EP1105642A1 - Verfahren zur startabschaltung einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur startabschaltung einer brennkraftmaschine

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EP1105642A1
EP1105642A1 EP98942474A EP98942474A EP1105642A1 EP 1105642 A1 EP1105642 A1 EP 1105642A1 EP 98942474 A EP98942474 A EP 98942474A EP 98942474 A EP98942474 A EP 98942474A EP 1105642 A1 EP1105642 A1 EP 1105642A1
Authority
EP
European Patent Office
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internal combustion
combustion engine
starter
current
time
Prior art date
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Application number
EP98942474A
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English (en)
French (fr)
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EP1105642B1 (de
Inventor
Gerhard KÖLLE
Manfred Ackermann
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Application granted granted Critical
Publication of EP1105642B1 publication Critical patent/EP1105642B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0848—Circuits or control means specially adapted for starting of engines with means for detecting successful engine start, e.g. to stop starter actuation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N2200/00—Parameters used for control of starting apparatus
    • F02N2200/04—Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to the starter motor
    • F02N2200/044—Starter current

Definitions

  • the invention relates to a method for switching off an internal combustion engine with the features mentioned in the preamble of claim 1.
  • starter motors are usually used, which are connected to a voltage source via a starter relay designed as a so-called engagement relay, and at the same time a pinion of the starter motor is brought into engagement with a ring gear of a flywheel of the internal combustion engine.
  • a starter relay designed as a so-called engagement relay
  • a pinion of the starter motor is brought into engagement with a ring gear of a flywheel of the internal combustion engine.
  • an external switch for example an ignition switch or start switch of the motor vehicle.
  • the starter motor After the internal combustion engine has reached self-running, the starter motor must be disengaged in order to prevent noise and wear.
  • a manual start shutdown is known by releasing the ignition or start switch.
  • solutions are known for automatically starting the internal combustion engine.
  • DE 195 03 537 AI it is proposed in DE 195 03 537 AI to implement electronic detection of the self-running of the internal combustion engine by detecting the ripple of a battery voltage and / or a starter current.
  • the absolute value of the battery voltage or the starter current is compared with a reference value in order to detect the self-running of the internal combustion engine. It is disadvantageous here that operating conditions of the internal combustion engine cannot be taken into account sufficiently, so that, for example, a cold start and a warm start of the internal combustion engine cannot be taken into account.
  • the method according to the invention with the features mentioned in claim 1 offers the advantage that information about the operating state of the internal combustion engine is taken into account indirectly in order to determine the time of the start shutdown.
  • a signal proportional to the starter current is used to determine the point in time of the start shutdown, whereby a characteristic curve is evaluated with a signal proportional to the starter current that is dependent on an operating state of the internal combustion engine, an optimized start shutdown is possible immediately after the internal combustion engine machine possible, so that a shortening of the starting time is achieved, especially when the internal combustion engine is warm.
  • the method can be used in a simple manner for all internal combustion engines, with only an adaptation of the characteristic curves of the parameters determined by the operating state of the internal combustion engine being necessary.
  • a battery voltage of a motor vehicle battery supplying the starter motor is evaluated as the signal proportional to the starter current. This makes it possible to optimize the time of the start shutdown without a speed information of a crankshaft of the internal combustion engine.
  • Figure 1 shows the course of a starter current
  • FIG. 1 shows the typical course of a starter current Ig of a starter motor of an internal combustion engine over time t.
  • the starter current Ig rises to a first maximum value I at time t ] _.
  • the starter current Ig changes into a ripple range before it changes into a current IQ after the internal combustion engine has run itself.
  • the ripple of the starter current Ig is known to result from the compression and decompression phases of the internal combustion engine, which alternate during the starting phase. Starting from a time to, which is a defined distance from the time ti, for example 150 ms, the phases are recorded with a positive or negative slope of the starter current Ig.
  • each starter current maximum I 2 , I 4 or Ig is assigned a voltage minimum at times t 2 , t and tg.
  • the time period of the starter current starts with each maximum of the starter current I 2 , I 4 and Ig negative gradient determined and compared with a fixed time characteristic.
  • An operating state of the internal combustion engine can be concluded from the first current maximum I ] _ of the starter current Ig. It is known, for example, that at different operating temperatures of the internal combustion engine, the first maximum I ] _ has a corresponding value which can be assigned to the operating temperatures.
  • This information is further evaluated on the basis of the correlation shown in FIG. 2 between a crankshaft speed of the internal combustion engine and the starter current Ig.
  • the characteristic curves in FIG. 2 represent the correlation of a crankshaft speed n with the starter current Ig.
  • a closed freewheel clutch and quasi-stationary operation of the starter motor and the internal combustion engine are assumed.
  • a total of three characteristics are plotted for three different operating temperatures, namely at -20 ° C, + 20 ° C and + 80 ° C. 10 denotes an area which defines the end area of a start-up support for the starter in a cold internal combustion engine.
  • a characteristic curve 12 defines a minimum crankshaft speed n for self-running in a warm internal combustion engine.
  • the resulting characteristic curves of the crankshaft speed n over the starter current Ig are converted into linearized characteristic curves.
  • a "warm” characteristic curve is denoted by 14 and a “cold” characteristic curve running parallel thereto is denoted by 16.
  • a good Correlation between the starter current Ig and the speed n results for temperatures> approx. 10 ° C and for a speed range n up to approx. 300 l / min.
  • a switch-off criterion can be determined if no misfiring or combustion misfires occur. For temperatures ⁇ 0 ° C there is no intersection between the minimum required speed n and the starter current Ig.
  • a time characteristic curve is formed for switching off the internal combustion engine. Different time characteristics for different operating states of the internal combustion engine, for example depending on an operating temperature, can be stored and processed. By defining an initial temperature Tj ⁇ r ⁇ t of, for example, 10 ° C, a distinction can be made between characteristics of> j ⁇ r j_ t and ⁇ T ⁇ r -L t . These characteristic curves are switched over, for example, by evaluating the current maxima 1 ⁇ , I2 of the starter current Ig, since these provide the information as to whether it is a cold or warm internal combustion engine.
  • the amplitude of the maxima I ⁇ _ and I2, the time interval between the amplitudes t2 ⁇ t] _ and the difference I2-I1 can be a criterion for recognizing a warm or a cold internal combustion engine.
  • the point in time at which the start is switched off is determined using a common characteristic curve, for example using a common characteristic curve for a warm and a cold internal combustion engine.
  • the open one-way clutch can be detected over the course of the starter current Ig.
  • the observation time up to which an open one-way clutch has to wait at least before the start can be switched off corresponds to the time for 0.8 to 1 half turn of the crankshaft at unchanged engine speed n without combustion torques, corresponding to the ignition interval for a 4-cylinder Internal combustion engine.
  • the factor 0.8 results because the warm-up phase and the starter motor when the internal combustion engine is warm do not fall below approximately 20% of the internal combustion engine cycle time when the overrunning clutch is closed.
  • a rotational speed determination of the rotational speed n can take place via the closed phase of the freewheel clutch that precedes an opening phase of the one-way clutch according to the correlation between the starter current Ig and the crankshaft speed n (warm characteristic curves).
  • the corresponding starter current Ig results in a correspondingly smaller assigned speed value n. This is compensated at low internal combustion engine temperatures, in that the relative adhesion phase increases to 0% C to typically 50% or to 0 ° C to typically 70%. If one stays there at a factor of 0.8, an opening phase of the freewheel clutch is also safely bridged at negative temperatures.
  • a cold internal combustion engine can be clearly detected via the high current level of the starter current Ig and a slight reduction between the current maxima 1 ⁇ and I2, so that a switch to a longer waiting time, i.e. a correspondingly different time characteristic, can be switched over.
  • This has the advantage that, when the internal combustion engine is switched off, misfires (to a certain degree) do not lead to the internal combustion engine coming to a standstill. If necessary, in order to bridge at least one complete misfire in the time characteristic, a longer delay time can be set when the overrunning clutch is open.
  • the starter current Ig is evaluated in that, after the starter motor has been connected to the voltage source (motor vehicle battery), a preliminary phase is faded out until time tg. Then the gradients of the starter current Ig are continuously evaluated by forming the current maxima I2, I 4 , Ig ... at the end of each phase with a positive slope. From the negative slope of the starter current Ig, these values form a delay time up to which the negative slope of the Starter current Ig must stop unchanged to trigger a power cut.
  • the delay time with a smaller starter current Ig (higher temperature of the internal combustion engine) is automatically reduced via the stored characteristic curve, so that an excessively high speed value n at a higher temperature of the internal combustion engine is avoided at the time of switching off.
  • the characteristic curves 14 and 16 shown in FIG. 2 can be determined as follows.
  • the simplified (linearized) 'warm characteristic 1 according to FIG. 2 is:
  • Tfenwarm [ms] the minimum delay time when the internal combustion engine is warm
  • Door cold [ms] is the minimum delay time when the internal combustion engine is cold.
  • U ß att is the open circuit voltage of the motor vehicle battery
  • Ig the starter current
  • Ri ß att the internal resistance of the motor vehicle battery
  • Ri L the line resistance from the connection terminal to the motor vehicle battery.
  • the internal battery resistance Ri ß att un ⁇ ⁇ the open circuit voltage U Ba tt are fundamentally dependent on the motor vehicle battery used, on the temperature and on the state of charge.
  • the total non-linear relationship is obtained from the following table, wherein the open-circuit voltage U ßatt in volts and the battery internal resistance Ri ß att in milliohms indicated are:
  • the line resistance RiL which is in series with the battery internal resistance Ri ß att, has a nominal resistance of 1 mOhm, corresponding to the cable length from the plus Connection of the motor vehicle battery up to the connection terminal of the starter motor. This value depends on the temperature coefficient of the cable material, i.e. usually copper.
  • this assumption results in a safe switch-off criterion, since a larger current Ig is automatically estimated at low temperatures, and thus an enlarged time window until the switch-off is activated.
  • U ß att is the open circuit voltage and Iverb e: Ln is the current of other electrical consumers connected at the start time.
  • the voltage U_0 thus contains the battery idle voltage minus the voltage drop due to the electrical loads connected at this point in time.
  • the required voltage window is between 10 V and +13 V.
  • the main measurement of the voltage U takes place after 150 ms after the main contact of the starter motor has been closed, ie at time tg.
  • Ig (U_0 - U_l) / 6 mOhm.
  • a necessary voltage window is therefore 7 volts to +13 volts.
  • the electrical auxiliary consumers in operation during the starting process must be systematically recorded and recorded over the entire time range of the starting process.
  • the decisive factor here is the level and the course of the respective currents, since under certain circumstances the secondary electrical consumers can also be eliminated using a suitably dimensioned filter.
  • FIG. 3 shows hatched time ranges, each of which corresponds to a time window in a phase of increasing voltage U.
  • the phase of the rising voltage U corresponds, according to FIG. 1, to the phase of a falling starter current Ig, so that the same applies to the starter current Ig.
  • the start shutdown of the internal combustion engine results after the time period has been exceeded within a rising phase of voltage U at time t & .
  • the voltage U at the connection terminal of the starter motor is first measured at the time of the maximum value of the starter current Ig, ie the current I ] _ at the time t j _, at which the voltage U has its minimum m i n .
  • ISTAG the estimated maximum starter current
  • Ista the simulated maximum starter current
  • U Batt the motor vehicle battery no-load voltage
  • U m i n the minimum voltage at the terminal of the starter motor
  • U xx the brush voltage of the starter motor plus induced voltage of the starter motor
  • Ri G is the estimated internal battery resistance Ri ß att plus the line resistance RiL
  • Ra is a contact resistance plus a ground-side line resistance plus a winding resistance of the starter motor and a portion of the starter brushes.

Landscapes

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Startabschaltung einer Brennkraftmaschine, wobei ein mit der Brennkraftmaschine zum Andrehen in Eingriff bringbarer Startermotor bei Selbstlauf der Brennkraftmaschine ausgespurt und abgeschaltet wird, und der Zeitpunkt der Startabschaltung aus einem Verlauf eines Starterstromes des Startermotors ermittelt wird. Es ist vorgesehen, daß ein dem Starterstrom (IS) proportionales Signal zur Bestimmung des Zeitpunktes (tA) der Startabschaltung ausgewertet wird, wobei eine Kennlinie mit einer dem Starterstrom proportionalen Signal ausgewertet wird, welche von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine abhängig ist.

Description

Verfahren zur Startabschaltung einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Startabschaltung einer Brennkraftmaschine mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
Stand der Technik
Es ist bekannt, daß Brennkraftmaschinen mittels einer Startvorrichtung gestartet werden müssen, da diese nicht von alleine anlaufen. Hierzu werden üblicher- weise Startermotoren eingesetzt, die über ein als sogenanntes Einrückrelais ausgebildetes Starterrelais mit einer Spannungsquelle verbunden werden, und gleichzeitig ein Ritzel des Startermotors mit einem Zahnkranz eines Schwungrades der Brennkraftmaschine zum Andrehen in Eingriff gebracht wird. Zum Einschalten des Starterrelais ist es bekannt, dieses über einen externen Schalter, beispielsweise einem Zündschalter oder Startschalter des Kraftfahrzeuges anzusteuern. Nach Erreichen des Selbstlaufes der Brenn- kraftmaschine muß der Startermotor ausgespurt werden, um einer Geräuschentwicklung und einem Verschleiß vorzubeugen. Bekannt ist eine manuelle Startabschal- tung, durch Loslassen des Zünd- beziehungsweise Startschalters. Um eine Komforterhöhung in Kraftfahrzeugen zu erreichen, sind Lösungen bekannt, eine automatische Startabschaltung der Brennkraftmaschine durchzuführen. So ist beispielsweise in der DE 195 03 537 AI vorgeschlagen, eine elektronische Erkennung des Selbstlaufes der Brennkraftmaschine durch Erfassung der Welligkeit einer Batteriespannung und/oder eines Starterstroms zu realisieren. Es erfolgt ein Vergleich des Absolutwertes der Batteriespannung oder des Starterstromes mit einem Referenzwert um den Selbstlauf der Brennkraftmaschine zu detektieren. Hierbei ist nachteilig, daß Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine nur ungenügend berücksichtigbar sind, so daß, beispielsweise ein Kaltstart und ein Warmstart der Brennkraftmaschine nicht berücksichtigbar sind.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit dem im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, daß zur Bestimmung des Zeitpunktes der Startabschaltung Informationen über den Betriebszustand der Brennkraftma- schine indirekt berücksichtigt werden. Dadurch, daß ein dem Starterstrom proportionales Signal zur Bestimmung des Zeitpunktes der Startabschaltung ausgewertet wird, wobei eine Kennlinie mit einem dem Starterstrom proportionalen Signal ausgewertet wird, welches von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine abhängig ist, ist eine optimierte Startabschaltung unmittelbar nach Selbstlauf der Brennkraft- maschine möglich, so daß eine Startzeitverkürzung, insbesondere bei betriebswarmer Brennkraftmaschine erreicht wird. Das Verfahren ist in einfacher Weise für alle Brennkraftmaschinen einsetzbar, wobei ledig- lieh eine Anpassung der Kennlinien der von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine bestimmten Parameter notwendig ist.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorge- sehen, daß als dem Starterstrom proportionales Signal eine Batteriespannung einer den Startermotor versorgenden Kraftfahrzeugbatterie ausgewertet wird. Hierdurch wird es möglich, ohne eine Drehzahlinformation einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine den Zeit- punkt der Startabschaltung zu optimieren.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen .
Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei- spielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher er- läutert. Es zeigen:
Figur 1 den Verlauf eines Starterstroms;
Figur 2 Korrelationen zwischen dem Starterstrom und einer Kurbelwellendrehzahl einer
Brennkraftmaschine und Figur 3 den Batteriespannungsverlauf während einer Startphase.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist der typische Verlauf eines Starterstromes Ig eines Startermotors einer Brennkraftmaschine über der Zeit t gezeigt. Mit Einschalten des Startermotors steigt der Starterstrom Ig auf einen ersten Maximalwert I zum Zeitpunkt t]_. Anschließend geht der Starterstrom Ig in einen Welligkeitsbereich über, ehe er nach Selbstlauf der Brennkraftmaschine in einen Strom IQ übergeht. Die Welligkeit des Starterstromes Ig ergibt sich bekannterweise aus den während der Startphase wechselnden Kompressions- und Dekompressionsphasen der Brennkraftmaschine. Beginnend ab einem Zeitpunkt to, der einen definierten Abstand vom Zeitpunkt ti, beispielsweise 150 ms beträgt, werden die Phasen mit positiver beziehungswei- se negativer Steigung des Starterstromes Ig erfaßt. Im gezeigten Beispiel werden die Phasen negativer Steigung des Starterstromes durch die Zeitspannen t2 bis t3, t4 bis t5 und so weiter erfaßt, während die Phasen positiver Steigung von den Zeitspannen t3 bis t4 und t5 bis tg und so weiter erfaßt sind. Jedem Starterstrommaximum I2, I4 beziehungsweise Ig ist ein Spannungsminimum zu den Zeitpunkten t2, t und tg zugeordnet .
Zum Ermitteln des Zeitpunktes der Startabschaltung wird beginnend ab jedem Maximum des Starterstromes I2, I4 und Ig die Zeitdauer des Starterstromes mit negativem Gradient ermittelt und mit einer fest abgelegten Zeitkennlinie verglichen. Die fest abgelegte Zeitkennlinie bestimmt sich aus einer Funktion tZAbschalt = f(I]_). Anhand des ersten Strommaximums I]_ des Starterstromes Ig kann auf einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine geschlossen werden. So ist bekannt, daß bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen der Brennkraftmaschine das erste Maximum I]_ einen entsprechenden, den Betriebstemperaturen zuordbaren Wert aufweist.
Diese Information wird anhand der in Figur 2 gezeigten Korrelation zwischen einer Kurbelwellendrehzahl der Brennkraftmaschine zum Starterstrom Ig weiter ausgewertet. Die Kennlinien der Figur 2 stellen die Korrelation einer Kurbelwellendrehzahl n zu dem Starterstrom Ig dar. Hierbei wird von einer geschlossenen Freilauf-Kupplung und einem quasi-stationären Betrieb des Startermotors und der Brennkraftmaschine ausge- gangen. Es sind insgesamt drei Kennlinien für drei unterschiedliche Betriebstemperaturen, nämlich bei -20°C, +20°C und +80°C aufgetragen. Mit 10 ist ein Bereich gekennzeichnet, der den Endbereich einer Hochlaufunterstützung des Starters bei einer kalten Brennkraftmaschine definiert. Eine Kennlinie 12 definiert eine Mindes -Kurbelwellendrehzahl n für einen Selbstlauf bei einer warmen Brennkraftmaschine. Die sich ergebenden Kennlinien der Kurbelwellendrehzahl n über dem Starterstrom Ig sind in lineari- sierte Kennlinien überführt. Eine "Warm" -Kennlinie ist mit 14 und eine hierzu parallel verlaufende "Kalt" -Kennlinie ist mit 16 bezeichnet. Eine gute Korrelation zwischen dem Starterstrom Ig und der Drehzahl n ergibt sich für Temperaturen > ca. 10°C und für einen Drehzahlbereich n bis ca. 300 l/min. Für eine betriebswarme Brennkraftmaschine kann hieraus ein Abschaltkriterium ermittelt werden, wenn keine Zünd- oder Verbrennungsaussetzer auftreten. Für Temperaturen < 0°C ergibt sich kein Schnittpunkt zwischen der mindesterforderlichen Drehzahl n und dem Starterstrom Ig.
Durch Auswertung der sich gemäß Figur 1 ergebenden Strom-Zeit-Werte für den Starterstrom Ig mit der Drehzahl-Strom-Beziehung gemäß Figur 2 wird eine Zeitkennlinie zur Startabschaltung der Brennkraftma- schine gebildet. Hierbei können unterschiedliche Zeitkennlinien für unterschiedliche Betriebszustände der Brennkraftmaschine, beispielsweise in Abhängigkeit einer Betriebstemperatur, abgelegt und verarbeitet werden. Durch Definition einer Ausgangstemperatur Tjζr^t von beispielsweise 10°C kann zwischen Kennlinien von > jζrj_t und < Tκr-Lt unterschieden werden. Das Umschalten dieser Kennlinien erfolgt beispielsweise durch Auswertung der Strommaxima 1^, I2 des Starterstroms Ig, da diese die Informationen liefern, ob es sich um eine kalte oder betriebswarme Brennkraftmaschine handelt. Insbesondere über die Amplitude der Maxima Iτ_ und I2, den Zeitabstand der Amplituden t2~t]_ sowie die Differenz I2-I1 kann ein Kriterium zur Erkennung einer warmen beziehungsweise einer kalten Brennkraftmaschine sein. Zur Vereinfachung kann vorgesehen sein, daß der Zeitpunkt zur Startabschaltung anhand einer gemeinsamen Kennlinie ermittelt wird, wobei beispielsweise eine gemeinsame Kennlinie für eine warme und eine kalte Brennkraftmaschine verwendet wird.
Für eine Startabschaltung nach sicherem Selbstlauf der Brennkraftmaschine muß die Abschaltung über die Zeitdauer der offenen Freilauf-Kupplung erfolgen. Die offene Freilauf-Kupplung kann über den Verlauf des Starterstromes Ig detektiert werden. Die Beobachtungszeit bis zu der bei einer offenen Freilauf-Kupplung mindestens gewartet werden muß, bevor die Startabschaltung erfolgen darf, entspricht der Zeit für 0,8 bis 1 halbe Umdrehung der Kurbelwelle bei unveränderter Durchdrehdrehzahl n ohne Verbrennungsmomente, entsprechend des Zündabstandes bei einer 4- Zylinder-Brennkraftmaschine . Der Faktor 0,8 ergibt sich, da bei warmer Brennkraftmaschine und Vorgelege- Startermotor die Kraftschlußphase, bei geschlossener Freilauf-Kupplung circa 20 % der Taktzeit der Brennkraftmaschine nicht unterschreitet.
Eine Drehzahlermittlung der Drehzahl n kann über die jeweils einer Öffnungsphase der Freilauf-Kupplung vorausgehenden Geschlossenphase der Freilauf-Kupplung nach der Korrelation zwischen dem Starterstrom Ig und der Kurbelwellendrehzahl n (Warmkennlinien) erfolgen. Bei Temperaturen von deutlich unter +20°C und/oder teilentladener Kraftfahrzeugbatterie ergibt sich bei gleichem Starterstrom Ig ein entsprechend kleinerer zugeordneter Drehzahlwert n. Dies kompensiert sich bei niederen Brennkraftmaschinen-Temperaturen dadurch, daß dort die relative Kraftschlußphase bei 0°C auf typisch 50% oder bei -20°C auf typisch 70% ansteigt. Bleibt man auch dort beim Faktor 0,8, so wird eine Öffnungsphase der Freilauf-Kupplung bei negativen Temperaturen ebenfalls sicher überbrückt. Spätestens aus der zweiten Kompressionsphase bei Kalttemperaturen ist über das hohe Stromniveau des Starterstromes Ig und eine geringe Absenkung zwischen den Strommaximas 1^ und I2 eindeutig eine kalte Brennkraftmaschine detektierbar, so daß auf eine höhere Wartezeit, also eine entsprechend andere Zeitkennlinie, umgeschaltet werden kann. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß bei der Startabschaltung der Brennkraftmaschine Verbrennungsaussetzer (bis zu einem bestimmten Grade) nicht zum Stillstand der Brennkraftmaschine führen. Gegebenenfalls kann zur Überbrückung von mindestens einem vollständigen Verbrennungsaussetzer bei der Zeitkennlinie eine höhere Verzögerungszeit bei offener Freilauf-Kupplung eingestellt werden.
Insgesamt wird der Starterstrom Ig ausgewertet, indem nach Verbinden des Startermotors mit der Spannungs- quelle (Kraftfahrzeugbatterie) eine Vorphase bis zum Zeitpunkt tg ausgeblendet wird. Anschließend werden die Gradienten des Starterstromes Ig ständig ausgewertet, indem die Strommaxima I2, I4, Ig... am Ende je einer Phase mit positiver Steigung gebildet wer- den. Diese Werte bilden über die Zeitkennlinien ab negativer Steigung des Starterstromes Ig eine Verzögerungszeit bis zu der die negative Steigung des Starterstromes Ig unverändert anhalten muß, um eine Stromabschaltung auszulösen. Hierbei gilt die Funktion T7Λj-,schaτ_t = f]_(l2_) , zur Ermittlung der Warm- beziehungsweise Kaltkennlinien. Nach der zweiten vollständigen Kompressionsphase wird über zwei Strom- maxima, I2-I4 l4~I6'*>- am En<3e je einer Phase mit positivem Stromgradienten entschieden, ob die Temperatur der Brennkraftmaschine >0°C oder <0°C beträgt. Bei niedriger Temperatur erfolgt eine Umschaltung der Zeitkennlinie auf ^Abschält = ^^l)- Hierdurch kann erreicht werden, daß bei kalter Brennkraftmaschine (große Werte des Starterstromes Ig) keine Startabschaltung erfolgt. Gleichzeitig wird die Verzögerungszeit bei kleinerem Starterstrom Ig (höherer Temperatur der Brennkraftmaschine) automatisch über die abgelegte Kennlinie verkleinert, damit ein zu hoher Drehzahlwert n bei höherer Temperatur der Brennkraftmaschine zum Abschaltzeitpunkt vermieden.
Die in Figur 2 dargestellten Kennlinien 14 und 16 lassen sich wie folgt ermitteln.
Beispielhafte Berechnungen der applikationsabhängigen Verzögerungszeit :
Die vereinfachte (linearisierte) 'Warmkennlinie1 nach Figur 2 lautet :
Nk warm = Nkwl *(1.-Iι/Iwk) Nkwl = 300 1/min Iwk = 1000 A Für die 'Kaltkennlinie' gilt vereinfacht eine parallel verschobene Gerade :
Nkwkalt = Nk warm - 50 1/min
Für die Verzögerungszeit (tfenster) in Abhängigkeit der Kurbelwellendrehzahl gilt :
tfenster=120. *Faktor/ (Nkw*Nzz) Nzz=4; Zylinderzahl Faktor=0,8; s. oben
tfenster = 24./Nkw
Die nach diesen (linearisierten) Formeln ermittelten Drehzahlen und Wartezeiten für die warme und kalte Brennkraftmaschine sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt :
Wobei Ix [A] das Strommaximum bei Beginn einer fallenden Stromkurve, Nkwwarm [l/min] die geschätzte Warmdrehzahl ,
Nkwkalt [l/min] die geschätzte Kaltdrehzahl ,
Tfenwarm [ms] die Mindestverzögerungszeit bei warmer Brennkraftmaschine und
Tfenkalt [ms] die Mindestverzögerungszeit bei kalter Brennkraftmaschine ist.
Anhand von Figur 3 wird ein weiteres Verfahren zur Startabschaltung einer Brennkraftmaschine erläutert, bei dem anstelle des Starterstromes Ig die Kraftfahrzeugbatteriespannung U als starterstromproportionales Signal verwendet wird. Der Verlauf der Spannung U (Batteriespannung) verhält sich beim Startvorgang der Brennkraftmaschine spiegelbildlich zum Starterstrom Ig. Die Spannung U weist eine Welligkeit auf, die der Welligkeit des Starterstromes Ig entgegengesetzt ist, das heißt, bei Abschnitten mit steigendem Starter- ström Ig ist die Spannung U fallend, und bei Abschnitten mit fallendem Starterstrom Ig ist die Spannung U steigend. Zur Verdeutlichung sind in Figur 3 die Zeitpunkte t2/ t4 und tg mit den Strömen 12 I4 und Ig eingetragen. Die Spannung U wird an einer Klemme des Startermotors abgegriffen, die mit dem Pluspol der Fahrzeugbatterie in Verbindung steht. Hierbei gilt die Beziehung: U = UBatt - Ig(RiBatt+RiL)
Wobei Ußatt die LeerlaufSpannung der Kraftfahrzeug- batterie ist, Ig der Starterstrom, Rißatt der Innenwiderstand der Kraftfahrzeugbatterie und RiL der Leitungswiderstand von der Anschlußklemme zur Kraft- fahrzeugbatterie .
Der Batterieinnenwiderstand Rißatt un<^ die Leerlaufspannung UBatt sind grundsätzlich von der verwendeten Kraftfahrzeugbatterie, von der Temperatur und vom Ladezustand abhängig. Der insgesamt nichtlineare Zusammenhang ergibt sich aus nachfolgender Tabelle, wobei die LeerlaufSpannung Ußatt in Volt und der Batterieinnenwiderstand Rißatt i-n Milliohm angegeben sind:
Für Temperaturen T>20°C gilt, daß der Batterieinnenwiderstand Rißatt nocn etwas fallend und die Leerlaufspannung ßatt nocn etwas ansteigend verlaufen.
Der in Reihe zum Batterieinnenwiderstand Rißatt lie- gende Leitungswiderstand RiL hat einen Nennwiderstand von 1 mOhm, entsprechend der Leitungslänge vom Plus- anschluß der Kraftfahrzeugbatterie bis zur Anschlußklemme des Startermotors . Dieser Wert ist abhängig vom Temperaturkoeffizienten des Leitungsmaterials, also in der Regel von Kupfer.
Insgesamt ergibt sich hierdurch, daß bei höheren Temperaturen T > +10°C und normalen Batterieladezuständen sich ein Gesamtwiderstand von circa 6 bis 7 mOhm einstellt . Bei niederen Temperaturen und schlecht geladener Kraftfahrzeugbatterie erhöht sich der Gesamtwiderstand auf Werte von circa 7 bis 9 mOhm.
Um ein aufwendiges Momentanmessen des Batterieinnenwiderstandes Rißatt zu vermeiden, der sich bei kurzen Belastungsimpulsen nur sehr aufwendig durchführen läßt, da nur mit großen Meßströmen, von circa 100 A auch eine entsprechende Meßgenauigkeit erreicht wird, kann bei der Errechnung des Zeitpunktes der Startabschaltung der Brennkraftmaschine der Batterieinnen- widerstand Rißatt von 6 mOhm angenommen werden, da dieser Widerstandswert bei > 10°C und normal geladener Batterie die Mehrzahl aller möglichen Betriebsfälle der Brennkraftmaschine abdeckt.
In jedem Fall ergibt sich durch diese Annahme ein sicheres Abschaltkriterium, da bei niedrigen Temperaturen automatisch ein größerer Strom Ig geschätzt wird, und damit ein vergrößertes Zeitfenster bis zur Startabschaltung aktiviert wird.
Um bei der Auswertung der Spannung U als dem Starterstrom proportionales Signal die LeerlaufSpannung und weitere elektrische Verbraucher zu eliminieren, erfolgt eine erste Messung der Spannung U nach einer Initialisierungsphase t_n vor Beginn einer Relaiseinzugsphase eines dem Startermotor zugeordneten Ein- rückrelais. Hieraus folgt:
U_0 = UBatt " Iverb ° (RiBatt + RiL>
wobei Ußatt die LeerlaufSpannung und Iverb e:Ln zum Startzeitpunkt angeschlossener Strom anderer elektrischer Verbraucher ist. Die Spannung U_0 beinhaltet also die BatterieleerlaufSpannung abzüglich dem Spannungsabfall durch die zu diesem Zeitpunkt angeschlossenen elektrischen Verbraucher. Es ergibt sich ein notwendiges Spannungsfenster von 10 V bis +13 V.
Die Hauptmessung der Spannung U erfolgt nach 150 ms nach Schließen des Hauptkontaktes des Startermotors also zum Zeitpunkt tg • Hierbei ergibt sich:
u_! = uBatt " dverb + s)1 (Rißatt + RL>
Durch Differenzbildung der zuletzt genannten Gleichung ergibt sich eine Spannungsdifferenz
du = Is Rißatt + RL>
wobei für den Widerstandswert Rißatt + RL pauschal ein Widerstand Rx = 6 mOhm eingesetzt wird. Hierdurch ergibt sich
Ig = (U_0 - U_l)/6 mOhm. Ein notwendiges Spannungsfenster beträgt somit 7 Volt bis +13 Volt . Um die Genauigkeit der Messung zu erhöhen, müssen die zum Startvorgang sich im Betrieb befindlichen elektrischen Nebenverbraucher systema- tisch erfaßt und über den gesamten Zeitbereich des Startvorganges aufgezeichnet werden. Entscheidend ist hierbei das Niveau und der Verlauf der jeweiligen Ströme, da unter Umständen auch eine Eliminierung der elektrischen Nebenverbraucher über ein geeignet di- mensioniertes Filter erfolgt.
In der Figur 3 sind schraffierte Zeitbereiche dargestellt, die jeweils einem Zeitfenster in einer Phase steigender Spannung U entsprechen. Die Phase steigen- der Spannung U entspricht, gemäß Figur 1 der Phase eines fallenden Starterstromes Ig, so daß für den Starterstrom Ig entsprechendes gilt.
Durch Vergleich der sich ergebenden Zeitspannen mit der entsprechend des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine zugeordneten Kennlinien, beispielsweise Warmkennlinie oder Kaltkennlinie, ergibt sich nach Überschreiten der Zeitspanne innerhalb einer steigenden Phase der Spannung U zum Zeitpunkt t& die Start- abschaltung der Brennkraftmaschine.
Eine Erhöhung der Genauigkeit der Bestimmung des Abschaltpunktes t&, bei Auswertung der Spannung U als dem Starterstrom proportionales Signal läßt sich erreichen, indem kraftfahrzeugspezifische Einsteilgrößen, insbesondere hinsichtlich der Kraftfahrzeugbatterie und der Verbindungsleitung zur Anschlußklem- me des Startermotors eliminiert, und Temperatur- und Lebensdauereinflüsse möglichst wenig Einfluß auf die Bestimmung der Startabschaltung haben.
Hierzu wird die Spannung U an der Anschlußklemme des Startermotors zunächst zum Zeitpunkt des Maximalwertes des Starterstromes Ig, also des Stromes I]_ zum Zeitpunkt tj_ gemessen, bei dem die Spannung U ihr Minimum min hat. Zu diesem Zeitpunkt ist der induk- tive Spannungsanteil Null (L*di/dt = 0; di/dt = 0) und der aus einer Drehzahl des Startermotors resultierende Spannungsanteil Uj_sta relativ klein und unabhängig von einer Temperatur des Startermotors. Dieser beträgt 0,3 bis 0,5 V im gesamten möglichen Temperaturbereich.
Unter Zugrundelegung dieser Randbedingungen lassen sich für Umj_n zwei Gleichungen aufstellen, über die sich der Starterstrom Ig zu diesem Zeitpunkt an der Anschlußklemme und der Widerstand, der sich aus dem Batterieinnenwiderstand Rißatt un dem Leitungswiderstand RiL ermitteln läßt. Es gilt:
!stag = (umin ~ U^) /Ra und
Rig= (UBatt - Umin)/Ig,
wobei Istag der geschätzte Maximalstarterstrom, Ista der simulierte Maximalstarterstrom, UBatt die Kraft- fahrzeugbatterie-Leerlaufspannung, Umin die Minimalspannung an der Anschlußklemme des Startermotors, Uxx die Bürstenspannung des Startermotors zuzüglich der induzierten Spannung des Startermotors und RiG der geschätzte Batterieinnenwiderstand Rißatt zuzüglich des Leitungswiderstandes RiL sowie Ra ein Kontakt- widerstand zuzüglich eines masseseitigen Leitungswiderstandes zuzüglich eines Wicklungswiderstandes des Startermotors und eines auf die Starterbürsten entfallenden Anteils ist.
Nachfolgend werden die anhand einer Simulation in einem angenommenen Temperaturbereich von -20°C bis +80°C ermittelten Ergebnisse wiedergegeben. Ein Abgleichpunkt liegt bei +20°C. Die eingesetzten Parameter gelten für einen 1,8 kW Startermotor mit magnetischer Erregung.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Startabschaltung einer Brennkraftmaschine, wobei ein mit der Brennkraftmaschine zum Andrehen in Eingriff bringbarer Startermotor bei Selbstlauf der Brennkraftmaschine ausgespurt und abgeschaltet wird, und der Zeitpunkt der Startabschaltung aus einem Verlauf eines Starterstromes des Startermotors ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Starterstrom (Ig) proportionales Signal zur Bestimmung des Zeitpunktes (t^) der Startabschal- tung ausgewertet wird, wobei eine Kennlinie mit einem dem Starterstrom proportionalen Signal ausgewertet wird, welche von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine abhängig ist, wobei die Zeitkennlinie (t^ = f(Ig)) anhand eines ersten Strommaximas ( Iι_ ) des Starterstromes (Ig) ausgewählt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Welligkeit des Starterstromes (Ig) beginnend mit den Strommaxima (I2, I4, Ig) während eines fallenden Verlaufes des Starterstromes (Ig) die Zeitdauer (t) mit negativem Gradient ermittelt und mit wenigstens einer fest abgelegten Zeitkennlinie verglichen wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinien von einer Temperatur der Brennkraftmaschine abhängig sind.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von einer wählbaren kritischen Temperatur (T^rit^ b i Überschreiten der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine von der kritischen Temperatur ( ^rit^ eine Warmkennlinie und bei Unterschreiten eine Kalt- kennlinie verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für eine warme und eine kalte Brennkraftmaschine eine gemeinsame Zeitkennlinie verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkennlinien aus einer Korrelation zwischen einer Kurbelwellendrehzahl (n) und dem Starterstrom (Ig) ermittelt werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gradienten des Star- terstromes (Ig) nach Ausblendung einer Vorphase ab einem Zeitpunkt (tg) ausgewertet werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als dem Starterstrom (Ig) proportionales Signal die Kraftfahrzeugbatteriespannung (U) ausgewertet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Messung der Kraftfahrzeugbatteriespannung (U) ein Batterieinnenwiderstand (Rißatt) und ein Leitungswiderstand (RiL) von einer Anschlußklemme des Startermotors zur Kraft- fahrzeugbatterie berücksichtigt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einfluß weiterer momentaner elektrischer Verbraucher des Kraftfahrzeuges auf die Kraftfahrzeugbatteriespannung (U) eliminiert wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einfluß kraftfahrzeugspezifischer Größen, insbesondere ein Ladungszustand der Batterie, eine Temperatur der Batterie, auf die Kraftfahrzeugbatteriespannung (U) eliminiert wird.
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