WO2015090313A1 - Abschalten eines verbrennungsmotors - Google Patents

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WO2015090313A1
WO2015090313A1 PCT/DE2014/200707 DE2014200707W WO2015090313A1 WO 2015090313 A1 WO2015090313 A1 WO 2015090313A1 DE 2014200707 W DE2014200707 W DE 2014200707W WO 2015090313 A1 WO2015090313 A1 WO 2015090313A1
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combustion engine
rotational
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rotational energy
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Thomas Winkler
Ad Kooy
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
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    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0215—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with elements of the transmission

Definitions

  • the invention relates to a technique for controlling an internal combustion engine.
  • the invention relates to a method and a device for stopping an internal combustion engine.
  • An internal combustion engine in particular for driving a motor vehicle, requires a certain idling speed in order to keep running. If the speed drops below this threshold, for example due to an excessive torque request, the engine stops. In this context we also speak of stalling. If, for example, a drive train of a motor vehicle includes such an internal combustion engine and a manually shiftable transmission, then the internal combustion engine can be strangled by a driving style or a faulty operation by a driver.
  • a dual-mass flywheel may be provided.
  • a first mass is fixedly connected to the crankshaft and a second mass is arranged rotatably about the axis of rotation of the crankshaft on the first mass.
  • the two masses are interconnected by means of bow springs, which can allow a twist angle between the two masses of up to 180 °. If the internal combustion engine stalled as described above, then torsional vibrations can occur on the crankshaft, which can not be eradicated by the dual mass flywheel.
  • the two masses of the two-mass flywheel can rock, so that the first mass hits hard against a stop or the bow springs are compressed to maximum, until they go to block.
  • This pulse peaks may occur, which can damage the stop or the bow springs in the long run.
  • the pulse peaks can be so great that a mechanical solution for cushioning or for striking the two masses together are led to the limits of their capacity. It is therefore attempted to shut down the internal combustion engine in good time if it has been determined that the internal combustion engine is about to be strangled anyway.
  • WO 2008/064646 A1 shows a method for controlling an engine, which adjusts to the rotational speed of the crankshaft of the engine.
  • DE 10 2008 034010 A1 shows a method for controlling a drive train, wherein the drive train comprises an internal combustion engine, which is turned off when its speed falls below a predetermined value.
  • the speed can not be determined often enough due to the discontinuous release of torque, so that at a shutdown time, a cylinder of the engine may already be filled with a fuel-air mixture, which then independent of one Shutdown signal burns, so that the internal combustion engine is effectively not turned off quickly enough.
  • the invention has for its object to provide an improved technique for controlling the internal combustion engine, in particular for stopping during a stall.
  • the invention achieves this object by means of a method and a device having the features of the independent claims. Subclaims give preferred embodiments again.
  • Crankshaft includes steps of determining rotational energy of the current engine at predetermined rotational positions of the crankshaft, extrapolating rotational energy for a future rotational position from the determined rotational energies, and shutting down the internal combustion engine if the extrapolated rotational energy is below the predetermined threshold.
  • the rotational positions are equidistant. It is further preferred that the
  • Rotary positions are at the same phase angles of torque nonuniformity of the crankshaft. Oscillations of the torque output, as are customary for a reciprocating internal combustion engine, can not influence the method in this way.
  • the rotational positions have a predetermined distance from an OT position of the reciprocating piston at the end of a compression stroke.
  • the predetermined distance may be zero, so that the rotational positions respectively correspond to said TDC position.
  • a rotational speed of the internal combustion engine is sampled and the rotational energy is determined on the basis of a square of the sampled rotational speed.
  • the speed can be determined, for example, continuously or at a predetermined frequency per revolution of the crankshaft, so that the punctual determination of the speed is facilitated.
  • the predetermined threshold be greater than or equal to zero. If the rotational energy of the internal combustion engine is zero, the internal combustion engine is stationary. However, it may be advantageous to turn off the engine even if its extrapolated rotational energy falls below a threshold greater than zero, for example, when it is certain that the engine will stall with the rotational energy of the threshold.
  • the shutdown comprises preventing injection of fuel into the internal combustion engine.
  • an ignition of the internal combustion engine can be turned off, if the internal combustion engine is a gasoline engine.
  • this may result in an ignitable mixture in a cycle Linder remain the stationary internal combustion engine, which may have negative effects, for example, on a starting operation of the internal combustion engine.
  • a two-mass flywheel is attached to the crankshaft of the internal combustion engine.
  • the dual mass flywheel may contribute in a known manner to the internal combustion engine outputting a uniform torque, and the method described may ensure that the dual mass flywheel is not damaged when the internal combustion engine is stalled.
  • the internal combustion engine preferably has one, two or three reciprocating pistons. If less than four reciprocating pistons are used, the premature shutdown of the internal combustion engine in the case of stalling can be particularly critical, as stated above.
  • the method is also suitable for controlling such internal combustion engines with a low number of cylinders.
  • Figure 1 shows an internal combustion engine
  • FIG. 2 shows a flow chart of a method for controlling the internal combustion engine of FIG
  • FIG. 1 A first figure.
  • FIG. 3 shows exemplary courses on the internal combustion engine of FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a detail of one of the courses of FIG. 3 and FIG.
  • Figure 5 represents pulses on a dual mass flywheel of the internal combustion engine of Figure 1.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine 100 in a drive train 105 on board a motor vehicle 1 10.
  • the internal combustion engine 105 can also be used in other environments.
  • a crankshaft 115 of the internal combustion engine 105 carries
  • a wheel 120 with teeth that can scan a crank angle sensor 125 In response to a time elapsed between the passage of adjacent teeth on the crank angle sensor 125, the rotational speed of the crankshaft 15 can be determined. This is called a tooth-to-tooth speed.
  • a rotational position of the crankshaft 115 may also be determined based on the teeth of the wheel 120 by means of the crank angle sensor 125.
  • a predetermined rotational position of the crankshaft 15 corresponds, for example, to a missing tooth on the wheel 120.
  • the internal combustion engine 100 comprises one or more reciprocating pistons 130.
  • a dual-mass flywheel 135 is preferably provided.
  • the dual mass flywheel 135 includes a first mass 140 fixedly attached to the crankshaft 115 and a second mass 145 rotatably mounted about the rotational axis of the crankshaft 115 to the first mass 140 by a bow spring.
  • a rotational angle of the masses 140, 145 to each other is limited by the design of the dual-mass flywheel 135.
  • the dual mass flywheel 135 is coupled to a clutch 150 that produces a controllable force flow to a transmission 155.
  • a clutch 150 that produces a controllable force flow to a transmission 155.
  • a control device 160 is provided for controlling the engine 100.
  • the control device 160 is configured to switch off the internal combustion engine 100 when it is loaded with such a strong braking torque on the crankshaft 15 that it dies. To shut down the engine 100 is
  • an injection system 165 of fuel in the cylinder of the reciprocating 130 is turned off.
  • an ignition system for igniting the fuel in the cylinders can be switched off.
  • the control device 160 comprises a processing device 170, which is configured to determine a rotational energy (320) of the running internal combustion engine 100 and based on the determination, the rotational energy (320 ) for a future to predict the timing. If this predicted rotational energy (320) is below a predetermined threshold, the engine 100 is shut down.
  • a processing device 170 configured to determine a rotational energy (320) of the running internal combustion engine 100 and based on the determination, the rotational energy (320 ) for a future to predict the timing. If this predicted rotational energy (320) is below a predetermined threshold, the engine 100 is shut down.
  • FIG. 2 shows a flowchart of a method 200 for controlling the internal combustion engine 100 of FIG. 1.
  • the method 200 is provided in particular for running on the processing device 170.
  • J prim ⁇ ⁇ ( ⁇ 0 ⁇ ( , + ⁇ ) - ⁇ ,) ⁇ ( M Mot - M load) - da ⁇ threshold value.
  • a first step 205 the rotational speed of the crankshaft 15 of the internal combustion engine 100 is scanned. This is preferably done by means of the crank angle sensor 125.
  • the scanning in step 205 occurs at regular intervals with respect to a rotation angle of the crankshaft 115.
  • the scanning always takes place when one of the reciprocating pistons 130 at a predetermined position with respect to a TDC position located at the end of a compression stroke.
  • the TDC position is at the top dead center of the reciprocating piston 130, that is, where the reciprocating piston 130 is briefly at a standstill after an upward movement. It is further preferred that the TDC position after a compression stroke is used for the speed determination.
  • each TDC position is after a compression stroke.
  • each TDC position is after a compression stroke.
  • only every second TDC position is after one compression stroke.
  • the speed may be determined whenever a predetermined reciprocating piston 130 is exactly at the TDC position after the compression stroke. Alternatively, the speed can always be determined when any of the reciprocating piston 130 is in a corresponding position.
  • the rotational energy of the engine 100 is determined by squaring the predetermined speed. Turning energies of a predetermined past are preferably stored. Thus, a moving average of past spin energies can be determined.
  • a rotation energy for a future time is extrapolated on the basis of several, at least two stored rotational energies.
  • the extrapolation can be done linearly on the basis of the moving average.
  • the extrapolation time and the stored determination times for rotational energies (320) of the internal combustion engine 100 have equal distances to each other, which are determined in the form of a rotation angle of the crankshaft 115.
  • a step 220 it is determined whether the extrapolated rotational energy is below a predetermined threshold.
  • the threshold is preferably positive and may be zero, for example. If the extrapolated rotational energy is above the threshold, then the method 200 may return to step 205 and go through again. Otherwise, the internal combustion engine 100 is turned off in a step 225. For this purpose, the injection system 165 and / or an ignition system of the internal combustion engine 100 can be switched off.
  • FIG. 3 shows a diagram 300 with curves on the internal combustion engine 100 of FIG. 1.
  • a time is plotted in the horizontal direction. In the vertical direction are at different axes a static engine torque 305, a crankshaft side speed 310, an output side speed 315 after the dual mass flywheel 135, a rotational energy 320, phase angle 325-335 for three cylinders and cylinder pressures 340-350 for the same cylinder of the internal combustion engine 100.
  • a three-cylinder engine is assumed here.
  • FIG. 4 shows a detail of the rotational energy 320 from FIG. 3.
  • a crank angle is plotted in the horizontal direction instead of a time.
  • amplitudes of the oscillation which describes the rotational energy 320
  • the rotational energy 320 is determined in the present example whenever this oscillation has reached a minimum value.
  • Measuring times 405 are shown. Since the measurement times 405 are respectively related to rotational positions of the crankshaft 15, distances of adjacent measurement times 405 are always the same.
  • a rotational energy 320 whose measurement time 405 lies in the future can be determined by extrapolation, in particular linear extrapolation.
  • the future measuring time 405 is represented by a circle. It can be seen that the actual course of the rotational energy 320 is quite close to the predicted value.
  • FIG. 5 shows a graph 500 of pulses on the dual-mass flywheel 135 of FIG
  • Diagram 500 shows the magnitude of the pulse in the horizontal direction and the frequency of pulses of a specific magnitude in the vertical direction.
  • a first profile 505 shows the frequencies in a known method for stopping the internal combustion engine 100 when its speed falls below a predetermined threshold.
  • a second progression 510 shows the Results of the method 200 described above at a predetermined threshold 410 of three hundred revolutions per minute and a third trace 515 show the results of the same method 200 at a threshold 410 of five hundred revolutions per minute.
  • the method 200 with both thresholds 410 can completely avoid large pulses of more than about 7,700 Newton-meters. It is clear how effectively the early shutdown of the internal combustion engine 100 by means of the method 200 can be carried out.

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Abstract

Ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors mit einer Kurbelwelle umfasst Schritte des Bestimmens einer Rotationsenergie des laufenden Verbrennungsmotors an vorbestimmten Drehstellungen der Kurbelwelle, des Extrapolierens der Rotationsenergie für eine zukünftige Drehstellung aus den bestimmten Rotationsenergien und des Abschaltens des Verbrennungsmotors, falls die extrapolierte Rotationsenergie unter dem vorbestimmten Schwellenwert liegt.

Description

Abschalten eines Verbrennungsmotors
Die Erfindung betrifft eine Technik zum Steuern eines Verbrennungsmotors. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abstellen eines Verbrennungsmotors.
Ein Verbrennungsmotor, insbesondere zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, erfordert eine bestimmte Leerlaufdrehzahl, um am Laufen zu bleiben. Sinkt die Drehzahl unter diese Schwelle ab, beispielsweise durch eine übermäßige Drehmomentanforderung, so bleibt der Motor stehen. Man spricht in diesem Zusammenhang auch vom Abwürgen. Umfasst beispielsweise ein Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs einen solchen Verbrennungsmotor und ein manuell schaltbares Getriebe, so kann der Verbrennungsmotor durch eine Fahrweise beziehungsweise eine Fehlbedienung eines Fahrers abgewürgt werden.
Zum Abbauen von Drehschwingungen an einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors kann ein Zweimassen-Schwungrad (ZMS) vorgesehen sein. Dabei ist eine erste Masse fest mit der Kurbelwelle verbunden und eine zweite Masse um die Drehachse der Kurbelwelle drehbar an der ersten Masse angeordnet. Die beiden Massen sind mittels Bogenfedern miteinander verbunden, die einen Verdrehwinkel zwischen den beiden Massen von bis zu 180° ermöglichen können. Wird der Verbrennungsmotor wie oben beschrieben abgewürgt, so können Drehschwingungen an der Kurbelwelle auftreten, die durch das Zweimassen-Schwungrad nicht getilgt werden können. Stattdessen können sich die beiden Massen des Zweimassen- Schwungrads aufschaukeln, sodass die erste Masse hart an einen Anschlag stößt oder die Bogenfedern maximal komprimiert werden, bis sie auf Block gehen. Dabei können Impulsspitzen auftreten, die den Anschlag oder die Bogenfedern auf Dauer schädigen können. Dabei können die Impulsspitzen so groß sein, dass eine mechanische Lösung zur Abfederung oder zum Anschlagen der beiden Massen aneinander an die Grenzen ihrer Belastbarkeit geführt werden. Es wird daher versucht, den Verbrennungsmotor rechtzeitig abzustellen, wenn bestimmt wurde, dass der Verbrennungsmotor ohnehin im Begriff ist, abgewürgt zu werden.
WO 2008/064646 A1 zeigt ein Verfahren zur Steuerung eines Motors, das auf die Drehzahl der Kurbelwelle des Motors abstellt. DE 10 2008 034010 A1 zeigt ein Verfahren zum Steuern eines Antriebsstrangs, wobei der Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor umfasst, der abgestellt wird, wenn seine Drehzahl einen vorgegebenen Wert unterschreitet.
Insbesondere bei einem Verbrennungsmotor mit einer geringen Anzahl von Zylindern kann aufgrund der diskontinuierlichen Abgabe von Drehmoment die Drehzahl nicht häufig genug bestimmt werden, sodass zu einem Abschaltzeitpunkt ein Zylinder des Verbrennungsmotors bereits mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch gefüllt sein kann, das dann unabhängig von einem Abstellsignal verbrennt, sodass der Verbrennungsmotor effektiv nicht schnell genug abgestellt wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Technik zum Steuern des Verbrennungsmotors, insbesondere zum Abstellen während eines Abwürgens, bereitzustellen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines Verfahrens und einer Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors mit einer
Kurbelwelle umfasst Schritte des Bestimmens einer Rotationsenergie des laufenden Verbrennungsmotors an vorbestimmten Drehstellungen der Kurbelwelle, des Extrapolierens der Rotationsenergie für eine zukünftige Drehstellung aus den bestimmten Rotationsenergien und des Abschaltens des Verbrennungsmotors, falls die extrapolierte Rotationsenergie unter dem vorbestimmten Schwellenwert liegt.
Durch das Bestimmen der Rotationsenergie kann eine Drehmomentungleichförmigkeit, die der Drehbewegung der Kurbelwelle überlagert ist, drehzahlunabhängig gemacht werden. Der Zustand des Verbrennungsmotors kann daher verbessert beurteilt werden. Durch das Extrapolieren der Rotationsenergie für eine zukünftige Drehstellung der Kurbelwelle kann bereits frühzeitig abgesehen werden, dass der Verbrennungsmotor im Begriff ist, abgewürgt zu werden. Das Abstellen des Verbrennungsmotors kann daher zu einem Zeitpunkt erfolgen, von dem aus bis zum Stillstand der Kurbelwelle noch genügend Zeit verbleibt, um möglicherweise bereits eingespritzten Kraftstoff im Verbrennungsmotor zu verbrennen. Harte Oszillationen der Kurbelwelle aufgrund eines Verbrennungsvorgangs bei extrem niedriger Drehzahl können so verhindert werden. Mit der Kurbelwelle verbundene Elemente, insbesondere solche zur Schwingungsdämpfung oder Schwingungstilgung, können so vor übermäßiger Belastung geschützt sein. Eine Lebensdauer des Verbrennungsmotors kann so gesteigert sein. Außerdem kann das Abstellen des Verbrennungsmotors einem Fahrer des Kraftfahrzeugs frühzeitig sig- nalisiert werden, beispielsweise akustisch, sodass er sich der veränderten Situation frühzeitig annehmen kann.
Bevorzugterweise sind die Drehstellungen äquidistant. Weiter ist bevorzugt, dass die
Drehstellungen an gleichen Phasenwinkeln einer Drehmomentungleichförmigkeit der Kurbelwelle liegen. Schwingungen der Drehmomentabgabe, wie sie für einen Hubkolben- Verbrennungsmotor üblich sind, können das Verfahren so nicht beeinflussen.
Weist der Verbrennungsmotor einen Hubkolben auf, so ist bevorzugt, dass die Drehstellungen einen vorbestimmten Abstand von einer OT-Position des Hubkolbens am Ende eines Kompressionstakts aufweisen. Dadurch kann eine genauere Referenzierung der Bestimmungszeitpunkte für die Drehzahl des Verbrennungsmotors erfolgen. Insbesondere kann der vorbestimmte Abstand null sein, sodass die Drehstellungen jeweils der genannten OT-Position entsprechen. Zu diesem Zeitpunkt ist das Drehmoment des Verbrennungsmotors minimal, sodass verbessert eine Betrachtung der minimalen Rotationsenergie des Verbrennungsmotors möglich ist.
Weiter ist bevorzugt, dass eine Drehzahl des Verbrennungsmotors abgetastet und die Rotationsenergie auf der Basis eines Quadrats der abgetasteten Drehzahl bestimmt wird. Auf diese Weise kann die Rotationsenergie schnell und exakt bestimmt werden. Die Drehzahl kann beispielsweise kontinuierlich oder mit einer vorbestimmten Häufigkeit pro Umdrehung der Kurbelwelle bestimmt werden, sodass die punktuelle Bestimmung der Drehzahl erleichtert ist.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass der vorbestimmte Schwellenwert größer oder gleich null ist. Ist die Rotationsenergie des Verbrennungsmotors null, so steht der Verbrennungsmotor. Es kann jedoch vorteilhaft sein, den Verbrennungsmotor auch dann abzustellen, wenn seine extrapolierte Rotationsenergie einen Schwellenwert unterschreitet, der größer als null ist, beispielsweise wenn sicher ist, dass der Verbrennungsmotor mit der Rotationsenergie des Schwellenwerts stehenbleiben wird.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst das Abschalten ein Verhindern eines Einspritzens von Treibstoff in den Verbrennungsmotor. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Zündung des Verbrennungsmotors abgestellt werden, falls es sich beim Verbrennungsmotor um einen Ottomotor handelt. Dadurch kann jedoch zündfähiges Gemisch in einem Zy- linder des stillstehenden Verbrennungsmotors verbleiben, was negative Auswirkungen beispielsweise auf einen Anlassvorgang des Verbrennungsmotors haben kann.
Bevorzugterweise ist an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ein Zweimassen- Schwungrad angebracht. Das Zweimassen-Schwungrad kann in bekannter Weise dazu beitragen, dass der Verbrennungsmotor ein gleichmäßiges Drehmoment abgibt und das beschriebene Verfahren kann sicherstellen, dass das Zweimassen-Schwungrad beim Abwürgen des Verbrennungsmotors nicht beschädigt wird.
Bevorzugterweise weist der Verbrennungsmotor einen, zwei oder drei Hubkolben auf. Werden weniger als vier Hubkolben verwendet, so kann das frühzeitige Abstellen des Verbrennungsmotors im Fall des Abwürgens besonders kritisch sein, wie oben ausgeführt ist. Das Verfahren eignet sich auch zur Steuerung solcher Verbrennungsmotoren mit geringer Zylinderzahl.
Eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors umfasst eine Einrichtung zur Bestimmung einer Rotationsenergie des Verbrennungsmotors, eine Verarbeitungseinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche und eine Abschalteinrichtung zur Abschaltung des Verbrennungsmotors.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen: Figur 1 einen Verbrennungsmotor;
Figur 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern des Verbrennungsmotors von
Figur 1 ;
Figur 3 beispielhafte Verläufe am Verbrennungsmotor von Figur 1 ;
Figur 4 ein Detail eines der Verläufe von Figur 3 und
Figur 5 Impulse an einem Zweimassen-Schwungrad des Verbrennungsmotors von Figur 1 darstellt.
Figur 1 zeigt einen Verbrennungsmotor 100 in einem Antriebsstrang 105 an Bord eines Kraftfahrzeugs 1 10. Der Verbrennungsmotor 105 kann jedoch auch in anderen Umgebungen eingesetzt werden. Eine Kurbelwelle 115 des Verbrennungsmotors 105 trägt
bevorzugterweise ein Rad 120 mit Zähnen, die ein Kurbelwinkelsensor 125 abtasten kann. In Abhängigkeit einer Zeit, die zwischen dem Passieren benachbarter Zähne am Kurbelwinkelsensor 125 verstreicht, kann die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 1 15 bestimmt werden. Man spricht dabei von einer Zahn-zu-Zahn-Drehzahl. Eine Drehstellung der Kurbelwelle 115 kann ebenfalls auf der Basis der Zähne des Rads 120 mittels des Kurbelwinkelsensors 125 bestimmt werden. Eine vorbestimmte Drehstellung der Kurbelwelle 1 15 korrespondiert beispielsweise mit einem fehlenden Zahn auf dem Rad 120. Der Verbrennungsmotor 100 um- fasst einen oder mehrere Hubkolben 130. Eine oszillierende Bewegung des Hubkolbens 130 in einem ihm zugeordneten Zylinder wird auf die Drehbewegung der Kurbelwelle 1 15 umgesetzt. Während eines Arbeitstakts wird Kraftstoff in einem Brennraum des Zylinders verbrannt, sodass der Hubkolben 130 beschleunigt wird und die Drehbewegung der Kurbelwelle 115 eine Ungleichförmigkeit im abgegebenen Drehmoment und gegebenenfalls auch in der abgegebenen Drehzahl aufweist.
Zur Dämpfung dieser Ungleichförmigkeiten ist bevorzugterweise ein Zweimassen- Schwungrad 135 vorgesehen. Das Zweimassen-Schwungrad 135 umfasst eine erste Masse 140, die fest an der Kurbelwelle 115 angebracht ist, und eine zweite Masse 145, die mittels einer Bogenfeder drehbar um die Drehachse der Kurbelwelle 1 15 an der ersten Masse 140 angebracht ist. Ein Drehwinkel der Massen 140, 145 zueinander ist durch die Bauart des Zweimassen-Schwungrads 135 beschränkt.
Bevorzugterweise ist das Zweimassen-Schwungrad 135 mit einer Kupplung 150 gekoppelt, die einen steuerbaren Kraftfluss zu einem Getriebe 155 herstellt. Weitere Elemente des Antriebsstrangs 105, insbesondere eine Verbindung zu einem Antriebsrad des Kraftfahrzeugs 110, sind in Figur 1 nicht dargestellt.
Eine Steuervorrichtung 160 ist zur Steuerung des Verbrennungsmotors 100 vorgesehen. Insbesondere ist die Steuervorrichtung 160 dazu eingerichtet, den Verbrennungsmotor 100 abzuschalten, wenn dieser mit einem so starken Bremsmoment an der Kurbelwelle 1 15 belastet wird, dass er abstirbt. Zum Abschalten des Verbrennungsmotors 100 wird
bevorzugterweise eine Einspritzanlage 165 von Kraftstoff in die Zylinder der Hubkolben 130 abgeschaltet. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Zündanlage zur Zündung des Kraftstoffs in den Zylindern abgeschaltet werden.
Um möglichst frühzeitig zu bestimmen, dass der Verbrennungsmotor 100 im Begriff ist, stehenzubleiben, umfasst die Steuervorrichtung 160 eine Verarbeitungseinrichtung 170, die dazu eingerichtet ist, eine Rotationsenergie (320) des laufenden Verbrennungsmotors 100 zu bestimmen und auf der Basis der Bestimmung die Rotationsenergie (320) für einen zukünfti- gen Zeitpunkt vorherzusagen. Liegt diese vorhergesagte Rotationsenergie (320) unter einem vorbestimmten Schwellenwert, so wird der Verbrennungsmotor 100 abgeschaltet.
Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zum Steuern des Verbrennungsmotors 100 von Figur 1. Das Verfahren 200 ist insbesondere zum Ablaufen auf der Verarbeitungseinrichtung 170 vorgesehen.
An der Primärseite des Zweimassenschwungrads 120 gilt folgende
Momentenbilanz: J prim · ώ =Μ M, ,ot t -M L,ast , .
om Jpnm - ά - da =\om (MMot -MKup )■ da
Ist die Energie negativ, so wird dem betrachteten System Energie entzogen, beispielsweise durch die Kupplung 150 oder einen angeschlossenen Triebstrang. Dann gilt:
forz +i) da ,οτζα+ΐ) j
Figure imgf000007_0001
Ist abzusehen, dass die Energie in naher Zukunft unter einen vorbestimmten Schwellenwert sinken wird, so kann davon ausgegangen werden, dass der Verbrennungsmotor 100 vor oder an diesem Zeitpunkt stehen bleibt:
J prim ^ · (ω0Γζ (,+ΐ) - τζ, ) =\ (M Mot - MLast ) - da < Schwellenw ert .
In einem ersten Schritt 205 wird die Drehzahl der Kurbelwelle 1 15 des Verbrennungsmotors 100 abgetastet. Dies erfolgt bevorzugterweise mittels des Kurbelwinkelsensors 125. Das Abtasten im Schritt 205 erfolgt in regelmäßigen Abständen bezüglich eines Drehwinkels der Kurbelwelle 115. Insbesondere ist bevorzugt, dass das Abtasten stets dann erfolgt, wenn sich einer der Hubkolben 130 an einer vorbestimmten Position bezüglich einer OT-Position am Ende eines Kompressionstakts befindet. Die OT-Position liegt am oberen Totpunkt des Hubkolbens 130, also dort, wo sich der Hubkolben 130 nach einer Aufwärtsbewegung kurzzeitig im Stillstand befindet. Es ist weiterhin bevorzugt, dass die OT-Position nach einem Kompressionstakt für die Drehzahlbestimmung verwendet wird. Handelt es sich beim Verbrennungsmotor 100 um einen Zweitaktmotor, so liegt jede OT-Position nach einem Kompressionstakt. Bei einem Viertaktmotor liegt nur jede zweite OT-Position nach einem Kompressionstakt. Beispielsweise kann die Drehzahl immer dann bestimmt werden, wenn ein vorbestimmter Hubkolben 130 genau an der OT-Position nach dem Kompressionstakt liegt. Alternativ kann die Drehzahl auch stets dann bestimmt werden, wenn ein beliebiger der Hubkolben 130 in einer entsprechenden Position ist.
In einem Schritt 210 wird die Drehenergie des Verbrennungsmotors 100 bestimmt, indem die zuvor bestimmte Drehzahl quadriert wird. Drehenergien einer vorbestimmten Vergangenheit werden bevorzugterweise abgespeichert. So kann ein gleitender Durchschnitt über vergangene Drehenergien bestimmt werden.
In einem Schritt 215 wird auf der Basis mehrerer, mindestens zweier abgespeicherter Drehenergien eine Drehenergie für einen zukünftigen Zeitpunkt extrapoliert. Die Extrapolation kann insbesondere linear auf der Basis des gleitenden Durchschnitts erfolgen. Der Extrapolationszeitpunkt und die gespeicherten Bestimmungszeitpunkte für Rotationsenergien (320) des Verbrennungsmotors 100 haben gleiche Abstände zueinander, die in Form eines Drehwinkels der Kurbelwelle 115 bestimmt werden.
In einem Schritt 220 wird bestimmt, ob die extrapolierte Drehenergie unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegt. Der Schwellenwert ist vorzugsweise positiv und kann beispielsweise bei null liegen. Liegt die extrapolierte Drehenergie über dem Schwellenwert, so kann das Verfahren 200 zum Schritt 205 zurückkehren und erneut durchlaufen. Andernfalls wird der Verbrennungsmotor 100 in einem Schritt 225 abgeschaltet. Dazu können die Einspritzanlage 165 und/oder eine Zündanlage des Verbrennungsmotors 100 abgeschaltet werden.
Figur 3 zeigt ein Diagramm 300 mit Verläufen am Verbrennungsmotor 100 von Figur 1. In horizontaler Richtung ist eine Zeit angetragen. In vertikaler Richtung sind an unterschiedlichen Achsen ein statisches Motormoment 305, eine kurbelwellenseitige Drehzahl 310, eine aus- gangsseitiges Drehzahl 315 nach dem Zweimassen-Schwungrad 135, eine Rotationsenergie 320, Phasenwinkel 325 bis 335 für drei Zylinder und Zylinderdrücke 340 bis 350 für die gleichen Zylinder des Verbrennungsmotors 100 dargestellt. Im Unterschied zu der Darstellung von Figur 1 wird hier von einem Dreizylindermotor ausgegangen.
Ungefähr zum Zeitpunkt 0,82 Sekunden bricht das statische Motormoment 305 ein und sinkt auf null ab. Zu diesem Zeitpunkt bleibt der Verbrennungsmotor 100 stehen, weil ihm zuvor zu viel Drehmoment abverlangt wurde. Unmittelbar vor diesem Zeitpunkt oszillieren die Drehzah- len 310 und 315 stark, ein Hinweis darauf, dass die Schwingungen gegeneinander aufschaukeln und die zweite Masse 145 Gefahr läuft, so weit an der ersten Masse 140 ausgelenkt zu werden, dass sie gegen einen Anschlag läuft. Die dargestellten Drehzahlschwingungen sind relativ gering, weil das bevorstehende Stehenbleiben des Verbrennungsmotors 100 bereits zu einem Zeitpunkt von ca. 0,53 Sekunden bestimmt werden kann. Die folgende Figur zeigt den mit einem Rechteck markierten Ausschnitt der Rotationsenergie 320 unmittelbar vor diesem Zeitpunkt.
Figur 4 zeigt ein Detail der Rotationsenergie 320 aus Figur 3. Dabei ist in horizontaler Richtung statt einer Zeit ein Kurbelwinkel angetragen. Hier wie in der vorherigen Darstellung ist zu sehen, dass Amplituden der Schwingung, die die Rotationsenergie 320 beschreibt, unabhängig von der Drehzahl des Verbrennungsmotors 100 gleich groß sind. Die Rotationsenergie 320 wird im vorliegenden Beispiel immer dann bestimmt, wenn diese Schwingung einen minimalen Wert erreicht hat. Messzeitpunkte 405 sind eingezeichnet. Da die Messzeitpunkte 405 jeweils auf Drehpositionen der Kurbelwelle 1 15 bezogen sind, sind Abstände benachbarter Messzeitpunkte 405 stets gleich. So kann eine Rotationsenergie 320, deren Messzeitpunkt 405 in der Zukunft liegt, mittels Extrapolation, insbesondere linearer Extrapolation, bestimmt werden. Der zukünftige Messzeitpunkt 405 ist mit einem Kreis dargestellt. Es ist zu sehen, dass der tatsächliche Verlauf der Rotationsenergie 320 dem prognostizierten Wert recht nahe kommt.
Unterschreitet die Rotationsenergie 320 zum zukünftigen Messzeitpunkt 405 einen vorbestimmen Schwellenwert 410, so kann darauf geschlossen werden, dass der Verbrennungsmotor 100 stehenbleiben wird. In diesem Fall kann der Verbrennungsmotor 100 auch sofort abgeschaltet werden.
Figur 5 zeigt ein Diagramm 500 von Impulsen am Zweimassen-Schwungrad 135 des
Verbrennungsmotors 100 von Figur 1. Wird der Verbrennungsmotor 100 häufig abgewürgt, so kann eine Technik zum frühzeitigen Abstellen des Verbrennungsmotors 100 daran bewertet werden, wie groß Impulse zwischen den Massen 140 und 145 am Zweimassen-Schwungrad 135 sind und wie häufig die Impulse bestimmte Größenordnungen erreichen. Das Diagramm 500 zeigt in horizontaler Richtung die Größe des Impulses und in vertikaler Richtung die Häufigkeit von Impulsen mit einer bestimmten Stärke. Ein erster Verlauf 505 zeigt die Häufigkeiten bei einem bekannten Verfahren zum Abstellen des Verbrennungsmotors 100, wenn dessen Drehzahl einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet. Ein zweiter Verlauf 510 zeigt die Ergebnisse des oben beschriebenen Verfahrens 200 bei einem vorbestimmten Schwellenwert 410 von dreihundert Umdrehungen pro Minute und ein dritter Verlauf 515 die Ergebnisse des gleichen Verfahrens 200 bei einem Schwellenwert 410 von fünfhundert Umdrehungen pro Minute.
Es wird deutlich, dass das Verfahren 200 mit beiden Schwellenwerten 410 große Impulse von mehr als ca. 7700 Newtonmetern vollständig vermeiden kann. Daran wird deutlich, wie effektiv die frühe Abschaltung des Verbrennungsmotors 100 mittels des Verfahrens 200 erfolgen kann.
Momentenbilanz Primär: J prim Mot Last
om Jpnm - ά - da =\om (MMot -MKup )■ da
Bei negativem Wert wird dem System Energie entzogen (durch Kupplung oder Triebstrang):
Figure imgf000010_0001
Zusammengefasst: J - · (ωσ O2TZ (i+\) -ω O, TZi ) =\ (MMot -MLast Y da < Schwelle!
bar
Bezugszeichenliste
100 Verbrennungsmotor
105 Antriebsstrang
110 Kraftfahrzeug
115 Kurbelwelle
120 Rad
125 Kurbelwinkelsensor
130 Hubkolben
135 Zweimassenschwungrad
140 erste Masse
145 zweite Masse
150 Kupplung
155 Getriebe
160 Steuervorrichtung
165 Einspritzanlage
170 Verarbeitungseinrichtung
200 Verfahren
205 Abtasten Drehzahl zu vorbestimmtem Kurbelwinkel
210 Drehenergie bestimmen
215 Drehenergie extrapolieren in die Zukunft
220 extrapolierte Drehenergie < Schwellenwert
225 Verbrennungsmotor abschalten
300 Diagramm
305 statisches Motormoment
310 Drehzahl an der Kurbelwelle
315 Drehzahl hinter dem Zweimassenschwungrad
320 Rotationsenergie
325 Phasenwinkel Zylinder 1
330 Phasenwinkel Zylinder 2
335 Phasenwinkel Zylinder 3
340 Zylinderdruck Zylinder 1
345 Zylinderdruck Zylinder 2
350 Zylinderdruck Zylinder 3
405 Messzeitpunkt 410 Schwellenwert
500 Diagramm
505 erster Verlauf
510 zweiter Verlauf
515 dritter Verlauf

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren (200) zum Steuern eines Verbrennungsmotors (100) mit einer Kurbelwelle (1 15), folgende Schritte umfassend:
Bestimmen (210) einer Rotationsenergie (320) des laufenden Verbrennungsmotors (100) an vorbestimmten Drehstellungen der Kurbelwelle (115);
Extrapolieren (215) der Rotationsenergie (320) für eine zukünftige Drehstellung aus den bestimmten Rotationsenergien (320) und
Abschalten (225) des Verbrennungsmotors (100), falls die extrapolierte Rotationsenergie (320) unter dem vorbestimmten Schwellenwert (410) liegt.
2. Verfahren (200) nach Anspruch 1 , wobei die Drehstellungen äquidistant sind.
3. Verfahren (200) nach Anspruch 2, wobei der Verbrennungsmotor (100) einen Hubkolben (130) umfasst und die Drehstellungen einen vorbestimmten Abstand von einer OT- Position des Hubkolbens (130) am Ende eines Kompressionstakts aufweisen.
4. Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Drehzahl (310) des Verbrennungsmotors (100) abgetastet und die Rotationsenergie (320) auf der Basis eines Quadrats der abgetasteten Drehzahl (310) bestimmt wird.
5. Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der vorbestimmte Schwellenwert (410) größer oder gleich Null ist.
6. Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Abschalten (225) ein Verhindern eines Einspritzens von Treibstoff in den Verbrennungsmotor (100) umfasst.
7. Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an einer Kurbelwelle (1 15) des Verbrennungsmotors (100) ein Zweimassen-Schwungrad (135) angebracht ist.
8. Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Verbrennungsmotor (100) einen, zwei oder drei Hubkolben (130) aufweist.
9. Steuervorrichtung (160) zur Steuerung eines Verbrennungsmotors (100), wobei die Steuervorrichtung folgende Elemente umfasst:
eine Einrichtung (125) zur Bestimmung einer Rotationsenergie (320) des Verbrennungsmotors (100);
eine Verarbeitungseinrichtung (170) zur Durchführung eines Verfahrens (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche und
eine Abschalteinrichtung (165) zur Abschaltung des Verbrennungsmotors (100).
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