EP1477654B1 - Method to stop an internal combustion engine at a desired stand-by position - Google Patents
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- EP1477654B1 EP1477654B1 EP03101379A EP03101379A EP1477654B1 EP 1477654 B1 EP1477654 B1 EP 1477654B1 EP 03101379 A EP03101379 A EP 03101379A EP 03101379 A EP03101379 A EP 03101379A EP 1477654 B1 EP1477654 B1 EP 1477654B1
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Definitions
- the invention relates to a method for stopping an internal combustion engine - in particular an internal combustion engine with direct injection and spark ignition - in a desired rest position by influencing the discharge movement of the internal combustion engine, wherein the rest position is set based on current operating data, and adapted to influence the outflow due to the current operating data becomes. Furthermore, the invention relates to an internal combustion engine which is designed for carrying out such a method.
- crankshaft is in or near a certain position at the beginning of cranking.
- various methods and devices are known with which the assumption of a desired rest position of the internal combustion engine to be ensured at standstill.
- certain means are designed so that special ignition and injection pulses are generated such that the internal combustion engine is brought into a desired position.
- the next startup should then be a desired engine position.
- the angular position of the crankshaft and the camshaft and thus the cylinder position is monitored.
- how to always achieve exactly the desired rest position is not specified. Due to varying influences, however, the actually achieved rest positions of the internal combustion engine fluctuate considerably, which has a correspondingly negative effect on the conditions for a starterless starting of the internal combustion engine.
- EP 1 113 169 A1 the control of a stopping process of an internal combustion engine is described.
- the internal combustion engine described there requires an electric drive system both for starting and for the discharge process.
- a sensor By a sensor, the current speed, a crankshaft angle and an engine temperature is detected and transmitted to a powertrain control. It takes into account the rotational moment of inertia of the electric drive system, ie an electric machine, as well as other rotational moments of inertia.
- the internal combustion engine integrated adjusting means can run controlled by setting of desired values by means of the drive train control in this way the stopping process.
- a clutch connected to the starter drive is opened in a controlled manner.
- this solution requires an electric starter, it can be seen that no accurate positioning of the cylinder piston is achieved.
- a model of the outflow movement of the internal combustion engine is used according to the invention, which takes into account (a) the current kinetic energy of the drive train, (b) the friction losses and / or (c) the compression and expansion processes in the cylinders of the internal combustion engine.
- Such a model can be obtained on the basis of theoretical considerations and implemented in the form of mathematical equations.
- the model is obtained entirely or at least partially empirically, i. by observing the engine behavior and conditioning the measurement data obtained (e.g., as a look-up table).
- the method described has the advantage that it can be exercised very flexibly in conjunction with different methods of influencing the movement of an internal combustion engine. That is, virtually any special procedure for stopping an internal combustion engine in a desired rest position by the described method can be further improved. In particular, simple, inexpensive methods can be improved so that they achieve the precision and reliability of more complex methods.
- the desired rest position of the internal combustion engine specified in the method can in particular be set so that the internal combustion engine is in an optimal initial configuration for a subsequent start-up solely by (or at least assisted by) fuel combustion.
- the above-described advantages of starting with fuel combustion can be achieved, ie the reduction in size of the required auxiliary equipment (starter motor) or the complete waiver thereof.
- the invention further relates to an internal combustion engine with direct injection and spark ignition and a motor control unit, which is designed to carry out a method of the type described above. That is, the engine control unit can take advantage of the outflow movement of the internal combustion engine via suitable means to bring the latter in a desired rest position to a standstill. Furthermore, the engine control unit has means for predicting the anticipated rest position and is able to adjust the influence on the coasting movement due to such prediction, the prediction using a model of the coasting motion of the engine which determines the kinetic energy of the driveline, the friction losses and the Comprises compression and expansion processes of the internal combustion engine.
- the engine control unit may include engine speed, crankshaft angle, intake pressure, and / or engine temperature sensor inputs. In this way, it is ensured that these variables, which are particularly relevant for the outward movement of the internal combustion engine, can currently be detected with their actual values.
- the internal combustion engine also optionally includes a braking device, with which a braking force can be exerted on the outlet movement of the internal combustion engine.
- the braking device may be e.g. attach directly to the crankshaft, to the camshaft or to a piston. It allows stopping in a desired rest position without the energy of the movement of the internal combustion engine should be actively supplied from the outside.
- the invention will be explained in greater detail below by way of example with reference to the FIGURE.
- the single figure shows schematically the components of a direct injection internal combustion engine and a motor control unit for carrying out the method according to the invention.
- internal combustion engine 10 is a combustion engine with spark ignition and direct injection of gasoline over the leading into the cylinder 3 fuel supply 4.
- a direct injection engine has the advantage that this by spark ignition of the air-fuel mixture can be started directly in the cylinders 3, without an additional starter motor must drive the crankshaft 11 during a cranking phase.
- the (external or self) ignition of an air-fuel mixture during the start phase but only to support a starter (starter motor) done in order to accelerate the starting process (“Quick Start”) to be able to interpret the starter smaller , and to improve the comfort of the conventional launch.
- fuel is injected and ignited already from the first revolution or from the first expansion stroke of a piston.
- the internal combustion engine 10 further includes an intake manifold 2 for supplying fresh air, wherein the supply rate can be adjusted via a throttle valve 1. Downstream of the throttle valve 1, a pressure sensor for the suction pressure is arranged, whose signal p man is passed to a motor control unit 7, which may be realized for example by a microprocessor. Further, on the crankshaft 11 of the internal combustion engine 10, a sensor for the crankshaft angle ⁇ or the rotational speed n and on the internal combustion engine 10, a sensor for the engine temperature T is provided, which both transmit their signals to the engine control unit 7. Other sensor inputs are generally designated by x. The engine control unit 7 receives said sensory information and calculates therefrom control commands for various components of the internal combustion engine such. B. a fuel injection system.
- the exhaust gases from the cylinders 3 of the internal combustion engine 10 are passed from an exhaust manifold 5 in an exhaust system.
- the internal combustion engine od with other known components such as an exhaust gas recirculation, an exhaust gas turbocharger, a catalyst. Like. Be equipped, which are not shown in detail in the figure.
- a control of the throttle valve 1 can take place with control signals TP in order to influence the change in the pumping work of the internal combustion engine 10 to take on the reached end position of the crankshaft and to ensure the largest possible amount of fresh air in the cylinders.
- a braking device 6 is shown schematically in the figure, which can exert a directly or indirectly predetermined by the engine control unit 7 braking force F B on the crankshaft 11 of the internal combustion engine 10.
- the braking device could also act on another part coupled to the engine rotation, such as the camshaft (not shown) or a piston.
- an alternator 9 is indicated whose electrical load L is transmitted from the engine control unit 7, e.g. can be controlled by turning on power consumers.
- devices whose control can be used to influence the outflow movement of the internal combustion engine 10 an oil pump, an air conditioning compressor, a pump for a steering assist system, a timing chain or a timing belt for coupling crankshaft and camshaft and located between the engine and transmission friction clutch, but the vehicle brake should be activated.
- a model 8 for the outlet movement of the engine 10 ie their movement from stopping the ignition or the fuel supply to standstill (speed Zero).
- This model may predict the anticipated resting position of the engine 10 based on the current engine operating parameters.
- the engine control unit 7 can adjust its influence on the coasting movement so that the actually achieved rest position is closer to the desired rest position than predicted by the model (assuming an unmatched influence).
- the model calculates the friction acting on the motor movement, the z. B. can be expressed as a frictional force F R.
- This friction is estimated on the basis of the loss of kinetic energy between two times t 1 and t 2 during the coasting movement of the internal combustion engine 10.
- the compression and expansion processes are modeled in the engine 10, as these also have a significant influence on the discharge movement. Based on an energy balance between the current energy of the engine and the energy losses, the expected resting position can then be predicted. If this is not within the desired target range, the influence measures available to the engine control unit 7 can be adapted accordingly.
- the model 8 of the engine control unit 7 is adapted to learn.
- the model may contain for this purpose learning subsystems, for. In the form of neural networks.
- good predictions can be guaranteed during the entire service life of the motor vehicle or over the entire range of variation of a mass production.
- the model can be refined by considering all relevant engine parameters such as engine wear, production tolerances, oil viscosity and the like.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anhalten einer Brennkraftmaschine - insbesondere einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung und Funkenzündung - in einer gewünschten Ruheposition durch Einflußnahme auf die Auslaufbewegung der Brennkraftmaschine, wobei die Ruheposition aufgrund aktueller Betriebsdaten eingestellt wird, und die Einflußnahme auf die Auslaufbewegung aufgrund der aktuellen Betriebsdaten angepasst wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine, die zur Durchführung eines derartigen Verfahrens ausgebildet ist.The invention relates to a method for stopping an internal combustion engine - in particular an internal combustion engine with direct injection and spark ignition - in a desired rest position by influencing the discharge movement of the internal combustion engine, wherein the rest position is set based on current operating data, and adapted to influence the outflow due to the current operating data becomes. Furthermore, the invention relates to an internal combustion engine which is designed for carrying out such a method.
Zur Verbesserung der Kraftstoffausnutzung in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor erfolgt häufig anstelle eines Leerlaufbetriebes ein vollständiges Abstellen des Motors, wenn keine Antriebsleistung benötigt wird. Der Motor muß dann neu angelassen werden, wenn dessen Leistung wieder benötigt wird. Für das Anlassen weisen herkömmliche Brennkraftmaschinen spezielle Hilfsaggregate wie etwa einen Anlassermotor oder einen als Motor einsetzbaren Generator (sog. Startergenerator) auf. Hierbei handelt es sich um verhältnismäßig große und kostenaufwändige Einrichtungen, da für das Anlassen des Verbrennungsmotors eine hohe elektrische Leistung erforderlich ist.In order to improve fuel economy in internal combustion engine vehicles, complete engine shutdown rather than idling often occurs when no drive power is needed. The engine must then be restarted when its power is needed again. For starting, conventional internal combustion engines have special auxiliary units such as a starter motor or a generator which can be used as a motor (so-called starter generator). These are relatively large and expensive devices, since a high electrical power is required for starting the internal combustion engine.
Darüber hinaus ist es bekannt, eine Brennkraftmaschine durch Auslösen einer Verbrennung anzulassen. Dies ist insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit Funkenzündung und Direkteinspritzung möglich. Der direkt in die Brennkammer eingespritzte Kraftstoff wird dabei durch einen Funken gezündet, und die anschließende Explosion des Luft-Kraftstoff-Gemisches bewegt den Kolben und startet den Motor, ohne daß die Kurbelwelle durch ein zusätzliches Hilfsaggregat bewegt werden müßte. Alternativ kann auch beim konventionellen Anlassen einer Brennkraftmaschine durch einen Startermotor bereits früh bzw. von Anfang an eine Einspritzung und Verbrennung in den Zylindern erfolgen, um hierdurch den Anlasser zu unterstützen.Moreover, it is known to start an internal combustion engine by triggering combustion. This is possible in particular with internal combustion engines with spark ignition and direct injection. The injected directly into the combustion chamber fuel is thereby ignited by a spark, and the subsequent explosion of the air-fuel mixture moves the piston and starts the engine without the crankshaft would have to be moved by an additional auxiliary unit. Alternatively, even in conventional starting an internal combustion engine by a starter motor early or from the beginning injection and combustion take place in the cylinders to assist the starter.
Ein Anlassen des Motors durch Kraftstoffzündung erfordert bestimmte Randbedingungen, um erfolgreich durchgeführt werden zu können. Insbesondere ist es erforderlich bzw. vorteilhaft, daß die Kurbelwelle zu Beginn des Anlassens in oder nahe einer bestimmten Position steht. Diesbezüglich sind aus der DE 100 30 001 A1 verschiedene Verfahren und Einrichtungen bekannt, mit denen die Annahme einer gewünschten Ruheposition der Brennkraftmaschine beim Stillstand sichergestellt werden soll. Durch die Verfahren und die Einrichtungen soll es möglich sein, daß eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung starten kann, ohne daß ein Starter benötigt wird. Hierzu ist vorgesehen, daß bestimmte Mittel so ausgestaltet sind, daß spezielle Zünd- und Einspritzimpulse derart erzeugt werden, daß die Brennkraftmaschine in eine gewünschte Position gebracht wird. Beim nächsten Startvorgang soll dann eine gewünschte Motorposition vorliegen. Zu diesem Zweck wird die Winkellage der Kurbel- und der Nockenwelle und damit die Zylinderstellung überwacht. Wie jedoch ein stets genaues Erreichen der gewünschten Ruheposition erreicht wird, ist nicht angegeben. Aufgrund von variierenden Einflüssen schwanken die tatsächlich erreichten Ruhepositionen der Brennkraftmaschine jedoch zum Teil erheblich, was sich entsprechend negativ auf die Voraussetzungen für ein starterloses Anlassen der Brennkraftmaschine auswirkt.Starting the engine by fuel ignition requires certain constraints in order to be successful. In particular, it is necessary or advantageous that the crankshaft is in or near a certain position at the beginning of cranking. In this regard, from DE 100 30 001 A1 various methods and devices are known with which the assumption of a desired rest position of the internal combustion engine to be ensured at standstill. By the methods and the facilities, it should be possible that a direct injection internal combustion engine can start without a starter is needed. For this purpose, it is provided that certain means are designed so that special ignition and injection pulses are generated such that the internal combustion engine is brought into a desired position. The next startup should then be a desired engine position. For this purpose, the angular position of the crankshaft and the camshaft and thus the cylinder position is monitored. However, how to always achieve exactly the desired rest position is not specified. Due to varying influences, however, the actually achieved rest positions of the internal combustion engine fluctuate considerably, which has a correspondingly negative effect on the conditions for a starterless starting of the internal combustion engine.
In der EP 1 113 169 A1 wird die Steuerung eines Anhaltevorganges einer Brennkraftmaschine beschrieben. Die dort beschriebene Brennkraftmaschine benötigt ein elektrisches Antriebssystem sowohl zum Starten als auch für den Auslaufvorgang. Durch eine Sensorik wird die aktuelle Drehzahl, ein Kurbelwellenwinkel und eine Motortemperatur erfaßt und an eine Antriebsstrangsteuerung übertragen. Berücksichtigt werden dabei das Drehträgheitsmoment des elektrischen Antriebssystems, d.h. einer elektrischen Maschine, sowie weitere Drehträgheitsmomente. In der Brennkraftmaschine integrierte Stellmittel können durch Vorgabe von Sollgrößen mittels der Antriebsstrangsteuerung auf diese Weise den Anhaltevorgang gesteuert ablaufen lassen. Um dies zu erreichen, wird eine mit den Starterantrieb verbundene Kupplung gesteuert geöffnet. Da diese Lösung jedoch einen elektrischen Anlasser erfordert, ist ersichtlich, daß keine genaue Positionierung der Zylinderkolben erreicht wird.In
Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel zum Anhalten einer Brennkraftmaschine in einer definierten Ruheposition bereitzustellen, die ein genaueres Erreichen der gewünschten Ruheposition ermöglichen. Insbesondere soll es möglich sein, eine Brennkraftmaschine auch ohne Startermotor zu starten.Against this background, it was an object of the present invention to provide means for stopping an internal combustion engine in a defined rest position, which allow a more accurate achievement of the desired rest position. In particular, it should be possible to start an internal combustion engine without a starter motor.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.This object is achieved by a method having the features of
Das erfindungsgemäße Verfahren dient dem Anhalten einer Brennkraftmaschine in einer gewünschten Ruheposition, wobei die Ruheposition z.B. durch den Kurbelwellenwinkel eindeutig beschrieben werden kann. Bei der Brennkraftmaschine kann es sich insbesondere um eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung und Fremdzündung des Kraftstoffs handeln. Das Anhalten der Brennkraftmaschine in der gewünschten Ruheposition erfolgt bei dem Verfahren durch aktive und/oder passive Einflußnahme auf die Auslaufbewegung der Brennkraftmaschine, d.h. die Bewegungsphase der Brennkraftmaschine von deren Abstellen (Beendigung der Zündung und/oder Kraftstoffzufuhr) bis zu ihrem Stillstand. Eine aktive Einflußnahme beinhaltet die unmittelbare Ausübung von Kräften auf die Bewegung der Brennkraftmaschine unter Einsatz externer Energie, während eine passive Einflußnahme sich auf das Verstellen von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine beschränkt, die sich mittelbar auf die Auslaufbewegung auswirken. Das Verfahren ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:
- a) Aufgrund aktueller Betriebsdaten der Brennkraftmaschine bzw. des Fahrzeugs wird zu Beginn bzw. während der Auslaufbewegung die voraussichtliche Ruheposition der Brennkraftmaschine vorhergesagt.
- b) Die Einflußnahme auf die Auslaufbewegung wird aufgrund der genannten vorhersagten Ruheposition angepaßt, so daß die tatsächlich erreichte Ruheposition näher bei der gewünschten Ruheposition liegt oder diese im Idealfall exakt trifft.
- a) Based on current operating data of the internal combustion engine or the vehicle, the expected rest position of the internal combustion engine is predicted at the beginning or during the discharge movement.
- b) The influence on the discharge movement is adjusted due to the said predicted rest position, so that the actually achieved rest position is closer to the desired rest position or this meets in the ideal case exactly.
Für die Vorhersage der voraussichtlichen Ruheposition wird erfindungsgemäß ein Modell der Auslaufbewegung der Brennkraftmaschine verwendet, welches (a) die aktuelle kinetische Energie des Antriebsstranges, (b) die Reibungsverluste und/oder (c) die Kompressions- und Expansionsvorgänge in den Zylindern der Brennkraftmaschine berücksichtigt. Ein derartiges Modell kann aufgrund theoretischer Überlegungen gewonnen und in Form mathematischer Gleichungen implementiert werden. Vorzugsweise wird das Modell jedoch ganz oder zumindest teilweise empirisch gewonnen, d.h. durch Beobachtung des Motorverhaltens und Aufbereitung der dabei gewonnenen Meßdaten (z.B. als eine Lookup-Tabelle).For the prediction of the anticipated rest position, a model of the outflow movement of the internal combustion engine is used according to the invention, which takes into account (a) the current kinetic energy of the drive train, (b) the friction losses and / or (c) the compression and expansion processes in the cylinders of the internal combustion engine. Such a model can be obtained on the basis of theoretical considerations and implemented in the form of mathematical equations. Preferably, however, the model is obtained entirely or at least partially empirically, i. by observing the engine behavior and conditioning the measurement data obtained (e.g., as a look-up table).
Das Modell kann optional Parameter enthalten, welche aufgrund eines Vergleichs zwischen der vom Modell vorhergesagten und der tatsächlich angenommenen Ruheposition der Brennkraftmaschine adaptiert werden. Auf diese Weise kann die Vorhersageleistung des Modells ständig verbessert beziehungsweise an Veränderungen im Verhalten der Brennkraftmaschine angepasßt werden. Durch eine Adaptionsfähigkeit des Modells wird sichergestellt, daß dieses sich an produktionsbedingte Toleranzen im Motorverhalten sowie an Alterungserscheinungen während der Lebensdauer eines Kraftfahrzeugs anpaßt und daher für jedes individuelle Fahrzeug und zu jedem Zeitpunkt eine hohe Vorhersagegenauigkeit erreicht.The model may optionally include parameters that are adapted based on a comparison between the model predicted and the actually assumed home position of the engine. In this way, the predictive power of the model can be constantly improved or adapted to changes in the behavior of the internal combustion engine. An adaptability of the model ensures that this is due to production-related tolerances in engine behavior and aging phenomena during the lifetime of a motor vehicle and therefore achieves a high prediction accuracy for each individual vehicle and at each point in time.
Das beschriebene Verfahren hat den Vorteil, daß dieses sehr flexibel in Verbindung mit unterschiedlichen Methoden der Einflußnahme auf die Bewegung einer Brennkraftmaschine ausgeübt werden kann. D.h., es kann quasi jedes spezielle Prozedere zum Anhalten einer Brennkraftmaschine in einer gewünschten Ruheposition durch das beschriebene Verfahren noch weiter verbessert werden. Insbesondere können einfache, kostengünstige Methoden derart verbessert werden, daß diese die Präzision und Zuverlässigkeit von aufwändigeren Methoden erreichen.The method described has the advantage that it can be exercised very flexibly in conjunction with different methods of influencing the movement of an internal combustion engine. That is, virtually any special procedure for stopping an internal combustion engine in a desired rest position by the described method can be further improved. In particular, simple, inexpensive methods can be improved so that they achieve the precision and reliability of more complex methods.
Die bei dem Verfahren vorgegebene gewünschte Ruheposition der Brennkraftmaschine kann insbesondere so festgesetzt sein, daß sich die Brennkraftmaschine in einer optimalen Ausgangskonfiguration für ein anschließendes Anlassen allein durch (oder zumindest mit Unterstützung durch) eine Kraftstoffverbrennung befindet. In diesem Falle können die eingangs geschilderten Vorteile eines Anlassens mit Kraftstoffverbrennung erreicht werden, d.h. die Größenreduzierung der erforderlichen Hilfsaggregate (Startermotor) beziehungsweise der vollständige Verzicht hierauf.The desired rest position of the internal combustion engine specified in the method can in particular be set so that the internal combustion engine is in an optimal initial configuration for a subsequent start-up solely by (or at least assisted by) fuel combustion. In this case, the above-described advantages of starting with fuel combustion can be achieved, ie the reduction in size of the required auxiliary equipment (starter motor) or the complete waiver thereof.
Für die Vorhersage der Ruheposition der Brennkraftmaschine kann prinzipiell auf alle bereits für die übliche Motorsteuerung gemessenen und/oder abgeleiteten Daten über den Betriebszustand des Fahrzeugs zurückgegriffen werden. Insbesondere werden zur Vorhersage der Ruheposition Betriebsdaten verwendet, die die Motordrehzahl, den Kurbelwellenwinkel, die Motortemperatur (beziehungsweise eine hiermit korrelierte Temperatur wie die Kühlmitteltemperatur) und/oder den Ansaugdruck im Ansaugkrümmer des Motors umfassen. Die genannten Größen haben erfahrungsgemäß den stärksten Einfluß auf die Auslaufbewegung der Brennkraftmaschine.For the prediction of the rest position of the internal combustion engine can be used in principle all already measured and / or derived for the usual engine control data on the operating condition of the vehicle. In particular, operating data including engine speed, crankshaft angle, engine temperature (or temperature correlated therewith such as coolant temperature), and / or intake manifold intake pressure is used to predict the idle position. Experience has shown that the variables mentioned have the strongest influence on the outflow movement of the internal combustion engine.
Wie bereits erwähnt kann die Einflußnahme auf die Auslaufbewegung der Brennkraftmaschine prinzipiell mit beliebigen bekannten oder noch zu entwickelnden Methoden vorgenommen werden. Insbesondere kann die Einflußnahme auf die Auslaufbewegung die Kontrolle mindestens einer der folgenden Größen beziehungsweise Einrichtungen umfassen:
- des Öffnungswinkels einer Drosselklappe;
- der Bremskraft, die auf eine mit der Bewegung der Brennkraftmaschine gekoppelte Einrichtung ausgeübt wird;
- der Lichtmaschine des Kraftfahrzeugs;
- der Ölpumpe des Kraftfahrzeugs;
- des Kompressors einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs;
- der Pumpe eines Lenkunterstützüngssystems;
- der Steuerkette und/oder des Zahnriemens zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle
- der Kupplung zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe.
- the opening angle of a throttle valve;
- the braking force exerted on a device coupled with the movement of the internal combustion engine;
- the alternator of the motor vehicle;
- the oil pump of the motor vehicle;
- the compressor of an air conditioner of the motor vehicle;
- the pump of a steering assisting system;
- the timing chain and / or the toothed belt between the crankshaft and the camshaft
- the clutch between the engine and transmission.
Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung und Fremdzündung sowie einer Motorsteuereinheit, welche dahingehend ausgebildet ist, ein Verfahren der vorstehend erläuterten Art auszuführen. D.h., daß die Motorsteuereinheit über geeignete Einrichtungen Einfluß auf die Auslaufbewegung der Brennkraftmaschine nehmen kann, um Letztere in einer gewünschten Ruheposition zum Stillstand zu bringen. Weiterhin weist die Motorsteuereinheit Mittel zur Vorhersage der voraussichtlichen Ruheposition auf und ist in der Lage, die Einflußnahme auf die Auslaufbewegung aufgrund einer solchen Vorhersage anzupassen, wobei die Vorhersage ein Modell der Auslaufbewegung der Brennkraftmaschine verwendet, welches die kinetische Energie des Antriebsstranges, die Reibungsverluste und die Kompressions- und Expansionsvorgänge der Brennkraftmaschine berücksichtigt.The invention further relates to an internal combustion engine with direct injection and spark ignition and a motor control unit, which is designed to carry out a method of the type described above. That is, the engine control unit can take advantage of the outflow movement of the internal combustion engine via suitable means to bring the latter in a desired rest position to a standstill. Furthermore, the engine control unit has means for predicting the anticipated rest position and is able to adjust the influence on the coasting movement due to such prediction, the prediction using a model of the coasting motion of the engine which determines the kinetic energy of the driveline, the friction losses and the Comprises compression and expansion processes of the internal combustion engine.
Die Motorsteuereinheit kann insbesondere Sensoreingänge für die Motordrehzahl, den Kurbelwellenwinkel, den Ansaugdruck und/oder die Motortemperatur aufweisen. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß diese für die Auslaufbewegung der Brennkraftmaschine besonders relevanten Größen aktuell mit ihren tatsächlichen Werten erfaßt werden können.In particular, the engine control unit may include engine speed, crankshaft angle, intake pressure, and / or engine temperature sensor inputs. In this way, it is ensured that these variables, which are particularly relevant for the outward movement of the internal combustion engine, can currently be detected with their actual values.
Die Brennkraftmaschine enthält ferner optional eine Bremseinrichtung, mit welcher eine Bremskraft auf die Auslaufbewegung der Brennkraftmaschine ausgeübt werden kann. Die Bremseinrichtung kann dabei z.B. unmittelbar an der Kurbelwelle, an der Nockenwelle oder an einem Kolben ansetzen. Sie ermöglicht das Anhalten in einer gewünschten Ruheposition, ohne daß von außen der Bewegung der Brennkraftmaschine aktiv Energie zugeführt werden müßte.The internal combustion engine also optionally includes a braking device, with which a braking force can be exerted on the outlet movement of the internal combustion engine. The braking device may be e.g. attach directly to the crankshaft, to the camshaft or to a piston. It allows stopping in a desired rest position without the energy of the movement of the internal combustion engine should be actively supplied from the outside.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figur beispielhaft näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch die Komponenten einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung und einer Motorsteuereinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention will be explained in greater detail below by way of example with reference to the FIGURE. The single figure shows schematically the components of a direct injection internal combustion engine and a motor control unit for carrying out the method according to the invention.
Bei der in der Figur dargestellten Brennkraftmaschine 10 handelt es sich um einen Verbrennungsmotor mit Fremdzündung und direkter Einspritzung von Benzin über die in die Zylinder 3 führende Kraftstoffzufuhr 4. Ein derartiger Motor mit Direkteinspritzung hat den Vorteil, daß dieser durch Funkenzündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in den Zylindern 3 direkt gestartet werden kann, ohne daß ein zusätzlicher Startermotor die Kurbelwelle 11 während einer Anlaßphase antreiben muß. Alternativ kann die (Fremd- oder Selbst-) Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches während der Startphase jedoch auch nur zur Unterstützung eines Anlassers (Startermotors) erfolgen, um den Startvorgang zu beschleunigen ("Quick Start"), den Anlasser kleiner auslegen zu können, und um das Komfortverhalten des konventionellen Starts zu verbessern. Bei einem solchen unterstützten Start wird bereits ab der ersten Umdrehung beziehungsweise ab dem ersten Expansionshub eines Kolbens Kraftstoff eingespritzt und gezündet.In the illustrated in the figure
Die Brennkraftmaschine 10 weist ferner einen Ansaugkrümmer 2 zur Zufuhr von Frischluft auf, wobei deren Zufuhrrate über eine Drosselklappe 1 eingestellt werden kann. Stromabwärts der Drosselklappe 1 ist ein Drucksensor für den Ansaugdruck angeordnet, dessen Signal pman an eine Motorsteuereinheit 7, die z.B. durch einen Mikroprozessor realisiert sein kann, geleitet wird. Ferner ist an der Kurbelwelle 11 der Brennkraftmaschine 10 ein Sensor für den Kurbelwellenwinkel ϕ bzw. die Drehzahl n sowie an der Brennkraftmaschine 10 ein Sensor für die Motortemperatur T vorgesehen, welche beide ihre Signale an die Motorsteuereinheit 7 übermitteln. Weitere Sensoreingänge sind allgemein mit x bezeichnet. Die Motorsteuereinheit 7 empfängt die genannten sensorischen Informationen und berechnet hieraus Steuerkommandos für verschiedene Komponenten der Brennkraftmaschine wie z. B. ein Kraftstoffinjektionssystem.The
Die Abgase aus den Zylindern 3 der Brennkraftmaschine 10 werden von einem Abgaskrümmer 5 in ein Abgassystem geleitet. Selbstverständlich kann die Brennkraftmaschine mit weiteren bekannten Komponenten wie beispielsweise einer Abgasrückführung, einem Abgasturbolader, einem Katalysator od. dgl. ausgerüstet sein, welche in der Figur nicht näher dargestellt sind.The exhaust gases from the
Um die Brennkraftmaschine 10 nach einem Stillstand erfolgreich direkt (d. h. ohne Hilfsaggregat) starten zu können oder um einen Start durch frühe Zündungen in der Startphase unterstützen zu können, ist die Einhaltung einer Reihe von Randbedingungen erforderlich. Zu diesen Randbedingungen gehört insbesondere das möglichst genaue Einhalten einer optimalen Ruheposition (entsprechend einem optimalen Kurbelwellenwinkel ϕopt), bei welcher sich der Kolben mindestens eines Zylinders ("Arbeitszylinder") sich in der Stellung eines Expansionstaktes befindet, so daß dort beim Anlassen der Brennkraftmaschine die Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches möglichst effizient stattfinden kann.In order to successfully start the
Um die Annahme einer gewünschten Ruheposition sicherzustellen, können verschiedene Einflußmaßnahmen von der Motorsteuereinheit 7 ausgeübt werden. Insbesondere kann mit Steuersignalen TP eine Ansteuerung der Drosselklappe 1 erfolgen, um durch Veränderung der Pumparbeit der Brennkraftmaschine 10 Einfluß auf die erreichte Endstellung der Kurbelwelle zu nehmen und um für eine möglichst große Frischluftmenge in den Zylindern zu sorgen.In order to ensure the assumption of a desired rest position, various influencing measures can be exerted by the
Ferner ist in der Figur schematisch eine Bremseinrichtung 6 dargestellt, welche eine von der Motorsteuereinheit 7 direkt oder indirekt vorgegebene Bremskraft FB auf die Kurbelwelle 11 der Brennkraftmaschine 10 ausüben kann. Alternativ könnte die Bremseinrichtung auch auf ein anderes mit der Motordrehung gekoppeltes Teil wie etwa die Nockenwelle (nicht dargestellt) oder einen Kolben einwirken.Furthermore, a
Des Weiteren ist eine Lichtmaschine 9 angedeutet, deren elektrische Belastung L von der Motorsteuereinheit 7 z.B. durch Einschalten von Stromverbrauchern gesteuert werden kann. Weitere, in der Figur nicht näher dargestellte Einrichtungen, deren Ansteuerung zur Einflußnahme auf die Auslaufbewegung der Brennkraftmaschine 10 verwendet werden kann, sind eine Ölpumpe, ein Klimaanlagen-Kompressor, eine Pumpe für ein Lenkunterstützungssystem, eine Steuerkette beziehungsweise ein Zahnriemen zur Kopplung von Kurbelwelle und Nockenwelle und die sich zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe befindliche Reibkupplung, wobei allerdings die Fahrzeugbremse aktiviert sein sollte.Furthermore, an
Um die vorstehend aufgezählten Möglichkeiten der Einflußnahme auf die Auslaufbewegung der Brennkraftmaschine 10 möglichst zielführend einsetzen zu können, wird innerhalb der Motorsteuereinheit 7 erfindungsgemäß ein Modell 8 für die Auslaufbewegung der Brennkraftmaschine 10, d.h. deren Bewegung vom Abstellen der Zündung beziehungsweise der Kraftstoffzufuhr bis zum Stillstand (Drehzahl Null) eingesetzt. Dieses Modell kann die voraussichtlich erreichte Ruheposition der Brennkraftmaschine 10 auf der Basis der aktuellen Motorbetriebsparameter vorhersagen. Wenn eine Abweichung zwischen der vorhergesagten Ruheposition und der gewünschten Ruheposition besteht, kann die Motorsteuereinheit 7 ihre Einflußnahme auf die Auslaufbewegung entsprechend anpassen, so daß die tatsächlich erreichte Ruheposition näher bei der gewünschten Ruheposition liegt als vom Modell (unter Annahme einer nicht angepaßten Einflußnahme) vorhergesagt.In order to use the above enumerated possibilities of influencing the discharge movement of the
Das in der Motorsteuereinheit 7 implementierte Vorhersagemodell für die erreichte Ruheposition der Brennkraftmaschine 10 berechnet vorzugsweise die kinetische Energie Ekin = θω2/2 des gesamten mit der Brennkraftmaschine 10 bewegten Antriebsstranges (mit dem Trägheitsmoment θ) in Abhängigkeit von der gemessenen oder aus anderen Größen abgeleiteten aktuellen Motordrehzahl n bzw. der Winkelgeschwindigkeit ω.The engine idle position prediction model implemented in the
Weiterhin berechnet das Modell die auf die Motorbewegung wirkende Reibung, die z. B. als eine Reibungskraft FR ausgedrückt werden kann. Diese Reibung wird auf der Basis des Verlustes an kinetischer Energie zwischen zwei Zeitpunkten t1 und t2 während der Auslaufbewegung der Brennkraftmaschine 10 abgeschätzt. Ferner werden die Kompressions- und Expansionsprozesse im Motor 10 modelliert, da auch diese erheblichen Einfluß auf die Auslaufbewegung haben. Auf der Basis einer Energiebilanz zwischen der aktuellen Energie des Motors und den Energieverlusten kann dann die voraussichtlich erreichte Ruheposition vorhergesagt werden. Falls diese nicht im gewünschten Zielbereich liegt, können die der Motorsteuereinheit 7 zur Verfügung stehenden Einflußrnaßnahmen entsprechend angepaßt werden.Furthermore, the model calculates the friction acting on the motor movement, the z. B. can be expressed as a frictional force F R. This friction is estimated on the basis of the loss of kinetic energy between two times t 1 and t 2 during the coasting movement of the
Vorzugsweise ist das Modell 8 der Motorsteuereinheit 7 lernfähig ausgebildet. Insbesondere kann das Modell zu diesem Zweck lernfähige Teilsysteme enthalten, z. B. in Form neuronaler Netze. Durch Anpassung entsprechender Parameter können dann gute Vorhersagen während der gesamten Lebensdauer des Kraftfahrzeuges beziehungsweise über die gesamte Variationsbreite einer Massenproduktion gewährleistet werden. Das Modell kann verfeinert werden durch Berücksichtigung aller relevanten Motorparameter wie beispielsweise des Motorverschleißes, von Produktionstoleranzen, der Ölviskosität und dergleichen.Preferably, the
Claims (9)
- Method for stopping an internal combustion engine, in particular an internal combustion engine (10) with direct injection and spark ignition, in a desired position of rest by influencing its running down movement, wherein the position of rest is set on the basis of current operating data (ϕ, ω, T, pman, x), and the influencing of the running down movement is adapted on the basis of the current operating data.
characterized in that
the position of rest is set based on a prediction by a model (8) of the running down movement of the internal combustion engine (10) which takes into account the kinetic energy (Ekin) of the drive train, the frictional losses (FR) and the compression processes and expansion processes of the internal combustion engine. - Method according to Claim 1,
characterized in that
the desired position of rest is suitable for starting the internal combustion engine (10) solely by means of, or with support from, the combustion of fuel. - Method according to Claim 1 or 2,
characterized in that
the operational data which is used to predict the position of rest comprises the engine speed (n), the crank shaft angle (ϕ), the engine temperature (T) and/or the intake pressure (pman). - Method according to at least one of Claims 1 to 3,
characterized in that
the influencing of the running down movement of the internal combustion engine (10) comprises checking at least one of the following variables or devices:- the angle of aperture of a throttle valve (1);- the combustion force (FB), which is exerted on a device coupled to the movement of the internal combustion engine;- the dynamo of the motor vehicle;- the oil pump of the motor vehicle;- the compressor of an air conditioning system of the motor vehicle;- the pump of a power steering system;- the control chain and/or the toothed belt between the crank shaft and the cam shaft;- the clutch between internal combustion engine and transmission. - Method according to at least one of Claims 1 to 4,
characterized in that
the model (8) is acquired empirically, at least to a certain extent. - Method according to Claim 5,
characterized in that
the model (8) contains parameters which are adapted to the internal combustion engine (10) on the basis of a comparison between the predicted and virtual position of rest. - Internal combustion engine (10) with direct injection and spark ignition, characterized by an engine control unit (7) which is designed to carry out a method according to at least one of Claims 1 to 6.
- Internal combustion engine according to Claim 7,
characterized in that
the engine control unit (7) has sensor inputs for the engine speed (n), the crank shaft angle (ϕ), the intake pressure (pman) and/or the engine temperature (T). - Internal combustion engine according to Claim 7 or 8,
characterized in that
said engine contains a brake device (6) for exerting a braking force (FB) on the running down movement of the internal combustion engine (10).
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