EP2337946B1 - Verfahren und vorrichtung einer start-stopp-steuerung für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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EP2337946B1
EP2337946B1 EP09782229.0A EP09782229A EP2337946B1 EP 2337946 B1 EP2337946 B1 EP 2337946B1 EP 09782229 A EP09782229 A EP 09782229A EP 2337946 B1 EP2337946 B1 EP 2337946B1
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EP
European Patent Office
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internal combustion
combustion engine
time
rotational speed
starter
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Markus Roessle
Ewald Mauritz
Falco Sengebusch
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SEG Automotive Germany GmbH
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SEG Automotive Germany GmbH
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    • F02N11/0855—Circuits or control means specially adapted for starting of engines characterised by means for controlling the engagement or disengagement between engine and starter, e.g. meshing of pinion and engine gear during engine shutdown or after engine stop before start command, e.g. pre-engagement of pinion
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    • 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
    • F02N2300/102—Control of the starter motor speed; Control of the engine speed during cranking

Definitions

  • the invention relates to a method of a control for a start-stop operation of an internal combustion engine in a motor vehicle, wherein the controller drives a starting device with a starter motor and a Einspurvoriques to start the engine and perform a start-stop operation, wherein the rotational speed and the position of a crankshaft are detected by the internal combustion engine by means of a detector device.
  • the invention further relates to a computer program product and to a controller for a start-stop operation of the internal combustion engine in a motor vehicle, wherein the internal combustion engine is startable by means of an electric machine as a starter motor and the controller has a microcomputer with a program memory to the starter motor with a Einspurvorraum for tracking a starter pinion defined in the ring gear of an internal combustion engine to control.
  • an internal combustion engine is started by means of a starter motor drivable starter pinion, which is meshed in a ring gear of an internal combustion engine.
  • a starter motor drivable starter pinion which is meshed in a ring gear of an internal combustion engine.
  • the DE 10 2006 039 112 A1 describes a method for determining the speed of the starter for a motor vehicle engine. It is further described that the starter motor includes its own starter controller to calculate the speed of the starter and to accelerate the starter pinion from the starter motor first without engagement in a start-stop operation, when a self-starting of the engine due to decreased speed is no longer is possible.
  • the starter pinion is engaged at synchronous speed in the ring gear of the expiring internal combustion engine.
  • the EP 1 041 275 B1 describes a starting device for starting a ring gear of an internal combustion engine by means of a starter motor driven by a starter pinion. To avoid a risk of overloading the individual teeth of the starter pinion or the ring gear, which interact, the starter motor is first switched off after the beginning of the lane and driven after a sufficiently deep meshing of the starter motor with partial loads and then with full loads.
  • the JP 2005 330813 A shows a method for controlling a start-stop operation of an internal combustion engine in a motor vehicle, wherein a starting device with a starter motor and a Einspurvor substances is driven to start the engine and perform a start-stop operation, wherein the rotational speed and the position of the crankshaft is detected, wherein after switching off the engine, a time is determined for meshing in a ring gear.
  • the post-published WO 2010/015449 A1 describes a method with which the course of the speed can be predicted as accurately as possible with expiring internal combustion engine, so as to determine as precisely as possible the time at which the starter pinion can be meshed with the same speed as the crankshaft in the sprocket.
  • the rotational speed of the internal combustion engine is determined in each case at top dead centers ZOT, and the drop in the kinetic energy or the rotational speed of the internal combustion engine is calculated over time.
  • An idea of the invention is to take into account a characteristic speed curve during the coasting of an internal combustion engine for meshing the starter pinion in the ring gear of the internal combustion engine and thus cause a lower noise when meshing and less wear. Furthermore, the meshing operation is surely carried out successfully.
  • the object is achieved in that after switching off the engine, a time is determined for meshing in a ring gear of a leaking internal combustion engine.
  • a characteristic leakage behavior according to which there are Einspurzeitmen, which are favorable because the speed does not change rapidly in time and there are again certain time intervals in which the speed changes very rapidly decreasing and therefore a time is less favorable for meshing.
  • a point in time for meshing is determined after the internal combustion engine has been switched off, in which the internal combustion engine has a running speed that is constant within a certain tolerance range.
  • the noise is reduced and minimizes wear during meshing.
  • the speed for a predetermined Einspurzeittician in advance of the expiring internal combustion engine from at least two preferred characteristic, speed values, in particular at ignitable top dead center of cylinders of the internal combustion engine, calculated.
  • current influences that influence the run-out behavior of the internal combustion engine such as temperature or changing friction coefficients are taken into account.
  • By predicting the rotational speed based on characteristic rotational speed values it is possible by means of a simple method and few data values to determine a rotational speed for a predetermined time for meshing the internal combustion engine and to control the starter motor such that the rotational speed difference between the starter pinion and the sprocket is minimized.
  • a point in time within a tolerance range shortly before or shortly after an ignitable top dead center of the internal combustion engine is calculated as the point in time for the starter pinion to engage, in which the speed of the internal combustion engine has a substantially small change in the rotational speed over time.
  • Such a so-called plateau phase has in a certain time window shortly before and after a top dead center in a certain tolerance range so small speed changes an expiring internal combustion engine.
  • a Einspurzeittician in this time window of a plateau phase is therefore preferred.
  • a piston in a cylinder of an internal combustion engine minimizes its speed when it comes to the top ignition dead centers (ZOT), since air in the cylinder is compressed. After overcoming the dead center, the piston is accelerated again by compressed air, so that the speed increases slightly or decreases less rapidly. This period of time can be regarded as constant within a certain tolerance range and be referred to as a plateau.
  • the starter motor is now energized so that it accelerates the starter pinion to a predetermined speed at the time of such a plateau and thus the starter pinion is einspurbar at a predetermined time.
  • the starter motor in time after a time t 1 , which corresponds to switching off the internal combustion engine, energized for meshing at a time t 2 and accelerated to a predicted speed.
  • the starter pinion is meshed in a time-speed window of the internal combustion engine by the speed of the internal combustion engine in a time-speed map forms a plateau.
  • the Einspurvorutter is energized at a time t 3 to civilspuren at the time t 4, the starter pinion in the sprocket with substantially the same at rotational speed in a time-speed window with a speed plateau of the engine.
  • the time t 3 is calculated in advance.
  • a new time t 40 is determined in which the starter pinion in the ring gear of the internal combustion engine with a defined Speed is Lucasspurt.
  • the time is adapted to the speed of the starter motor to constructivespuren the starter pinion in a rotating, leaking sprocket of an internal combustion engine.
  • the computer program product has the advantage that it requires no additional components in the vehicle, but can be implemented as a module in an already existing control in the vehicle.
  • the computer program product may be provided, for example, in the motor control, a separate own control or in a starter control, as a physical medium in the form of a semiconductor memory.
  • the computer program product has the further advantage of being easily adaptable to individual specific customer needs, as well as of improving the operational strategy through improved empirical values.
  • the object is also achieved with a control with detection device and meshing device according to claim 7.
  • the controller may be formed either in a motor control or in a separate control, for example as a starter control.
  • the controller is in information contact with the motor controller via a bus system or other suitable connection to obtain current speed values.
  • the control has the further advantage that it is already substantially provided for the execution of a start-stop operation in a vehicle and thus can be used by slight changes to implement the present invention.
  • the Fig. 1 shows a schematic circuit diagram of all the essential drive components for carrying out the method according to the invention.
  • An internal combustion engine 1 with cylinders 11, 12, 13, 14 has a crankshaft 2, by means of which the internal combustion engine 1 is started.
  • a gear 3 with teeth and at least one gap as synchronizing mark is located asymmetrically at one end of the crankshaft 2 in order to detect the crankshaft position and the rotational speed with a stationary mounted detector device 4.
  • the detector device 4 is connected to a motor controller 5.
  • the engine control 5 has further actuators and sensors on the internal combustion engine 1 in order to control the internal combustion engine 1 in a defined manner.
  • the internal combustion engine 1 is started by means of a toothed rim 6 attached to the crankshaft 2 by a starting device 7.
  • the starting device 7 comprises a starter motor 8 with an axially movable starter pinion 9 for meshing in the ring gear 6.
  • the starter pinion 9 is moved axially on a starter axis of the starter motor 8 in a trained as Einspurrelais Einspurvorides 10.
  • the meshing device 10 and the starter motor 8 are controlled by a starter control 15.
  • the starter control 15 can drive the Einspurvorides 10 regardless of the energization of the starter motor 8 via electronic circuit breakers and at least one switch relay defined.
  • the controller 15 comprises a microcomputer 16 with a program memory 17 in that a computer program product according to the invention is stored, for example in the form of a semiconductor memory.
  • the starter controller 15 is in information contact with the microcomputer 16 via a conventional bus system 19, for example, to obtain information for performing start-stop operation.
  • the Fig. 2 shows a flowchart with a flow according to a method of the invention.
  • a step S1 the engine 1 is turned off due to cut-off conditions detected by the engine controller 5.
  • the switch-off conditions are communicated to the microcomputer 16 via a conventional bus system 19 of the starter control 15.
  • the engine control receives the starter control in a step S2, the rotational speed and the crankshaft position of the internal combustion engine, so that it calculates a suitable timing for meshing the starter pinion 9 in the ring gear 6 of the internal combustion engine 1 and determines according to a calculation algorithm in a step S3.
  • the speed is preferably measured from a few data, in particular characteristic data, for example the ignitable top dead center ZOTs of the internal combustion engine 1 in the outgoing state. From at least two of these values, an ignitable top dead center ZOT is selected according to the invention in order to insert the starter pinion 9 into the toothed rim 6.
  • the time is chosen slightly after the ignitable top dead center ZOT, approximately in the middle of a time window in a tolerance range in which the change in the speed of the internal combustion engine 1 over a period of for example 5 milliseconds is very small and the speed even in the range of slightly increased by about 5 milliseconds. This area is also called the plateau of the speed.
  • crankshaft position and the rotational speed are further measured and interrogated and, if appropriate, the time for meshing is corrected.
  • step S4 the starter motor 8 is energized at a time t 2 in order to be able to engage the starter pinion 9 with a substantially identical rotational speed W in the ring gear of the internal combustion engine 1 at the defined time t 4 .
  • a query step A2 the speed and the crankshaft position are further queried as to whether the predicted time is still correct and, if appropriate, adapted to the newly measured values.
  • step S5 the speed of the starter motor 1 is checked in step S5 and adjusted if necessary.
  • step S6 the Einspurvorutter 10 is energized at a time t 3 to within a predetermined Einspurzeit or reaction time of the Einspurvorides the starter pinion 9 for precalculated Einspurzeitddling t 4 in the desired tolerance range with a small change in the decreasing, expiring speed of the crankshaft 2 the Engage starter pinion 9 in the ring gear 6.
  • a start request is detected by the engine controller 5. If this is the case, the internal combustion engine 1 is started in a step S7, in which the starter motor 8 is energized more, optionally with a maximum cranking current.
  • the starter motor 8 continues to run in the engaged state with the internal combustion engine 1 until it is possibly at a standstill.
  • the process returns to the interrogation step A0 again and repeats in the loop until a start-up request is detected, so that the internal combustion engine is restarted due to a short-term stop.
  • the Fig. 3 shows a time-speed characteristic K2 of a crankshaft 2 of an internal combustion engine 1 and the rotational speed of the starter motor 8.
  • a time t 1 the internal combustion engine is turned off.
  • the speed of the crankshaft runs according to the Figure 3 with a high temporal resolution, according to a very characteristic curve. Larger stages result in increasingly greater time intervals, in which the rotational speed is first decelerated due to passage of a piston in the individual cylinders in the ignitable top dead centers ZOT and then accelerated again after compression of air in the cylinder.
  • the rotational speed is first decelerated due to passage of a piston in the individual cylinders in the ignitable top dead centers ZOT and then accelerated again after compression of air in the cylinder.
  • the pre-calculated Einspurzeittician t 4 is placed.
  • the starter motor 8 is energized and accelerated at a currently proportional speed according to the characteristic S8.
  • the Einspurvortechnisch 10 is energized to the Starterritzel 8 in time in the time and speed window Z1, D1 einuspuren in the so-called speed plateau P1.
  • the noises for meshing and wear are extremely low.
  • the availability for restarting the internal combustion engine is given much earlier before a standstill of the crankshaft 2.
  • the starter pinion 9 is meshed with great certainty and is not repelled by the Einspurvorraum 10 due to, for example, a too large speed difference by a tooth-on-tooth position against the driving direction.
  • the Fig. 3 shows also the possible speed difference of the speed S8 from the starter motor 8 at the beginning of the speed plat P1 of the internal combustion engine 1 by an arrow S8-N and at the end of the speed plateau at time t 5 , when the speed of the internal combustion engine is braked again reinforced.
  • the speed difference of the starter motor 8 of the rotational speed of the internal combustion engine 1 is represented by an arrow S8 + N.
  • the time t 2 and the time t 3 coincides in this particular embodiment with the beginning of the speed plateau P1. All figures show only schematic not to scale representations. Incidentally, reference is made in particular to the drawings for the invention as essential.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren einer Steuerung für einen Start-Stopp-Betrieb einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, wobei die Steuerung eine Startvorrichtung mit einem Startermotor und einer Einspurvorrichtung ansteuert, um die Brennkraftmaschine zu starten und einen Start-Stopp-Betrieb auszuführen, wobei die Drehzahl und die Position einer Kurbelwelle von der Brennkraftmaschine mittels einer Detektorvorrichtung erfasst wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Computerprogrammprodukt sowie auf eine Steuerung für einen Start-Stopp-Betrieb der Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, wobei die Brennkraftmaschine mittels einer elektrischen Maschine als Startermotor startbar ist und die Steuerung einen Mikrocomputer mit einem Programmspeicher aufweist, um den Startermotor mit einer Einspurvorrichtung zum Einspuren eines Starterritzels in den Zahnkranz einer Brennkraftmaschine definiert anzusteuern.
  • Es ist bekannt, zur Einsparung von Kraftstoff und Emissionen die Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug durch eine Motorsteuerung beispielsweise an Ampeln oder an anderen Verkehrshindernissen, die zu einem kurzfristigen Stopp zwingen, nach bestimmten Abschaltbedingungen, insbesondere nach einem bestimmten Zeitablauf auszuschalten. Gewöhnlicher Weise wird eine Brennkraftmaschine mittels eines von einem Startermotor antreibbaren Starterritzels gestartet, das in einen Zahnkranz einer Brennkraftmaschine eingespurt wird. Für eine solche Konstruktion der Brennkraftmaschine, die mit Hilfe eines Starterritzels gestartet wird, gibt es für einen Wiederstart Mindestzeiten, die abgewartet werden müssen, bis die Brennkraftmaschine wieder gestartet werden kann.
  • Aus der DE 10 2006 011 644 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung mit einem Starterritzel und einem Zahnkranz einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei die Drehzahl des Zahnkranzes und des Starterritzels ermittelt werden, um das Starterritzel nach dem Ausschalten der Brennkraftmaschine mit im Wesentlichen gleicher Drehzahl beim Auslaufen der Brennkraftmaschine einzuspuren. Das Starterritzel bleibt bis zum Andrehen der Brennkraftmaschine in einem eingespurten Zustand.
  • Die DE 10 2006 039 112 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen der Drehzahl des Starters für einen Kfz-Verbrennungsmotor. Es wird ferner beschrieben, dass der Startermotor ein eigenes Starter-Steuergerät umfasst, um die Drehzahl des Starters zu berechnen und in einem Start-Stopp-Betrieb das Starterritzel vom Startermotor zuerst ohne Einspuren zu beschleunigen, wenn ein Selbststart des Verbrennungsmotors aufgrund gesunkener Drehzahl nicht mehr möglich ist. Das Starterritzel wird mit synchroner Drehzahl in den Zahnkranz des auslaufenden Verbrennungsmotors eingerückt.
  • Die EP 1 041 275 B1 beschreibt eine Startvorrichtung zum Andrehen von einem Zahnkranz einer Brennkraftmaschine mittels eines von einem Startermotor antreibbaren Starterritzels. Um eine Gefahr der Überlastung der einzelnen Zähne des Starterritzels oder des Zahnkranzes, die aufeinander wirken, zu vermeiden, wird der Startermotor nach dem Beginn des Einspurens zunächst abgeschaltet und nach einem ausreichend tiefen Einspuren der Startermotor zunächst mit Teillasten und anschließend mit Volllasten angetrieben.
  • Die JP 2005 330813 A zeigt ein Verfahren zum Steuern eines Start-Stopp-Betriebs einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, wobei eine Startvorrichtung mit einem Startermotor und einer Einspurvorrichtung angesteuert wird, um die Brennkraftmaschine zu starten und einen Start-Stopp-Betrieb auszuführen, wobei die Drehzahl und die Position der kurbelwelle erfasst wird, wobei nach Ausschalten der Brennkraftmaschine ein Zeitpunkt zum Einspuren in einen Zahnkranz bestimmt wird.
  • Die nachveröffentlichte WO 2010/015449 A1 beschreibt ein Verfahren, mit dem der Verlauf der Drehzahl bei auslaufender Brennkraftmaschine möglichst genau prädiziert werden kann, um so möglichst genau den Zeitpunkt zu ermitteln, mit dem das Starterritzel mit gleicher Drehzahl wie die Kurbelwelle in den Zahnkranz eingespurt werden kann. Um den Verlauf der Drehzahl möglichst präzise zu ermitteln, wird die Drehzahl der Brennkraftmaschine jeweils in oberen Totpunkten ZOT ermittelt, und der Abfall der kinetischen Energie bzw. der Drehzahl der Brennkraftmaschine über der Zeit berechnet.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt und eine Steuerung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, um einen Fahrzeugkomfort im Start-Stopp-Betrieb zu verbessern und das Einspuren eines Starterritzels in den Zahnkranz mit auslaufender Drehzahl mit reduziertem Geräusch und Verschleiß zu realisieren.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1, 7 und 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Ein Erfindungsgedanke ist, einen charakteristischen Drehzahlverlauf beim Auslaufen einer Brennkraftmaschine zum Einspuren des Starterritzels in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine zu berücksichtigen und somit ein geringeres Geräusch beim Einspuren und einen geringeren Verschleiß hervorzurufen. Ferner wird der Einspurvorgang sicher mit Erfolg ausgeführt.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass nach Ausschalten der Brennkraftmaschine ein Zeitpunkt zum Einspuren in einen Zahnkranz einer auslaufenden Brennkraftmaschine bestimmt wird. Nach dem Ausschalten der Brennkraftmaschine gibt es ein charakteristisches Auslaufverhalten, gemäß dem es Einspurzeitpunkte gibt, die günstig sind, weil die Drehzahl sich zeitlich gesehen nicht schnell ändert und es wiederum bestimmte Zeitintervalle gibt, in denen sich die Drehzahl sehr schnell abnehmend ändert und deshalb ein Zeitpunkt zum Einspuren ungünstiger ist.
  • Erfindungsgemäß wird somit nach dem Ausschalten der Brennkraftmaschine ein Zeitpunkt zum Einspuren bestimmt, in dem die Brennkraftmaschine eine in einem gewissen Toleranzbereich konstante, auslaufende Drehzahl aufweist. Somit ist die Geräuschentwicklung reduziert und der Verschleiß beim Einspuren minimiert.
  • Gemäß einem die Erfindung weiterbildenden Verfahren wird die Drehzahl für einen vorbestimmten Einspurzeitpunkt im Voraus der auslaufenden Brennkraftmaschine aus mindestens zwei bevorzugten charakteristischen, Drehzahlwerten, insbesondere an zündbaren oberen Totpunkten von Zylindern der Brennkraftmaschine, berechnet. Somit werden gegenwärtige Einflüsse, die auf das Auslaufverhalten der Brennkraftmaschine Einfluss nehmen, wie beispielsweise Temperatur oder sich ändernde Reibwerte berücksichtigt. Durch die Vorausberechnung der Drehzahl aufgrund von charakteristischen Drehzahlwerten ist es mittels eines einfachen Verfahrens und wenigen Datenwerten möglich, eine Drehzahl für einen vorbestimmten Zeitpunkt zum Einspuren der Brennkraftmaschine zu bestimmen und den Startermotor so anzusteuern, dass die Drehzahldifferenz zwischen Starterritzel und Zahnkranz minimiert klein ist.
  • Erfindungsgemäß wird als Zeitpunkt zum Einspuren des Starterritzels ein Zeitpunkt in einem Toleranzbereich kurz vor oder kurz nach einem zündbaren oberen Totpunkt der Brennkraftmaschine berechnet wird, in dem die Drehzahl die Brennkraftmaschine eine, im Wesentlichen kleine Änderung der Drehzahl über die Zeit aufweist. Eine solche sogenannte Plateauphase weist in einem bestimmten Zeitfenster kurz vor und nach einem oberen Totpunkt in einem bestimmten Toleranzbereich also kleine Drehzahländerungen einer auslaufenden Brennkraftmaschine auf. Ein Einspurzeitpunkt in diesem Zeitfenster einer Plateau-Phase ist also bevorzugt. Ein Kolben in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine minimiert seine Geschwindigkeit, wenn er an den oberen Zünd-Totpunkten (ZOT) kommt, da Luft im Zylinder komprimiert wird. Nach dem Überwinden des Totpunkts wird der Kolben durch komprimierte Luft wieder beschleunigt, so dass die Drehzahl leicht zunimmt, bzw. weniger schnell abfällt. Diese Zeitdauer kann in einem gewissen Toleranzbereich als konstant angesehen werden und als Plateau bezeichnet werden.
  • Bevorzugt wird der Startermotor nun derart bestromt, dass er im Zeitpunkt eines solchen Plateaus das Starterritzel auf eine voraus bestimmte Drehzahl beschleunigt und somit das Starterritzel zu einem vorbestimmten Zeitpunkt einspurbar ist.
  • Um elektrische Energie zu sparen und das Bordnetz nicht stark zu belasten, wird gemäß einem weiter bevorzugten Verfahren der Startermotor zeitlich nach einem Zeitpunkt t1, der dem Ausschalten der Brennkraftmaschine entspricht, zum Einspuren zu einem Zeitpunkt t2 bestromt und auf eine vorausberechnete Drehzahl beschleunigt.
  • Gemäß einem weiter bevorzugten Verfahren wird das Starterritzel in einem Zeit-Drehzahl-Fenster der Brennkraftmaschine eingespurt, indem die Drehzahl der Brennkraftmaschine in einem Zeit-Drehzahl-Kennfeld ein Plateau ausbildet. Dies hat wie oben bereits erläutert, den Vorteil, dass die Drehzahl des vom Startermotor angetriebenen Starterritzels besser angeglichen werden kann und die Drehzahl der Brennkraftmaschine zu einer beschleunigten Drehzahl vom Startermotor parallel auch beschleunigt, wenn das Einspuren kurz nach dem zündbaren oberen Totpunkt vorgesehen ist.
  • Weiter bevorzugt wird die Einspurvorrichtung zu einem Zeitpunkt t3 bestromt, um zum Zeitpunkt t4 das Starterritzel in den Zahnkranz mit im Wesentlichen gleicher auf Umlaufgeschwindigkeit in einem Zeit-Drehzahl-Fenster mit einem Drehzahl-Plateau der Brennkraftmaschine einzuspuren. Der Zeitpunkt t3 ist im Voraus berechnet.
  • Um einen möglichst breiten Anwendungsbereich zu ermöglichen, wird gemäß einem alternativen Verfahren, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine zu einem letzten Plateau oberhalb der maximalen Drehzahl des Startermotors liegt, ein neuer Zeitpunkt t40 bestimmt, in dem das Starterritzel in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine mit einer definierten Drehzahl eingespurt wird. Somit wird der Zeitpunkt an die Drehzahl des Startermotors angepasst, um das Starterritzel in einen sich drehenden, auslaufenden Zahnkranz einer Brennkraftmaschine einzuspuren. Durch ein Einspuren des Starterritzels in den Zahnkranz einer auslaufenden Brennkraftmaschine ist im Start-Stopp-Betrieb die Verfügbarkeit zum Starten der Brennkraftmaschine schneller gegeben.
  • Die Aufgabe wird auch durch ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 8 gelöst.
  • Das Computerprogrammprodukt hat den Vorteil, dass es keine zusätzlichen Bauteile im Fahrzeug erfordert, sondern sich als Modul in eine bereits vorhandene Steuerung im Fahrzeug umsetzen lässt. Das Computerprogrammprodukt kann beispielsweise in der Motorsteuerung, einer separaten eigenen Steuerung oder in einer Startersteuerung, als körperliches Medium in Form eines Halbleiterspeichers, vorgesehen sein. Das Computerprogrammprodukt hat den weiteren Vorteil, dass es leicht an individuelle bestimmte Kundenwünsche anpassbar ist, so wie eine Verbesserung der Betriebsstrategie durch verbesserte empirische Werte ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird auch mit einer Steuerung mit Detektionsvorrichtung und Einspurvorrichtung gemäß Anspruch 7 gelöst. Die Steuerung kann entweder in einer Motorsteuerung oder in einer separaten Steuerung beispielsweise als Startersteuerung ausgebildet sein. Die Steuerung steht mit der Motorsteuerung über ein Bussystem oder eine andere geeignete Verbindung in Informationskontakt, um aktuelle Drehzahlwerte zu erhalten. Die Steuerung hat den weiteren Vorteil, dass sie bereits im Wesentlichen für das Ausführen eines Start-Stopp-Betriebs in einem Fahrzeug bereits vorgesehen ist und somit durch geringfügige Änderungen zur Umsetzung der vorliegenden Erfindung einsetzbar ist.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind.
    • Kurze Bescheibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen schematischen Schaltplan von Antriebskomponenten zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    Fig. 2
    ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens und
    Fig. 3
    ein Zeit-Drehzahl-Diagramm gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
    Ausführungsformen der Erfindung
  • Die Fig. 1 zeigt einen schematischen Schaltplan von allen wesentlichen Antriebskomponenten zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine Brennkraftmaschine 1 mit Zylindern 11, 12, 13, 14 weist eine Kurbelwelle 2 auf, mittels der die Brennkraftmaschine 1 gestartet wird. Um die Drehzahl und die Position der Kurbelwelle 2 zu bestimmen, befindet sich ein Zahnrad 3 mit Zähnen und mindestens einer Lücke als Synchronmarke asymmetrisch an einem Ende der Kurbelwelle 2, um die Kurbelwellenposition und die Drehzahl mit einer feststehend montierten Detektorvorrichtung 4 erfassen zu können. Die Detektorvorrichtung 4 ist mit einer Motorsteuerung 5 verbunden. Die Motorsteuerung 5 hat weitere Aktoren und Sensoren an der Brennkraftmaschine 1, um die Brennkraftmaschine 1 definiert anzusteuern.
  • Die Brennkraftmaschine 1 wird mittels eines an der Kurbelwelle 2 befestigten Zahnkranzes 6 von einer Startvorrichtung 7 gestartet. Die Startvorrichtung 7 umfasst einen Startermotor 8 mit einem darauf axial beweglichen Starterritzel 9 zum Einspuren in den Zahnkranz 6. Das Starterritzel 9 wird auf einer Starterachse vom Startermotor 8 in einer als Einspurrelais ausgebildeten Einspurvorrichtung 10 axial bewegt. Die Einspurvorrichtung 10 und der Startermotor 8 werden von einer Startersteuerung 15 definiert angesteuert. Die Startersteuerung 15 kann die Einspurvorrichtung 10 unabhängig von der Bestromung des Startermotors 8 über elektronische Leistungsschalter und mindestens ein Schalterrelais definiert ansteuern.
  • Die Steuerung 15 umfasst einen Mikrocomputer 16 mit einem Programmspeicher 17, indem ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt beispielsweise in Form eines Halbleiterspeichers abgespeichert ist. Die Startersteuerung 15 steht über ein herkömmliches Bussystem 19 mit dem Mikrocomputer 16 in Informationskontakt, um beispielsweise Informationen zum Ausführen eines Start-Stopp-Betriebs zu erhalten.
  • Die Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm mit einem Ablauf gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren. In einem Schritt S1 wird die Brennkraftmaschine 1 aufgrund von Abschaltbedingungen, die die Motorsteuerung 5 feststellt, ausgeschaltet. Die Abschaltbedingungen werden über ein herkömmliches Bussystem 19 der Startersteuerung 15 mit dem Mikrocomputer 16 mitgeteilt.
  • Die Motorsteuerung erhält die Startersteuerung in einem Schritt S2 die Drehzahl und die Kurbelwellenposition der Brennkraftmaschine, also dass sie gemäß eines Berechnungsalgorithmus in einem Schritt S3 einen geeigneten Zeitpunkt zum Einspuren des Starterritzels 9 in den Zahnkranz 6 von der Brennkraftmaschine 1 berechnet und festlegt. Die Drehzahl wird vorzugsweise aus wenigen Daten, insbesondere charakteristischen Daten, beispielsweise dem zündbaren oberen Totpunkten ZOTs der Brennkraftmaschine 1 im auslaufendem Zustand gemessen. Aus mindestens zwei dieser Werte wird erfindungsgemäß ein zündbarer oberer Totpunkt ZOT ausgewählt, um das Starterritzel 9 in den Zahnkranz 6 einzuspuren. Vorzugsweise wird der Zeitpunkt etwas nach dem zündbaren oberen Totpunkt ZOT gewählt, ungefähr in der Mitte eines Zeitfensters in einem Toleranzbereich, in dem die Änderung der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 über einen Zeitraum von beispielsweise 5 Millisekunden sehr klein ist und die Drehzahl sich sogar im Bereich von ca. 5 Millisekunden leicht erhöht. Dieser Bereich wird auch als Plateau der Drehzahl bezeichnet.
  • Optional werden in einem Abfrageschritt A1 die Kurbelwellenposition und die Drehzahl weiter gemessen und abgefragt und gegebenenfalls der Zeitpunkt zum Einspuren korrigiert.
  • In einem Schritt S4 wird zu einem Zeitpunkt t2 der Startermotor 8 bestromt, um zum definierten Zeitpunkt t4 das Starterritzel 9 mit einer im Wesentlichen gleichen Umlaufdrehzahl W in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine 1 einspuren zu können.
  • Optional werden in einem Abfrageschritt A2 die Drehzahl und die Kurbelwellenposition weiter abgefragt, ob der vorausberechnete Zeitpunkt noch richtig ist und gegebenenfalls an die neu gemessenen Werte angepasst.
  • Im Schritt S5 wird gegebenenfalls die Drehzahl des Startermotors 1 überprüft und gegebenenfalls angepasst.
  • Im Schritt S6 wird zu einem Zeitpunkt t3 die Einspurvorrichtung 10 bestromt, um innerhalb einer vorher bestimmten Einspurzeit bzw. Reaktionszeit der Einspurvorrichtung das Starterritzel 9 zum vorausberechneten Einspurzeitpunkt t4 im gewünschten Toleranzbereich mit einer kleinen Änderung der abnehmenden, auslaufenden Drehzahl von der Kurbelwelle 2 das Starterritzel 9 in den Zahnkranz 6 einzuspuren.
  • In einer Abfrage A0 wird geprüft, ob ein Startwunsch von der Motorsteuerung 5 detektiert wird. Wird dies bejahrt, so wird in einem Schritt S7 die Brennkraftmaschine 1 gestartet, in dem der Startermotor 8 stärker bestromt wird, gegebenenfalls mit einem maximalen Andrehstrom.
  • Wird noch kein Startwunsch detektiert, so läuft der Startermotor 8 im eingespurten Zustand mit der Brennkraftmaschine 1 weiter bis gegebenenfalls zum Stillstand aus. Das Verfahren kehrt wieder zum Abfrageschritt A0 zurück und wiederholt sich in der Schleife bis ein Startwunsch festgestellt wird, so dass die Brennkraftmaschine aufgrund eines kurzfristigen Stopps wieder gestartet wird.
  • Die Fig. 3 zeigt eine Zeit-Drehzahl-Kennlinie K2 einer Kurbelwelle 2 von einer Brennkraftmaschine 1 und die Drehzahl des Startermotors 8. Zu einem Zeitpunkt t1 wird die Brennkraftmaschine ausgeschaltet. Die Drehzahl der Kurbelwelle verläuft, gemäß der Fig.3 mit einer großen zeitlichen Auflösung, gemäß einer sehr charakteristischen Kennlinie. Es ergeben sich in immer größer werdenden zeitlichen Abständen größere Stufen, in denen die Drehzahl aufgrund eines Durchschreitens eines Kolben in den einzelnen Zylindern in den zündbaren oberen Totpunkten ZOTs zuerst abgebremst wird und dann wieder nach Kompression von Luft im Zylinder beschleunigt wird. In einem der letzten, wie in der Fig. 3 gezeigt, vorzugsweise im letzten Plateau P1 eines Zeitfensters Z1 von ca. 5 Millisekunden und eines Drehzahltoleranzbereichs D1 von ca. 10 Umdrehungen pro Minute wird der im Voraus berechnete Einspurzeitpunkt t4 gelegt. Zum Zeitpunkt t2 wird der Startermotor 8 bestromt und mit einer zur Zeit proportionalen Drehzahl gemäß der Kennlinie S8 beschleunigt. Kurz vor dem Einspuren zum Zeitpunkt t3 wird die Einspurvorrichtung 10 bestromt, um das Starterritzel 8 rechtzeitig im Zeit- und Drehzahlfenster Z1, D1 im sogenannten Drehzahl-Plateau P1 einzuspuren. Somit sind die Geräusche zum Einspuren und ein Verschleiß äußerst niedrig. Die Verfügbarkeit zum Wiederstart der Brennkraftmaschine ist zeitlich deutlich früher vor einem Stillstand der Kurbelwelle 2 gegeben. Außerdem wird das Starterritzel 9 mit großer Sicherheit eingespurt und wird nicht aufgrund von beispielsweise einer zu großen Drehzahldifferenz durch eine Zahn-auf-Zahn-Stellung entgegen der antreibenden Richtung von der Einspurvorrichtung 10 zurückgestoßen. Die Fig. 3 zeigt ferner die mögliche Drehzahldifferenz der Drehzahl S8 vom Startermotor 8 zu Beginn des Drehzahl-Plateaus P1 der Brennkraftmaschine 1 durch einen Pfeil S8-N und am Ende des Drehzahl-Plateaus zum Zeitpunkt t5, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine wieder verstärkt abgebremst wird. Die Drehzahldifferenz des Startermotors 8 der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 ist durch einen Pfeil S8+N dargestellt. Der Zeitpunkt t2 und der Zeitpunkt t3 fällt in dieser besonderen Ausführungsform mit dem Beginn des Drehzahl-Plateaus P1 zusammen. Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übrigen werden insbesondere auf die zeichnerische Darstellungen für die Erfindung als Wesentlich verwiesen.

Claims (8)

  1. Verfahren einer Steuerung für einen Start-Stopp-Betrieb einer Brennkraftmaschine (1) in einem Kraftfahrzeug, wobei die Steuerung eine Startvorrichtung (7) mit einem Startermotor (8) und einer Einspurvorrichtung (10) ansteuert, um die Brennkraftmaschine (1) zu starten und einen Start-Stopp-Betrieb auszuführen, wobei die Drehzahl und die Position einer Kurbelwelle (2) von der Brennkraftmaschine (1) mittels einer Detektorvorrichtung (4) erfasst wird, wobei nach Ausschalten der Brennkraftmaschine (1) ein Zeitpunkt zum Einspuren in einen Zahnkranz (6) einer auslaufenden Brennkraftmaschine (1) bestimmt wird,
    wobei als Zeitpunkt zum Einspuren des Starterritzels (9) ein Zeitpunkt in einem Toleranzbereich kurz vor oder kurz nach einem zündbaren oberen Totpunkt (ZOT) der Brennkraftmaschine (1) berechnet wird, in dem die Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) eine im Wesentlichen kleine Änderung der Drehzahl über die Zeit aufweist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl für einen vorbestimmten Einspurzeitpunkt im Voraus der auslaufenden Brennkraftmaschine (1) aus mindestens zwei, bevorzugt charakteristischen, Drehzahlwerten, insbesondere an zündbaren oberen Totpunkten (ZOTs) von Zylindern (11, 12, 13, 14), berechnet wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Startermotor (8) zeitlich nach einem Zeitpunkt t1, der dem Ausschalten der Brennkraftmaschine entspricht, zu einem bestimmten Zeitpunkt t2 bestromt wird und auf eine im Voraus berechnete Drehzahl zum Einspuren beschleunigt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Starterritzel (9) in einem Zeit-Drehzahl-Kennlinienfeld der Brennkraftmaschine (1) eingespurt wird, indem die Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) im Zeit-Drehzahl-Kennlinienfeld ein Plateau ausbildet.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspurvorrichtung (10) zu einem Zeitpunkt t3 bestromt wird, um zum Zeitpunkt t4 das Starterritzel (9) in den Zahnkranz (6) mit im Wesentlichen gleichen Umlaufgeschwindigkeiten in einem Zeit-Drehzahl-Fenster mit einem Drehzahlplateau der Brennkraftmaschine (1) einzuspuren.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) mit einem letzten Plateau oberhalb der maximalen Drehzahl des Startermotors (8) liegt, ein neuer Zeitpunkt t40 bestimmt wird, an dem das Starterritzel (9) in den Zahnkranz (6) der Brennkraftmaschine (1) mit einer definierten Drehzahl eingespurt wird.
  7. Steuerung für einen Start-Stopp-Betrieb einer einen Zahnkranz (6) und eine Kurbelwelle (2) aufweisenden Brennkraftmaschine (1) in einem Kraftfahrzeug mit einer Detektorvorrichtung (4) zur Detektion einer Position der Kurbelwelle (2) und einer Startvorrichtung (7) mit einem Startermotor (8) und einer Einspurvorrichtung (10) zum Einspuren eines Starterritzels (9) in den Zahnkranz (6), wobei die Brennkraftmaschine (1) mittels einer elektrischen Maschine als Startermotor (8) startbar ist und die Steuerung einen Mikrocomputer (16) mit einem Programmspeicher (17) aufweist, um die Startvorrichtung (7) definiert anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocomputer (16) als Auswerte- und Steuereinrichtung ausgebildet ist, um die Startvorrichtung (7) definiert anzusteuern, wobei in den Programmspeicher (17) ein Computerprogramm geladen ist, um die Schritte des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
  8. Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen, die bewirken, dass die Vorrichtung nach Anspruch 7 alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausführt.
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