Verdichtung in den Verbrennungskammern (209) verringert wird, um eine Antriebsleistung der Kurbelwelle (112) zu verringern, die durch eine Gasausdehnung nach der Verdichtung verursacht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, das ferner beim Stoppen des internen Verbrennungsmotors (101) umfasst: - Erhöhen der Last des internen Verbrennungsmotors (101) durch erhöhen des Energieverbrauchs einer oder mehrerer Lasten, die vom internen Verbrennungsmotor (101) angetrieben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Ansaugventile und Auslassventile während der Verdichtung geschlossen werden.
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der interne Verbrennungsmotor gemäß einem Verbrennungsprozess arbeitet, der eine Verdichtungsstufe umfasst, wobei die Verdichtung während zumindest eines Teils der Verdichtungsstufe erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der interne Verbrennungsmotor gemäß einem Verbrennungsprozess arbeitet, der eine Verdichtungsstufe und eine danach folgende Ausdehnungsstufe umfasst, wobei die Verdichtung während der Verdichtungsstufe erfolgt, um den Druck in der Verbrennungskammer während der Verdichtungsstufe zu erhöhen, und wobei der Druck in der Verbrennungskammer am Ende der Verdichtungsstufe und/oder am Beginn der Ausdehnungsstufe verringert wird, um eine Verbrennungsmotor-Antriebskraft zu verringern, die durch eine Gasausdehnung während der Ausdehnungsstufe verursacht wird.
Computerprogramm, das Anweisungen umfasst, die, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird, den Computer dazu veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 durchzuführen.
Computerlesbares Medium, das Anweisungen umfasst, die, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden, den Computer dazu veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 durchzuführen.
System zum Stoppen eines internen Verbrennungsmotors (101), wobei der interne Verbrennungsmotor (101) zumindest eine Verbrennungskammer (209) und eine Kurbelwelle (112) aufweist, die so ausgelegt ist, dass sie von der zumindest einen Verbrennungskammer (209) angetrieben wird, wobei das Ansaugen von Gas zu der zumindest einen Verbrennungskammer (209) durch zumindest ein Ansaugventil (211) gesteuert wird, und wobei das Entleeren der zumindest einen Verbrennungskammer (209) durch zumindest ein Auslassventil (213) gesteuert wird, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch, wenn der interne Verbrennungsmotor (101) zu stoppen ist: - ein Mittel, das so ausgelegt ist, dass es die Treibstoffeinspritzung abschaltet, - ein Mittel, das so ausgelegt ist, dass es, wenn die Treibstoffeinspritzung abgeschaltet ist, ein Ansaugventil (211) und/oder ein Auslassventil (213) der zumindest einen Verbrennungskammer (209) so steuert, dass Druck in der zumindest einen Verbrennungskammer (209) nach Verdichtung in der Verbrennungskammer (209) verringert wird, um eine Antriebsleistung der Kurbelwelle (112) zu verringern, die durch eine Gasausdehnung nach der Verdichtung bewirkt wird.
Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es ein System nach Anspruch 15 umfasst.