EP1669576A1 - Verfahren zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1669576A1
EP1669576A1 EP04106259A EP04106259A EP1669576A1 EP 1669576 A1 EP1669576 A1 EP 1669576A1 EP 04106259 A EP04106259 A EP 04106259A EP 04106259 A EP04106259 A EP 04106259A EP 1669576 A1 EP1669576 A1 EP 1669576A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
crankshaft
combustion engine
internal combustion
torque
controlled
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04106259A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klemens Grieser
Ulrich Kramer
Patrick Joseph Phlips
Bernd Steiner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ford Global Technologies LLC filed Critical Ford Global Technologies LLC
Priority to EP04106259A priority Critical patent/EP1669576A1/de
Priority to US11/164,047 priority patent/US7191756B2/en
Priority to JP2005330119A priority patent/JP2006144792A/ja
Publication of EP1669576A1 publication Critical patent/EP1669576A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/042—Introducing corrections for particular operating conditions for stopping the engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/009—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating position or synchronisation signals
    • F02D2041/0095—Synchronisation of the cylinders during engine shutdown
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
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    • F02N2300/00—Control related aspects of engine starting
    • F02N2300/10—Control related aspects of engine starting characterised by the control output, i.e. means or parameters used as a control output or target
    • F02N2300/104—Control of the starter motor torque

Definitions

  • the invention relates to a method for the controlled shutdown of an internal combustion engine with n cylinders and n connecting rods, which are pivotally connected at one end to a piston and hinged to the coupling of the piston and crankshaft with its other end to the crankshaft at a Kurbelwellenkröpfung wherein the n cylinders are mitbe regarding of a cylinder block and a cylinder head.
  • One concept for improving the fuel consumption of a vehicle is, for example, to switch off the internal combustion engine - instead of continuing to run it in the leelauf - when there is no momentary power requirement. In practice, this means that at least when the vehicle is stationary, the internal combustion engine is turned off.
  • One application is the stop-and-go traffic, as it sets, for example, in traffic jams on highways and highways. In inner-city traffic, stop-and-go traffic is no longer the exception, but the rule, as a result of the existing and non-coordinated traffic lights. Other applications provide limited level crossings and the like.
  • markers arranged on the crankshaft provide signals about the crank angle position to sensors connected to the engine control unit for controlling ignition and injection timing. But to generate these signals, it is first necessary to put the crankshaft in rotation. Immediately at the beginning of the restart and the start in general, there is uncertainty about the correct injection and ignition timing, so that a run-in phase for the synchronization of the crank angle position on the one hand and the engine operating parameters on the other hand is required.
  • devices for starting or restarting the internal combustion engine must be provided, for example, a conventional starter or a similar device which is adapted to forcibly set the crankshaft in rotation, such as an electric motor.
  • German patent application DE 42 30 616 proposes, for example, to store the angular position of the crankshaft, which is registered at shutdown, and to use for the restart, so that the appropriate ignition timing and injection times are immediately available.
  • this approach has not proven in practice, since the stored information about the position of the crankshaft are too inaccurate.
  • the controlled Stopping consists in deliberately approaching certain crank angle positions - so-called preferred positions - when switching off the internal combustion engine.
  • the end position of the crankshaft is no longer left to chance and more or less accurately registered, but it will be specifically brought about for the restart advantageous crank angle positions.
  • crankshaft must be in a specific position or in a specific crank angle range. In this respect, especially for internal combustion engines with direct injection method for controlled parking targets.
  • WO 01/48373 teaches the use of a method in which, after switching off, i. after completion of the regular operation of the internal combustion engine, an adjusting device is activated and controlled, with which the crankshaft and / or the camshaft is moved into a predefinable advantageous angular position. Both active and passive adjustment devices can be used.
  • an active adjusting device can serve an electric motor which transmits a torque to the crankshaft and this rotates after switching off the internal combustion engine in the desired position, which is then maintained until the restart of the internal combustion engine.
  • active adjusting devices which means for activating the injection and ignition of the internal combustion engine after completion of their regular operation exhibit. These means are used to selectively initiate combustion processes in the cylinders, with which a certain torque is transmitted to the crankshaft, so that a predetermined advantageous crank angle position can be approached.
  • Passive adjusting devices but can also be used according to WO 01/48373, said passive adjusting after the normal operation of the internal combustion engine exploit the still existing in the wake of the crankshaft rotary motion and influence in the way that the crankshaft in the predetermined advantageous crankshaft position to a standstill comes.
  • a passive adjustment means include a gas exchange valve control, which transmits a suitable braking brake torque to the engine or crankshaft, so that the delay of the shaft and thus its end position is controllable.
  • the adjustment devices disclosed in WO 01/48373 have various disadvantages.
  • the active adjusting either make additional components - such as possibly not yet existing electric motors - required for applying a Verstellcardmomentes, or they work as in the initiation targeted combustion processes for starting the predetermined crank angle position by means of an additional fuel injection and ignition.
  • additional components - such as possibly not yet existing electric motors - required for applying a Verstellcardmomentes
  • they work as in the initiation targeted combustion processes for starting the predetermined crank angle position by means of an additional fuel injection and ignition.
  • Especially the latter method which requires the use of fuel, is in sharp contrast to the fundamental goal of switching off the internal combustion engine, namely to save fuel by switching off the engine and thus to optimize the fuel consumption of a vehicle.
  • a method for the outlet control of an internal combustion engine in which the gas exchange valves of the internal combustion engine are used specifically for controlling the preferred positions, is described in WO 01/44636 A2.
  • suitable control ie by suitable opening and closing of the gas exchange valves is thereby influenced on the combustion chamber pressure and so that on the force exerted by the gas forces on the piston and the connecting rod to the crankshaft torque.
  • this method requires an internal combustion engine which has an at least partially variable valve control.
  • a complex and therefore complex control is required.
  • the torque exerted by the gas forces on the piston and the connecting rod on the crankshaft is used, in order to approach the desired end position of the crankshaft after switching off the internal combustion engine.
  • the force exerted by the gas forces on the crankshaft torque is influenced in such a way that the output after switching off the ignition and / or the fuel supply from the internal combustion engine to its standstill energy is consumed controlled by the controllable torque in such a way that the crankshaft is stopped in a predeterminable position.
  • the compression ratio of at least one cylinder is made variable in accordance with the method according to the invention.
  • the gas forces push the piston downwards in the direction of the cylinder tube axis, whereby an accelerated movement is imposed on the piston by the gas forces starting from top dead center (TDC).
  • the piston which tries to avoid the gas forces with its downward movement, must take with him the pivotally connected connecting rod in this downward movement.
  • the piston directs the gas forces acting on it via the piston pin on the connecting rod and tries to accelerate it down.
  • UT bottom dead center
  • BDC bottom dead center
  • the distance traveled by the piston on its way between top dead center (TDC) and bottom dead center (TDC) in the cylinder tube is referred to as piston stroke s.
  • the cylinder volume V Z, OT corresponds to the so-called compression volume V C when the piston is at top dead center (TDC). Consequently, the cylinder volume V Z, UT at the bottom dead center of the piston (UT) results from the sum of the stroke volume V h and the compression volume V C.
  • At least one cylinder is provided with a variable compression ratio E, whereby decreasing the compression ratio E lowers the pressure of the gases in the at least one cylinder and decreases the torque applied by the gases to the crankshaft.
  • Each cylinder or combustion chamber is mitbe founded laterally through the cylinder head and the cylinder block in which a cylinder tube can be formed or arranged, and down through the piston, which is axially movably guided in the cylinder tube.
  • the piston together with the piston rings, seals the combustion chamber against the crankcase.
  • the combustion chamber is limited by the cylinder head and the control elements arranged in the cylinder head, which are usually designed as lift valves.
  • variable compression ratio E is based on the current combustion chamber volume and, consequently, on the pressure in the combustion chamber Gases influenced.
  • a variable compression ratio ⁇ can be realized in different ways, which will be explained in more detail in connection with the preferred embodiments.
  • the at least one cylinder which is provided with a variable compression ratio E, be regarded as a passive adjusting device, with which the torque exerted on the crankshaft is selectively influenced until the crankshaft stops.
  • a passive adjustment offers the advantage that their energy consumption is lower, since it does not initiate a rotational movement of the crankshaft, but only influenced an existing rotational movement of the crankshaft in a suitable manner, in particular delayed.
  • the object underlying the invention is thus achieved, namely to show a method with which targeted - after stopping the engine - an advantageous for the restart of the engine, specifiable end position of the crankshaft can be approached in particular by starting so-called preferred positions, a fuel-saving restart is made possible.
  • Embodiments of the method in which a variable connecting rod with variable connecting rod length I is provided in each of the n cylinders are advantageous.
  • variable compression ratio E is controlled or changed by means of a motor control, since the motor control has, inter alia, knowledge about further useful for controlling the at least one additional control member operating parameters.
  • a model for the outlet movement of an internal combustion engine is described for example in the European patent application with the application number 03101379.0.
  • This model takes into account the actual kinetic energy of the drive train, the friction losses and / or 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 processing the measured data obtained (eg as a look-up table).
  • the current length of the cylinders or combustion chambers is influenced which, together with the piston area A K , determines the instantaneous combustion chamber volume, as stated above, and thus influence is also exerted on the gases present in the combustion chambers Currently available combustion chamber volume.
  • a variable-height piston makes it possible to change the length of the combustion chamber volume available to the gases.
  • Embodiments of the method in which a variable piston with variable piston height h P is provided in each of the n cylinders are advantageous.
  • all n cylinders have a variable compression ratio ⁇ , which increases the flexibility in starting the desired crankshaft position, as already described above in connection with the variable connecting rod.
  • a Kurbelwellekröpfung usually comprises two crank webs which are spaced from each other on the crankshaft, wherein between the crank webs spaced from the crankshaft, a crankshaft journal for receiving a connecting rod is arranged.
  • a variable Kurbelwellenkröpfung ie a Kurbelwellenkröpfung whose crankshaft journal is provided with a variable distance h Z to the crankshaft longitudinal axis, can be realized for example by means of variable in length crank arms.
  • Embodiments of the method in which all n crankshaft cranks are variably executed are advantageous.
  • all n cylinders have a variable compression ratio ⁇ , which increases the flexibility in starting the desired crankshaft position, as has already been described above in connection with the variable connecting rod and the variable piston.
  • This embodiment of the method is advantageous because starting a preferred position is favorable for a restart.
  • Such a method allows, for example, in internal combustion engines with direct injection starting without starter d. H. to start directly from standstill, for which only fuel injected into the combustion chambers of the stationary internal combustion engine and must be ignited by means of a spark plug.
  • the pressure building up in the combustion chamber during the compression phase retards the rotational motion of the crankshaft, i. like a braking torque.
  • the crankshaft invests work to compress into the gases in the cylinder and releases energy.
  • the discharge movement of the crankshaft is delayed and the discharge process is shortened when the compression ratio E is increased and thus the pressure level is raised.
  • the pressurized gas relaxes in the increasing combustion chamber.
  • Increasing the compression ratio E counteracts the degradation of the gas pressure, thereby increasing the torque applied to the crankshaft, which prolongs the coasting action of the crankshaft.
  • the pressure building up in the combustion chamber during the expansion phase acts on the rotational movement of the crankshaft, drivingly d. H. like a drive torque.
  • the expanding gases drive the crankshaft and thereby deliver energy to the crankshaft, i. E. the crankshaft absorbs energy.
  • Embodiments of the method in which the compression ratio E is reduced in the compression phase are advantageous in order to reduce the gas pressure prevailing in the cylinder.
  • the pressurized gas relaxes in the increasing combustion chamber. Reducing the compression ratio E promotes the reduction of the gas pressure, thereby reducing the torque applied to the crankshaft serving as the drive torque, which shortens the coasting operation of the crankshaft.
  • Embodiments of the method are advantageous in which the compression ratio E is increased in the intake phase in order to increase the gas pressure prevailing in the cylinder, whereby the torque transmitted by the gases to the crankshaft is increased.
  • the torque exerted on the crankshaft can be considered as a braking torque.
  • This braking torque is now deliberately reduced, both in the compression phase and in the expansion phase, in order to extend the outflow of the crankshaft and to influence the crankshaft position.
  • Figure 1 shows schematically a crank mechanism 1 of a first embodiment of an internal combustion engine, which is operated according to the proposed method for controlled parking.
  • the crank mechanism 1 comprises a piston 3, which forms with its piston head 9 a part of the combustion chamber inner wall and is guided axially in a cylinder tube 8, wherein the cylinder tube 8, the combustion chamber 2 laterally mitbe abstraction.
  • the piston 3 seals together with the piston rings 11 from the combustion chamber 2 against the crankcase 12, so that no combustion gases pass into the crankcase 12 and no oil enters the combustion chamber 2.
  • the piston 3 is articulated by means of a piston pin 10 with a connecting rod 4, wherein the connecting rod 4 is hinged at its other end to a crankshaft journal 15 of the crankshaft 13 ,
  • the gas forces with which the piston 3 is acted upon, are transmitted in this way via the piston pin 10 to the connecting rod 4 and from there to the crankshaft 13.
  • the torque exerted by the gas forces on the piston 3 and the connecting rod 4 on the crankshaft 13 is used to approach a predeterminable position of the crankshaft 13 after switching off the internal combustion engine.
  • the connecting rod 4 is provided with a variable connecting rod length I for realizing a variable compression ratio E.
  • the connecting rod length I is the distance between the small and large connecting rod along an imaginary line, the two connecting rods. connects the two ends of the connecting rod 4 with each other.
  • the small connecting rod eye serves to receive the piston pin 10, while the large connecting rod eye serves to receive the crankshaft bearing journal 15.
  • the connecting rod 4 comprises an upper connecting rod 5, which is pivotally connected to the piston 3, and a lower connecting rod 6 which is articulated to the crankshaft 13, wherein the upper connecting rod 5 and the lower connecting rod 6 are also hingedly connected to each other to be pivoted against each other in this way.
  • the connecting rod length I is changed by pivoting the upper and the lower connecting rod 5,6 against each other, ie by a more or less strong buckling of the two-piece connecting rod 4.
  • the setting of the compression ratio E takes place by means of a Anlenkstange 7 which is pivotally connected to the upper connecting rod 5 and is rotatably received on a mounted in the motor housing eccentric shaft.
  • the pressure of the gases in the combustion chamber 2 is influenced as a result of the change in the compression ratio E, so that the force exerted on the crankshaft 13 by the gases in the combustion chamber 2 is affected, this being Torque is controlled in such a way that the output after switching off the ignition and / or the fuel supply from the internal combustion engine to its standstill energy is consumed controlled by the controllable torque in such a way that the crankshaft 13 is stopped in a predeterminable position.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine.
Es soll ein Verfahren der oben genannten Art bereitgestellt werden, mit dem gezielt - nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine - eine für den Neustart der Brennkraftmaschine vorteilhafte, vorgebbare Endstellung der Kurbelwelle angefahren werden kann.
Erreicht wird dies durch eine Verfahren zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine mit n Zylindern und mit n Pleuelstangen (4), die mit ihrem einen Ende mit einem Kolben (3) gelenkig verbunden sind und zur Koppelung von Kolben (3) und Kurbelwelle (13) mit ihrem anderen Ende mit der Kurbelwelle (13) an einer Kurbelwellenkröpfung gelenkig verbunden sind, wobei die n Zylinder von einem Zylinderblock und einem Zylinderkopf mitbegrenzt sind und mindestens ein Zylinder ein variables Verdichtungsverhältnis ε aufweist, bei dem
  • ■ durch Vergrößern und/oder Verkleinern des Verdichtungsverhältnisses ε in mindestens einem Zylinder der Druck der in dem mindestens einen Zylinder befindlichen Gase beeinflußt wird, so daß ein von den in den n Zylindern befindlichen Gasen auf die Kurbelwelle (13) ausgeübtes Drehmoment beeinflußt wird, wobei dieses Drehmoment in der Art gesteuert wird, daß die nach Abschalten der Zündung und/oder der Kraftstoffzufuhr von der Brennkraftmaschine bis zu ihrem Stillstand abgegebene Energie mittels des steuerbaren Drehmomentes kontrolliert in der Weise verbraucht wird, daß die Kurbelwelle (13) in einer vorbestimmbaren Position angehalten wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine mit n Zylindern und mit n Pleuelstangen, die mit ihrem einen Ende mit einem Kolben gelenkig verbunden sind und zur Koppelung von Kolben und Kurbelwelle mit ihrem anderen Ende mit der Kurbelwelle an einer Kurbelwellenkröpfung gelenkig verbunden sind, wobei die n Zylinder von einem Zylinderblock und einem Zylinderkopf mitbegrenzt sind.
  • Aufgrund der begrenzten Ressourcen an fossilen Energieträgern, insbesondere aufgrund der begrenzten Vorkommen an Mineralöl als Rohstoff für die Gewinnung von Brennstoffen für den Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen, ist man bei der Entwicklung von Verbrennungsmotoren ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Dabei steht einerseits die verbesserte d.h. effektivere Verbrennung im Vordergrund der Bemühungen. Andererseits können aber auch bestimmte Strategien im Hinblick auf den grundsätzlichen Betrieb der Brennkraftmaschine zielführend sein.
  • Ein Konzept zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs eines Fahrzeuges besteht beispielsweise darin, die Brennkraftmaschine - statt sie im Leelauf weiter zu betreiben - abzuschalten, wenn kein momentaner Leistungsbedarf besteht. In der Praxis bedeutet dies, daß zumindest bei Fahrzeugstillstand die Brennkraftmaschine ausgeschaltet wird. Ein Anwendungsfall ist der Stop-and-Go-Verkehr, wie er sich beispielsweise im Stau auf Autobahnen und Landstraßen einstellt. Im innerstädtischen Verkehr ist der Stop-and-Go-Verkehr infolge der vorhandenen und nicht aufeinander abgestimmten Ampelanlagen nicht mehr die Ausnahme, sondern sogar die Regel. Weitere Anwendungsfälle bieten beschrankte Bahnübergänge und dergleichen.
  • Problematisch bei den Konzepten, welche zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs die Brennkraftmaschine bei fehlendem Bedarf abschalten, ist die Notwendigkeit die Brennkraftmaschine wieder zu starten. Probleme bereitet das Neustarten, weil bei unkontrolliertem Abstellen der Brennkraftmaschine, die Kurbel- und die Nockenwelle in einer beliebigen und zudem nicht bekannten Stellung zum Stehen kommen. Folglich ist die Position der Kolben in den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine ebenfalls nicht bekannt und dem Zufall überlassen. Diese Informationen sind aber für einen unkomplizierten und möglichst schnellen und damit kraftstoffsparenden Neustart unerläßlich.
  • Bei einer Brennkraftmaschine, die mit einer elektronisch geregelten Zündung und/oder einer elektronisch geregelten Einspritzung ausgestattet ist, liefern an der Kurbelwelle angeordnete Marker Signale über die Kurbelwinkelstellung an mit der Motorsteuerung verbundene Sensoren zur Steuerung des Zünd- und des Einspritzzeitpunktes. Zur Generierung dieser Signale ist es aber zunächst erforderlich, die Kurbelwelle in Drehung zu versetzen. Direkt zu Beginn des Neustarts und des Starts im allgemeinen besteht Unklarheit über den richtigen Einspritz- und Zündzeitpunkt, so daß eine Einlaufphase zur Synchronisation der Kurbelwinkelstellung einerseits und der Motorbetriebsparameter andererseits erforderlich wird. Zudem müssen Geräte zum Starten bzw. Neustarten der Brennkraftmaschine vorgesehen werden, beispielsweise ein konventioneller Anlasser oder ein ähnliches Gerät, das geeignet ist, die Kurbelwelle zwangsweise in Drehung zu versetzen, wie beispielsweise ein Elektromotor.
  • Um den Neustart zu vereinfachen, werden nach dem Stand der Technik verschiedene Konzepte vorgeschlagen.
  • Die deutsche Offenlegungsschrift DE 42 30 616 schlägt beispielsweise vor, die Winkellage der Kurbelwelle, welche beim Abschalten registriert wird, zu speichern und für den Neustart zu verwenden, so daß die geeigneten Zündzeitpunkte und Einspritzzeitpunkte unmittelbar zur Verfügung stehen. Diese Vorgehensweise hat sich aber in der Praxis nicht bewährt, da die gespeicherten Informationen über die Stellung der Kurbelwelle zu ungenau sind.
  • Andere Lösungsansätze präferieren - wie die vorliegende Erfindung auch - Verfahren zum kontrollierten Abstellen der Brennkraftmaschine. Das kontrollierte Abstellen besteht dabei darin, ganz bestimmte Kurbelwinkelpositionen - sogenannte Vorzugspositionen - bewußt beim Abschalten der Brennkraftmaschine anzufahren. Die Endstellung der Kurbelwelle wird dabei nicht mehr dem Zufall überlassen und mehr oder weniger genau registriert, sondern es werden gezielt für den Neustart vorteilhafte Kurbelwinkelstellungen herbeigeführt.
  • Bei Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung ist es bei geeigneter Kurbelwinkelstellung sogar ohne Starter möglich, aus dem Stillstand direkt zu starten bzw. neu zu starten. Dabei wird Kraftstoff direkt in die Brennräume der stillstehenden Brennkraftmaschine eingespritzt und mittels einer Zündkerze gezündet, so daß die Explosion des Luft-Kraftstoffgemisches die Kolben in Bewegung bringt, wodurch die Kurbelwelle in Drehung versetzt wird.
  • Diese Art des Startens bzw. Neustartens erfordert aber die Einhaltung bestimmter Randbedingungen. Insbesondere muß die Kurbelwelle - wie bereits erwähnt - in einer bestimmten Position bzw. in einem bestimmten Kurbelwinkelbereich stehen. Insofern sind gerade bei Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung Verfahren zum kontrollierten Abstellen zielführend.
  • Ein Verfahren zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine wird beispielsweise in der WO 01/48373 offenbart. Die WO 01/48373 lehrt die Anwendung eines Verfahrens, bei dem nach dem Abschalten d.h. nach Beendigung des regulären Betriebes der Brennkraftmaschine eine Verstellvorrichtung aktiviert und angesteuert wird, mit der die Kurbelwelle und/oder die Nockenwelle in eine vorgebbare vorteilhafte Winkelstellung bewegt wird. Dabei können sowohl aktive wie passive Verstellvorrichtungen zum Einsatz kommen.
  • Als aktive Verstellvorrichtung kann ein Elektromotor dienen, der ein Drehmoment auf die Kurbelwelle überträgt und diese nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine in die gewünschte Position dreht, welche dann bis zum Neustarten der Brennkraftmaschine beibehalten wird. In der WO 01/48373 werden auch aktive Verstellvorrichtungen beschrieben, welche Mittel zur Aktivierung der Einspritzung und Zündung der Brennkraftmaschine nach Beendigung ihres regulären Betriebes aufweisen. Diese Mittel werden eingesetzt, um gezielt Verbrennungsvorgänge in den Zylindern zu initiieren, mit denen ein bestimmtes Drehmoment auf die Kurbelwelle übertragen wird, so daß eine vorgebbare vorteilhafte Kurbelwinkelstellung angefahren werden kann.
  • Passive Verstellvorrichtungen können aber gemäß der WO 01/48373 ebenfalls eingesetzt werden, wobei diese passiven Verstellvorrichtungen nach Beendigung des regulären Betriebs der Brennkraftmaschine die im Nachlauf der Kurbelwelle noch vorhandene Drehbewegung ausnutzen und in der Art beeinflussen, daß die Kurbelwelle in der vorgegebenen vorteilhaften Kurbelwellenstellung zum Stillstand kommt. Als passive Verstellvorrichtung werden Mittel vorgeschlagen, die beispielsweise eine Gaswechselventilsteuerung umfassen, welche bei geeigneter Ansteuerung ein Bremsmoment auf die Brennkraftmaschine bzw. Kurbelwelle überträgt, so daß die Verzögerung der Welle und damit ihre Endstellung steuerbar wird.
  • Die in der WO 01/48373 aufgezeigten Verstellvorrichtungen weisen verschiedene Nachteile auf. Die aktiven Verstellvorrichtungen machen entweder zusätzliche Bauteile - wie unter Umständen noch nicht vorhandene Elektromotoren - zur Aufbringung eines Verstelldrehmomentes erforderlich, oder sie arbeiten wie bei der Initüerung gezielter Verbrennungsvorgänge zum Anfahren der vorgegebenen Kurbelwinkelstellung mittels einer zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung und -zündung. Gerade das letztgenannte Verfahren, welches die Verwendung von Kraftstoff erfordert, steht in krassem Gegensatz zu dem grundsätzlichen Ziel der Abschaltung der Brennkraftmaschine, nämlich durch das Abstellen der Brennkraftmaschine Kraftstoff zu sparen und damit den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeuges zu optimieren.
  • Ein Verfahren zur Auslaufsteuerung einer Brennkraftmaschine, bei dem gezielt die Gasaustauschventile der Brennkraftmaschine zur Ansteuerung der Vorzugspositionen verwendet werden, ist in der WO 01/44636 A2 beschrieben. Durch geeignete Ansteuerung d. h. durch geeignetes Öffnen und Schließen der Gasaustauschventile wird dabei Einfluß genommen auf den Brennraumdruck und damit auf das von den Gaskräften über den Kolben und die Pleuelstange auf die Kurbelwelle ausgeübte Drehmoment. Dieses Verfahren setzt aber eine Brennkraftmaschine voraus, die über eine zumindest teilweise variable Ventilsteuerung verfügt. Zudem ist eine komplexe und daher aufwendige Steuerung erforderlich.
  • Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine aufzuzeigen, mit dem gezielt - nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine - eine für den Neustart der Brennkraftmaschine vorteilhafte, vorgebbare Endstellung der Kurbelwelle angefahren werden kann und mit dem die nach dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine mit n Zylindern und mit n Pleuelstangen, die mit ihrem einen Ende mit einem Kolben gelenkig verbunden sind und zur Koppelung von Kolben und Kurbelwelle mit ihrem anderen Ende mit der Kurbelwelle an einer Kurbelwellenkröpfung gelenkig verbunden sind, wobei die n Zylinder von einem Zylinderblock und einem Zylinderkopf mitbegrenzt sind und mindestens ein Zylinder ein variables Verdichtungsverhältnis E aufweist, bei dem
    • ■ durch Vergrößern und/oder Verkleinern des Verdichtungsverhältnisses E in mindestens einem Zylinder der Druck der in dem mindestens einen Zylinder befindlichen Gase beeinflußt wird, so daß ein von den in den n Zylindern befindlichen Gasen auf die Kurbelwelle ausgeübtes Drehmoment beeinflußt wird, wobei dieses Drehmoment in der Art gesteuert wird, daß die nach Abschalten der Zündung und/oder der Kraftstoffzufuhr von der Brennkraftmaschine bis zu ihrem Stillstand abgegebene Energie mittels des steuerbaren Drehmomentes kontrolliert in der Weise verbraucht wird, daß die Kurbelwelle in einer vorbestimmbaren Position angehalten wird.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das von den Gaskräften über den Kolben und die Pleuelstange auf die Kurbelwelle ausgeübte Drehmoment genutzt, um nach Abschalten der Brennkraftmaschine die gewünschte Endstellung der Kurbelwelle anzufahren.
  • Hierzu wird das von den Gaskräften auf die Kurbelwelle ausgeübte Drehmoment in der Art beeinflußt, daß die nach Abschalten der Zündung und/oder der Kraftstoffzufuhr von der Brennkraftmaschine bis zu ihrem Stillstand abgegebene Energie mittels des steuerbaren Drehmoments kontrolliert in der Weise verbraucht wird, daß die Kurbelwelle in einer vorbestimmbaren Position angehalten wird.
  • Infolge der auch nach Abstellen der Brennkraftmaschine noch vorhandenen Drehbewegung der Kurbelwelle wird das in den n Zylindern der Brennkraftmaschine befindliche Gas während des Auslaufvorganges durch die in den Zylinderrohren nach wie vor oszillierenden Kolben weiterhin komprimiert, wobei das Gas bei abwärtsgehenden Kolben wieder expandiert.
  • Um den Brennraumdruck in den Zylindern und damit das auf die Kurbelwelle ausgeübte Drehmoment beeinflussen zu können, wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren das Verdichtungsverhältnis mindestens eines Zylinders variabel gestaltet.
  • Die Gaskräfte drücken den Kolben in Richtung Zylinderrohrlängsachse nach unten, wobei ausgehend vom oberen Totpunkt (OT) dem Kolben durch die Gaskräfte eine beschleunigte Bewegung aufgezwungen wird. Der Kolben, der mit seiner nach unten gerichteten Bewegung versucht, den Gaskräften auszuweichen, muß bei dieser abwärts gerichteten Bewegung die mit ihm gelenkig verbundene Pleuelstange mitnehmen. Hierzu leitet der Kolben die auf ihn wirkenden Gaskräfte über den Kolbenbolzen auf die Pleuelstange und versucht diese nach unten zu beschleunigen. Nähert sich der Kolben dem unteren Totpunkt (UT) wird er zusammen mit den mit ihm verbundenen Bauteilen, insbesondere der Pleuelstange, verzögert, um dann im unteren Totpunkt (UT) eine Bewegungsumkehr zu vollziehen. Die Wegstrecke, die der Kolben auf seinem Weg zwischen dem oberen Totpunkt (OT) und dem unterem Totpunkt (UT) im Zylinderrohr zurücklegt, wird als Kolbenhub s bezeichnet. Das Hubvolumen VH der Brennkraftmaschine ergibt sich aus der Anzahl n der Zylinder und der Kolbenfläche AK zu: V H = n ⋅ A K ⋅ s
    Figure imgb0001
     bzw. V H = n ⋅ V h   mit   V h = A K ⋅ s
    Figure imgb0002
    wobei Vh das Hubvolumen eines Zylinders ist.
  • Das Zylindervolumen VZ,OT entspricht dem sogenannten Kompressionsvolumen VC, wenn der Kolben sich im oberen Totpunkt (OT) befindet. Folglich ergibt sich das Zylindervolumen VZ,UT im unteren Totpunkt des Kolbens (UT) aus der Summe von Hubvolumen Vh und Kompressionsvolumen VC.
  • Das geometrische Verdichtungsverhältnis E einer Brennkraftmaschine ergibt sich dabei durch den Ausdruck: ε = 1 + V h / V C
    Figure imgb0003
  • Zur Beeinflussung des auf die Kurbelwelle übertragenen Drehmoments wird mindestens ein Zylinder mit einem variablen Verdichtungsverhältnis E versehen, wobei durch Verkleinern des Verdichtungsverhältnisses E der Druck der in dem mindestens einen Zylinder befindlichen Gase gesenkt und das von den Gasen auf die Kurbelwelle ausgeübte Drehmoment verkleinert wird.
  • Jeder Zylinder bzw. Brennraum wird seitlich durch den Zylinderkopf und den Zylinderblock, in denen ein Zylinderrohr ausgebildet bzw. angeordnet sein kann, und nach unten durch den Kolben, der axial beweglich in dem Zylinderrohr geführt wird, mitbegrenzt. Der Kolben dichtet zusammen mit den Kolbenringen den Brennraum gegen das Kurbelgehäuse ab. Nach oben wird der Brennraum durch den Zylinderkopf und die in dem Zylinderkopf angeordneten Steuerorgane, die üblicherweise als Hubventile ausgebildet sind, begrenzt.
  • Mit einem variablen Verdichtungsverhältnis E wird auf das momentane Brennraumvolumen und folglich auf den Druck der in dem Brennraum befindlichen Gase Einfluß genommen. Ein variables Verdichtungsverhältnis ε kann dabei auf unterschiedliche Weise realisiert werden, was noch näher im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen erläutert wird.
  • Durch die erfindungsgemäße Variation des Verdichtungsverhältnisses E zu dem Zweck, eine Brennkraftmaschine kontrolliert abzustellen, ist es nicht erforderlich, zusätzliche Verstellvorrichtungen, insbesondere aktive Verstellvorrichtung wie einen Elektromotor, vorzusehen, um nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine die Kurbelwelle in die gewünschte Position zu drehen, so wie dies in der WO 01/48373 vorschlagen wird.
  • In diesem Zusammenhang kann der mindestens eine Zylinder, der mit einem variablen Verdichtungsverhältnis E versehen wird, als passive Verstellvorrichtung angesehen werden, mit welcher das auf die Kurbelwelle ausgeübte Drehmoment bis zum Stillstand der Kurbelwelle gezielt beeinflußt wird. Im Vergleich zu einer aktiven Verstellvorrichtung bietet eine passive Verstellvorrichtung den Vorteil, daß ihr Energieverbrauch niedriger ist, da sie eine Drehbewegung der Kurbelwelle nicht initiiert, sondern lediglich eine vorhandene Drehbewegung der Kurbelwelle in geeigneter Weise beeinflußt, insbesondere verzögert.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine wird somit die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem gezielt - nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine - eine für den Neustart der Brennkraftmaschine vorteilhafte, vorgebbare Endstellung der Kurbelwelle angefahren werden kann, wobei insbesondere durch Anfahren sogenannter Vorzugspositionen ein kraftstoffsparender Neustart ermöglicht wird.
  • Weitere vorteilhafte Varianten des Verfahrens werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
    • ■ mindestens eine Pleuelstange in mindestens einem Zylinder zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses E mit einer veränderbaren Pleuellänge I versehen wird, und
    • ■ durch Vergrößern und Verkleinern der Pleuellänge I der mindestens einen Pleuelstange der Druck der in dem mindestens einen Zylinder befindlichen Gase infolge der Veränderung des Verdichtungsverhältnisses E beeinflußt wird, so daß ein von den in den n Zylindern befindlichen Gasen auf die Kurbelwelle ausgeübtes Drehmoment beeinflußt wird, wobei dieses Drehmoment in der Art gesteuert wird, daß die nach Abschalten der Zündung und/oder der Kraftstoffzufuhr von der Brennkraftmaschine bis zu ihrem Stillstand abgegebene Energie mittels des steuerbaren Drehmomentes kontrolliert in der Weise verbraucht wird, daß die Kurbelwelle in einer vorbestimmbaren Position angehalten wird.
  • Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen in jedem der n Zylinder eine variable Pleuelstange mit veränderbarer Pleuellänge I vorgesehen wird.
  • Wird in jedem der n Zylinder eine variable Pleuelstange vorgesehen, erhöht dies die Flexibilität bzw. die Möglichkeiten der Einflußnahme auf das von den Gaskräften auf die Kurbelwelle ausgeübte Drehmoment im Rahmen eines kontrollierten Abstellens der Brennkraftmaschine, denn jeder Zylinder ist anteilig an dem auf die Kurbelwelle übertragenen Drehmoment beteiligt, wobei die momentanen auf die Kolben ausgeübten Gaskräfte der n Zylinder unterschiedlich sein können, da die einzelnen Zylinder in der Regel um einen gewissen Kurbelwinkelbetrag versetzt arbeiten bzw. betrieben werden.
  • Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das variable Verdichtungsverhältnis E mittels einer Motorsteuerung gesteuert bzw. verändert wird, da die Motorsteuerung unter anderem Kenntnis über weitere für die Steuerung des mindestens einen zusätzlichen Steuerorgans nützliche Betriebsparameter hat.
  • Um präzise eine bestimmte Vorzugsposition der Kurbelwelle anfahren zu können, ist nämlich eine Vielzahl von Informationen notwendig bzw. hilfreich. Dabei kann auf alle bereits für die übliche Motorsteuerung gemessenen und/oder abgeleiteten Daten zurückgegriffen werden, insbesondere auf die Motordrehzahl, den Kurbelwellenwinkel, die Motortemperatur beziehungsweise eine hiermit korrelierende Temperatur wie die Kühlmitteltemperatur und/oder den Ansaugdruck im Ansaugkrümmer. Die genannten Größen haben erfahrungsgemäß den stärksten Einfluß auf die Auslaufbewegung der Brennkraftmaschine bzw. der Kurbelwelle.
  • Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es erforderlich bzw. hilfreich, zu ermitteln, wie viel kinetische Energie nach Abstellen der Brennkraftmaschine im Antriebstrang bzw. in der Kurbelwelle vorliegt.
  • Ein Modell für die Auslaufbewegung einer Brennkraftmaschine wird beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 03101379.0 beschrieben. Dieses Modell berücksichtigt die aktuelle kinetische Energie des Antriebsstranges, die Reibungsverluste und/oder die Kompressions- und Expansionsvorgänge in den Zylindern der Brennkraftmaschine. 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).
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
    • ■ der Zylinderblock zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses ε mit einer veränderbaren Zylinderblockhöhe hB versehen wird, und
    • ■ durch Vergrößern und Verkleinern der Zylinderblockhöhe hB der Druck der in den Zylindern befindlichen Gase infolge der Veränderung des Verdichtungsverhältnisses E beeinflußt wird, so daß ein von den in den n Zylindern befindlichen Gasen auf die Kurbelwelle ausgeübtes Drehmoment beeinflußt wird, wobei dieses Drehmoment in der Art gesteuert wird, daß die nach Abschalten der Zündung und/oder der Kraftstoffzufuhr von der Brennkraftmaschine bis zu ihrem Stillstand abgegebene Energie mittels des steuerbaren Drehmomentes kontrolliert in der Weise verbraucht wird, daß die Kurbelwelle in einer vorbestimmbaren Position angehalten wird.
  • Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
    • ■ der Zylinderkopf zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses E mit einer veränderbaren Zylinderkopfhöhe hK versehen wird, und
    • ■ durch Vergrößern und Verkleinern der Zylinderkopfhöhe hK der Druck der in den Zylindern befindlichen Gase infolge der Veränderung des Verdichtungsverhältnisses E beeinflußt wird, so daß ein von den in den n Zylindern befindlichen Gasen auf die Kurbelwelle ausgeübtes Drehmoment beeinflußt wird, wobei dieses Drehmoment in der Art gesteuert wird, daß die nach Abschalten der Zündung und/oder der Kraftstoffzufuhr von der Brennkraftmaschine bis zu ihrem Stillstand abgegebene Energie mittels des steuerbaren Drehmomentes kontrolliert in der Weise verbraucht wird, daß die Kurbelwelle in einer vorbestimmbaren Position angehalten wird.
  • Bei den beiden zuletzt genannten Ausführungsformen wird auf die momentane Länge der Zylinder bzw. Brennräume Einfluß genommen, die zusammen mit der Kolbenfläche AK, wie oben ausgeführt, das momentane Brennraumvolumen bestimmt, und damit wird auch Einfluß genommen auf das den in den Brennräumen befindlichen Gasen momentan zur Verfügung gestellte Brennraumvolumen.
  • Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
    • ■ mindestens ein Kolben in mindestens einem Zylinder zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses E mit einer veränderbaren Kolbenhöhe hP versehen wird, und
    • ■ durch Vergrößern und Verkleinern der Kolbenhöhe hP des mindestens einen Kolbens der Druck der in dem mindestens einen Zylinder befindlichen Gase infolge der Veränderung des Verdichtungsverhältnisses E beeinflußt wird, so daß ein von den in den n Zylindern befindlichen Gasen auf die Kurbelwelle ausgeübtes Drehmoment beeinflußt wird, wobei dieses Drehmoment in der Art gesteuert wird, daß die nach Abschalten der Zündung und/oder der Kraftstoffzufuhr von der Brennkraftmaschine bis zu ihrem Stillstand abgegebene Energie mittels des steuerbaren Drehmomentes kontrolliert in der Weise verbraucht wird, daß die Kurbelwelle in einer vorbestimmbaren Position angehalten wird.
  • Ein in der Höhe veränderbarer Kolben ermöglicht es, die Länge des den Gasen zur Verfügung stehenden Brennraumvolumens zu verändern.
  • Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen in jedem der n Zylinder ein variabler Kolben mit veränderbarer Kolbenhöhe hP vorgesehen wird. Damit verfügen alle n Zylinder über ein variables Verdichtungsverhältnis ε, was die Flexibilität beim Anfahren der gewünschten Kurbelwellenstellung erhöht, wie bereits weiter oben im Zusammenhang mit der variablen Pleuelstange ausgeführt wurde.
  • Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
    • ■ mindestens eine Kurbelwellenkröpfung der Kurbelwelle zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses E in mindestens einem Zylinder variabel ausgeführt wird d.h. mit einem variablen Abstand hZ zur Kurbelwellenlängsachse versehen wird, und
    • ■ durch Vergrößern und Verkleinern des Abstandes hz der mindestens einen Kröpfung der Druck der in dem mindestens einen Zylinder befindlichen Gase infolge der Veränderung des Verdichtungsverhältnisses E beeinflußt wird, so daß ein von den in den n Zylindern befindlichen Gasen auf die Kurbelwelle ausgeübtes Drehmoment beeinflußt wird, wobei dieses Drehmoment in der Art gesteuert wird, daß die nach Abschalten der Zündung und/oder der Kraftstoffzufuhr von der Brennkraftmaschine bis zu ihrem Stillstand abgegebene Energie mittels des steuerbaren Drehmomentes kontrolliert in der Weise verbraucht wird, daß die Kurbelwelle in einer vorbestimmbaren Position angehalten wird.
  • Eine Kurbelwellenkröpfung umfaßt in der Regel zwei Kurbelwangen, die beabstandet voneinander auf der Kurbelwelle angeordnet sind, wobei zwischen den Kurbelwangen beabstandet zur Kurbelwelle ein Kurbelwellenlagerzapfen zur Aufnahme einer Pleuelstange angeordnet ist.
  • Eine variable Kurbelwellenkröpfung d. h. eine Kurbelwellenkröpfung, deren Kurbelwellenlagerzapfen mit einem variablen Abstand hZ zur Kurbelwellenlängsachse versehen ist, kann beispielsweise mittels in der Länge veränderbarer Kurbelwangen verwirklicht werden.
  • Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen alle n Kurbelwellenkröpfungen variabel ausgeführt werden. Damit verfügen alle n Zylinder über ein variables Verdichtungsverhältnis ε, was die Flexibilität beim Anfahren der gewünschten Kurbelwellenstellung erhöht, wie bereits weiter oben im Zusammenhang mit der variablen Pleuelstange und dem variablen Kolben ausgeführt wurde.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die vorbestimmbare Position eine Vorzugsposition ist und die Kurbelwelle in dieser Vorzugsposition angehalten wird.
  • Diese Ausführungsform des Verfahrens ist vorteilhaft, weil das Anfahren einer Vorzugsposition günstig für einen Neustart ist.
  • Ein derartiges Verfahren gestattet beispielsweise bei Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung ein Starten ohne Starter d. h. direkt aus dem Stillstand zu starten, wofür lediglich Kraftstoff in die Brennräume der stillstehenden Brennkraftmaschine eingespritzt und mittels einer Zündkerze gezündet werden muß.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Verdichtungsverhältnis E vergrößert wird, um den Gasdruck in dem mindestens einen Zylinder zu erhöhen und das von den Gasen auf die Kurbelwelle ausgeübte Drehmoment zu vergrößern.
  • Während der Auslaufphase wirkt der sich im Brennraum während der Kompressionsphase aufbauende Druck auf die Drehbewegung der Kurbelwelle verzögernd d.h. wie ein Bremsmoment. Die Kurbelwelle investiert Arbeit zur Verdichtung in die im Zylinder befindlichen Gase und gibt dabei Energie ab. Die Auslaufbewegung der Kurbelwelle wird verzögert und der Auslaufvorgang verkürzt, wenn das Verdichtungsverhältnis E vergrößert und damit das Druckniveau angehoben wird.
  • Während der Expansionsphase entspannt sich das unter Druck stehende Gas im größer werdenden Brennraum. Ein Vergrößern des Verdichtungsverhältnisses E wirkt dem Abbau des Gasdrucks entgegen, wodurch das auf die Kurbelwelle ausgeübte Drehmoment vergrößert wird, was den Auslaufvorgang der Kurbelwelle verlängert. Während der Auslaufphase wirkt der sich im Brennraum während der Expansionsphase aufbauende Druck auf die Drehbewegung der Kurbelwelle antreibend d. h. wie ein Antriebsmoment. Die expandierenden Gase treiben die Kurbelwelle an und geben dabei Energie an die Kurbelwelle ab d.h. die Kurbelwelle nimmt Energie auf.
  • Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Verdichtungsverhältnis E verkleinert wird, um den Gasdruck in dem mindestens einen Zylinder zu senken und das von den Gasen auf die Kurbelwelle ausgeübte Drehmoment zu verkleinern.
  • Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen in der Kompressionsphase das Verdichtungsverhältnis E verkleinert wird, um den in dem Zylinder vorherrschenden Gasdruck zu senken.
  • Während der Kompressionsphase führt eine Verkleinerung des Verdichtungsverhältnisses E und die damit verbundene Reduzierung des Druckniveaus dazu, daß die Auslaufbewegung der Kurbelwelle weniger stark verzögert wird und der Auslaufvorgang weniger stark verkürzt wird. Zu berücksichtigen ist, daß in der Kompressionsphase das auf die Kurbelwelle ausgeübte Drehmoment wie ein Bremsmoment wirkt.
  • Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen in der Expansionsphase das Verdichtungsverhältnis E verkleinert wird, um den in dem Zylindern vorherrschenden Gasdruck zu senken.
  • Während der Expansionsphase entspannt sich das unter Druck stehende Gas im größer werdenden Brennraum. Ein Verkleinern des Verdichtungsverhältnisses E unterstützt den Abbau des Gasdrucks, wodurch das auf die Kurbelwelle ausgeübte Drehmoment, das als Antriebsmoment dient, verringert wird, was den Auslaufvorgang der Kurbelwelle verkürzt.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen in der Ansaugphase das Verdichtungsverhältnis E vergrößert wird, um den in dem Zylindern vorherrschenden Gasdruck zu erhöhen, wodurch das von den Gasen auf die Kurbelwelle übertragene Drehmoment vergrößert wird.
  • Beim Ansaugen wird im Brennraum des Zylinder durch den sich abwärts bewegenden Kolben ein Unterdruck erzeugt, wodurch Frischluft bzw. Frischgemisch aus dem Ansaugtrakt über das Einlaßventil angesaugt wird. Folglich zieht die auf den Kolben wirkende Gaskraft, die sich aus der Druckdifferenz zwischen Brennraum und Kurbelgehäuse ergibt, an dem Kolben in Richtung des oberen Totpunktes d.h. die resultierende Gaskraft wirkt der Abwärtsbewegung des Kolbens im Rahmen des Ansaugtaktes entgegen, was eine Verzögerung der Abwärtsbewegung bewirkt und einer Verringerung des Drehmomentes gleichkommt.
  • Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen das Verdichtungsverhältnis E - wenn der Druck der in dem mindestens einen Zylinder befindlichen Gase geringer ist als der Druck im Kurbelgehäuse - in der Kompressionsphase und/oder Expansionsphase vergrößert wird, um den in dem mindestens einen Zylinder vorherrschenden Gasdruck zu erhöhen, wodurch das von den Gasen auf die Kurbelwelle übertragene verzögernde Drehmoment betragsmäßig verkleinert wird.
  • Während der Auslaufbewegung der Brennkraftmaschine wirkt das durch die Gaskräfte ausgeübte Drehmoment sowohl in der Kompressionsphase als auch in der Expansionsphase verzögernd, wenn der Zylinderdruck den Kurbelgehäusedruck unterschreitet, wie dies weiter oben bereits im Zusammenhang mit der Beschreibung der Ansaugphase ausgeführt wurde.
  • Das auf die Kurbelwelle ausgeübte Drehmoment kann dabei als Bremsmoment betrachtet werden. Dieses Brems-Drehmoment wird nun sowohl in der Kompressionsphase als auch in der Expansionsphase gezielt verringert, um den Auslaufvorgang der Kurbelwelle zu verlängern und die Kurbelwellenstellung zu beeinflussen.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles gemäß der Figur 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
    • Fig. 1
    schematisch einen Kurbeltrieb einer ersten Ausführungsform einer Brennkraftmaschine.
  • Figur 1 zeigt schematisch einen Kurbeltrieb 1 einer ersten Ausführungsform einer Brennkraftmaschine, die gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren zum kontrollierten Abstellen betrieben wird.
  • Der Kurbeltrieb 1 umfaßt einen Kolben 3, der mit seinem Kolbenboden 9 einen Teil der Brennrauminnenwand bildet und axial in einem Zylinderrohr 8 geführt wird, wobei das Zylinderrohr 8 den Brennraum 2 seitlich mitbegrenzt. Zudem dichtet der Kolben 3 zusammen mit den Kolbenringen 11 den Brennraum 2 gegen das Kurbelgehäuse 12 ab, so daß keine Verbrennungsgase in das Kurbelgehäuse 12 gelangen und kein Öl in den Brennraum 2 gelangt.
  • Der Kolben 3 dient der Übertragung der durch die Verbrennung generierten Gaskräfte auf die Kurbelwelle 13. Hierzu ist der Kolben 3 mittels eines Kolbenbolzens 10 mit einer Pleuelstange 4 gelenkig verbunden, wobei die Pleuelstange 4 mit ihrem anderen Ende an einem Kurbelwellenlagerzapfen 15 der Kurbelwelle 13 angelenkt ist. Die Gaskräfte, mit denen der Kolben 3 beaufschlagt wird, werden auf diese Weise über den Kolbenbolzen 10 auf die Pleuelstange 4 und von dieser auf die Kurbelwelle 13 übertragen.
  • Durch die beschriebene Anordnung von Kolben 3, Kolbenbolzen 10 und Pleuelstange 4 wird gleichzeitig die ausschließlich oszillierende Bewegung des Kolbens 3 in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle 13 um die Kurbelwellenlängsachse 14 transformiert.
  • Erfindungsgemäß wird das von den Gaskräften über den Kolben 3 und die Pleuelstange 4 auf die Kurbelwelle 13 ausgeübte Drehmoment genutzt, um nach Abschalten der Brennkraftmaschine eine vorbestimmbare Position der Kurbelwelle 13 anzufahren.
  • Zur Beeinflussung des auf die Kurbelwelle 13 übertragenen Drehmomentes wird mindestens ein Zylinder mit einem variablen Verdichtungsverhältnis E ausgebildet. Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform wird die Pleuelstange 4 zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses E mit einer veränderbaren Pleuellänge I versehen. Die Pleuellänge I ist dabei der Abstand von kleinem und großem Pleuelauge entlang einer gedachten Linie, die die beiden Pleuelaugen d.h. die beiden Enden der Pleuelstange 4 miteinander verbindet. Das kleine Pleuelauge dient der Aufnahme des Kolbenbolzens 10, während das große Pleuelauge zur Aufnahme des Kurbelwellenlagerzapfens 15 dient.
  • Eine Möglichkeit, eine variable Pleuellänge I zu realisieren, besteht darin, die Pleuelstange 4 als zweiteilige Pleuelstange 4 auszuführen. Dabei umfaßt die Pleuelstange 4 ein oberes Pleuel 5, das mit dem Kolben 3 gelenkig verbunden ist, und ein unteres Pleuel 6, das an der Kurbelwelle 13 angelenkt ist, wobei das obere Pleuel 5 und das untere Pleuel 6 ebenfalls gelenkig miteinander verbunden sind, um auf diese Weise gegeneinander verschwenkt werden zu können. Die Pleuellänge I wird durch Verschwenken des oberen und des unteren Pleuels 5,6 gegeneinander d. h. durch ein mehr oder weniger starkes Knicken der zweiteiligen Pleuelstange 4 verändert.
  • Die Einstellung des Verdichtungsverhältnisses E erfolgt dabei mittels einer Anlenkstange 7, die verschwenkbar mit dem oberen Pleuel 5 verbunden ist und drehbar auf einer im Motorgehäuse gelagerten Exzenterwelle aufgenommen wird.
  • Durch Vergrößern und Verkleinern der Pleuellänge I der Pleuelstange 4 wird der Druck der in dem Brennraum 2 befindlichen Gasen infolge der Veränderung des Verdichtungsverhältnisses E beeinflußt, so daß das von den in dem Brennraum 2 befindlichen Gasen auf die Kurbelwelle 13 ausgeübte Drehmoment beeinflußt wird, wobei dieses Drehmoment in der Art gesteuert wird, daß die nach Abschalten der Zündung und/oder der Kraftstoffzufuhr von der Brennkraftmaschine bis zu ihrem Stillstand abgegebene Energie mittels des steuerbaren Drehmomentes kontrolliert in der Weise verbraucht wird, daß die Kurbelwelle 13 in einer vorbestimmbaren Position angehalten wird.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Kurbeltrieb
    2
    Brennraum
    3
    Kolben
    4
    Pleuelstange
    5
    oberes Pleuel
    6
    unteres Pleuel
    7
    Anlenkstange
    8
    Zylinderrohr
    9
    Kolbenboden
    10
    Kolbenbolzen
    11
    Kolbenringe
    12
    Kurbelgehäuse
    13
    Kurbelwelle
    14
    Kurbelwellenlängsachse, Drehachse
    15
    Kurbelwellenlagerzapfen
    AK
    Kolbenfläche
    ε
    Verdichtungsverhältnis
    hB
    Zylinderblockhöhe
    hK
    Zylinderkopfhöhe
    hP
    Kolbenhöhe
    hZ
    Abstand des Lagerzapfens der Kröpfung zur Kurbelwellenlängsachse
    I
    Pleuellänge
    n
    Anzahl der Zylinder
    OT
    oberer Totpunkt
    s
    Kolbenhub
    UT
    unterer Totpunkt
    VC
    Kompressionsvolumen
    Vh
    Hubvolumen eines Zylinders
    VH
    Hubvolumen der Brennkraftmaschine

Claims (12)

  1. Verfahren zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine mit n Zylindern und mit n Pleuelstangen (4), die mit ihrem einen Ende mit einem Kolben (3) gelenkig verbunden sind und zur Koppelung von Kolben (3) und Kurbelwelle (13) mit ihrem anderen Ende mit der Kurbelwelle (13) an einer Kurbelwellenkröpfung gelenkig verbunden sind, wobei die n Zylinder von einem Zylinderblock und einem Zylinderkopf mitbegrenzt sind und mindestens ein Zylinder ein variables Verdichtungsverhältnis E aufweist, bei dem
    ■ durch Vergrößern und/oder Verkleinern des Verdichtungsverhältnisses ε in mindestens einem Zylinder der Druck der in dem mindestens einen Zylinder befindlichen Gase beeinflußt wird, so daß ein von den in den n Zylindern befindlichen Gasen auf die Kurbelwelle (13) ausgeübtes Drehmoment beeinflußt wird, wobei dieses Drehmoment in der Art gesteuert wird, daß die nach Abschalten der Zündung und/oder der Kraftstoffzufuhr von der Brennkraftmaschine bis zu ihrem Stillstand abgegebene Energie mittels des steuerbaren Drehmomentes kontrolliert in der Weise verbraucht wird, daß die Kurbelwelle (13) in einer vorbestimmbaren Position angehalten wird.
  2. Verfahren zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    ■ mindestens eine Pleuelstange (4) in mindestens einem Zylinder zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses E mit einer veränderbaren Pleuellänge I versehen wird, und
    ■ durch Vergrößern und Verkleinern der Pleuellänge I der mindestens einen Pleuelstange (4) der Druck der in dem mindestens einen Zylinder befindlichen Gase infolge der Veränderung des Verdichtungsverhältnisses E beeinflußt wird, so daß ein von den in den n Zylindern befindlichen Gasen auf die Kurbelwelle (13) ausgeübtes Drehmoment beeinflußt wird, wobei dieses Drehmoment in der Art gesteuert wird, daß die nach Abschalten der Zündung und/oder der Kraftstoffzufuhr von der Brennkraftmaschine bis zu ihrem Stillstand abgegebene Energie mittels des steuerbaren Drehmomentes kontrolliert in der Weise verbraucht wird, daß die Kurbelwelle (13) in einer vorbestimmbaren Position angehalten wird.
  3. Verfahren zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    in jedem der n Zylinder eine variable Pleuelstange (4) mit veränderbarer Pleuellänge I vorgesehen wird.
  4. Verfahren zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    ■ der Zylinderblock zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses E mit einer veränderbaren Zylinderblockhöhe hB versehen wird, und
    ■ durch Vergrößern und Verkleinern der Zylinderblockhöhe hB der Druck der in den Zylindern befindlichen Gase infolge der Veränderung des Verdichtungsverhältnisses E beeinflußt wird, so daß ein von den in den n Zylindern befindlichen Gasen auf die Kurbelwelle (13) ausgeübtes Drehmoment beeinflußt wird, wobei dieses Drehmoment in der Art gesteuert wird, daß die nach Abschalten der Zündung und/oder der Kraftstoffzufuhr von der Brennkraftmaschine bis zu ihrem Stillstand abgegebene Energie mittels des steuerbaren Drehmomentes kontrolliert in der Weise verbraucht wird, daß die Kurbelwelle (13) in einer vorbestimmbaren Position angehalten wird.
  5. Verfahren zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    ■ der Zylinderkopf zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses E mit einer veränderbaren Zylinderkopfhöhe hK versehen wird, und
    ■ durch Vergrößern und Verkleinern der Zylinderkopfhöhe hK der Druck der in den Zylindern befindlichen Gase infolge der Veränderung des Verdichtungsverhältnisses E beeinflußt wird, so daß ein von den in den n Zylindern (1) befindlichen Gasen auf die Kurbelwelle (13) ausgeübtes Drehmoment beeinflußt wird, wobei dieses Drehmoment in der Art gesteuert wird, daß die nach Abschalten der Zündung und/oder der Kraftstoffzufuhr von der Brennkraftmaschine bis zu ihrem Stillstand abgegebene Energie mittels des steuerbaren Drehmomentes kontrolliert in der Weise verbraucht wird, daß die Kurbelwelle (13) in einer vorbestimmbaren Position angehalten wird.
  6. Verfahren zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    ■ mindestens ein Kolben (3) in mindestens einem Zylinder zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses E mit einer veränderbaren Kolbenhöhe hP versehen wird, und
    ■ durch Vergrößern und Verkleinern der Kolbenhöhe hP des mindestens einen Kolbens (3) der Druck der in dem mindestens einen Zylinder befindlichen Gase infolge der Veränderung des Verdichtungsverhältnisses E beeinflußt wird, so daß ein von den in den n Zylindern befindlichen Gasen auf die Kurbelwelle (13) ausgeübtes Drehmoment beeinflußt wird, wobei dieses Drehmoment in der Art gesteuert wird, daß die nach Abschalten der Zündung und/oder der Kraftstoffzufuhr von der Brennkraftmaschine bis zu ihrem Stillstand abgegebene Energie mittels des steuerbaren Drehmomentes kontrolliert in der Weise verbraucht wird, daß die Kurbelwelle (13) in einer vorbestimmbaren Position angehalten wird.
  7. Verfahren zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    in jedem der n Zylinder ein variabler Kolben (3) mit veränderbarer Kolbenhöhe hP vorgesehen wird.
  8. Verfahren zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine nach einem
    der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    ■ mindestens eine Kurbelwellenkröpfung der Kurbelwelle (13) zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses E in mindestens einem Zylinder variabel ausgeführt wird d.h. mit einem variablen Abstand hZ zur Kurbelwellenlängsachse (14) versehen wird, und
    ■ durch Vergrößern und Verkleinern des Abstandes hZ der mindestens einen Kröpfung der Druck der in dem mindestens einen Zylinder befindlichen Gase infolge der Veränderung des Verdichtungsverhältnisses E beeinflußt wird, so daß ein von den in den n Zylindern befindlichen Gasen auf die Kurbelwelle (13) ausgeübtes Drehmoment beeinflußt wird, wobei dieses Drehmoment in der Art gesteuert wird, daß die nach Abschalten der Zündung und/oder der Kraftstoffzufuhr von der Brennkraftmaschine bis zu ihrem Stillstand abgegebene Energie mittels des steuerbaren Drehmomentes kontrolliert in der Weise verbraucht wird, daß die Kurbelwelle (13) in einer vorbestimmbaren Position angehalten wird.
  9. Verfahren zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    alle n Kurbelwellenkröpfungen variabel ausgeführt werden.
  10. Verfahren zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    ■ die vorbestimmbare Position eine Vorzugsposition ist und die Kurbelwelle (13) in dieser Vorzugsposition angehalten wird.
  11. Verfahren zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Verdichtungsverhältnis E vergrößert wird, um den Gasdruck in dem mindestens einen Zylinder zu erhöhen und das von den Gasen auf die Kurbelwelle (13) ausgeübte Drehmoment zu vergrößern.
  12. Verfahren zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Verdichtungsverhältnis E verkleinert wird, um den Gasdruck in dem mindestens einen Zylinder zu senken und das von den Gasen auf die Kurbelwelle (13) ausgeübte Drehmoment zu verkleinern.
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