WO2012000776A1 - Verfahren und vorrichtung zum positionieren einer kurbelwelle einer brennkraftmaschine eines kraftfahrzeuges - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum positionieren einer kurbelwelle einer brennkraftmaschine eines kraftfahrzeuges Download PDF

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Matthias Cwik
Patrick Ziegler
Ewald Mauritz
Mike Foell
Stefan Tumback
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the technical field of the invention relates to the positioning of a crankshaft of an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the crankshaft by means of a
  • a starter motor of a starter conventionally used a starter motor of a starter.
  • a starter relay of the starter spurs a starter pinion of the starter for engagement with a ring gear of the crankshaft with the engine stopped to turn the crankshaft over the thus created pinion gear engagement.
  • the starter rotates the internal combustion engine to a minimum speed, so that an independent running of the combustion process and the achievement of a stable idling of the internal combustion engine are possible.
  • the starting processes of the internal combustion engine with start / stop systems are not only at the start of the journey, but also in different traffic situations.
  • a shortening of the starting time is desirable especially when using start / stop systems.
  • the start time from the beginning of the driver's start request to the autonomous Abiillerens of the combustion process of the internal combustion engine is substantially dependent on the position of the engine in which the
  • Start / stop operation cause the shutdown position of the internal combustion engine to be randomly distributed when it reaches standstill.
  • the duration of a subsequent Therefore, the number of consecutive starts may vary from start to start and may be small or large depending on the random stop position.
  • DE 10 2007 019 941 A1 describes a method for positioning a crankshaft of a deactivated internal combustion engine of a motor vehicle, wherein the crankshaft is rotated by means of a freewheel having, electric starter motor in a desired target position for the subsequent start of the internal combustion engine. It is provided that at least one characteristic curve and / or characteristic values of a relationship between a traversed rotary path of the crankshaft and an angular position at a normalized pulse current duration of the starter motor for a defined operating case are determined, that the current rotational angular position of the crankshaft is determined and that the electric starter motor in Dependent on the determined angular position of the
  • the starting device has a starter motor, an engagement device with an actuator for meshing a driven by the starter motor pinion in a non-rotatably connected to the crankshaft of the internal combustion engine sprocket, and a control module that drives a starter motor with a suitably adjusted power supplying power amplifier, wherein the power amplifier a plurality of switching means comprises, by the selective control of the starter motor different currents are supplied.
  • the invention is based on the recognition that the generation of the control signal for energizing the starter motor for setting the target crankshaft angle as a function of the actual angular speed of the internal combustion engine and the actual crankshaft angle, a reduction in the total energy that must be applied for crankshaft positioning result Has. Furthermore, there is a reduction in the vibrations that are caused during crankshaft positioning. This advantageously leads to an improvement in comfort.
  • crankshaft positioning of the present invention allows a
  • crankshaft of an internal combustion engine of a motor vehicle
  • the crankshaft is rotatable by means of a starter motor of a starter in a specific target crankshaft angle, wherein the
  • Control means which is adapted to generate a control signal for energizing the starter motor for setting the target crankshaft angle in response to a provided actual angular velocity of the internal combustion engine and a provided actual crankshaft angle of the crankshaft.
  • control means may be implemented in terms of hardware or also hardware and software technology.
  • control means may be implemented as a device, for example ASIC, microprocessor, device, for example as part of an engine control unit or as part of a system.
  • control means may be at least partially constituted as a computer program product, as a function, as a routine, as part of a
  • Program codes or be designed as an executable object.
  • a motor vehicle which has such a start / stop system.
  • a motor vehicle is a
  • the actual angular velocity of the internal combustion engine is the current or instantaneous angular velocity of the internal combustion engine.
  • the actual crankshaft angle is the current or instantaneous crankshaft angle of the crankshaft.
  • the control signal is then generated as a function of the calculated energy difference.
  • the amount of energy can be determined dynamically, which is to be supplied to the engine so that it comes to a standstill in the desired parking position.
  • Internal combustion engine can be controlled by pulse-shaped energization of the starter. Furthermore, the energy increase of the internal combustion engine caused thereby can be monitored and the energization of the starter can then be ended as soon as the transmission of the required amount of energy to the internal combustion engine has been completed.
  • the calculation of the energy difference or the energy balance preferably takes place continuously during the crankshaft positioning.
  • the system energy is referenced with E1, the required energy with E2, the energy difference with E D and the target position or the target crankshaft angle with c ziei.
  • E1 and E2 the difference or energy difference E D between E1 and E2 is calculated.
  • the value of the energy difference E D is continuously updated during the operation, for example in the one millisecond clock mentioned above.
  • the starter motor is energized and thus turned on. Consequently, the internal combustion engine is accelerated.
  • the control of the current takes place, for example, electronically by a starter control unit of the starter.
  • the energization of the starter takes place for example in the form of one or more current pulses, which may be limited in particular in their duration and their number. Furthermore, the times of the beginning and the end of the energization can be dependent on the current engine speed of the internal combustion engine.
  • the target position is shifted by a predetermined angle, which corresponds to the distance between two dead points of the internal combustion engine, for example 180 °. This in turn leads to
  • Such a shift is preferably at most once per positioning operation.
  • the energy difference E D is calculated by: where ER denotes the friction energy of the crankshaft when traveling the distance between the actual crankshaft angle and the target crankshaft angle,
  • E T denotes the inertial energy composed of the inertial energy values of the engine and the starter
  • E K denotes the compression energy of the internal combustion engine.
  • Energy values with a positive sign have a braking effect on the internal combustion engine, while energy values with a negative sign have a negative effect
  • the existing inertial energy E T is composed of the two inertial energy values of the internal combustion engine and of the starter.
  • Inertia energy E T is calculated according to the following formula:
  • the energy E R indicates the friction energy which must be applied to the target position for overcoming the friction when traveling the path from the current or current crankshaft position at the respective time of the energy calculation. It is preferably calculated by the following formula:
  • the compression energy E K may have a positive sign or a negative sign. Consequently, the compression energy E K can have a braking, but also an accelerating effect on the internal combustion engine. For example, if the engine is in a position where the cylinder piston approaches top dead center, energy must be expended to compress the air in the cylinder. On the other hand, if the engine is in a position shortly after top dead center, then the compressed air exerts a force on the cylinder piston, which leads to an independent further rotation of the engine.
  • Compression energy characteristic used In particular, energy values are stored as a function of the crankshaft angle in the compression energy characteristic.
  • Energy values describe those energies, which on further rotation of the engine starting from the respective crankshaft angle to the next top dead center for the
  • EK EK, is + EK, O- EK, target-
  • E k , i s t denotes the compression energy at the location of the current crankshaft angle c, E K , the compression energy at the location of the target crankshaft angle c ziei and E k , o the compression energy at a crankshaft angle of 0 °.
  • the quantities E K , i s t > E K , ziei and E K , o are taken by interpolation from the compression energy curve.
  • the actual angular velocity of the internal combustion engine during operation of the internal combustion engine and the actual crankshaft angle of the crankshaft are measured and provided during operation of the internal combustion engine.
  • control signal is generated as a function of the target crankshaft angle, the actual angular speed, the actual crankshaft angle and in dependence on a number of time-dependent conditions for protecting the current-controlling starter control unit of the starter.
  • both the permitted maximum and the permitted minimum duration of the energization are preferably limited, since the high currents occurring during the energization of the starter can place high demands on the current-controlling starter control unit. Especially at the moment of switching on and at the moment of switching off the current high energy peaks can occur, which can lead to a strong heat development. Furthermore, a high energization time can lead to a sharp increase in temperature.
  • the energy supply preferably follows by a plurality of successive Bestromungspulse whose maximum and minimum durations are preferably equally limited, if the energy supplied to the internal combustion engine during the energization time is not sufficient to reach the target position. Between the individual current pulses there is an energizing break with a predetermined minimum duration. This minimum duration advantageously ensures that the heat occurring when a current pulse is switched off can for the most part be dissipated before the subsequent current pulse begins.
  • such a sequence is repeated until the energy present in the system is sufficient for reaching the target position, or until a maximum permissible number of deliverable current pulses has been reached.
  • limit values serve for the maximum and minimum duration of the energization, the minimum duration of the energization break and the number of permissible current pulses Advantageously, to protect the components that realize the circuit of the starter current.
  • control signal is generated as a function of the target crankshaft angle, the actual angular speed, the actual crankshaft angle and in dependence on a number of rpm-dependent conditions.
  • the speed-dependent conditions may additionally be used.
  • the energization of the starter motor begins at the earliest when a predefined speed limit of the internal combustion engine is exceeded.
  • the end of a Bestromungsvorgangs takes place at the latest when a predefined upper speed limit of the engine is exceeded.
  • the principle of a two-point controller is preferably used. This ensures that the engine has a speed within predefined limits between the lower speed limit and the upper speed limit during crankshaft positioning.
  • the deviation of the calculated energy that must be supplied to the engine during crankshaft positioning may increase with increasing engine speed.
  • the upper speed limit is therefore advantageously used to minimize inaccuracies in the energy calculation.
  • the efficiency of energy transfer from the starter to the engine drops at low engine speeds.
  • the lower speed limit advantageously allows for a reduction in the total amount of energy that must be applied during crankshaft positioning.
  • the cranking of the starter during crankshaft positioning especially leads to strong vibrations in the vehicle when the engine is already stationary.
  • the onset of energization prior to engine stall may also result in a reduction in vehicle vibration and comfort for the operator during crankshaft positioning.
  • control signal is generated as a function of the target crankshaft angle, the actual angular speed, the actual crankshaft angle, a number of time-dependent conditions for protecting the current-controlling starter control unit of the starter and as a function of a number of speed-dependent conditions.
  • control signal is calculated as a function of the target crankshaft angle, the actual angular speed and the actual crankshaft angle and additionally in dependence on one or more of the following parameters:
  • the friction torque of the internal combustion engine or a value derived from the friction torque of the internal combustion engine can be used as a parameter.
  • control signal is generated after a meshing of a starter pinion of the starter in a motor gear ring of the internal combustion engine.
  • the present method can be used in the context of start / stop systems with starter motor, in which the meshing of the starter pinion in the engine sprocket and the starter can be done independently.
  • the energy difference E D is calculated by: where ER denotes the friction energy of the crankshaft when traveling the distance between the actual crankshaft angle and the target crankshaft angle, wherein E T denotes the inertial energy composed of the inertial energy values of the internal combustion engine and the starter, and
  • E K denotes the compression energy of the internal combustion engine.
  • the energy is transmitted in pulse form from the starter to the internal combustion engine by means of the energization of the starter motor controlled by the control signal. Due to the pulsed control of the starter, a distribution of the energy transfer to several cycles is preferably made possible. During the Starterbestrom ung can occur in the current-controlling starter controller, a strong heat, which can lead to the destruction of the starter controller. The distribution of the energization duration over several cycles enables an interim heat dissipation, whereby the requirements for the starter control unit are advantageously reduced. Furthermore, this makes it possible that the energization of the starter can be realized by means of electronic circuits. The control of the current in conventional starters, however, takes place by means of mechanical relays. An electronic control has the advantage of a significantly lower reaction time or switching time and a higher reproducibility in comparison.
  • Figure 1 is a schematic flow diagram of an embodiment of a
  • Figure 2 is a schematic view of a first embodiment of a
  • Figure 3 is a schematic view of a second embodiment of a
  • Figures 4, 5 are schematic diagrams illustrating a sequence of a
  • Embodiment of the crankshaft positioning, and Figures 6, 7 are schematic diagrams illustrating a
  • FIG. 1 shows a schematic flow diagram of an embodiment of a method for positioning a crankshaft of an internal combustion engine of a motor vehicle is shown.
  • the crankshaft is rotatable by means of a starter motor of a starter in a specific target crankshaft angle.
  • step 101 an actual angular speed of the internal combustion engine is provided, preferably measured.
  • the actual angular velocity is measured during operation of the internal combustion engine.
  • step 103 an actual crankshaft angle is provided, in particular measured, and the actual crankshaft angle of the internal combustion engine is preferably measured and provided during operation of the internal combustion engine.
  • step 105 a control signal for energizing the starter motor for setting the target crankshaft angle in dependence on the actual angular speed of the internal combustion engine and the actual crankshaft angle is generated.
  • an energy difference between a current system energy of a system consisting of the internal combustion engine and the starter and a necessary energy for setting the target crankshaft angle is calculated as a function of the target crankshaft angle, the actual crankshaft angle and the actual angular speed.
  • the control signal is then preferably generated as a function of the calculated energy difference.
  • the energy is transmitted from the starter to the internal combustion engine in a pulse-shaped manner, in particular by means of the energization of the starter motor controlled by the control signal.
  • the step 105 is carried out in particular after a meshing of a starter pinion of the starter in a motor ring gear of the internal combustion engine.
  • FIG. 2 shows a schematic view of a first exemplary embodiment of a device 200 for positioning a crankshaft of an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the device 200 is designed, for example, as a starter control unit of a starter of the motor vehicle.
  • the device 200 has a control means 300.
  • the control means 300 is adapted to generate a control signal 500 for energizing the starter motor for setting the target crankshaft angle 401 as a function of the actual angular speed 402 of the internal combustion engine and the actual crankshaft angle 403.
  • the control means 300 receives the following parameters or signals: target crankshaft angle 401, actual angular velocity 402, actual crankshaft angle 403, internal combustion engine compression energy curve 404, internal combustion engine average flow rate slope 405, internal combustion engine inertia 406, Inertia 407 of the crankshaft, friction torque 408 of the starter, predetermined maximum time 409 of a current pulse to energize the starter motor, predetermined minimum time period 410 of a current pulse to energize the starter motor, predetermined minimum pause 41 1 between two current pulses, predetermined maximum number 412 of current pulses within a given one Time window, certain maximum angular velocity 413 of the internal combustion engine and certain minimum angular velocity 414 of the internal combustion engine.
  • the control means 300 of FIG. 3 generates the control signal 500.
  • Figures 4 and 5 are schematic diagrams illustrating a sequence of an embodiment of the crankshaft positioning.
  • the reference numeral 601 shows the current angular velocity of the engine.
  • the lower speed limit and the upper speed limit are shown by reference numerals 602 and 603, respectively.
  • the current pulses for crankshaft positioning according to the invention are represented by the curve 604.
  • the curve 701 shows the current crankshaft angle.
  • the crankshaft positioning according to the invention is carried out between the times 702 and 703.
  • the curve 704 shows the calculated energy difference E D.
  • FIG. 6 illustrates the case that the actual crankshaft angle ci s t of the crankshaft is less than or equal to the target crankshaft angle c ziei (q cpaei).
  • the compression energy calculated E K from E K E "is - E" ziei-
  • FIG. 7 shows the case where the actual crankshaft angle ci s t of the crankshaft is greater than the target crankshaft angle c ziei (cpi st ⁇ cpziei) ⁇

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Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Steuersignal (604) für eine Bestromung des Startermotors zum Einstellen eines Ziel-Kurbelwellenwinkels (φZiel) der Kurbelwelle in Abhängigkeit einer Ist-Winkelgeschwindigkeit (701, φist) der Brennkraftmaschine und eines Ist-Kurbelwellenwinkels (601, (Wist) der Kurbelwelle generiert.

Description

Beschreibung Titel
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM POSITIONIEREN EINER KURBELWELLE EINER BRENNKRAFTMASCHINE EINES KRAFTFAHRZEUGES
Stand der Technik
Das technische Gebiet der Erfindung betrifft die Positionierung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges. Dazu wird die Kurbelwelle mittels eines
Startermotors eines Starters gedreht.
Zum Starten einer Brennkraftmaschine oder eines Verbrennungsmotors wird
herkömmlicherweise ein Startermotor eines Starters verwendet. Ein Starter-Relais des Starters spurt ein Startritzel des Starters zum Eingriff mit einem Zahnkranz der Kurbelwelle bei stehender Brennkraftmaschine ein, um die Kurbelwelle über den so erstellten Ritzel- Zahnkranzeingriff anzudrehen.
Dabei dreht der Starter den Verbrennungsmotor auf eine Mindestdrehzahl, so dass ein selbständiges Ablaufen des Verbrennungsvorgangs und das Erreichen eines stabilen Leerlaufs des Verbrennungsmotors ermöglicht sind.
Im Vergleich zum Einsatz herkömmlicher Start-Systeme ohne Start/Stopp-Funktionalität führt der Einsatz von Start/Stopp-Systemen zu einer Erhöhung der Starthäufigkeit.
Ferner erfolgen die Startvorgänge des Verbrennungsmotors mit Start/Stopp-Systemen nicht nur bei Fahrtbeginn, sondern auch in unterschiedlichsten Verkehrssituationen. Insbesondere aus Komfortgründen und Sicherheitsgründen ist insbesondere beim Einsatz von Start/Stopp- Systemen eine Verkürzung der Startdauer wünschenswert.
Die Startdauer von Beginn des Startwunsches des Fahrers bis zum Erreichen des selbständigen Abiaufens des Verbrennungsvorganges des Verbrennungsmotors ist dabei wesentlich von der Lage des Verbrennungsmotors abhängig, in welcher der
Verbrennungsmotor vor dem Start abgestellt ist. Insbesondere kann ein unkontrolliertes Abstellen durch Wegnahme der Zündung oder bei einem automatischen Stoppen im
Start/Stopp-Betrieb dazu führen, dass die Abstellposition des Verbrennungsmotors bei Erreichen des Stillstands einer zufälligen Verteilung unterliegt. Die Dauer eines anschließend erfolgenden Starts kann daher von Start zu Start variieren und in Abhängigkeit der zufällig erreichten Abstellposition kleine oder große Werte aufweisen.
Die DE 10 2007 019 941 A1 beschreibt ein Verfahren zum Positionieren einer Kurbelwelle einer abgeschalteten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei die Kurbelwelle mittels eines einen Freilauf aufweisenden, elektrischen Startermotors in eine gewünschte Zielposition zum nachfolgenden Start der Brennkraftmaschine gedreht wird. Es ist vorgesehen, dass mindestens eine Kennlinie und/oder Kennwerte einer Beziehung zwischen einem zurückgelegten Drehweg der Kurbelwelle und einer Drehwinkelposition bei einer normierten Pulsstromdauer des Startermotors für einen definierten Betriebsfall ermittelt werden, dass die aktuelle Drehwinkelposition der Kurbelwelle ermittelt wird und dass der elektrische Startermotor in Abhängigkeit von der ermittelten Drehwinkelposition der
Kurbelwelle sowie der Zielposition und der Kennlinie/Kennwerte mit mindestens einer abgeschätzten Pulsstromdauer beaufschlagt wird.
Die DE 10 2008 001 332 A1 zeigt eine Starteinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Die Starteinrichtung hat einen Startermotor, eine Einrückvorrichtung mit einem Stellglied zum Einspuren eines von dem Startermotor angetriebenen Ritzels in einen drehfest mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Zahnkranz, sowie ein Steuermodul, das eine den Startermotor mit einem passend eingestellten Strom versorgende Endstufe ansteuert, wobei die Endstufe eine Mehrzahl von Schaltmitteln umfasst, durch deren selektive Ansteuerung dem Startermotor unterschiedliche Stromstärken zuführbar sind.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Generierung des Steuersignals für die Bestromung des Startermotors zum Einstellen des Ziel-Kurbelwellenwinkels in Abhängigkeit der Ist-Winkelgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine und des Ist-Kurbelwellenwinkels eine Verringerung der Gesamtenergie, die zur Kurbelwellenpositionierung aufgebracht werden muss, zur Folge hat. Des Weiteren ergibt sich eine Verringerung der Erschütterungen, die während der Kurbelwellenpositionierung hervorgerufen werden. Dies führt vorteilhafterweise zu einer Verbesserung des Komforts.
Weiter ermöglicht die Kurbelwellenpositionierung der vorliegenden Erfindung ein
reproduzierbares Abstellen des Verbrennungsmotors in einer vorgegebenen Position, welche durch den Ziel-Kurbelwellenwinkel gegeben ist. Hierdurch kann eine Verkürzung der Dauer für einen Wiederstart realisiert werden. Ferner wird durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung eine deutlich verbesserte Reproduzierbarkeit der Startvorgänge ermöglicht.
Hierdurch ergeben sich auch stabile Startdauern. Dies steigert auch die Nachvollziehbarkeit des Startvorgangs und der Startdauer durch den Fahrer des Kraftfahrzeuges.
Demgemäß wird ein Verfahren zum Positionieren einer Kurbelwelle einer
Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges vorgeschlagen, wobei die Kurbelwelle mittels eines Startermotors eines Starters in einen bestimmten Ziel-Kurbelwellenwinkel drehbar ist, wobei das Verfahren folgende Schritte hat:
Bereitstellen einer Ist-Winkelgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine,
Bereitstellen eines Ist-Kurbelwellenwinkels der Kurbelwelle, und
Generieren eines Steuersignals für eine Bestromung des Startermotors zum Einstellen des Ziel-Kurbelwellenwinkels in Abhängigkeit der Ist-Winkelgeschwindigkeit und des Ist- Kurbelwellenwinkels.
Ferner wird eine Vorrichtung zum Positionieren einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges vorgeschlagen, wobei die Kurbelwelle mittels eines Startermotors eines Starters in einen bestimmten Ziel-Kurbelwellenwinkel drehbar ist, wobei die
Vorrichtung ein Steuermittel hat, welches dazu geeignet ist, ein Steuersignal für eine Bestromung des Startermotors zum Einstellen des Ziel-Kurbelwellenwinkels in Abhängigkeit einer bereitgestellten Ist-Winkelgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine und eines bereitgestellten Ist-Kurbelwellenwinkels der Kurbelwelle zu generieren.
Das Steuermittel kann hardwaretechnisch oder auch hardware- und softwaretechnisch implementiert sein. Bei einer hardwaretechnischen Implementierung kann das Steuermittel als Vorrichtung, zum Beispiel als ASIC, Mikroprozessor, Einrichtung, beispielsweise als Teil eines Motorsteuergeräts, oder auch als Teil eines Systems ausgebildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann das Steuermittel zumindest teilweise als Computerprogrammprodukt, als eine Funktion, als eine Routine, als Teil eines
Programmcodes oder als ausführbares Objekt ausgebildet sein.
Des Weiteren wird ein Start-/Stopp-System für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welches eine wie oben erläuterte Vorrichtung hat.
Weiterhin wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welches ein solches Start-/Stopp-System aufweist. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist ein Kraftfahrzeug ein
Personenkraftwagen (Pkw), ein Lastkraftwagen (Lkw) oder ein Nutzkraftfahrzeug (Nkw). Die Ist-Winkelgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine ist die aktuelle oder momentane Winkelgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine. Der Ist-Kurbelwellenwinkel ist der aktuelle oder momentane Kurbelwellenwinkel der Kurbelwelle.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des in Anspruch 1 angegebenen Verfahrens und der in Anspruch 12 angegebenen Vorrichtung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird eine Energiedifferenz zwischen einer aktuellen Systemenergie eines Systems bestehend zumindest aus der Brennkraftmaschine und des Starters und einer notwendigen Energie zum Einstellen des Ziel-Kurbelwellenwinkels in Abhängigkeit des Ziel-Kurbelwellenwinkels, des Ist-Kurbelwellenwinkels und der Ist- Winkelgeschwindigkeit zu vorbestimmten Zeitpunkten während des Betriebs der
Brennkraftmaschine berechnet. Das Steuersignal wird dann in Abhängigkeit der berechneten Energiedifferenz generiert.
Vorzugsweise liegt zwischen den vorbestimmten Zeitpunkten ein jeweiliges vorbestimmtes Zeitintervall, beispielsweise eine Millisekunde.
Somit kann vorteilhafterweise die Energiemenge dynamisch ermittelt werden, die dem Verbrennungsmotor zuzuführen ist, damit dieser in der gewünschten Abstellposition zum Stillstand kommt.
Des Weiteren kann vorzugsweise die Zufuhr der ermittelten Energiemenge zum
Verbrennungsmotor durch pulsförmige Bestromung des Starters gesteuert werden. Ferner kann die dadurch hervorgerufene Energiezunahme des Verbrennungsmotors überwacht werden und die Bestromung des Starters dann beendet werden, sobald die Übertragung der erforderlichen Energiemenge an den Verbrennungsmotor abgeschlossen ist.
Die Berechnung der Energiedifferenz oder der Energiebilanz erfolgt vorzugsweise kontinuierlich während der Kurbelwellenpositionierung.
In der weiteren detaillierten Erläuterung wird die Systemenergie mit E1 , die benötigte Energie mit E2, die Energiedifferenz mit ED und die Zielposition oder der Ziel- Kurbelwellenwinkel mit c ziei referenziert. Wie oben bereits ausgeführt, wird die Differenz oder Energiedifferenz ED zwischen E1 und E2 berechnet. Der Wert der Energiedifferenz ED wird während des Funktionsablaufs kontinuierlich, zum Beispiel in obig erwähntem Takt von einer Millisekunde, aktualisiert.
Dabei sind folgende drei Szenarien möglich:
Szenario 1 (E1 < E2 -> En > 0):
Zeigt die berechnete Energiebilanz, dass die Systemenergie E1 kleiner ist als die Energie E2, die für das Erreichen der Zielposition benötigt wird, so wird der Startermotor bestromt und somit angedreht. Folglich wird die Brennkraftmaschine beschleunigt. Die Steuerung des Stroms erfolgt dabei beispielsweise elektronisch durch ein Starter-Steuergerät des Starters. Die Bestromung des Starters erfolgt beispielsweise in Form eines oder mehrerer Strompulse, die insbesondere in ihrer Dauer und ihrer Anzahl beschränkt sein können. Des Weiteren können die Zeitpunkte des Beginns und des Endes der Bestromung von der aktuellen Motordrehzahl des Verbrennungsmotors abhängig sein.
Szenario 2 (E1 > E2 -> En < 0):
Zeigt die Energiebilanz, dass die Systemenergie E1 größer ist als die zum Erreichen der Zielposition benötigte Energie E2 ist, so folgt daraus, dass der Verbrennungsmotor erst nach Überschreiten des Zielwinkels zum Stillstand kommen würde. Herkömmlicherweise bietet zwar ein Ritzelstarter die Funktionalität, dem Verbrennungsmotor Energie zuzuführen, nicht hingegen eine gezielte Entnahme von Energie oder ein gezieltes Bremsen des
Verbrennungsmotors. Liegt demnach das Szenario 2 vor, erfolgt eine Verschiebung der Zielposition um einen vorbestimmten Winkel, der dem Abstand zwischen zwei toten Punkten des Verbrennungsmotors, beispielsweise 180°, entspricht. Dies führt wiederum zum
Eintreten des oben diskutierten Szenarios 1 . Eine solche Verschiebung erfolgt vorzugsweise maximal einmal pro Positionierungsvorgang.
Szenario 3 (E1 « E2 ^ En « 0):
Für den Fall, dass die Systemenergie E1 und die zum Erreichen der Zielposition benötigte Energie E2 in etwa gleich groß sind, wird eine gegebenenfalls laufende Bestromung des Starters beendet. Folglich wird der Verbrennungsmotor anschließend selbständig zum gewünschten Stillstand auslaufen und die gewünschte Zielposition erreichen.
Vorzugsweise wird bei obigen Szenarien 1 bis 3 nach jeder Neuberechnung der
Energiebilanz dem Steuersignal für die Bestromung des Starters ein aktueller Wert zugewiesen, durch den wiederum die Bestromung des Startermotors gesteuert wird. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird die Energiedifferenz ED berechnet durch:
Figure imgf000008_0001
wobei ER die Reibenergie der Kurbelwelle beim Zurücklegen des Weges zwischen dem Ist- Kurbelwellenwinkel und dem Ziel-Kurbelwellenwinkel bezeichnet,
wobei ET die aus den Trägheitsenergiewerten der Brennkraftmaschine und des Starters zusammengesetzte Trägheitsenergie bezeichnet und
wobei EK die Kompressionsenergie der Brennkraftmaschine bezeichnet.
Während die Brennkraftmaschine oder der Verbrennungsmotor mit einer Drehzahl größer Null rotiert, so gilt für die Energieberechnung vorzugsweise folgende Konvention:
Energiewerte mit einem positiven Vorzeichen haben eine bremsende Wirkung auf den Verbrennungsmotor, während Energiewerte mit einem negativen Vorzeichen eine
Beschleunigung des Verbrennungsmotors bewirken.
Wie oben bereits ausgeführt, setzt sich die vorhandene Trägheitsenergie ET aus den beiden Trägheitsenergiewerten des Verbrennungsmotors und des Starters zusammen. Die
Trägheitsenergie ET wird gemäß folgender Formel berechnet:
ET = 0,5 * (ÜMotor + Jstarter)* Ü)2, wobei JMotor das Trägheitsmoment des Verbrennungsmotors, Jstarter das Trägheitsmoment des Starters und ω die Winkelgeschwindigkeit des Motors bezeichnen. Ferner wird bei der Berechnung vorzugsweise vorausgesetzt, dass die Winkelgeschwindigkeiten des Starters und des Motors gleich groß oder im Wesentlichen gleich groß sind. Während eines wesentlichen Teils der Dauer des Positionierungsvorgangs ist diese Voraussetzung erfüllt, da der Verbrennungsmotor einen steileren Auslaufgradienten als der Starter besitzt und es dadurch zum Schließen des Starterfreilaufs kommt. Wie oben bereits ausgeführt, gibt die Energie ER die Reibungsenergie an, die beim Zurücklegen des Weges von der momentanen oder aktuellen Kurbelwellenposition zum jeweiligen Zeitpunkt der Energieberechnung zur Zielposition für die Überwindung der Reibung aufgebracht werden muss. Sie wird vorzugsweise mittels folgender Formel berechnet:
ER = (MReib, Starter + MReib, Motor) * ΔψζίβΙ = (MReib, Starter— JlVIotor ' * rriAusiauf) * Δφζίβΐ, wobei MReib, Starter das Reibmoment des Starters, MReib, Motor das Reibmoment des Motors, JMotor das Trägheitsmoment des Motors, mAusiauf die mittlere Auslaufsteigung des Motors und ΔφΖιβι die erforderliche Winkeländerung bis zum Erreichen der Zielposition der Kurbelwelle
bezeichnen.
Im Betrieb kann die Kompressionsenergie EK ein positives Vorzeichen oder ein negatives Vorzeichen haben. Folglich kann die Kompressionsenergie EK auf den Verbrennungsmotor eine bremsende, aber auch eine beschleunigende Wirkung haben. Befindet sich der Motor beispielsweise in einer Position, in welcher sich der Zylinderkolben dem oberen Totpunkt nähert, so muss für die Komprimierung der Luft im Zylinder Energie aufgewendet werden. Befindet sich der Motor hingegen in einer Position kurz nach dem oberen Totpunkt, so übt die komprimierte Luft eine Kraft auf den Zylinderkolben aus, welche zu einem selbständigen Weiterdrehen des Motors führt.
Für die Berechnung der Kompressionsenergie wird vorzugsweise eine
Kompressionsenergiekennlinie eingesetzt. In der Kompressionsenergiekennlinie sind insbesondere Energiewerte in Abhängigkeit des Kurbelwellenwinkels abgelegt. Diese
Energiewerte beschreiben diejenigen Energien, welche beim Weiterdrehen des Motors vom jeweiligen Kurbelwellenwinkel ausgehend bis zum nächsten oberen Totpunkt für die
Überwindung der Kompression aufgewendet werden müssen. Für die Berechnung der Kompressionsenergie gibt es zwei unterschiedliche Szenarien in Abhängigkeit der Relation zwischen dem Ist-Kurbelwellenwinkel c ist und dem Ziel-Kurbelwellenwinkel c ziei:
1 . Fall: (Pi.t < Q7
Für den ersten Fall, dass q>\st < c ziei ist, berechnet sich die Kompressionsenergie EK wie folgt:
Figure imgf000009_0001
Für den zweiten Fall, dass c ziei < cpist ist, ergibt sich die Kompressionsenergie EK wie folgt:
EK = EK, ist + EK, O— EK, ziel-
Dabei bezeichnet EK,ist die Kompressionsenergie an der Stelle des aktuellen Kurbelwellenwinkels c ist, EK,ziei die Kompressionsenergie an der Stelle des Ziel- Kurbelwellenwinkels c ziei und EK,o die Kompressionsenergie bei einem Kurbelwellenwinkel von 0°. Vorzugsweise werden die Größen EK,ist> EK,ziei und EK,o mittels Interpolation aus der Kompressionsenergiekennlinie entnommen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung werden die Ist-Winkelgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine während des Betriebes der Brenn kraftmaschine und der Ist- Kurbelwellenwinkel der Kurbelwelle während des Betriebes der Brennkraftmaschine gemessen und bereitgestellt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird das Steuersignal in Abhängigkeit des Ziel- Kurbelwellenwinkels, der Ist-Winkelgeschwindigkeit, des Ist-Kurbelwellenwinkels und in Abhängigkeit einer Anzahl zeitabhängiger Bedingungen zum Schutz des stromsteuernden Starter-Steuergerätes des Starters generiert.
Um die Abfuhr entstehender Wärme vorteilhafterweise zu ermöglichen, ist vorzugsweise sowohl die zugelassene maximale als auch die zugelassene minimale Dauer der Bestromung begrenzt, denn die während der Bestromung des Starters auftretenden hohen Ströme können hohe Anforderungen an das stromsteuernde Starter-Steuergerät stellen. Insbesondere im Moment des Einschaltens und im Moment des Abschaltens des Stromes können hohe Energiespitzen auftreten, welche zu einer starken Wärmentwicklung führen können. Weiterhin kann eine hohe Bestromungsdauer zu einem starken Anstieg der Temperatur führen.
Des Weiteren folgt die Energiezufuhr vorzugsweise durch mehrere aufeinander folgende Bestromungspulse, deren maximale und minimale Dauern vorzugsweise gleichermaßen beschränkt sind, falls die dem Verbrennungsmotor während der Bestromungsdauer zugeführte Energie nicht ausreicht, um die Zielposition zu erreichen. Zwischen den einzelnen Strompulsen erfolgt jeweils eine Bestromungspause mit einer vorgegebenen Mindestdauer. Diese Mindestdauer stellt vorteilhafterweise sicher, dass die beim Abschalten eines Strompulses auftretende Wärme größtenteils abgeführt werden kann, bevor der darauf folgende Strompuls beginnt.
Vorzugsweise wird ein solcher Ablauf solange wiederholt, bis die im System vorhandene Energie für das Erreichen der Zielposition ausreicht, oder bis eine maximal zulässige Anzahl von abgebbaren Strompulsen erreicht ist.
Obige genannten Grenzwerte für die maximale und minimale Dauer der Bestromung, die Mindestdauer der Bestromungspause und die Anzahl zulässiger Strompulse dienen vorteilhafterweise zum Schutz der Bauteile, welche die Schaltung des Starterstroms realisieren.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird das Steuersignal in Abhängigkeit des Ziel- Kurbelwellenwinkel, der Ist-Winkelgeschwindigkeit, des Ist-Kurbelwellenwinkels und in Abhängigkeit einer Anzahl drehzahlabhängiger Bedingungen generiert.
Um ein erfolgreiches Erreichen der Zielposition vorteilhafterweise weiter zu präzisieren, können zusätzlich die drehzahlabhängigen Bedingungen verwendet werden. Die Bestromung des Startermotors beginnt frühestens dann, wenn eine vordefinierte Drehzahlgrenze des Verbrennungsmotors unterschritten wird. Das Beenden eines Bestromungsvorgangs erfolgt hingegen spätestens dann, wenn eine vordefinierte obere Drehzahlgrenze des Verbrennungsmotors überschritten wird. Hier wird vorzugsweise das Prinzip eines Zweipunktreglers eingesetzt. Damit wird sichergestellt, dass der Verbrennungsmotor während der Kurbelwellenpositionierung eine Drehzahl innerhalb vordefinierter Grenzen zwischen der unteren Drehzahlgrenze und der oberen Drehzahlgrenze hat.
Die Abweichung der berechneten Energie, welche dem Verbrennungsmotor während der Kurbelwellenpositionierung zugeführt werden muss, kann mit zunehmender Motordrehzahl ansteigen. Die obere Drehzahlgrenze dient vorteilhafterweise daher zur Minimierung von Ungenauigkeiten bei der Energieberechnung.
Der Wirkungsgrad der Energieübertragung vom Starter zum Verbrennungsmotor sinkt bei geringen Motordrehzahlen. Somit ermöglicht die untere Drehzahlgrenze vorteilhafterweise eine Verringerung der gesamten Energiemenge, welche während der Kurbelwellenpositionierung aufgebracht werden muss. Weiterhin führt das Andrehen des Starters während der Kurbelwellenpositionierung vor allem dann zu starken Erschütterungen im Fahrzeug, wenn der Verbrennungsmotor bereits still steht. Der Beginn der Bestromung vor Eintreten des Motorstillstands kann somit außerdem zu einer Verringerung der Fahrzeugerschütterung und zu einer Verbesserung des Komforts für den Fahrer während der Durchführung der Kurbelwellenpositionierung führen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Steuersignal in Abhängigkeit des Ziel-Kurbelwellenwinkels, der Ist-Winkelgeschwindigkeit, des Ist-Kurbelwellenwinkels, einer Anzahl zeitabhängiger Bedingungen zum Schutz des stromsteuernden Starter-Steuergeräts des Starters und in Abhängigkeit einer Anzahl drehzahlabhängiger Bedingungen generiert. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Steuersignal in Abhängigkeit des Ziel-Kurbelwellenwinkel, der Ist-Winkelgeschwindigkeit und des Ist-Kurbelwellenwinkels und zusätzlich in Abhängigkeit von einem oder mehreren der folgenden Parameter berechnet:
- einer Kompressionsenergiekennlinie der Brennkraftmaschine,
- einer mittleren Auslaufsteigung der Brennkraftmaschine,
- einer Trägheit der Brennkraftmaschine,
- einem Reibmoment des Starters,
- einer vorbestimmten maximalen Zeitdauer eines Strompulses zum Bestromen des Startermotors,
- einer vorbestimmten minimalen Zeitdauer eines Strompulses zum Bestromen des Startermotors,
- einer vorbestimmten minimalen Pause zwischen zwei Strompulsen,
- einer vorbestimmten maximalen Anzahl von Strompulsen innerhalb eines bestimmten Zeitfensters,
- einer bestimmten maximalen Winkelgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine und
- einer bestimmten minimalen Winkelgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine.
Ferner kann als Parameter das Reibmoment der Brennkraftmaschine oder ein von dem Reibmoment der Brennkraftmaschine abgeleiteter Wert verwendet werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Steuersignal nach einem Einspuren eines Starterritzels des Starters in einen Motorzahnkranz der Brennkraftmaschine generiert.
Vorteilhafterweise kann damit das vorliegende Verfahren im Rahmen von Start/Stopp- Systemen mit Startermotor verwendet werden, bei denen das Einspuren des Starterritzels in den Motorzahnkranz und das Andrehen des Starters unabhängig voneinander erfolgen können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Energiedifferenz ED berechnet durch:
Figure imgf000012_0001
wobei ER die Reibenergie der Kurbelwelle beim Zurücklegen des Weges zwischen dem Ist- Kurbelwellenwinkel und dem Ziel-Kurbelwellenwinkel bezeichnet, wobei ET die aus dem Trägheitsenergiewerten der Brenn kraftmaschine und des Starters zusammengesetzte Trägheitsenergie bezeichnet, und
wobei EK die Kompressionsenergie der Brennkraftmaschine bezeichnet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Energie von dem Starter zu der Brennkraftmaschine mittels der durch das Steuersignal gesteuerten Bestromung des Startermotors pulsförmig übertragen. Durch die pulsförmige Ansteuerung des Starters wird vorzugsweise eine Verteilung der Energieübertragung auf mehrere Zyklen ermöglicht. Während der Starterbestrom ung kann in dem stromsteuernden Starter-Steuergerät eine starke Wärmeentwicklung auftreten, welche zu einer Zerstörung des Starter-Steuergerätes führen kann. Die Verteilung der Bestromungsdauer auf mehrere Zyklen ermöglicht eine zwischenzeitliche Wärmeabfuhr, wodurch die Anforderungen an das Starter-Steuergerät vorteilhafterweise gesenkt werden. Ferner wird hierbei ermöglicht, dass die Bestromung des Starters mittels elektronischer Schaltungen realisiert werden kann. Die Steuerung des Stromes in konventionellen Startern hingegen erfolgt mittels mechanischer Relais. Eine elektronische Ansteuerung hat im Vergleich dazu den Vorteil einer deutlich geringeren Reaktionszeit oder Schaltzeit und einer höheren Reproduzierbarkeit.
Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines
Verfahrens zum Positionieren einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine,
Figur 2 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer
Vorrichtung zum Positionieren einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine,
Figur 3 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer
Vorrichtung zum Positionieren einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine,
Figuren 4, 5 schematische Diagramme zur Illustrierung eines Ablaufs eines
Ausführungsbeispiels der Kurbelwellenpositionierung, und Figuren 6, 7 schematische Diagramme zur Illustrierung einer
Kompressionsenergiekennlinie.
In Figur 1 ist ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Positionieren einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges dargestellt. Die Kurbelwelle ist dabei mittels eines Startermotors eines Starters in einen bestimmten Ziel-Kurbelwellenwinkel drehbar.
In dem Schritt 101 wird eine Ist-Winkelgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine bereitgestellt, vorzugsweise gemessen. Die Ist-Winkelgeschwindigkeit wird dabei während des Betriebes der Brennkraftmaschine gemessen.
In dem Schritt 103 wird ein Ist-Kurbelwellenwinkel bereitgestellt, insbesondere gemessen, auch der Ist-Kurbelwellenwinkel der Brenn kraftmaschine wird vorzugsweise während des Betriebes der Brennkraftmaschine gemessen und bereitgestellt.
In dem Schritt 105 wird ein Steuersignal für eine Bestromung des Startermotors zum Einstellen des Ziel-Kurbelwellenwinkels in Abhängigkeit der Ist-Winkelgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine und des Ist-Kurbelwellenwinkels generiert.
Vorzugsweise wird dabei eine Energiedifferenz zwischen einer aktuellen Systemenergie eines Systems bestehend aus der Brennkraftmaschine und des Starters und einer notwendigen Energie zum Einstellen des Ziel-Kurbelwellenwinkels in Abhängigkeit des Ziel- Kurbelwellenwinkels, des Ist-Kurbelwellenwinkels und der Ist-Winkelgeschwindigkeit berechnet. Das Steuersignal wird dann vorzugsweise in Abhängigkeit der berechneten Energiedifferenz generiert.
Dabei wird die Energie von dem Starter zu der Brennkraftmaschine insbesondere mittels der durch das Steuersignal gesteuerten Bestromung des Startermotors pulsförmig übertragen. Der Schritt 105 wird insbesondere nach einem Einspuren eines Starterritzels des Starters in einen Motorzahnkranz der Brennkraftmaschine durchgeführt.
Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 200 zum Positionieren einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges. Die Vorrichtung 200 ist beispielsweise als ein Starter-Steuergerät eines Starters des Kraftfahrzeuges ausgebildet. Die Vorrichtung 200 hat ein Steuermittel 300. Das Steuermittel 300 ist dazu eingerichtet, ein Steuersignal 500 für eine Bestromung des Startermotors zum Einstellen des Ziel- Kurbelwellenwinkels 401 in Abhängigkeit der Ist-Winkelgeschwindigkeit 402 der Brennkraftmaschine und des Ist-Kurbelwellenwinkels 403 zu generieren.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 200 ist in Figur 3 dargestellt. In dem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 200 nach Figur 3 empfängt das Steuermittel 300 die folgenden Parameter oder Signale: Ziel-Kurbelwellenwinkel 401 , Ist-Winkelgeschwindigkeit 402, Ist-Kurbelwellenwinkel 403, Kompressionsenergiekennlinie 404 der Brennkraftmaschine, mittlere Auslaufsteigung 405 der Brennkraftmaschine, Trägheit 406 der Brennkraftmaschine, Trägheit 407 der Kurbelwelle, Reibmoment 408 des Starters, vorbestimmte maximale Zeitdauer 409 eines Strompulses zum Bestromen des Startermotors, vorbestimmte minimale Zeitdauer 410 eines Strompulses zum Bestromen des Startermotors, vorbestimmte minimale Pause 41 1 zwischen zwei Strompulsen, vorbestimmte maximale Anzahl 412 von Strompulsen innerhalb eines bestimmten Zeitfensters, bestimmte maximale Winkelgeschwindigkeit 413 der Brenn kraftmaschine und bestimmte minimale Winkelgeschwindigkeit 414 der Brennkraftmaschine. In Abhängigkeit der Eingangsparameter 401 -414 generiert das Steuermittel 300 der Figur 3 das Steuersignal 500.
Ferner zeigen die Figuren 4 und 5 schematische Diagramme zur Illustrierung eines Ablaufs eines Ausführungsbeispiels der Kurbelwellenpositionierung. Das Bezugszeichen 601 zeigt dabei die aktuelle Winkelgeschwindigkeit des Motors. Die untere Drehzahlgrenze und die obere Drehzahlgrenze sind durch die Bezugszeichen 602 bzw. 603 gezeigt. Die erfindungsgemäßen Strompulse zur Kurbelwellenpositionierung sind durch die Kurve 604 dargestellt.
In der Figur 5 zeigt die Kurve 701 den aktuellen Kurbelwellenwinkel. Die erfindungsgemäße Kurbelwellenpositionierung wird zwischen den Zeitpunkten 702 und 703 durchgeführt. Weiter zeigt die Kurve 704 die berechnete Energiedifferenz ED. Der Zielwinkel ist mit cpZiei in Figur 5 bezeichnet und Δφ zeigt die jeweilige aktuelle Distanz zum Zielwinkel cpZiei- Wie aus der Figur 5 ersichtlich ist, ist zum Zeitpunkt 703 Δφ = 6°. Ein Δφ von 6° liegt dabei in einem vorgegebenen Toleranzbereich.
Die Figuren 6 und 7 zeigen schematische Diagramme zur Illustrierung der Kompressionsenergiekennlinie. Dabei illustriert die Figur 6 den Fall, dass der Ist-Kurbelwellenwinkel c ist der Kurbelwelle kleiner gleich der Ziel-Kurbelwellenwinkel c ziei ist (q cpaei) ist. In diesem Fall der Figur 6 berechnet sich die Kompressionsenergie EK aus EK = E«, ist - E«, ziei-
Weiterhin zeigt die Figur 7 den Fall, dass der Ist-Kurbelwellenwinkel c ist der Kurbelwelle größer als der Ziel-Kurbelwellenwinkel c ziei ist (cpist < cpziei) ■ In dem Fall der Figur 7 berechnet sich die Kompressionsenergie EK aus EK = E«, ist + EK, o - EK, ziei-

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Positionieren einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eines
Kraftfahrzeuges, wobei die Kurbelwelle mittels eines Startermotors eines Starters in einem bestimmten Ziel-Kurbelwellenwinkel (401 ) drehbar ist, mit den Schritten:
Bereitstellen (101 ) einer Ist-Winkelgeschwindigkeit (402) der Brennkraftmaschine, Bereitstellen (102) eines Ist-Kurbelwellenwinkels (403) der Kurbelwelle,
Generieren (103) eines Steuersignals (500) für eine Bestromung des Startermotors zum Einstellen des Ziel-Kurbelwellenwinkels (401 ) in Abhängigkeit der Ist- Winkelgeschwindigkeit (402) und des Ist-Kurbelwellenwinkels (403).
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
wobei eine Energiedifferenz zwischen einer aktuellen Systemenergie eines Systems bestehend zumindest aus der Brennkraftmaschine und dem Starter und einer notwendigen Energie zum Einstellen des Ziel-Kurbelwellenwinkels (401 ) in Abhängigkeit des Ziel- Kurbelwellenwinkels (401 ), der Ist-Winkelgeschwindigkeit (402) und des Ist- Kurbelwellenwinkels (403) zu vorbestimmten Zeitpunkten während des Betriebs der Brennkraftmaschine berechnet wird und das Steuersignal (500) in Abhängigkeit der berechneten Energiedifferenz generiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Ist-Winkelgeschwindigkeit (402) der Brenn kraftmaschine während des Betriebes der Brenn kraftmaschine und der Ist-Kurbelwellenwinkel (403) der Kurbelwelle während des Betriebes der Brennkraftmaschine gemessen und bereitgestellt werden.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei das Steuersignal (500) in Abhängigkeit des Ziel-Kurbelwellenwinkel (401 ) der Ist- Winkelgeschwindigkeit (402), des Ist-Kurbelwellenwinkel (403) und in Abhängigkeit einer Anzahl zeitabhängiger Bedingungen zum Schutz eines stromsteuernden Starter- Steuergerätes (200) des Starters generiert wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei das Steuersignal (500) in Abhängigkeit des Ziel-Kurbelwellenwinkels (401 ), der Ist- Winkelgeschwindigkeit (402), des Ist-Kurbelwellenwinkels (403) und in Abhängigkeit einer Anzahl drehzahlabhängiger Bedingungen generiert wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Steuersignal (500) in Abhängigkeit des Ziel-Kurbelwellenwinkels (401 ), der Ist- Winkelgeschwindigkeit (402), des Ist-Kurbelwellenwinkels (403), einer Anzahl zeitabhängiger Bedingungen zum Schutz eines stromsteuernden Starter-Steuergerätes (200) des Starters und in Abhängigkeit einer Anzahl drehzahlabhängiger Bedingungen generiert wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei das Steuersignal (500) in Abhängigkeit des Ziel-Kurbelwellenwinkels (401 ), der Ist- Winkelgeschwindigkeit (402), des Ist-Kurbelwellenwinkels (403) und zusätzlich in Abhängigkeit von einem oder mehreren der folgenden Parameter berechnet wird:
- einer Kompressionsenergiekennlinie (404) der Brennkraftmaschine,
- einer mittleren Auslaufsteigung (405) der Brennkraftmaschine,
- einer Trägheit (406) der Brennkraftmaschine,
- einer Trägheit (407) des Starters,
- einem Reibmoment (408) des Starters,
- einer vorbestimmten maximalen Zeitdauer (409) eines Strompulses zum Bestromen des Startermotors,
- einer vorbestimmten minimalen Zeitdauer (410) eines Strompulses zum Bestromen des Startermotors,
- einer vorbestimmten minimalen Pause (41 1 ) zwischen zwei Strompulsen,
- einer vorbestimmten maximalen Anzahl (412) von Strompulsen innerhalb eines bestimmten Zeitfensters,
- einer bestimmten maximalen Winkelgeschwindigkeit (413) der Brennkraftmaschine und
- einer bestimmten minimalen Winkelgeschwindigkeit (414) der Brennkraftmaschine.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei das Steuersignal (500) nach einem Einspuren eines Starterritzels des Starters in einen Motorzahnradkranz der Brennkraftmaschine generiert wird.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 8,
wobei die Energiedifferenz ED berechnet wird durch:
Figure imgf000018_0001
wobei ER die Reibenergie der Kurbelwelle beim Zurücklegen des Weges zwischen dem Ist- Kurbelwellenwinkel (403) und dem Ziel-Kurbelwellenwinkel (401 ) bezeichnet,
wobei ET die aus dem Trägheitsenergiewerten der Brenn kraftmaschine und des Starters zusammengesetzte Trägheitsenergie bezeichnet, und
wobei EK die Kompressionsenergie der Brennkraftmaschine bezeichnet.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die Energie von dem Starter zu der Brennkraftmaschine mittels der durch das Steuersignal (500) gesteuerten Bestromung des Startermotors pulsförmig übertragen wird.
1 1 . Vorrichtung (200) zum Positionieren einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, wobei die Kurbelwelle mittels eines Startermotors eines Starters in einem bestimmten Ziel-Kurbelwellenwinkel (401 ) drehbar ist, mit:
einem Steuermittel (300) zum Generieren eines Steuersignals (500) für eine Bestromung des Startermotors zum Einstellen des Ziel-Kurbelwellenwinkels (401 ) in Abhängigkeit der Ist- Winkelgeschwindigkeit (402) der Brennkraftmaschine und des Ist-Kurbelwellenwinkels (403) der Kurbelwelle.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 ,
wobei die Vorrichtung (200) als ein Starter-Steuergerät eines Starters eines Kraftfahrzeuges ausgebildet ist.
13. Start-/Stopp-System für ein Kraftfahrzeug, welches eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 1 oder 12 aufweist.
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