DE60206799T2

DE60206799T2 - Verfahren zum anhalten und neustarten eines verbrennungsmotors mit indirekter einspritzung

Info

Publication number: DE60206799T2
Application number: DE60206799T
Authority: DE
Inventors: Eric Condemine; Vincent Basso
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2022-07-27
Also published as: JP2004537673A; DE60206799D1; EP1454048A2; ATE307279T1; ES2251619T3; CN1553990A; FR2827911A1; WO2003012273A3; WO2003012273A2; CN100587245C; KR20040037059A; AU2002337230A1; EP1454048B1; FR2827911B1; US7011063B2; US20040216719A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anhalten und zum Neustarten eines Verbrennungsmotors mit indirekter Einspritzung.
Die Verbrennungsmotoren umfassen zumindest einen Kolben, der in einem Zylinder hin- und herbeweglich ist, und im allgemeinen mehrere Kolben, die jeweils in einem Zylinder beweglich montiert sind, wobei der Kolben oder jeder der Kolben durch eine Pleuelstange mit einer Kurbelwelle verbunden ist, welche die Kurbelwelle um eine Achse zur Rotation antreibt.
Die Neustartbedingungen eines Verbrennungsmotors nach dem Anhalten der beweglichen Einrichtungen des Motors, das heißt insbesondere der Kolben und der Kurbelwelle, sind stark von der Anhalteposition der beweglichen Einrichtungen abhängig. Die für den Neustart eines Motors erforderliche Leistung kann beispielsweise zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert, der 30% größer ist als der Minimalwert, variieren. Außerdem hängt die für den Neustart des Motors erforderliche Zeit (beispielsweise gezählt als Anzahl von Umdrehungen der Kurbelwelle) auch stark von den Anhaltebedingungen des Motors ebenso im Fall der Motoren mit gesteuerter Zündung wie der Selbstzündungsmotoren ab.
Im Fall eines Motors mit vier Zylindern in einer Linie existieren vier mögliche Anhaltepositionen des Motors, in denen die Positionen der Kolben unterschiedlich sind, zwischen den oberen Totpunkten und den unteren Totpunkten dieser Kolben. Die Anhalteposition eines Vierzylindermotors ist somit bis auf 180° definiert, das heißt mit einer Näherung einer halben Umdrehung auf der Position der Kurbelwelle.
Außerdem rufen die Reibungen der beweglichen Einrichtungen des Motors um diese Anhaltepositionen eine Verteilung in der Größenordnung von mehreren Dutzend Grad (beispielsweise 30°) hervor.
Die Konsequenzen dieser Verteilungen der Anhaltepunkte des Motors sind Unregelmäßigkeiten beim Start, große Startzeiten und eine Verschmutzung, die stark sein kann und die schlecht kontrolliert wird, aufgrund einer unvollständigen Verbrennung in den Zylindern.
Es wurde vorgeschlagen, unter Verwendung einer elektrischen Hilfsmaschine die Position der beweglichen Einrichtungen des Motors während des Anhaltens des Motors zu regeln oder nach dem Anhalten des Motors zu berichtigen. Es ist folglich erforderlich, eine spezielle elektrische Maschine und Mittel zur Steuerung dieser elektrischen Maschine für das Bremsen oder die Positionsrückstellung des Motors in seiner Anhalteposition einzusetzen. Im Fall der Motoren mit moderner Bauart mit indirekter Einspritzung, das heißt mit Kraftstoffeinspritzung in die Ansaugstutzen des Motors, verfügt man über ein besonders genaues und empfindliches Mittel, das mit Steuermitteln wie einem Rechner verbunden ist, um das Einspritzen von Kraftstoff mit den Positionen der Kolben in den Zylindern zu synchronisieren.
Das Einspritzsystem dieser Motoren und diese Steuermittel wurden jedoch bis jetzt niemals verwendet, um eine Regelung des Anhaltes und des Neustarts eines Motors in einer bestimmten Position sicherzustellen.
Im Fall der Motoren mit indirekter Einspritzung (das heißt mit Einspritzung in die Ansaugstutzen der Zylinder) und mit gesteuerter Zündung ist die Startzeit relativ lang (im allgemeinen länger als 0,5 Sekunden). Der Rechner der Motoren von modernen Fahrzeugen muß tatsächlich eine Abfolge von Schritten durchlaufen, die durchaus genau festgelegt sind, bevor er sich in einer Konfiguration normaler Funktion befindet, um den Motor nach seinem Start zu steuern. Die dieser Prozedur gewidmete Zeit steigert die Startzeiten beträchtlich, die im allgemeinen viel länger sind als die Startvorgänge, die mit einem klassischen System mit einem Vergaser und einem Unterbrecher durchgeführt werden.
Die Rechner der modernen Fahrzeuge müssen nämlich die Einspritzung und die Zündung synchronisieren, dann den Befehl zur Einspritzung geben und schließlich die Zündung steuern, und zwar bei jedem Start.
Außerdem verschmutzt diese Prozedur, da die ersten Einspritzungen in den Stutzen nicht synchronisiert sind; die Einspritzungen werden an allen oder fast allen Zylindern ausgeführt; frische Benzinladungen werden freigesetzt und können somit den Katalysator verschlechtern, der im allgemeinen in der Auspuff- und/oder Schadstoffleitung angeordnet ist.
Es scheint erforderlich zu sein, die Startzeiten zu verringern und die Verschmutzungsemissionen der modernen Motoren zu begrenzen, insbesondere für den Einsatz einer Funktion, die "Stop und Start" genannt wird und die automatisch vom Rechner des Kraftfahrzeugs, um das Fahrzeug anzuhalten und neu zu starten, in Abhängigkeit von den Fahrbedingungen ausgeführt wird. Insbesondere wenn das Fahrzeug anhält, beispielsweise aufgrund des Anhaltens einer Schlange von Fahrzeugen, in der es sich befindet, steuert der Rechner das Anhalten des Motors, dann seinen Neustart, wenn das Fahrzeug wieder fahren kann.
Da in diesem Fall das Anhalten des Motors im allgemeinen von kurzer Dauer ist, wird der Start mit dem warmen Motor durchgeführt und es ist erforderlich, für den Motor mit gesteuerter Zündung Bedingungen für einen sehr schnellen warmen Neustart bereitzustellen, die keine zusätzliche Verschmutzung in den Abgasen erzeugen.
Das Ziel der Erfindung besteht folglich darin, ein Verfahren zum Anhalten und zum Neustarten eines Verbrennungsmotors mit indirekter Einspritzung und mit gesteuerter Zündung vorzuschlagen, welcher mindestens einen Zylinder, in dem sich ein Kolben verlagert, und einen Kraftstoffansaugstutzen, der mit dem Zylinder in Verbindung steht, und einen sich drehenden Teil, der durch den Kolben mittels einer Pleuelstange in Rotation versetzt wird, umfaßt, was es ermöglicht, sehr schnelle warme Neustartvorgänge durchzuführen, die keine zusätzliche Verschmutzung in den Abgasen erzeugen.
Dazu:

– mißt man kontinuierlich die Drehzahl und die Position des Kolbens und des sich drehenden Teils des Motors und man unterbricht die Einspritzung von Kraftstoff für vorbestimmte Werte der Drehzahl und der Winkelposition des sich drehenden Teils des Motors, um das Anhalten des Kolbens und des sich drehenden Teils in einer vorbestimmten Position zu erhalten,
– spritzt man eine Kraftstoffladung in den Ansaugstutzen des Zylinders in der Ansaugphase während einer letzten Umdrehung des Motors vor dem Anhalten in der vorbestimmten Position ein,
– beim Neustart des Motors nach dem Anhalten, indem der sich drehende Teil des Motors in Rotation versetzt wird, lokalisiert man die Ausführung der Kompressionsphase im Zylinder und man führt eine Zündung der Ladung im Zylinder in der Kompressionsphase aus, und
– man bewirkt die Einspritzung und die Zündung von aufeinanderfolgenden Ladungen in mindestens einem Zylinder gemäß einer vorbestimmten Sequenz, um den Verbrauch und die Emissionen zu optimieren und die Überdrehzahl des Motors beim Start zu begrenzen, wobei somit die Qualität des Starts begünstigt wird.

Um den Neustart durchzuführen, spritzt man gemäß der Erfindung eine gewollte Menge an Kraftstoff in den Zylinder ein, die bei der Einstellung der schnellen Warmstartvorgänge bestimmt wird.
Um die Erfindung gut zu verstehen, wird als Beispiel ein Verfahren zum Anhalten und zum Neustarten eines Verbrennungsmotors mit gesteuerter Zündung und mit indirekter Einspritzung gemäß der Erfindung beschrieben.
1 ist ein Diagramm, das die Mittel zeigt, die für die Durchführung des Verfahrens zum Anhalten und zum Neustarten eines Motors mit direkter Einspritzung und mit gesteuerter Zündung gemäß der Erfindung verwendet werden.
2 ist ein Vergleichsdiagramm, das die Phasen des Anhaltens eines Motors im Fall eines Anhaltens gemäß dem Stand der Technik und eines Motors, dessen Anhalten gemäß dem Verfahren der Erfindung gesteuert wird, zeigt.
3 ist ein Vergleichsdiagramm, das die Phasen des warmen Neustarts eines Motors, der gemäß dem Stand der Technik gesteuert wird, und eines Motors, der gemäß dem Verfahren der Erfindung gesteuert wird, zeigt.
4 ist eine schematische Ansicht, die die Mittel zum Messen der Winkelposition einer Kurbelwelle eines Motors mit gesteuerter Zündung, die bei einem schnellen Neustart des Motors verwendet werden, gemäß dem Verfahren der Erfindung zeigt.
5 ist ein Logikplan, der den Ablauf eines Verfahrens zum Neustarten eines Motors mit gesteuerter Zündung gemäß der Erfindung zeigt.
6 ist ein Vergleichsdiagramm, das die Kurven des Drehzahlanstiegs beim Starten eines Motors durch das Verfahren der Erfindung und durch ein Verfahren gemäß dem Stand der Technik zeigt.
In 1 wurde in schematischer Weise ein Verbrennungsmotor 1 dargestellt, der beispielsweise ein Motor mit vier Zylindern in einer Linie ist.
Der Motor 1 umfaßt vier Zylinder (im folgenden mit C₁, C₂, C₃, C₄ bezeichnet), in jedem von denen sich ein Kolben verschiebt, der durch eine Pleuelstange mit einer Kurbelwelle 2 verbunden ist, die an einem ihrer Enden mit einem Schwungrad 3 fest verbunden ist.
Die Kolben mit Hin- und Herbewegungen, die Pleuelstangen sowie die Kurbelwelle 2 und das Schwungrad 3, die drehbar sind, bilden die Gesamtheit der beweglichen Elemente des Motors 1.
Der Motor 1 umfaßt einen Starter 4, der aus einem Elektromotor oder aus einem reversiblen Wechselstromgenerator bestehen kann. Der Starter 4 umfaßt ein Steuerelement 4', das es ermöglicht, die elektrische Versorgung des Starters 4 durch die Batterie des Kraftfahrzeugs herzustellen oder zu unterbrechen.
Der Motor 1 ist ein Motor mit indirekter Kraftstoffeinspritzung in die Ansaugstutzen von jedem der Zylinder des Motors. Die Einspritzdüsen werden durch ein elektronisches Steuergerät 5 gesteuert, das es ermöglicht, die Synchronisation der Einspritzungen mit der Verschiebung der beweglichen Elemente des Motors 1 zu verwirklichen.
Das Kraftfahrzeug, in dem der Motor 1 montiert ist, umfaßt einen Rechner 6, der es ermöglicht, verschiedene Überwachungs- und Steuerfunktionen des Kraftfahrzeugs und insbesondere des Motors 1 sicherzustellen.
Insbesondere ist der Rechner 6 mit dem Gerät 5 zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder des Motors verbunden, um eine Synchronisation der Kraftstoffeinspritzung mit der Position der Kolben und ein Anhalten der Kraftstoffeinspritzung in die Ansaugstutzen der Zylinder in einem bestimmten Moment zum Erhalten eines Anhaltens des Motors in einer gewollten Position sicherzustellen.
Ein Sensor 7 (oder mehrere Sensoren) ist in der Nähe des Schwungrades 3 angeordnet, um die momentane Drehzahl des Motors zu messen und um in jedem Moment die Winkelposition des Schwungrades 3 und der Kurbelwelle 2 entsprechend einer definierten Position von jedem der Kolben im Inneren der in einer Linie liegenden Zylinder des Motors 1 zu bestimmen.
Die Informationen des Sensors 7 werden zum Rechner 6 übertragen, der programmiert ist, um, wenn ein Anhalten des Motors gesteuert wird, den genauen Moment zu bestimmen, in dem der Befehl zur Unterbrechung der Einspritzung zum Gerät 5 übertragen werden muß.
In dem Fall, in dem der Rechner 6 eine "Stop- und Start"-Funktion, das heißt ein Anhalten und einen automatischen Neustart des Motors 1 des Kraftfahrzeuges in Abhängigkeit von den Fahrbedingungen steuert, ist der Rechner 6 mit dem Gerät 4' zur Steuerung des Starters 4 verbunden.
Im Fall eines Motors mit gesteuerter Zündung ist das Gerät zur Steuerung der Zündung auch mit dem Rechner 6 verbunden. In diesem Fall schlägt man in 1 vor, daß das Gerät 5 ebenso die Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder wie die Zündung des in die Zylinder eingespritzten Kraftstoffs steuert.
Im Rahmen der Ausführung der "Stop- und Start"-Funktion empfängt der Rechner 6 Informationen, die es ihm ermöglichen festzustellen, ob ein Anhaltebefehl des Motors 1 des Kraftfahrzeugs gegeben werden muß. Wenn die Bedingungen eines Anhaltens des Motors versammelt sind, stellt der Rechner 6 aus der Drehzahl und der Winkelposition des sich drehenden Teils 2, 3 des Motors, die durch Sensoren wie den Sensor 7 übertragen werden, den exakten Moment fest, in dem ein Befehl zur Unterbrechung der Kraftstoffeinspritzung und/oder zur Unterbrechung der Zündung zum Steuergerät 5 übertragen werden muß.
Das Programm des Rechners ermöglicht es, den exakten Moment zu bestimmen, in dem der Befehl für die Unterbrechung der Einspritzung übertragen werden muß, um ein Anhalten des Motors in einer gut bestimmten Position zu erhalten, die so gewählt wird, daß der spätere Neustart des Motors erleichtert wird.
Die Anhalteposition wird im Rechner gespeichert, damit sie bei einem späteren Neustart des Motors berücksichtigt wird.
Im Fall eines Motors mit gesteuerter Zündung kann man die Unterbrechung der Zündung und die Unterbrechung der Kraftstoffeinspritzung gleichzeitig steuern.
Man kann die Unterbrechung der Kraftstoffeinspritzung und der Zündung auch in getrennten Momenten durchführen. Somit kann man die Erzeugung von unverbranntem Kraftstoff in den Zylindern und der Auspuffleitung vermeiden, was es ermöglicht, die Verschmutzung durch die Abgase zu vermindern und die Verschlechterung des Katalysatortopfs zu begrenzen.
Im allgemeinen ermöglicht es die Unterbrechung der Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder des Motors in einem in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Winkelposition der Kurbelwelle perfekt bestimmten Moment, das Anhalten des Motors in der Mitte einer Einspritzphase in einen Zylinder zu vermeiden, insbesondere auszulösen. Man vermindert folglich die Verschmutzung der Abgase und man verlängert die Lebensdauer des Katalysatortopfs im Fall eines Benzinmotors und des Teilchenfilters (FAP) im Fall eines Dieselmotors. Man verbessert somit den Wirkungsgrad des "Stop- und Start"-Systems beträchtlich und man steigert seine Möglichkeiten zur Integration in die Fahrt des Motors des Kraftfahrzeugs.
Ausgehend von der genauen Anhalteposition des Motors, die im Speicher gespeichert wird, kann man leicht feststellen, in welchen Zylinder es erforderlich ist, den Kraftstoff im Moment des Neustarts als erstes einzuspritzen.
Folglich ist es nicht mehr erforderlich wie im Fall des Standes der Technik, alle Zylinder gleichzeitig zu speisen, was zu einer Verschmutzung der Abgase führt und die Lebensdauer des Katalysatortopfs (oder des Teilchenfilters) vermindert.
Die Menge an eingespritztem Kraftstoff und der Zündwinkel der ersten Verbrennungen sind für den schnellen Warmstart spezifisch: Diese Funktion in einer offenen Schleife ist durch eine spezifische Einstellung des warmen Neustarts bestimmt. Die Gehaltsregelung wird schnellstmöglich aktiviert, um jegliche Verschmutzung zu vermeiden. Der Zündwinkel ermöglicht insbesondere, auf den Drehzahlanstieg des Motors einzuwirken, um die Qualität und die Sanftheit des Starts zu verbessern.
Außerdem wird der Neustart sehr schnell und mit einer beträchtlich gesteigerten Regelmäßigkeit erhalten, wie später in Bezug auf 3 und 6 erläutert wird.
Schließlich ermöglicht die Tatsache, daß die Position der Kurbelwelle beim Start vollständig bestimmt und bekannt ist, eine elektrische Startmaschine mit perfekt angepaßten Eigenschaften zu wählen.
In 2 wurden in Form eines Diagramms der Drehzahl des Motors in Abhängigkeit von der Winkelposition der Kurbelwelle die Anhaltephasen des Motors im Fall des Standes der Technik (obere Kurve 8) und im Fall der Erfindung (untere Kurve 10) dargestellt.
Im Fall des Standes der Technik kann das Anhalten in zwei Bereichen 9 und 9' erhalten werden, wobei sich die Winkelposition der Kurbelwelle auf beiden Seiten einer zentralen Position auf 30° erstreckt. Folglich existieren zwei Möglichkeiten zum Anhalten mit einer Ungenauigkeit von 30° auf beiden Seiten der theoretischen Anhalteposition, nämlich vier verschiedene Positionen gemäß den Phasen in einem Motorzyklus.
Im Fall der Erfindung (untere Kurve 10) kann das Anhalten in einem eindeutigen Bereich 11 einer Winkelposition der Kurbelwelle erhalten werden.
Wie in 3 sichtbar ist, kann bei einem Neustart des Motors nach einem gesteuerten Anhalten gemäß dem Stand der Technik (oberer Teil der Figur) der Start des Motors gemäß der effektiven Anhalteposition der beweglichen Elemente des Motors nach einer Anzahl von Umdrehungen des drehbaren Teils des Motors, die von zwei bis sechs Umdrehungen geht, erhalten werden.
Im Fall eines gemäß der Erfindung programmierten und bestimmten Anhaltens ermöglicht es der Neustart mit einer Kraftstoffeinspritzung in einen gut bestimmten Zylinder, einen Start, das heißt eine erste Verbrennung in den Zylindern des Motors, in ungefähr einer Viertelumdrehung der Kurbelwelle zu erhalten. In dem Fall, in dem man die Einspritzung nicht während der letzten Umdrehung vor dem Anhalten ausführt, führt man den Start in einer Viertelumdrehung aus.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es folglich, den Starter viel weniger zu belasten und den Neustart mit einer geringeren Verschmutzung durch die Abgase viel schneller zu machen.
Im Fall eines Motors mit gesteuerter Zündung für den schnellen Neustart des warmen Motors, beispielsweise im Rahmen einer Funktion vom Typ "Stop und Start", verwendet man das Verfahren zur Regelung des Anhaltens des Motors gemäß der Erfindung, um eine programmierte Anhalteposition der beweglichen Elemente des Motors zu erhalten, wobei diese Position durch den Rechner des Kraftfahrzeugs im Speicher gespeichert wird.
Das Anhalten des Motors wird durch die Unterbrechung der Kraftstoffeinspritzung und/oder durch die Unterbrechung der Zündung gesteuert, wobei die zwei entsprechenden Unterbrechungsbefehle gleichzeitig oder in unterschiedlichen Momenten gegeben werden können.
Außerdem führt man während des Anhaltens des Motors im Verlauf der letzten Umdrehung vor dem Anhalten eine Einspritzung von frischen Kraftstoffladungen in den Ansaugstutzen eines Zylinders des Motors in der Ansaugphase aus, um den Neustart des Motors vorzubereiten. Diese Einspritzung wird in genauer Weise in einer gut bestimmten ersten Position des sich drehenden Teils des Motors und folglich des oder der Kolben(s) in dem oder den Zylinder(n) durchgeführt. Man kann auch mindestens zwei Einspritzungen in die Ansaugstutzen von gut bestimmten Zylindern des Motors beim Anhalten ausführen.
Um den Neustart auszuführen, führt man außerdem nach einem Anhalten in einer bestimmten Position der beweglichen Elemente des Motors mit Einspritzung von frischen Ladungen in die Zylinder des Motors während des Anhaltens eine Zündung der Ladungen bei der ersten Umdrehung der Kurbelwelle durch, während durch eine physikalische Treffplatte, die mit der Kurbelwelle fest verbunden ist, die genaue Position der beweglichen Einrichtungen des Motors gesteuert wird. Man steuert somit die Zündung der Kraftstoffladung im in der Kompressionsposition angehaltenen Zylinder, dann im in der Ansaugphase angehaltenen Zylinder. Diese Zündungen entsprechen zweiten gut bestimmten Positionen des sich drehenden Teils des Motors. In allgemeinerer Weise führt man eine sequentielle kalibrierte Einspritzung und Zündung der Kraftstoffladungen in den Zylindern des Motors gemäß einer vorbestimmten Reihenfolge durch.
Es ist zu beachten, daß im Gegensatz zum Fall der Motoren mit direkter Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder die Einspritzung von frischen Ladungen während des Anhaltens des Motors im Fall der Motoren mit indirekter Einspritzung in Stutzen von gut bestimmten Zylindern und im allgemeinen in der Ansaugphase ausgeführt werden muß. Die Einspritzung muß auch direkt vor dem Anhalten des Motors bei der letzten Umdrehung vor dem Anhalten durchgeführt werden. Die Einspritzung von dosierten Ladungen in einen gut bestimmten Zylinder ermöglicht es, den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen in den Abgasen zu verringern.
Wie in 4 sichtbar ist, trägt das mit der Kurbelwelle 2 fest verbundene Schwungrad 3 zwei Treffplatten 12 und 12', die in 180° zueinander angeordnet sind, wenn eine Umdrehung um die dem Schwungrad 3 und der Kurbelwelle 2 gemeinsame Achse betrachtet wird.
Der Sensor 7, der vorzugsweise ein Hall-Effekt-Sensor ist, erfaßt den Durchgang der Treffplatten 12 und 12' in einer Position, die dem oberen Totpunkt der Kolben in den Zylindern des Motors entspricht.
Beim Durchgang einer Treffplatte steuert der Sensor 7 die Aufladung von einer der Spulen, die die Zündung in einem Zylinder sicherstellen, während einer sehr kurzen Zeit und ruft die Zündung im Zylinder hervor. Somit ruft man die Zündung in einem Zylinder in der Kompressionsphase sehr kurze Zeit, nachdem der Motor für den Neustart in Rotation versetzt wird, aufgrund des Erhaltens einer genauen Anhalteposition des Motors und der Bestimmung des ersten Zylinders in der Kompressionsphase, in dem man die Zündung ausführen muß, hervor. Die Zündung im ersten Zylinder in der Kompressionsphase wird höchstens nach einer Viertelumdrehung der Kurbelwelle ausgeführt.
Die Kraftstoffeinspritzung während des Anhaltens des Motors kann durchgeführt werden, um den Verbrauch und die Verschmutzung durch die Abgase zu begrenzen. Es ist tatsächlich nicht obligatorisch, Kraftstoff in alle Zylinder nach dem Befehl zum Anhalten des Motors einzuspritzen, sondern nur in diejenigen, die für den schnellen Neustart des Motors dienen, das heißt im wesentlichen den Zylinder, dessen Kolben in der Kompressionsphase anhält, und eventuell denjenigen, dessen Kolben in der Ansaugphase anhält, einzuspritzen. Der günstige Moment zum Einspritzen des Kraftstoffs in die gewollten Zylinder kann von der Drehzahlmessung des Motors während des Anhaltens, die durch einen angepaßten Sensor durchgeführt wird, der der in den 1 und 4 dargestellte Sensor 7 sein kann, abgeleitet werden.
Es ist auch möglich, um die Zündung im Moment des Neustarts des Motors zu steuern, vier Treffplatten auf der Nockenwelle des Motors und einen Hall-Effekt-Sensor in einer Position anzuordnen, die es ermöglicht, die Durchgänge der Treffplatten zu erfassen.
Der Hall-Effekt-Sensor für den Durchgang der Treffplatten der Nockenwelle wird vorzugsweise verwendet, um die Phasen in den Zylindern des Motors zu bestimmen, wobei der Hall-Effekt-Sensor, der dem Schwungrad zugeordnet ist, das fest mit der Kurbelwelle verbunden ist, vorzugsweise zum Steuern der Zündung in den Zylindern, die den Start gewährleisten, verwendet wird.
In dem Logikplan von 5 wurden im linken Teil des Logikplans im Inneren von Rahmen mit ovaler Form die verschiedenen Betriebsphasen des Motors, im zentralen Teil des Logikplans im Inneren von Rechtecken die an den Einrichtungen des Motors durchgeführten Handlungen und im rechten Teil des Logikplans im Inneren von Rauten die vom Rechner durchgeführten Handlungen für das Anhalten und den Start des Motors dargestellt.
Der Logikplan von 5 wurde im Rahmen eines Anhaltens und eines Neustarts zum Durchführen einer "Stop- und Start"-Funktion erstellt.
Man verwendet einen induktiven Sensor, der in der Nähe des Schwungrades angeordnet ist, das mit der Kurbelwelle fest verbunden ist, um die Zündung und die Kraftstoffeinspritzungen in die gewollten Zylinder zu steuern, und einen Hall-Effekt-Sensor für den Durchgang von vier Treffplatten, die mit der Nockenwelle fest verbunden sind, für die Erkennung der Phasen des Motors.
Die verschiedenen Zustände des Motors, die den Rahmen mit ovaler Form im linken Teil des Logikplans entsprechen, sind mit den Bezugsziffern 13 bis 18 bezeichnet, die den folgenden Handlungen entsprechen:

13: der Motor dreht sich mit der Leerlaufdrehzahl,
14: der Motor verlangsamt sich ab seiner Leerlaufdrehzahl,
15: der Motor wird angehalten,
16: der Motor beginnt seine erste Umdrehung,
17: Beschleunigung des Motors,
18: der Motor wird gestartet.

Die entsprechenden Funktionen, die an den Elementen des Motors durchgeführt werden, sind in den rechteckigen Rahmen 19 bis 24 angegeben, deren Bedeutung nachstehend gegeben ist:

19: Unterbrechung der Zündung und der Einspritzung des Motors,
20: Vorhersage der Anhaltephase des Motors und Kraftstoffeinspritzung während der letzten Umdrehung des Motors,
21: Steuerung des Starters,
22: Zündung im Zylinder C₁, der in der Kompressionsphase angehalten wurde,
23: Zündung im Zylinder C₃, der in der Ansaugphase angehalten wurde,
24: Übergang des Rechners zum Standardbetrieb für die Zündung des Motors.

Die vom Rechner durchgeführten Handlungen, die in den Rahmen in Rautenform 25 bis 30 dargestellt sind, sind folgende:

25: Entscheidung des Rechners, den Motor anzuhalten, um die "Stop- und Start"-Funktion durchzuführen,
26: Berechnung der Veränderungen der Motordrehzahl aus Messungen des Sensors, der dem Schwungrad zugeordnet ist, dann vom Sensor, der der Nockenwelle zugeordnet ist, bei den letzten Umdrehungen des Motors,
27: Entscheidung des Rechners, den Motor neu zu starten, um die "Stop- und Start"-Funktion durchzuführen,
28: Beginn der Aufladung einer Spule beim Durchgang einer Treffplatte vor dem Sensor, der der Nockenwelle zugeordnet ist, und Kraftstoffeinspritzung in den Stutzen des Zylinders C₄ in der Auslaßphase,
29: Übergang zur Berechnung des Vorschubs und der klassischen Einspritzung im Motor,
30: Überprüfung der Synchronisation des Rechners mit dem der Kurbelwelle zugeordneten Sensor.

Aus dem Logikplan der 5 und den nachstehenden Tabellen 1, 2 und 3 kann man den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ausführen des Anhaltens und des Neustarts eines Motors mit gesteuerter Zündung unter optimalen Bedingungen für die Durchführung der "Stop- und Start"-Funktion erklären.
Die Folge der Vorgänge in den Zylindern wird in den Tabellen 1, 2 und 3 mit den folgenden abgekürzten Angaben beschrieben:

Ans: Ansaugung
Eins: Einspritzung
Ausl: Auslaß
Komp: Kompression
Verb: Verbrennung
Ents: Entspannung
Z: Zündung
Anh: Vollständiges Anhalten des Motors

Die Tabelle 1 gibt die Sequenzen der Vorgänge in jedem der Zylinder während des normalen Betriebs des Motors an.
TABELLE 1
Die Reihenfolge der Zündung der Zylinder ist folgende: C₁, C₃, C₄, C₂, C₁, ...
Wenn das Kraftfahrzeug angehalten ist und sich der Motor mit der Leerlaufdrehzahl dreht, entscheidet der Rechner, den Motor anzuhalten, um die "Stop- und Start"-Funktion durchzuführen. Der Rechner steuert die Unterbrechung der Zündung und der Einspritzung (eventuell in verschiedenen Momenten). Der Motor verliert an Drehzahl ab der Leerlaufdrehzahl und während des Anhaltens des Motors bestimmt der Rechner die Drehzahlveränderung des Motors und die Anhalteposition.
Man führt während der letzten Umdrehung des Motors eine isolierte Kraftstoffeinspritzung in zumindest einen der Zylinder durch und man führt im allgemeinen die Einspritzung von zwei frischen Kraftstoffladungen in den Zylinder, dessen Kolben in der Kompressionsphase anhält, und in den Zylinder, in dem der Kolben in der Ansaugphase anhält, aus. Die Tabelle 2 gibt die Sequenzen der Vorgänge in jedem der Zylinder C₁, C₂, C₃ und C₄ während der Anhaltephase des Motors an.
TABELLE 2
Anhalten des Motors
Während der Anhaltephase des Motors werden die Einspritzung und die Zündung unterbrochen. Es entsteht keine Verbrennung.
Während der letzten Umdrehung spritzt man Kraftstoff in die Zylinder ein, in denen man die Zündung am frühesten nach dem Neustart ausführt, das heißt in den Zylinder C₁, in dem man eine vollständige Ansaugphase während der letzten Umdrehung des Motors durchführt und der sich im Moment des vollständigen Anhaltens in der Kompressionsphase befindet, und in den Zylinder C₃ in der Ansaugphase im Moment des Anhaltens.
Nach einem Anhalten des Motors entscheidet der Rechner, den Motor neu zu starten, um die "Stop- und Start"-Funktion zu vollenden. Der Rechner steuert die Versorgung des Starters und der Motor beginnt seine erste Umdrehung.
Beim Durchgang einer Treffplatte vor dem Sensor der Nockenwelle (Hall-Effekt-Sensor) steuert der Rechner den Beginn der Aufladung einer Zündspule entsprechend dem bei der Kompression angehaltenen Zylinder C₁. Parallel steuert der Rechner eine Kraftstoffeinspritzung in den Stutzen des Zylinders C₄, der in der Auslaßphase angehalten wurde. Die Zündung im Zylinder C₁, der bei der Kompression angehalten wurde, wird dann entweder nach einer minimalen Aufladezeit der Spule (verzögerte Zündung) oder, wenn man die abfallende Front des Signals der Treffplatte lokalisiert, durchgeführt.
Der Motor wird dann durch die Verschiebung des Kolbens, der im Zylinder C₁ bei der Kompression angehalten worden war, beschleunigt.
Der Rechner geht dann zu einer Rechenart für die klassische Zündung und Einspritzung für die Fahrt des Motors weiter, wobei dieser Übergang entweder am Beginn der Aufladung der Spule durch Durchgang einer Treffplatte vor dem Sensor der Nockenwelle oder durch Lokalisierung von fehlenden Zähnen an einer Zahnung des Schwungrades durchgeführt wird.
Man bewirkt dann eine Zündung im Zylinder C₃, in dem der Kolben beim Ansaugen im Moment des Anhaltens des Motors angehalten worden war, der Motor wird dann gestartet und seine Steuerung wird vom Rechner im Standardbetrieb durchgeführt. Die Neustartphase ist in der nachstehenden Tabelle 3 beschrieben.
Die in den Zylindern C₁, C₂, C₃ und C₄ beim Neustart durchgeführten Vorgänge sind in der Tabelle 3 beschrieben.
TABELLE 3
Anhalten des Motors
Man steuert die Zündung im Zylinder C₁, in dem das Luft-Benzin-Gemisch vor dem Anhalten vorbereitet, dann komprimiert wurde, dann im Zylinder C₃. Die anderen Zylinder folgen ihren normalen Sequenzen.
Die Hauptvorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind das Erhalten einer großen Regelmäßigkeit des Anhaltens des Motors mit einer geringen Verteilung der Anhalteposition, die für den Neustart des Motors vorteilhaft ist, die Verbesserung der Synchronisation der Einspritzung mit den Phasen der Zylinder des Motors und die Verminderung der Verschmutzung der Abgase.
Im Fall eines Motors mit gesteuerter Zündung ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, den Start bei der ersten Umdrehung der Kurbelwelle auszuführen, was im Fall der Anwendung der "Stop- und Start"-Funktion einen großen Vorteil darstellt.
In 6 wurden die Änderungen der Drehzahl eines Motors mit indirekter Einspritzung und gesteuerter Zündung in Abhängigkeit von der Zeit bei einem warmen Neustart im Fall eines Anhaltens und eines Neustarts, die gemäß der Erfindung (Kurve 31) oder gemäß einem gewöhnlichen Verfahren (Kurve 32) zur Durchführung der "Stop- und Start"-Funktion ausgeführt werden, dargestellt.
Im Fall des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht man eine stabile Drehzahl schneller und auf einem wesentlich niedrigeren Niveau der Motordrehzahl.
Somit begrenzt man stark die Überdrehzahl des Motors im Moment des Starts (Overshoot) sowie den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen beim Auslaß.
Der Start ist außerdem sanfter, was ein großes Interesse hinsichtlich des Komforts des mit dem Motor angetriebenen Kraftfahrzeugs und hinsichtlich dessen, den Motor mit langer Dauer in Betrieb zu halten, darstellt.
Insbesondere ermöglicht es eine genaue Kalibrierung der aufeinanderfolgenden Einspritzungen, die in den Zylindern ausgeführt werden, und der Zündung im Moment des Neustarts, einen sanften Neustart zu erhalten, während die Schwingungen durch Regelung der eingespritzten Mengen und der Öffnungszeiten der Einlaßventile begrenzt werden.
Eine genaue Regelung der Einspritzungen und der Zündung während des Starts ermöglicht es, die Schwingungen zu beruhigen.
Die Erfindung begrenzt sich nicht streng auf die Ausführungsformen, die beschrieben wurden.
Deshalb kann die Winkelposition der Kurbelwelle oder der Nockenwelle des Motors in einer anderen Weise als jenen, die beschrieben wurden, unter Verwendung von jeglicher Art von Treffplatte und angepaßtem Sensor lokalisiert werden.
Die Messungen der Drehzahl und der Position der Kurbelwelle können durch jegliches Mittel, das im Kraftfahrzeug vorhanden ist, oder jegliches spezifische Mittel, das für die Durchführung des Verfahrens der Erfindung verwendet wird, durchgeführt werden.
Die Einspritzungen während der Phase, die zum Anhalten des Motors führt, im Fall eines Motors mit gesteuerter Zündung müssen in sehr genauer Weise ausgeführt werden, was die Verwendung von speziellen Mitteln erfordern kann.
Die Erfindung gilt für jeglichen Motor mit indirekter Einspritzung und gesteuerter Zündung.
ImFall eines Motors mit gesteuerter Zündung kann das Anhalten des Motors durch Unterbrechung der Zündung und/oder der Einspritzung erhalten werden, wobei diese zwei Vorgänge gleichzeitig oder getrennt durchgeführt werden können. Beim Neustart ermöglicht es die Steuerung der Zündung in einem genauen Moment im Zylinder in der Kompressionsphase im Moment des Anhaltens des Motors, dann im Zylinder in der Ansaugposition beim Anhalten, den Start des Motors bei der ersten Umdrehung der Kurbelwelle in einer reproduzierbaren Weise auszuführen.
Die Erfindung gilt insbesondere für die Kraftfahrzeuge, deren Rechner es ermöglicht, die "Stop- und Start"-Funktion für das Anhalten und den Neustart des Motors in automatischer Weise durchzuführen.

Claims

Verfahren zum Anhalten und zum Neustarten eines Verbrennungsmotors mit indirekter Einspritzung und gesteuerter Zündung (1) mit mindestens einem Zylinder (C₁, C₂, C₃, C₄), in dem sich ein Kolben verschiebt, und einem Ansaugstutzen für Kraftstoff, der mit dem Zylinder in Verbindung steht, und einem sich drehenden Teil (23), der durch den Kolben mittels einer Pleuelstange in Rotation versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß: – man kontinuierlich die Drehzahl und die Position des Kolbens und des sich drehenden Teils (23) des Motors (1) mißt und man die Kraftstoffeinspritzung für vorbestimmte Werte der Drehzahl und der Winkelposition des sich drehenden Teils (23) des Motors (1) unterbricht, um das Anhalten des Kolbens und des sich drehenden Teils in einer vorbestimmten Position zu erhalten, – man eine Kraftstoffladung in den Ansaugstutzen des Zylinders (C₁) in der Ansaugphase während einer letzten Umdrehung des Motors (1) vor dem Anhalten in der vorbestimmten Position einspritzt, – man beim Neustart des Motors nach dem Anhalten, indem der sich drehende Teil (23) des Motors in Rotation versetzt wird, die Ausführung der Kompressionsphase im Zylinder (C₁) lokalisiert und man eine Zündung der Ladung im Zylinder (C₁) in der Kompressionsphase ausführt, und – man die Einspritzung und die Zündung von aufeinanderfolgenden Ladungen in zumindest einem Zylinder (C₁, C₂, C₃, C₄) gemäß einer vorbestimmten Sequenz durchführt, um den Verbrauch und die Emissionen zu optimieren und die Überdrehzahl des Motors (1) beim Start zu begrenzen, was folglich die Qualität des Starts begünstigt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Drehzahl und die Winkelposition des sich drehenden Teils (2, 3) des Motors (1) mit Hilfe mindestens eines Sensors (7) für die Drehzahl und die Winkelposition eines Schwungrades (3), das mit einer Kurbelwelle (2) des Motors (1) fest verbunden ist, mißt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß: – man kontinuierlich die Drehzahl und die Winkelposition des sich drehenden Teils (2, 3) des Motors (1) mißt, und – man zumindest eine der Zündung und der Kraftstoffeinspritzung für vorbestimmte Werte der Drehzahl und der Winkelposition des sich drehenden Teils (2, 3) des Motors (1) unterbricht, um das Anhalten der beweglichen Teile (2, 3) des Motors in einer vorbestimmten Position zu erhalten, die es ermöglicht, den Neustart des Motors (1) zu erleichtern.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Drehzahl und die Winkelposition des sich drehenden Teils (2, 3) des Motors (1) mit Hilfe eines Sensors für die Drehzahl und die Winkelposition von zumindest einem eines Schwungrades (3), das mit einer Kurbelwelle (2) des Motors (1) fest verbunden ist, und einer Nockenwelle zur Steuerung der Ventile des Motors (1) bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Neustart des Motors in höchstens einer Viertelumdrehung der Baugruppe (2, 3) des Motors (1) und in einer Viertelumdrehung, wenn man keine Einspritzung während der letzten Umdrehung vor dem Anhalten ausführt, durchführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 im Fall eines Motors mit mehreren Zylindern (C₁, C₂, C₃, C₄) und vorzugsweise vier Zylindern in einer Linie, dadurch gekennzeichnet, daß man während der letzten Umdrehung vor dem Anhalten des Motors vor dem Neustart Kraftstoffladungen in den Ansaugstutzen des Zylinders (C₁) des Motors einspritzt, in welchem sich der Kolben während der letzten Umdrehung vor dem Anhalten des Motors in der Ansaugposition und im Moment des Anhaltens in der Kompressionsposition befindet, und in einen zweiten Zylinder (C₃) des Motors in der Ansaugphase im Moment des Anhaltens.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man für den Neustart des Motors eine Zündung im Zylinder (C₁) ausführt, dessen Kolben sich im Moment des Anhaltens des Motors (1) in der Kompressionsposition befindet, dann im Zylinder (C₃), in dem sich der Kolben im Moment des Anhaltens des Motors (1) in der Ansaugposition befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man eine genaue Kalibrierung der aufeinanderfolgenden Einspritzungen und der Zündung, die während des Neustarts auszuführen sind, durchführt und man die aufeinanderfolgenden Einspritzungen und die Zündung gemäß den durch die Kalibrierung erhaltenen Werten durchführt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man durch die Kalibrierung die nacheinander in die Zylinder (C₁, C₂, C₃, C₄) einzuspritzenden Kraftstoffmengen und die Zündwinkel während des Neustarts des Motors (1) bestimmt.