WO2010015449A1 - Verfahren und vorrichtung einer steuerung für einen start-stopp-betrieb einer brennkraftmaschine - Google Patents

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Ewald Mauritz
Karl-Otto Schmidt
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method of a control and a control for a start-stop operation of an internal combustion engine in a motor vehicle for short-term stopping and starting the internal combustion engine, which is started by an electric machine as a starter, wherein by a detection device, the position and the Speed of a crankshaft during operation and after switching off the internal combustion engine, especially at a short-term stop, is detected.
  • the invention further relates to a computer program product and a controller having a microcomputer with a program memory.
  • the internal combustion engine is started by means of a starter having a starter pinion meshed with a ring gear of an internal combustion engine.
  • a starter pinion meshed with a ring gear of an internal combustion engine.
  • DE 10 2006 039 112 A1 describes a method for determining the rotational speed of the starter for a motor vehicle internal combustion engine. It is further described that the starter includes its own starter controller to calculate the speed of the starter and to accelerate in a start-stop operation, the pinion from the starter first without meshing when a self-starting of the engine due to decreased speed is no longer is possible. The pinion is engaged at synchronous speed in the ring gear of the expiring internal combustion engine.
  • the starting device for an internal combustion engine with a separate engaging and starting operation.
  • the starting device has a control unit which controls a starter motor and an actuator for engaging a starter pinion separately. From the control unit, the pinion can be meshed before starting the vehicle in the ring gear before the driver has expressed a new start request.
  • the actuator is already actuated as an engagement relay during a coastdown phase of the internal combustion engine.
  • the speed threshold is in this case far below the idle speed of the engine to keep the wear of the Einspurvoriques as low as possible.
  • the controller is a soft start, for example, achieved by a clocking of the starter current.
  • the performance of the vehicle electrical system is monitored by analyzing the state of the battery and accordingly the starter motor is clocked or supplied with power. Furthermore, the invention describes that the crankshaft can be positioned shortly before or after reaching standstill of the internal combustion engine to shorten the start time.
  • DE 10 2005 021 227 A1 describes a starting device for an internal combustion engine in motor vehicles with a control unit, a starter relay, a starter pinion and a starter motor for a start-stop operating strategy. It is an object of the present invention, a method, a computer program product and a start-stop control of the type mentioned in such a way to improve vehicle comfort, in which a restart of the engine is much faster executable.
  • An underlying idea of the invention is that the speed curve of a crankshaft when switching off the engine is extremely inhomogeneous and therefore a rough averaging leads to a coarse Bremsverzögerungs- value for a meshing a starter pinion of a starter in a ring gear of an internal combustion engine because of a large tolerance band is unfavorable. Therefore, according to one idea of the invention, the speed curve of a decreasing speed of the crankshaft is calculated in each case up-to-date, individually and specifically.
  • the object is achieved by a method in that the course of the speed crankshaft after switching off the internal combustion engine is actively and recalculated in advance.
  • a high-precision statement about the rotational speed of a ring gear in advance can be calculated, since current environmental conditions, such as temperature and current friction and braking torques in the measurement result and the calculation incorporated.
  • Active is thus a current calculation of new measured values, without looking up and deriving forecast values from previously defined characteristics.
  • the angular velocity of the crankshaft of the internal combustion engine is detected and calculated at characteristic, in particular recurring, positions of the crankshaft during the outflow of the internal combustion engine.
  • This has the advantage that the data quantities to be measured and analyzed, in comparison to an analysis of the entire inhomogeneous velocity course with coarse averaging, are very high are low.
  • the external conditions which influence the angular velocity or the angular velocity gradient for example the engine temperature, the engine oil quality, the age of the engine, internal friction moments and additional braking torques by additional units, etc., are advantageously recorded.
  • a very specific and much more accurate forecast for the course of the rotational speed of the crankshaft can be achieved, as is conventionally known. So far, it has been known to interrogate values from characteristic curves which are laid down with a rough averaging in the control, for example.
  • the angular velocity of the crankshaft is detected and calculated in ignitable top dead centers.
  • the fact that the ignitable top dead centers of an internal combustion engine reproduce characteristic speed runs in which the angular speed is somewhat slower for a short time than in the other positions is advantageously adopted in accordance with the method according to the invention.
  • the top dead centers (ZOT) can provide reliable data to actually determine a low-volume speed history and make a prognosis on the future crankshaft angular velocity.
  • At least two values of the angular velocity of ignitable top dead centers are used to calculate at least one third value for a following, future ignitable top dead center (ZOT 3).
  • ZOT angular velocity of ignitable top dead centers
  • ZOT 3 future ignitable top dead center
  • the speed curve is detected at a high speed with a sampling rate by a sensor device on the internal combustion engine, and the determined values are evaluated to forecast low speeds shortly before standstill.
  • a conventional sensor device can be inexpensively used on the crankshaft of the internal combustion engine whose sampling rate is typically limited to 50 to 100 signals per revolution.
  • values from a high speed range are taken to values in a low speed range , thus, a future angular velocity can be derived.
  • the angular speed of the crankshaft is calculated in advance, determines therefrom a synchronous speed for a running-up starter and then a starter pinion meshed by the starter in an expiring with decreasing speed ring gear of the internal combustion engine at substantially synchronous speed.
  • Synchronous meshing means the speed and the time when the speed of the starter pinion and the speed of the ring gear of the internal combustion engine are substantially equal, d. H. the window of a speed difference of starter pinion and ring gear is sufficiently small.
  • the speed of the starter pinion is brought to a predetermined Einspurzeittician by driving from a controller, which is designed for a start-stop operation, to the previously calculated speed of the internal combustion engine.
  • a controller which is designed for a start-stop operation
  • a very accurate synchronous speed of starter pinion and internal combustion engine is achieved.
  • the wear thus decreases and the noise is reduced.
  • the availability of a restart of the internal combustion engine is given from the Einspurzeittician.
  • the angular velocity of the crankshaft with starter pinion meshed in the toothed rim is calculated in advance and the starter is momentarily energized in a dosed manner in dependence on a predicted, anticipated position of a standstill, in order to produce a recovery. Avoid the crankshaft and / or the crankshaft in a favorable motor type specific preferred position, in particular with an angle greater than 60 °, and more preferably about 80 ° to 100 °, most preferably from about 90 °, before the next upper to move ignitable dead center.
  • the angle values are only an example and are given here by way of example for eg a 6-cylinder engine.
  • the method described above can be used a second time for a start-stop operation to bring the crankshaft to such an optimal angle in the internal combustion engine, in which the internal combustion engine can be started quickly.
  • the object is also achieved by a computer program product which can be loaded with program instructions into a program memory in order to execute all the steps of the method described above when the program is executed in a controller.
  • the computer program product requires no additional components in the vehicle, but can be implemented as a module in existing controls in the vehicle.
  • the computer program product may be provided, for example, in the engine controller, a separate dedicated controller, or a starter controller.
  • the computer program product has the further advantage that it can easily be adapted to individual and specific customer requirements, as well as an improvement of the operating strategy by improved empirical values or individually provided values of the vehicle can be easily used.
  • the object is also achieved with a controller in that the microcomputer in the controller is designed as a detection, evaluation and control device, wherein in the program memory, a computer program product described above is loadable to carry out a method described above.
  • the controller for a start-stop operation may be formed either in a motor controller or in a separate controller, for example in a starter control for controlling a starter or separately from other controllers.
  • the controller is in information contact at least with the motor control via a bus system.
  • the control is, for example, in the engine control educated.
  • the controller is alternatively advantageously housed in the starter control. Both alternatives have the advantage that essential parts of the hardware, which are available for other functions, for example, can be used to carry out the method.
  • FIG. 1 is a schematic circuit diagram of drive components for carrying out the method according to the invention
  • Fig. 3 is a time-speed diagram at the end of the coasting of an internal combustion engine
  • Fig. 4 is a time-speed diagram over a larger period of time.
  • Fig. 1 shows a simplified circuit diagram of drive components, for carrying out a start-stop operating strategy.
  • An internal combustion engine 1 is formed with a plurality of cylinders 11, 12, 13, 14. Pistons in the cylinders 11 to 14 drive a crankshaft 2.
  • a gear 3 is mounted on the crankshaft 2, which typically has 50 to 100 teeth and gaps. At one point on the gear 3, a larger gap is formed as a synchronization mark.
  • the sync mark and the tooth gap sequence detek- a sensor 4 and transmits these detected values to the engine controller 5.
  • a ring gear 6 is mounted on the crankshaft 2 at the end opposite the gear 3.
  • the ring gear 6 is turned on by a starting device 7 when starting the internal combustion engine 1.
  • the starting device 7 comprises a starter 8 on the axis of a starter pinion 9 is mounted axially displaceable.
  • the starter pinion 9 is by means of a starter relay 10 in the ring gear 6 and disengaged.
  • the starting device 7 has a starter control 15.
  • the starter control 15 has a microcomputer 16 with a program memory 17. By means of the starter control 15, the starter relay 10 and the starter 8 can be selectively controlled separately.
  • the microcomputer 16 also has a timer 18.
  • the microcomputer 16 is in motor contact with the motor controller 5 via a bus system, for example via a CAN bus 19, in information contact.
  • the engine controller 5 is connected to the information exchange with actuators and sensors of the internal combustion engine 1.
  • the sensor 4 is in information contact with the motor control 5 via a bus system 20 in order to control the actuators on the basis of values from sensors.
  • the microcomputer 16 executes the method described with reference to FIG. 2, in which it receives the crankshaft position and the angular speed of the crankshaft 2 from the engine control unit 5.
  • FIG. 2 shows a flow chart of a particularly preferred method.
  • step Sl the internal combustion engine 1 is started after the crankshaft position and the rotational speed of the crankshaft 2 were previously measured and transmitted to the engine control unit 5.
  • the rotational speed n of the crankshaft 2 and the position of the crankshaft 2 are continuously measured by a sensor device comprising the gear 3 and the sensor 4. For verification and correction, this information is transmitted to the engine controller 5.
  • step S3 the engine controller 5 receives a switch-off signal for a short-term stop of the internal combustion engine 1 due to switch-off conditions, which are transmitted either via the same bus system, a CAN bus 19, or via a separate bus system.
  • the switch-off conditions result, for example, from the speed of the vehicle and / or a pedal position and / or gear selection of the vehicle. It is selected by the engine controller 5 or other controller, which is provided for a start-stop operation, an operating strategy, according to which the internal combustion engine 1 and the starting device 7 are controlled in order to as quickly as possible availability of the internal combustion engine 1 at a to be able to provide a changing driver's desired operation.
  • the internal combustion engine is switched off after receiving a stop signal due to a start-stop operating strategy.
  • the internal combustion engine 1 comes after switching off, for example, a stop of the fuel supply, not immediately to a stop, but runs in a characteristic way.
  • a stop of the fuel supply not immediately to a stop, but runs in a characteristic way.
  • an angular velocity sets in which characterizes the kinetic energy of the entire system at this point in time.
  • the angular velocity in these top dead centers ZOT is measured in a step S4 and the kinetic energy is calculated.
  • an indication of the angular velocities to be expected in the next cycles is feasible from the angular velocity as compared to the angular velocities which have been set earlier in one cycle or more cycles.
  • the angular velocity Co n is determined in the range of predetermined characteristic positions of the crankshaft 2, which correspond to the ignitable top dead centers (ZOTs), "n” stands for the nth ZOT point, and two determined values during the deceleration become the angular velocity gradient This determines the next and also the following ZOTs, which makes it possible to make a very precise and very precise prediction of the time in the millisecond range and at what speed the next ZOTs are traversed.
  • ZOTs ignitable top dead centers
  • the brake counteracting the direction of rotation during the engine run-out moment M Br e m s is regarded as a first approximation as constant.
  • the braking torque is composed of internal friction torques, heat losses, flow losses and losses due to accompanying auxiliary units.
  • 0CBrems ((H n -I 'Co n ) / (t n -rt n )).
  • GVi-n GVi - G
  • tn + 1 (GVr O n ) / ⁇ B rems + t n
  • FIG. 4 shows the typical position of the ZOT values in a time / angular speed diagram for a 6-cylinder internal combustion engine.
  • a correction factor due to a plurality of cylinders in the internal combustion engine is additionally calculated in step S5, and the next ZOTs are determined therefrom.
  • FIG. 4 shows the angular velocities without a correction factor of cylinder to cylinder deviations for a illustrated 6-cylinder engine with a thin drawn line N.
  • the correction factor comprises a cylinder-specific deviation, which is taken into account with the thicker drawn characteristic curve N k , in which the values for Z0T2 and Z0T4 are shown slightly above and the values for ZOT3 are respectively shown below the thinner line N.
  • the correction factor consists of the losses during the last decompression phase and the losses of the next compression phase.
  • the ZOTs should be traversed in the order shown in FIG. 5, for example, ZOT1, Z0T2, Z0T3, Z0T4, Z0T5 ... ZOTn.
  • decompression / compression pairings ie a firing sequence pairing that characterizes the energy loss from ZOT to ZOT, namely in the following pairing equation: (decompression 1 / compression 2), (decompression 2 / compression 3), (decompression 3 / compression 4), (decompression 4 / compression 5), ..., (decompression n / compression n + 1).
  • the total torque acting counter to the rotation direction ie. H. the braking torque, considered in first approximation as constant.
  • the braking torque is composed of internal friction moments, heat losses, flow losses and losses due to associated auxiliary units.
  • step S5 for the internal combustion engine and for the current state of the internal combustion engine the typical individual correction factor for each individual ignition sequence pairing is taken into account.
  • the typical correction factor has either been recalculated or is a "learned" correction factor, which has been averaged over the time axis by a linearly falling line N during a runout of the engine at the ZOT times measured times.
  • An evaluation of the deviation of the individual speeds in In the case of very short outlets of the internal combustion engine, a plurality of successive outlets of the internal combustion engine are analyzed and evaluated as appropriate.An averaging over a plurality of correction factor determinations increases the accuracy of the correction.
  • the angular velocity gradient is evaluated for each individual outlet of the internal combustion engine.
  • no values from a stored characteristic map are used to predict the next ZOTs, since the velocity profile is inhomogeneous and has a broad tolerance field, so that no specific statement can be determined.
  • the method according to the invention has the advantage that the prediction values for the time and the angular velocity at the next ZOT
  • a position-dependent speed measurement of the crankshaft is made in order to make a prognosis for the future.
  • step S5 If the controller has determined in step S5 a specific precalculated time in which the starter pinion 9 can be meshed into the ring gear 6 at the same speed, then in step A1 it is queried whether this point in time has been reached. If this time has not yet reached, the controller repeats the
  • Steps S4 and S5 detects, calculates and corrects the speed course for the next ZOTs in the millisecond range.
  • the controller checks whether a (fine) correction of the Einspurzeitticians is performed due to the latest forecast and the currently adjusting engine speeds and the expected speed of the starter pinion. With this optionally corrected Einspurzeittician the control goes into Step S6 on.
  • step S6 the starter pinion 9 is moved at a predetermined time by the starter relay 10 in the axial direction on the axis of the starter 8 and meshed in the toothed rim 6.
  • the starter 8 is started depending on the operating strategy either before switching off, simultaneously with the switching off of the internal combustion engine 1 or during the execution of steps S4 and S5 and accelerated to a rotational speed n, which has been determined by the controller in step S5.
  • the starter pinion 9 can be Solutionsspurt in a very precise tolerance band with an approximate synchronous speed.
  • the starter pinion 9 remains meshed in the ring gear 6 and runs with the internal combustion engine 1, as long as no change in the operating strategy is provided, or no change in the desired operation is transmitted to the engine control 5.
  • step S7 the controller checks in accordance with the method described in steps S4 and S5 with which position the crankshaft will come to a standstill.
  • crankshaft 2 In a subsequent query A2 is queried whether the crankshaft 2 will come to an ideal position to a halt in order to start the internal combustion engine 1 as quickly as possible, d. H. the crankshaft 2 is at a ZOT, for example, at a favorable angle of about 90 ° before the next ZOT. If this is the case, then the process comes to an end in the control.
  • step S8 the starter 8 is supplied with current in the range of milliseconds, so that the crankshaft 2 is brought into a precisely defined position, to start the internal combustion engine 1 as quickly as possible and from an ideal state.
  • the starter 8 functions in this step S8 together with the starter control 8 as a servomotor or as an actuator.
  • the position of the crankshaft is detected further and possibly the starter 8 briefly energized again, so that the crankshaft 2 comes to a standstill at an intended angle to the next ZOT. Subsequently, the process returns to the end.
  • FIG. 3 shows a characteristic curve Ki of the crankshaft 2 with characteristic positions in the outlet of an internal combustion engine 1 after which the internal combustion engine 1 has been switched off, for example.
  • characteristic points occur at the so-called ZOTs (ZOT1, Z0T2, Z0T3, Z0T4, Z0T5), in which the speed curve initially drops steeper due to the compression behavior before a working phase of the individual cylinders 11 to 14.
  • ZOTs the speed history has local minima or regions with a shallower angular velocity gradient due to the increase in velocity during the decompression phase.
  • the linear characteristic curve N shows the angular velocity gradient over time t.
  • FIG. 4 shows the position of the ZOT values over a larger time range than FIG. 3 once without the correction of cylinder to cylinder deviations as characteristic curve N and once as characteristic curve N k taking into account the above-described correction factor.

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Abstract

Es wird ein Verfahren einer Steuerung für einen Start-Stopp-Betrieb einer Brennkraftmaschine (1) in einem Kraftfahrzeug zum kurzfristigen Stoppen und Starten der Brennkraftmaschine (1) beschrieben, die von einer elektrischen Maschine als Starter (8) gestartet wird, wobei von einer Detektionseinrichtung die Position und die Drehzahl einer Kurbelwelle (2) während des Betriebs und nach Ausschalten der Brennkraftmaschine (1), insbesondere für einen kurzfristigen Stopp, erfasst wird. Um einen Fahrzeugkomfort zu verbessern, in dem ein Wiederstart der Brennkraftmaschine deutlich schneller ausführbar ist, wird der Verlauf der Drehzahl der Kurbelwelle (2) nach Ausschalten der Brennkraftmaschine (1) im Voraus aktiv und neu berechnet.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung einer Steuerung für einen Start- Stopp- Betrieb einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren einer Steuerung und eine Steuerung für einen Start- Stopp- Betrieb einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug zum kurzfristigen Stoppen und Starten der Brennkraftmaschine, die von einer elektrischen Maschine als Starter gestartet wird, wobei von einer Detektionseinrichtung die Position und die Drehzahl einer Kurbelwelle während des Betriebs und nach Ausschalten der Brennkraftmaschine, insbesondere bei einem kurzfristigen Stopp, er- fasst wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Computerprogrammprodukt und eine Steuerung mit einem Mikrocomputer mit einem Programmspeicher.
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 be- stimmten Abschaltbedingungen, insbesondere nach einem bestimmten Zeitablauf, auszuschalten. Gewöhnlicher Weise wird die Brennkraftmaschine mittels eines Starters, der ein Starterritzel aufweist, das in einen Zahnkranz einer Brennkraftmaschine eingespurt wird, gestartet. Für eine solche Konstruktion der Brennkraftmaschine, die mit Hilfe eines Starterritzels gestartet wird, gibt es für einen Wiederstart Mindestzei- ten, die abgewartet werden müssen, bis die Brennkraftmaschine wieder gestartet werden kann.
Es gibt Entwicklungen das Starterritzel bereits während des Auslaufens der Brennkraftmaschine in den Zahnkranz einzuspuren und die Startzeit zu verkürzen. Dazu ist folgender Stand der Technik bekannt. Aus der DE 10 2006 011 644 Al 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 einzuspu- ren. Um die synchronen Einspurdrehzahlen zu ermitteln, werden Werte aus einem Kennfeld eines Steuergeräts zugeordnet.
Die DE 10 2006 039 112 Al beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen der Drehzahl des Starters für einen Kfz-Verbrennungsmotor. Es wird ferner beschrieben, dass der Starter ein eigenes Starter- Steuergerät umfasst um die Drehzahl des Starters zu berechnen und um in einem Start- Stopp- Betrieb das Ritzel vom Starter zuerst ohne Einspuren zu beschleunigen, wenn ein Selbststart des Verbrennungsmotors aufgrund gesunkener Drehzahl nicht mehr möglich ist. Das Ritzel wird mit synchroner Drehzahl in den Zahnkranz des auslaufenden Verbrennungsmotors eingerückt.
Die DE 10 2005 004 326 beschreibt eine Startvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einem separaten Einrück- und Startvorgang. Hierfür hat die Startvorrichtung eine Steuereinheit, die einen Startermotor und ein Stellglied zum Einrücken eines Starterritzels separat ansteuert. Von der Steuereinheit kann das Ritzel vor einem Startvorgang des Fahrzeugs in den Zahnkranz eingespurt werden, bevor der Fahrer einen neuen Startwunsch geäußert hat. Dabei wird das Stellglied als Einrückrelais bereits während einer Auslaufphase des Verbrennungsmotors angesteuert. Die Drehzahlschwelle liegt hierbei weit unter der Leerlaufdrehzahl des Motors, um den Verschleiß der Einspurvorrichtung möglichst gering zu halten. Um Spannungseinbrüche im Brodnetz durch einen sehr hohen Anlaufstrom vom Startermotor zu vermeiden, wird durch die Steuerung ein sanfter Anlauf, beispielsweise durch eine Taktung des Starterstroms, erreicht. Die Leistungsfähigkeit des Bordnetzes wird durch Analyse des Batteriezustands überwacht und entsprechend wird der Starter- motor getaktet bzw. mit Strom versorgt. Ferner beschreibt die Erfindung, dass die Kurbelwelle kurz vor oder nach Erreichen des Stillstands vom Verbrennungsmotor positioniert werden kann, um die Startzeit zu verkürzen.
Die DE 10 2005 021 227 Al beschreibt eine Startvorrichtung für eine Brennkraftma- schine in Kraftfahrzeugen mit einer Steuereinheit, einem Starterrelais, einem Starterritzel und einem Startermotor für eine Start- Stopp- Betriebsstrategie. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt und eine Start- Stopp-Steuerung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, um einen Fahrzeugkomfort zu verbessern, in dem ein Wiederstart der Brennkraftmaschine deutlich schneller ausführbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1, 9 und 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Ein der Erfindung zugrunde liegender Gedanke ist, dass der Geschwindigkeitsverlauf einer Kurbelwelle beim Ausschalten der Brennkraftmaschine extrem inhomogen ist und deshalb eine grobe Mittelwertbildung zu einem groben Bremsverzögerungs- wert führt, der für ein Einspuren eines Starterritzels eines Starters in einen Zahnkranz einer Brennkraftmaschine wegen eines großen Toleranzbandes unvorteilhaft ist. Deshalb wird gemäß einem Gedanken der Erfindung der Drehzahlverlauf einer sinkenden Drehzahl der Kurbelwelle jeweils aktuell, individuell und spezifisch be- rechnet.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren dadurch gelöst, dass der Verlauf der Drehzahlkurbelwelle nach Ausschalten der Brennkraftmaschine im Voraus aktiv und neu berechnet wird. Somit ist eine hochpräzise Aussage über die Umlaufgeschwindigkeit eines Zahnkranzes im Voraus berechenbar, da aktuelle Umgebungsbedingungen, wie Temperatur und aktuelle Reib- und Bremsmomente in das Messergebnis und die Berechnung einfließen. Unter aktiv ist also eine aktuelle Berechnung aus neuen Messwerten, ohne Nachschlagen und Ableiten von Prognosewerten aus vorher niedergelegten Kennlinien zu verstehen.
Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform wird die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine an charakteristischen, insbesondere wiederkehrenden, Positionen der Kurbelwelle während des Auslaufs der Brennkraftmaschine erfasst und berechnet. Dies hat den Vorteil, dass die zu mes- senden und analysierenden Datenmengen, im Vergleich zu einer Analyse des gesamten inhomogenen Geschwindigkeitsverlaufs mit grober Mittelwertbildung, sehr gering sind. Gleichzeitig werden vorteilhaft die äußeren Bedingungen, die die Winkelgeschwindigkeit bzw. den Winkelgeschwindigkeitsgradienten beeinflussen, zum Beispiel die Motortemperatur, die Motorölqualität, das Alter des Motors, innere Reibmomente und zusätzliche Bremsmomente durch Zusatzaggregate usw. aktuell erfasst. Damit kann eine sehr spezifische und wesentlich genauere Prognose für den Verlauf der Drehzahl von der Kurbelwelle erreicht werden, als herkömmlich bekannt ist. Bisher ist bekannt, Werte aus Kennlinien, die mit einer groben Mittelwertbildung in der Steuerung beispielsweise niedergelegt sind, abzufragen.
Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform wird die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle in zündbaren oberen Totpunkten erfasst und berechnet. Die Gegebenheit, dass die zündbaren oberen Totpunkte einer Brennkraftmaschine charakteristische Drehzahlläufe wiedergeben, an denen die Winkelgeschwindigkeit kurzzeitig etwas langsamer ist als in den anderen Positionen, wird sich vor- teilhaft gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zu eigen gemacht. Somit können die oberen Totpunkte (ZOT) verlässliche Daten liefern, um einen Geschwindigkeitsverlauf mit einer geringen Datenmenge aktuell zu bestimmen und eine Prognose über die zukünftige Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle zu machen.
Vorzugsweise wird aus mindestens zwei Werten der Winkelgeschwindigkeit von zündbaren oberen Totpunkten (ZOT) mindestens ein dritter Wert für einen folgenden, zukünftigen zündbaren oberen Totpunkt (ZOT 3) berechnet. Somit kann ein Winkelgeschwindigkeitsgradient aus wenigen Werten ermittelt werden, um im Voraus den nächsten charakteristischen Wert zu berechnen.
Um den Einfluss von mehreren Zylindern bei einer Brennkraftmaschine mit einfließen zu lassen, wird ein, insbesondere gemittelter, Korrekturfaktor aus Energieverlusten einer Dekompressionsphase von einem ersten Zylinder und einer Kompressionsphase von einem zweiten Zylinder von der Brennkraftmaschine als Zündfolge- paarung zur Berechnung der Winkelgeschwindigkeit in zukünftigen oberen Totpunkte berechnet und berücksichtigt. Somit kann der Verlauf der Drehzahl abhängig von der Anzahl der Zylinder in der Brennkraftmaschine als auch individuelle Zündfolgepaare in eine Voraussage der Drehzahl von der Kurbelwelle in den nächsten Millisekunden berücksichtigt werden. Die Reihenfolge der Zündfolgepaarungen ist grundsätzlich von der Konstruktion der Brennkraftmaschine vorgegeben. Somit können wiederholende Zündfolgepaarungen in die Berechnung für zukünftige obere Totpunkte sehr genau berücksichtigt werden.
Erfindungsgemäß wird der Drehzahlverlauf bei einer hohen Geschwindigkeit mit einer Abtastrate durch eine Sensoreinrichtung an der Brennkraftmaschine erfasst, und die ermittelten Werte werden zur Prognose von niedrigen Drehzahlen kurz vor dem Stillstand ausgewertet. Dadurch kann kostengünstig eine herkömmliche Sensoreinrichtung an der Kurbelwelle von der Brennkraftmaschine eingesetzt werden, deren Abtastrate typischerweise auf 50 bis 100 Signale pro Umdrehung begrenzt ist. Um mit der bereits im Fahrzeug vorhandenen Abtastrate bei langsamen Geschwindigkei- ten im Millisekundenbereich fiktive Stützpunkte neben wenigen real erfassbaren zu erzeugen, aus denen die Position und die Drehzahl der Kurbelwelle ermittelt wird, wird von Messwerten aus einem hohen Geschwindigkeitsbereich auf Werte in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich geschlossen. Somit kann eine zukünftige Winkelgeschwindigkeit abgeleitet werden.
Gemäß einem weiter bevorzugten Verfahren wird die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle im Voraus berechnet, daraus eine synchrone Drehzahl für einen hochlaufenden Starter bestimmt und danach ein Starterritzel vom Starter in einen mit sinkender Drehzahl auslaufenden Zahnkranz der Brennkraftmaschine bei im Wesentli- chen synchroner Drehzahl eingespurt. Unter synchronem Einspuren sind die Drehzahl und der Zeitpunkt zu verstehen, wenn die Drehzahl des Starterritzels und die Drehzahl des Zahnkranzes der Brennkraftmaschine im Wesentlichen übereinstimmt, d. h. das Fenster einer Drehzahldifferenz von Starterritzel und Zahnkranz hinreichend klein ist. Durch die individuelle Vorausberechnung der Winkelgeschwindigkeit kann ein individueller Einspurzeitpunkt bestimmt werden. Die Drehzahl des Starterritzels wird durch Ansteuerung von einer Steuerung, die für einen Start- Stopp- Betrieb ausgebildet ist, auf die im Voraus errechnete Drehzahl der Brennkraftmaschine zu einem bestimmten Einspurzeitpunkt gebracht. Somit wird eine sehr genaue synchrone Drehzahl von Starterritzel und Brennkraftmaschine erreicht. Der Verschleiß sinkt somit und die Geräuschentwicklung ist reduziert. Die Verfügbarkeit eines Wiederstarts der Brennkraftmaschine ist ab dem Einspurzeitpunkt gegeben.
Gemäß einem weiter bevorzugten Verfahren wird die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle mit im Zahnkranz eingespurten Starterritzel im Voraus berechnet und der Starter in Abhängigkeit einer im Voraus berechneten voraussichtlichen Position eines Stillstands von der Kurbelwelle kurzzeitig dosiert bestromt, um ein Rückpen- dein der Kurbelwelle zu vermeiden und/oder die Kurbelwelle in eine günstige motor- typspezifische Vorzugslage, insbesondere mit einem Winkel größer 60°, und besonders bevorzugt ca. 80° bis 100°, ganz besonders bevorzugt von ca. 90°, vor dem nächsten oberen zündbaren Totpunkt zu bewegen. Die Winkelwerte sind nur bei- spielhaft und hier exemplarisch für z.B. einen 6 Zylindermotor angegeben. Somit kann das oben beschriebene Verfahren ein zweites Mal für einen Start- Stopp- Betrieb eingesetzt werden, um die Kurbelwelle in einen solchen optimalen Winkel in der Brennkraftmaschine zu bringen, in dem die Brennkraftmaschine schnell gestartet werden kann.
Die Aufgabe wird auch durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, das mit Programmbefehlen in einen Programmspeicher ladbar ist, um alle Schritte des oben beschriebenen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in einer Steuerung ausgeführt wird.
Das Computerprogrammprodukt erfordert keine zusätzlichen Bauteile im Fahrzeug, sondern lässt sich als Modul in bereits vorhandenen Steuerungen im Fahrzeug implementieren. Das Computerprogrammprodukt kann beispielsweise in der Motorsteuerung, einer separaten eigenen Steuerung oder einer Startersteuerung vorgesehen sein. Das Computerprogrammprodukt hat den weiteren Vorteil, dass es leicht an individuelle und bestimmte Kundenwünsche anpassbar ist, sowie eine Verbesserung der Betriebsstrategie durch verbesserte empirische Werte ermöglicht bzw. individuell vorgesehene Werte des Fahrzeugs leicht einsetzbar sind.
Die Aufgabe wird auch mit einer Steuerung dadurch gelöst, dass der Mikrocomputer in der Steuerung als Erfassungs-, Auswerte- und Steuereinrichtung ausgebildet ist, wobei in den Programmspeicher ein oben beschriebenes Computerprogrammprodukt ladbar ist, um ein oben beschriebenes Verfahren auszuführen. Die Steuerung für einen Start- Stopp- Betrieb kann entweder in einer Motorsteuerung oder in einer separaten Steuerung beispielsweise in einer Startersteuerung zur Ansteuerung eines Starters oder getrennt von anderen Steuerungen ausgebildet sein. Die Steuerung steht zumindest mit der Motorsteuerung über ein Bussystem in Informationskontakt.
Um die Informationswege möglichst kurz zu halten und somit einen geringen zeitlichen Verlust zu erreichen, ist die Steuerung beispielsweise in der Motorsteuerung ausgebildet. Um einen zeitlichen Verlust ebenso auf ein Minimum zu reduzieren und somit eine schnelle Ansteuerung des Starters sowie zum Einspuren des Starterritzels zu erzielen, ist die Steuerung alternativ vorteilhafterweise in der Startersteuerung untergebracht. Beide Alternativen haben den Vorteil, dass wesentliche Teile der Hardware, die beispielsweise für andere Funktionen vorhanden sind zur Ausführung des Verfahrens eingesetzt werden können.
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 Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug- nähme 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,
Fig. 3 ein Zeit-Drehzahl-Diagramm beim Ende des Auslaufens einer Brennkraftmaschine und
Fig. 4 ein Zeit-Drehzahl-Diagramm über einen größeren Zeitabschnitt.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Fig. 1 zeigt einen vereinfachten Schaltplan von Antriebskomponenten, zur Durchführung einer Start- Stopp- Betriebsstrategie. Eine Brennkraftmaschine 1 ist mit mehreren Zylindern 11, 12, 13, 14 ausgebildet. Kolben in den Zylindern 11 bis 14 treiben eine Kurbelwelle 2 an. Zur richtigen Ansteuerung der Brennkraftmaschine 1 und der Detektion der Stellung von den Kolben in den Zylindern 11 bis 14 ist an der Kurbelwelle 2 ein Zahnrad 3 montiert, das typischerweise 50 bis 100 Zähne und Lücken aufweist. An einer Stelle am Zahnrad 3 ist eine größere Lücke als Synchronmarke ausgebildet. Die Synchronmarke und die Zahn-Lücken-Abfolge detek- tiert ein Sensor 4 und übermittelt diese erfassten Werte an die Motorsteuerung 5.
Um die Brennkraftmaschine 1 zu starten, ist an der Kurbelwelle 2 an dem dem Zahnrad 3 gegenüberliegenden Ende ein Zahnkranz 6 montiert. Der Zahnkranz 6 wird von einer Startvorrichtung 7 beim Starten der Brennkraftmaschine 1 angedreht. Die Startvorrichtung 7 umfasst einen Starter 8 auf dessen Achse ein Starterritzel 9 axial verschiebbar gelagert ist. Das Starterritzel 9 ist mittels eines Starterrelais 10 in den Zahnkranz 6 ein- und ausrückbar. Um einen Start- Stopp- Betrieb ausführen zu können, weist die Startvorrichtung 7 eine Startersteuerung 15 auf. Die Startersteuerung 15 hat einen Mikrocomputer 16 mit einem Programmspeicher 17. Mittels der Startersteuerung 15 lässt sich das Starterrelais 10 und der Starter 8 separat gezielt ansteuern. Der Mikrocomputer 16 hat ferner einen Zeitgeber 18. Der Mikrocomputer 16 steht mit der Motorsteuerung 5 über ein Bussystem, beispielsweise über einen CAN- Bus 19, in Informationskontakt. Die Motorsteuerung 5 ist zum Informationsaustausch mit Aktoren und Sensoren von der Brennkraftmaschine 1 verbunden. Der Sensor 4 steht über ein Bussystem 20 in Informationskontakt mit der Motorsteuerung 5, um die Aktoren anhand von Werten von Sensoren anzusteuern.
Der Mikrocomputer 16 führt das zur Fig. 2 beschriebene Verfahren aus, in dem er die Kurbelwellenposition und die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 2 von der Motorsteuerung 5 übermittelt bekommt.
Die Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm eines besonders bevorzugten Verfahrens. Im Schritt Sl ist die Brennkraftmaschine 1 gestartet, nachdem vorher die Kurbelwellen- position und die Drehzahl der Kurbelwelle 2 gemessen wurden und an die Motorsteuerung 5 übermittelt worden sind. Die Drehzahl n der Kurbelwelle 2 und die Position der Kurbelwelle 2 wird laufend von einer Sensoreinrichtung, die das Zahnrad 3 und den Sensor 4 umfasst, gemessen. Zur Überprüfung und Korrektur werden diese Informationen an die Motorsteuerung 5 übermittelt.
Im Schritt S3 erhält die Motorsteuerung 5 ein Ausschaltsignal für einen kurzfristigen Stopp der Brennkraftmaschine 1 aufgrund von Abschaltbedingungen, die entweder über das gleiche Bussystem, einen CAN-Bus 19, oder über ein separates Bussystem übermittelt werden. Die Abschaltbedingungen ergeben sich beispielsweise aus der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder einer Pedalstellung und/oder Gangwahl des Fahrzeugs. Es wird von der Motorsteuerung 5 oder einer anderen Steuerung, die für einen Start- Stopp- Betrieb vorgesehen ist, eine Betriebsstrategie ausgewählt, nach der die Brennkraftmaschine 1 und die Startvorrichtung 7 definiert gesteuert werden, um möglichst schnell eine Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine 1 bei einem sich ändernden Betriebswunsch des Fahrers bereitstellen zu können.
Im Regelfall wird die Brennkraftmaschine nach Erhalt eines Stopp-Signals aufgrund einer Start- Stopp- Betriebsstrategie ausgeschaltet.
Die Brennkraftmaschine 1 kommt nach Ausschalten, beispielsweise einem Stopp der Kraftstoff zufuhr, nicht sofort zum Stehen, sondern läuft in einer charakteristischen Weise aus. In zündbaren oberen Totpunkten ZOT in den einzelnen Zylindern 11 bis 14, an die sich ein Arbeitstakt anschließt, stellt sich eine Winkelgeschwindigkeit ein, die die kinetische Energie des Gesamtsystems zu diesem Zeitpunkt charakterisiert.
Erfindungsgemäß wird in einem Schritt S4 die Winkelgeschwindigkeit in diesen oberen Totpunkten ZOT gemessen und die kinetische Energie errechnet. Gemäß einem Gedanken der Erfindung ist aus der Winkelgeschwindigkeit im Vergleich zu den Winkelgeschwindigkeiten, die sich in einem Zyklus oder mehren Zyklen früher eingestellt haben, eine Aussage über die in den nächsten Zyklen zu erwartende Winkelgeschwindigkeiten machbar.
Die Vorhersage der Geschwindigkeit und des Zeitpunkts für den nächsten ZOT er- folgt nach folgendem Verfahren:
Die Winkelgeschwindigkeit Con wird im Bereich von vorbestimmten, charakteristischen Positionen der Kurbelwelle 2 bestimmt, die den zündbaren oberen Totpunkten (ZOTs) entsprechen, „n" steht für den n-ten ZOT-Punkt. Aus zwei ermittelten Werten während des Auslaufs wird der Winkelgeschwindigkeitsgradient bestimmt und somit wird der nächste und auch der für die darauf folgenden ZOTs bestimmt. Dadurch ist eine sehr genaue und sehr präzise Vorhersage machbar, zu welchem Zeitpunkt im Millisekundenbereich und mit welcher Geschwindigkeit die nächsten ZOTs durchlaufen werden.
Das während des Motorauslaufs entgegen der Rotationsrichtung wirkende Brems- moment MBrems wird in erster Näherung als konstant angesehen. Das Bremsmoment setzt sich hierbei unter anderem aus inneren Reibmomenten, Wärmeverlusten, Strömungsverlusten und Verlusten aufgrund von mitlaufenden Zusatzaggregaten zusammen.
Es stellt sich somit eine konstante Winkelbeschleunigung ocßrems ein. Die Steigung zeigen Fig. 3 und 4 durch einen linearen Abfall der Drehzahl n von der Brennkraftmaschine über die Zeit. Es wird also angenommen, dass ω(t)= αBrems*t + CO0 mit
Figure imgf000012_0001
const. ist.
Für den n-ten ZOT gilt dann:
GVi = OCBrems* t, + CO0 αBrems= (GVI-I" (On)/ (tn-r tn)
Durch Quadrieren von Con kann ein Wert erzeugt werden, der proportional zu der kinetischen Energie zu diesem Zeitpunkt ist. Die Proportionalitätskonstante K entspricht im Wesentlichen dem halben Trägheitsmoment J des Gesamtsystems. Erot= K* ω2= 1/2* J* ω2
Für die Abnahme der kinetischen Energie von ZOT zu ZOT gilt dann:
Eßrems ZOT zu ZOT= Mßrems φ= COnSt, da MBrems= const. und φzoτ∑u zoτ= const. (φZoτ zu zoτ ist abhängig von Zylinderanzahl) ist.
Erot n= Erot n-1" Eerems ZOT zu ZOT mit Energieäquivalent EBrems zoτ zu zoτ= K*ωBrems zoτ zu zoτ2 alSO gilt: COh = COh-i - Glßrems ZOT zu ZOT
Über diese Beziehung kann zunächst bei zwei ZOT Durchgängen OOßrems ZOT zu ZOT = GVi-I " GVi und
0CBrems= ((Hn-I' Con)/ (tn-r tn) bestimmt werden.
Als Vorhersage für die Geschwindigkeiten in den nächsten ZOTs gilt exemplarisch: GVi-n = GVi - G)ßrems ZOT zu ZOT Als Vorhersage des Zeitpunkts der nächsten ZOTs gilt exemplarisch: tn+l= (GVr On)/ αBrems+ tn
Die Fig. 4 zeigt die typische Lage der ZOT-Werte in einem Zeit-Winkelge- schwindigkeits- bzw. Drehzahl- Diagramm für eine Brennkraftmaschine mit 6- Zylindern.
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren ist bisher von einem konstanten Ge- schwindigkeitsgradienten während des Auslaufs der Brennkraftmaschine ausgegangen worden. Bei Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylindern ergeben sich Abweichungen, die sehr unterschiedliche Ursachen haben können. Mögliche Faktoren sind zum einen die, dass sich ein Zylinder von einem anderen in einem unterschiedlichen Kompressions-/Dekompressions-verhalten und/oder unterschiedlichen Wärme- und Strömungsverlusten während der Kompression/Dekompression usw. unterscheidet.
Deshalb wird in Schritt S5 zusätzlich ein Korrekturfaktor aufgrund von mehreren Zylindern in der Brennkraftmaschine berechnet und daraus die nächsten ZOTs bestimmt.
Die Fig. 4 zeigt die Winkelgeschwindigkeiten ohne einen Korrekturfaktor von Zylinder zu Zylinder Abweichungen für einen dargestellten 6-Zylinder- Motor mit einer dünnen gezeichneten Geraden N. Der Korrekturfaktor umfasst eine zylinderspezifische Abweichung, die mit der dicker gezeichneten Kennlinie Nk berücksichtigt ist, in dem die Werte für Z0T2 und Z0T4 etwas oberhalb und die Werte für ZOT 3 jeweils unterhalb der dünneren Geraden N dargestellt sind.
Die von Zylinder zu Zylinder auftretenden unterschiedlichen Energieverluste führen dazu, dass sich der Energieinhalt von Zylinder zu Zylinder unterscheidet, der wäh- rend der Kompressionsphase in der komprimierten Luftsäule gespeichert und dann wieder während der Dekompressionsphase als kinetische Energie abgegeben wird. Abhängig von dem momentan in der Kompression befindlichen Zylinder wird ein zusätzlicher zündfolgespezifischer Korrekturfaktor eingeführt. Dieser berücksichtigt die oben beschriebenen Abweichungen von Zylinder zu Zylinder und führt somit zu einer genaueren Vorhersage für den Zeitpunkt des nächsten Durchgangs durch den ZOT und zu einer genauen Vorhersage für die sich in diesem ZOT einstellende Win- kelgeschwindigkeit.
Der Korrekturfaktor setzt sich aus den Verlusten während der letzten Dekompressi- onsphase und den Verlusten der nächsten Kompressionsphase zusammen.
Die ZOTs sollen in der Reihenfolge, wie sie beispielsweise in der Fig. 5 gezeigt sind, also ZOTl, Z0T2, Z0T3, Z0T4, Z0T5 ... ZOTn durchlaufen werden.
Da die Zündfolge in einem Verbrennungsmotor festgelegt ist, gibt es nur einen Satz von relevanten Dekompressions-/Kompressions-Paarungen, also einer Zündfolgepaarung, die den Energieverlust von ZOT zu ZOT charakterisieren nämlich im folgenden Paarungssatz: (Dekompression 1 / Kompression 2), (Dekompression 2 / Kompression 3), (Dekompression 3 / Kompression 4), (Dekompression 4 / Kompression 5), ... , (Dekompression n / Kompression n+1).
Dann gilt: tzOT_n+l= trot_n+i+ t-Komp_n+l= trot_n+i+ t-Komp_n~ tverlust_Paarung(n/n+l)
Während des Motorauslaufs der Brennkraftmaschine wird das entgegen der Rotati- onsrichtung wirkende Gesamtmoment, d. h. das Bremsmoment, in erster Näherung als konstant angesehen. Dies stellt die Gerade N aus der Fig. 3 und 4 dar. Das Bremsmoment setzt sich zusammen aus inneren Reibmomenten, Wärmeverlusten, Strömungsverlusten und Verlusten aufgrund von mitlaufenden Zusatzaggregaten.
Es wird im Schritt S5 für die Brennkraftmaschine und für den aktuellen Zustand der Brennkraftmaschine der typische, individuelle Korrekturfaktor für jede einzelne Zündfolgepaarung berücksichtigt. Der typische Korrekturfaktor ist entweder neu berechnet worden oder ist ein „gelernter" Korrekturfaktor, der während eines Auslaufs der Brennkraftmaschine zu den ZOT-Zeiten gemessenen Geschwindigkeiten über die Zeitachse durch eine linear fallende Linie N gemittelt worden ist. Eine Auswertung der Abweichung der einzelnen Geschwindigkeiten in den jeweiligen ZOTs zur line- arisierten Kurve ergibt den Korrekturfaktor für die jeweilige Zündfolgepaarung. Bei sehr kurzen Ausläufen der Brennkraftmaschine werden gegebenenfalls mehrere aufeinander folgende Ausläufe der Brennkraftmaschine analysiert und entsprechend ausgewertet. Eine Mittelung über mehrere Korrekturfaktorbestimmungen erhöht die Genauigkeit der Korrektur. Es wird also zu jedem einzelnen Auslauf der Brennkraftmaschine der Winkelgeschwindigkeitsgradient ausgewertet. Es werden somit gegenüber dem Stand der Technik keine Werte aus einem gespeicherten Kennfeld zur Vorhersage der nächs- ten ZOTs herangezogen, da der Geschwindigkeitsverlauf inhomogen ist und ein breites Toleranzfeld aufweist, so dass sich keine spezifische Aussage ermitteln lässt.
Außerdem hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass die Vorhersage- werte für den Zeitpunkt und der Winkelgeschwindigkeit bei den nächsten ZOT-
Durchgängen von sich eventuell plötzlichen oder auch solchen mit langer Zeitkonstante, ändernden äußeren Bedingungen unabhängig sind.
Die zu messenden und analysierenden Datenmengen in Schritt S4 und S5 sind ge- ring. Trotz des reduzierten Mess- und Rechenaufwands kann eine sehr spezifische und eine sehr genaue Prognose für die Zukunft gemacht werden über den Zeitpunkt der folgenden ZOTs.
Es ergibt sich somit ein enges Toleranzband, in dem die Vorhersage liegt. Unter anderem deshalb, da der Zustand der Brennkraftmaschine, wie er sich zum Zeitpunkt der Messung und Festlegung von Korrekturprognosen darstellt, jedes Mal neu erfasst wird. Dadurch ist die Prognose hochgenau.
Erfindungsgemäß wird also eine positionsabhängige Geschwindigkeitsmessung der Kurbelwelle vorgenommen, um eine Prognose für die Zukunft zu machen.
Hat die Steuerung im Schritt S5 einen bestimmten vorausberechneten Zeitpunkt ermittelt, in dem gleichzeitig mit gleicher Drehzahl das Starterritzel 9 in den Zahnkranz 6 eingespurt werden kann, so wird im Schritt Al abgefragt, ob dieser Zeitpunkt erreicht ist. Ist dieser Zeitpunkt noch nicht erreicht, wiederholt die Steuerung die
Schritte S4 und S5 und detektiert, berechnet und korrigiert den Geschwindigkeitsverlauf für die nächsten ZOTs im Millisekundenbereich. Ist der vorausberechnete Zeitpunkt erreicht, prüft die Steuerung, ob aufgrund der neuesten Prognose und den sich aktuell einstellenden Drehzahlen der Brennkraftmaschine und der zu erwartenden Drehzahl des Starterritzels eine (Fein-) Korrektur des Einspurzeitpunkts durchgeführt wird. Mit diesem gegebenenfalls korrigierten Einspurzeitpunkt geht die Steuerung in Schritt S6 weiter.
Im Schritt S6 wird das Starterritzel 9 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt vom Starterrelais 10 in axialer Richtung auf der Achse des Starters 8 bewegt und in den Zahn- kränz 6 eingespurt. Der Starter 8 wird je nach Betriebsstrategie entweder vor dem Ausschalten, gleichzeitig mit dem Ausschalten der Brennkraftmaschine 1 oder während der Durchführung der Schritte S4 und S5 gestartet und auf eine Drehzahl n beschleunigt, die von der Steuerung in Schritt S5 bestimmt worden ist. Somit kann das Starterritzel 9 in einem sehr präzisen Toleranzband mit einer annähernden syn- chronen Drehzahl eingespurt werden. Das Starterritzel 9 bleibt im Zahnkranz 6 eingespurt und läuft mit der Brennkraftmaschine 1 aus, solange keine Änderung der Betriebsstrategie vorgesehen ist, bzw. keine Änderung des Betriebswunsches an die Motorsteuerung 5 übermittelt wird.
Im Schritt S7 prüft die Steuerung entsprechend dem zu den Schritten S4 und S5 beschriebenen Verfahren mit welcher Position die Kurbelwelle zum Stillstand kommen wird.
In einer darauf folgenden Abfrage A2 wird abgefragt, ob die Kurbelwelle 2 in einer idealen Position zum Stehen kommen wird, um die Brennkraftmaschine 1 möglichst schnell starten zu können, d. h. die Kurbelwelle 2 zu einem ZOT beispielsweise in einem günstigen Winkel von ca. 90° vor dem nächsten ZOT steht. Ist dies der Fall, so kommt das Verfahren in der Steuerung zum Ende.
Wird in der Abfrage A2 ein ungünstiger Kurbelwellenwinkel zum nächsten ZOT de- tektiert, bzw. ist ein Rückpendeln prognostiziert, so wird in Schritt S8 der Starter 8 im Bereich von Millisekunden definiert bestromt, so dass die Kurbelwelle 2 in eine genau definierte Position gebracht wird, um die Brennkraftmaschine 1 möglichst schnell und aus einem idealen Zustand starten zu können. Der Starter 8 fungiert in diesem Schritt S8 zusammen mit der Startersteuerung 8 als Servomotor oder als ein Stellantrieb. Die Position der Kurbelwelle wird weiter erfasst und gegebenenfalls wird der Starter 8 kurzzeitig nochmals bestromt, so dass die Kurbelwelle 2 in einem vorgesehenen Winkel zum nächsten ZOT zum Stillstand kommt. Anschließend kehrt das Verfahren zum Ende. Am Ende wird also nur noch auf einen Startimpuls von der Motorsteuerung 5 zum Starten der Brennkraftmaschine 1 gewartet. Die Fig. 3 zeigt wie zur Fig. 2 und zum Schritt S4 und S5 bereits beschrieben eine Kennlinie Ki der Kurbelwelle 2 mit charakteristischen Positionen im Auslauf einer Brennkraftmaschine 1 nach dem die Brennkraftmaschine 1 beispielsweise ausgeschaltet worden ist. Es ergeben sich an den so genannten ZOTs (ZOTl, Z0T2, Z0T3, Z0T4, Z0T5) jeweils charakteristische Punkte, in denen der Drehzahlverlauf aufgrund des Kompressionsverhaltens vor einer Arbeitsphase der einzelnen Zylinder 11 bis 14 zunächst steiler abfällt. In den ZOTs weist der Drehzahlverlauf lokale Minima bzw. Bereiche mit flacherem Winkelgeschwindigkeitsgradienten auf, aufgrund des Geschwindigkeitszuwachses während der Dekompressionsphase. Mit der linea- ren Kennlinie N ist der Winkelgeschwindigkeitsgradient über die Zeit t dargestellt.
Die Fig. 4 zeigt die Lage der ZOT-Werte über einen größeren zeitlichen Bereich als die Fig. 3 einmal ohne die Korrektur von Zylinder zu Zylinder Abweichungen als Kennlinie N und einmal als Kennlinie Nk mit Berücksichtigung des oben beschriebe- nen Korrekturfaktors.
Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerische Darstellungen für die Erfindung als Wesentlich verwiesen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren einer Steuerung für einen Start- Stopp- Betrieb einer Brennkraftmaschine (1) in einem Kraftfahrzeug zum kurzfristigen Stoppen und Starten der Brennkraftmaschine (1), die von einer elektrischen Maschine als Starter (8) gestartet wird, wobei von einer Detektionseinrichtung die Position und die Drehzahl einer
Kurbelwelle (2) während des Betriebs und nach Ausschalten der Brennkraftmaschine (1), insbesondere für einen kurzfristigen Stopp, erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Drehzahl der Kurbelwelle (2) nach Ausschalten der Brennkraftmaschine (1) im Voraus aktiv und neu berechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle (2) der Brennkraftmaschine (1) an charakteristischen, insbesondere wiederkehrenden, Positionen der Kurbelwelle (2) während des Auslaufs erfasst und berechnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelgeschwindigkeit in zündbaren oberen Totpunkten (ZOT) der Kurbelwelle (2) erfasst und berechnet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus mindestens zwei Werten der Winkelgeschwindigkeit von zündbaren oberen Totpunkten (ZOT) mindestens ein dritter Wert für einen folgenden zündbaren oberer Totpunkt (ZOT 3) berechnet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein, insbesondere gemittelter, Korrekturfaktor, aus Energieverlusten einer De- kompressionsphase von einem ersten Zylinder und einer Kompressionsphase von einem zweiten Zylinder von der Brennkraftmaschine (1) als Zündfolgepaarung, zur Berechnung der Winkelgeschwindigkeit in zukünftigen oberen Totpunk- ten berechnet und berücksichtigt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlverlauf bei einer hohen Geschwindigkeit mit einer Abtastrate durch eine Sensoreinrichtung an der Brennkraftmaschine (1) bei hohen Drehzahlen er- fasst und die ermittelten Werte zur Prognose von niedrigen Drehzahlen kurz vor dem Stillstand ausgewertet werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle (2) im Voraus berechnet, und daraus eine synchrone Drehzahl für einen hochlaufenden Starter (8) bestimmt und danach ein Starterritzel (9) vom Starter (8) in einen mit sinkender Drehzahl auslaufenden Zahnkranz (6) der Brennkraftmaschine (1) bei im Wesentlichen synchro- ner Drehzahl eingespurt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle (2) im Voraus mit im Zahnkranz ein- gespurten Starterritzel (9) berechnet wird und der Starter (8) in Abhängigkeit ei- ner im Voraus berechneten voraussichtlichen Position eines Stillstands von der
Kurbelwelle (2) kurzzeitig dosiert bestromt wird, um ein Rückpendeln der Kurbelwelle (2) zu vermeiden und/oder die Kurbelwelle (2) in eine günstigere motor- typspezifische Vorzugslage, insbesondere mit einem Winkel bei einem 6 Zylindermotor größer 60°, besonders bevorzugt ca. 80° - 100°, ganz besonders be- vorzugt von ca. 90°, vor dem nächsten zündbaren oberen Totpunkts (ZOT) zu bewegen.
9. Computerprogrammprodukt, das in einen Programmspeicher (17) mit Programmbefehlen ladbar ist, um alle Schritte eines Verfahrens nach zumindest ei- nem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen, wenn das Programm in einer Steuerung ausgeführt wird.
10. Steuerung für einen Start- Stopp- Betrieb einer Brennkraftmaschine (1) in einem Fahrzeug zum kurzfristigen Stoppen und Starten der Brennkraftmaschine (1), wobei die Brennkraftmaschine (1) mittels einer elektrischen Maschine als Starter
(2) startbar ist, wobei die Steuerung einen Mikrocomputer (16) mit einem Programmspeicher (17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocomputer (16) als Erfassungs-, Auswerte- und Steuereinrichtung ausgebildet ist, um eine Startvorrichtung definiert anzusteuern, wobei insbesondere in den Programm- Speicher (17) ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 9 ladbar ist, um besonders bevorzugt das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
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