DE102007033677A1

DE102007033677A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007033677A1
Application number: DE102007033677A
Authority: DE
Inventors: Jochen Laubender
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2009-01-22
Also published as: US20090024287A1; JP2009024699A

Abstract

Brennkraftmaschine mit einem Antriebsmittel, auf das ein Drehmoment eines Starters übertragen werden kann, wobei das Antriebsmittel über eine Kupplung mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, wobei die Kupplung eine eingekuppelte Stellung, in der ein Antriebsmoment von dem Starter auf die Kurbelwelle übertragen werden kann, und eine ausgekuppelte Stellung, in der das Antriebsmoment von dem Starter auf die Kurbelwelle nicht übertragen werden kann, aufweist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, ein Verfahren zum Start einer Brennkraftmaschine sowie ein Computerprogramm nach den unabhängigen Ansprüchen.
Stopp-Start-Verfahren zur Reduzierung des Verbrauchs und der Abgasemissionen eines Fahrzeugs im so genannten "Stop and Go" Betrieb gewinnen gegenwärtig immer mehr an Interesse. Bei derzeitigen Start-Stopp-Systemen werden die Brennkraftmaschinen mittels eines Elektromotors wie z. B. einem Riemen- oder Kurbelwellenstarter-Generator oder einem klassischen Elektrostarter gestartet. Bei einem so genannten starterunterstützten Start erfolgt der Start wie gewöhnlich durch Einspritzung und Zündung während die Kurbelwelle durch den Starter gedreht wird, jedoch mit deutlich verkürztem Startereingriff. Dabei wird vor jedem Start mittels z. B. eines Absolutwinkelsensors der Zylinder der Brennkraftmaschine identifiziert, der sich in der Kompressionsphase befindet. In diesen Zylinder wird vor oder während der Verdichtungsphase Kraftstoff eingespritzt und das Kraftstoff/Luft-Gemisch anschließend mit durchdrehendem Starter verdichtet. Nach Überstreichen des oberen Totpunktes (OT) wird das Gemisch gezündet. Das erzeugte Verbrennungsmoment verdichtet daraufhin wie im regulären Motorbetrieb jeweils das Kraftstoff/Luft-Gemisch des in der Zündfolge folgenden Zylinders. Der Starter wird aus Gründen der Geräuschminderung dabei nur kurzzeitig betätigt und möglichst früh wieder deaktiviert.
Bei speziellen Varianten derzeit bekannter Elektrostarter ist es möglich, den Starter im Stopp-Start-Betrieb schon während des Motorauslaufs einzuspuren. Derartige Starter besitzen eine so genannte Voreinspurfunktionalität. Damit soll ein schneller Wiederstart gewährleistet werden, wenn beispielsweise der Motorstopp abgebrochen werden soll und der Motor wieder gestartet wird (sogen. Change of Mind, COM), so dass der Verbrennungsmotor bei einer plötzlichen Startanforderung möglichst schnell wieder in den befeuerten Leerlaufbetrieb überführt werden kann. Problematisch an derartigen Lösungen ist, dass das Voreinspuren bei noch drehender Kurbelwelle nicht immer zuverlässig funktioniert, weil z. B. die Starterdrehzahl nicht synchron zur Drehzahl der Kurbelwelle ist, außerdem ist der Einspurvorgang nicht geräuschneutral, es kann zu einem Zähnekreischen zwischen Zahnkranz und Starterritzel während des Einspurvorgangs kommen. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Lösung ist, dass die Zeit zum Wiederstart der Brennkraftmaschine relativ lang ist.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Brennkraftmaschine, ein Verfahren zum Start einer Brennkraftmaschine sowie ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, die einen zuverlässigen Wiederstart bei einer gegenüber dem Stand der Technik kurzen Wiederstartzeit ermöglicht.
Dieses Problem wird gelöst durch eine Brennkraftmaschine mit einem Antriebsmittel, auf das ein Drehmoment eines Anlassers übertragen werden kann, wobei das Antriebsmittel über eine Kupplung mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, wobei die Kupplung eine eingekuppelte Stellung, in der ein Antriebsmoment von dem Anlasser auf die Kurbelwelle übertragen werden kann, und eine ausgekuppelten Stellung, in der das Antriebsmoment von dem Anlasser auf die Kurbelwelle nicht übertragen werden kann, aufweist.
Die Kupplung ist bevorzugt hydraulisch, elektromagnetisch, pneumatisch oder mechanisch zwischen einer eingekuppelten Stellung und einer Ausgekuppelten Stellung schaltbar oder alternativ ein Freilauf, der eine freie Relativdrehung der Kurbelwelle in ihrer Drehrichtung gegenüber dem Anlasser erlaubt. Der Freilauf umfasst in einer Weiterbildung Dämpferelemente, die Schläge durch das Einkuppeln dämpfen.
Das Antriebsmittel ist vorzugsweise ein Zahnkranz, der eine Verzahnung, in die ein Zahnrad eines Anlassers in Eingriff gebracht werden kann oder dauerhaft in Eingriff ist, umfasst.
Alternativ ist das Antriebsmittel eine Riemenscheibe, auf die mittels eines Riemens ein Drehmoment einer mit dem Anlasser verbundenen Riemenscheibe übertragen werden kann.
Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Start einer Brennkraftmaschine wobei die Kupplung momentenneutral geschlossen wird.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Anlasser zunächst auf eine Drehzahl gebracht wird, bei der die mit der Kurbelwelle verbundene Seite der Kupplung und die mit dem Anlasser verbundene Seite der Kupplung gleiche Drehzahl haben und danach die Kupplung geschlossen wird.
Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Skizze eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine;
2 eine Skizze eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine;
3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
4 ein Ablaufdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Skizze eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1. Diese umfasst in bekannter Art und Weise eine Kurbelwelle 2, die mit einem Zahnkranz 3 verbunden ist. Der Zahnkranz 3 hat in diesem Ausführungsbeispiel eine Außenverzahnung 4, in die ein Zahnrad 5 eingreift, das mit einem elektrisch angetriebenen Starter 6 verbunden ist. Zwischen einem Nabenflansch 7, der fest mit der Kurbelwelle 2 verbunden ist, und dem Zahnkranz 3 ist eine schaltbare Kupplung 8 angeordnet. Die schaltbare Kupplung 8 kann durch ein schematisch dargestelltes Betätigungsmittel 9 in eine eingekuppelte Stellung, bei der der Nabenflansch 7 drehfest mit dem Zahnkranz 3 verbunden ist, sowie eine ausgekuppelte Stellung, bei der keine Drehmomentübertragung (abgesehen von etwaigen Schleppmomenten oder dergleichen) zwischen dem Nabenflansch 7 und dem Zahnkranz 3 gegeben ist. Der Nabenflansch 3 kann also vermittels der Kupplung 8 drehfest mit der Kurbelwelle 2 verbunden oder von dieser bezüglich der Drehmomentübertragung gelöst werden. Das Antriebsritzel 5 des elektrischen Starters 6 kann dabei dauerhaft mit der Verzahnung 4 des Zahnkranzes 3 in Eingriff sein oder wie aus dem Stand der Technik bekannt für einen Startvorgang eingespurt werden und ansonsten ohne Eingriff sein.
Die Kupplung 8 kann statt einer schaltbaren Kupplung auch ein Freilauf sein, der eine Relativdrehung des Zahnkranzes 3 in einer Richtung gegenüber dem Nabenflansch 7 und damit der Kurbelwelle 2 ermöglicht und eine Relativdrehung in die andere Richtung behindert. Dabei ist eine Relativdrehung des Zahnkranzes 3 gegenüber der Kurbelwelle 2 entgegen der Drehrichtung der Kurbelwelle 2 im Betrieb der Brennkraftmaschine möglich, dreht also die Kurbelwelle 2 schneller in ihrer Betriebsrichtung als der Zahnkranz, so tritt der Freilauf in Aktion, dreht der Zahnkranz 3 schneller als die Kurbelwelle 2, so wird diese durch den Zahnkranz angetrieben. Der Freilauf kann dabei zusätzlich Dämpfungselemente beinhalten, beispielsweise gummielastische Elemente oder Reibelemente in Verbindung mit Federdämpfern, ähnlich wie dies bei Massenschwungrädern von Fahrzeugkupplungen der Fall ist, um ruckartige Drehmomentveränderungen zu dämpfen.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine. Der Zahnkranz 3 ist hier ersetzt durch eine Riemenscheibe 10, die ansonsten wiederum mit einer Kupplung 8 mit einer drehfest mit der Kurbelwelle 2 verbundenen Nabe 7 verbindbar ist. Statt eines Ritzels 5 ist mit dem Anlasser 6 eine weitere Riemenscheibe 11 verbunden, wobei die Riemenscheiben 10 und 11 in bekannter Art und Weise mit einem Zugmittel 12, beispielsweise einem Keilriemen oder Zahnriemen oder dergleichen, miteinander verbunden sind. Die Funktionsweise der Kupplung 8 kann ebenso wie in dem Ausführungsbeispiel der 1 eine schaltbare Kupplung oder ein Freilauf sein.
Der Starter 6 in den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 wird in bekannter Art und Weise von einer Leistungssteuerung 13, die von einem Steuergerät 14 angesteuert wird, gesteuert.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Start bzw. Wiederstart einer Brennkraftmaschine. Das Verfahren beginnt in einem Schritt 101 mit einer Vorstartphase. Die Vorstartphase wird initiiert, wenn die Brennkraftmaschine 1 im Start/Stopp-Betrieb gestoppt wird, wobei auf den Stopp ein Wiederstart und kein Erststart nach längerem Stillstand erfolgt. In einem Schritt 102 werden die relevanten Signalwerte der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeuges eingelesen, dies sind z. B. die Position der Kurbelwelle, die Kraftstofftemperatur T_Kraft, die Umgebungstemperatur T_Um, die Öltemperatur T_Öl, die Motortemperatur T_Mot, die Brennraumtemperatur T_Brennraum, die Ansauglufttemperatur TA_Ans, die Temperatur des Katalysators T_Kat, die Temperatur des Kühlkreislaufs bzw. Kühlmittels T_Kühl, der Raildruck des Hochdruckrails P_Rail bei einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, der Umgebungsdruck P_Um, der Ansaugdruck P_Ans, der Brennraumdruck P_Brennraum, die Spannung U_Batt der Starterbatterie, die Oktanzahl des verwendeten Kraftstoffs ROZ bei einem Benzinmotor bzw. Cetanzahl oder dergleichen bei einem Dieselmotor, der eingelegte Gang, Vorgabewerte für Ventilsteuerzeiten sowie Ventilhub, die Verdichtung ε, die Position einer Ladungsbewegungsklappe, eine Abgasrückführrate und dergleichen mehr. In einem auf das Einlesen der relevanten Signalwerte in Schritt 102 folgenden Schritt 103 wird geprüft, ob Bedingungen für einen Start vorliegen. Wird dies verneint, mit der Option N gekennzeichnet, so wird wieder auf Schritt 101 verzweigt, wird dies bejaht, mit der Option J gekennzeichnet, so wird in einen Schritt 104 verzweigt und aus einer Speichereinheit eines Steuergerätes der Brennkraftmaschine die relevanten Steuerwerte für die Starteransteuerung, Einspritzung sowie Zündung eingelesen. In Schritt 105 werden die zuvor genannten Werte ausgegeben, und in Schritt 106 der Start der Brennkraftmaschine eingeleitet. In Schritt 107 erfolgt darauf eine Überwachung der Drehzahl, des Kurbelwellenwinkels, des Drehmoments usw. im Motorhochlauf. Die Kupplung zwischen Kurbelwelle 2 und Zahnkranz 3 bzw. Riemenscheibe 10 wird geöffnet, sobald die Brennkraftmaschine ohne Starterbetrieb lauffähig ist, beispielsweise bei Überschreiten einer Mindestdrehzahl, der Freilauf öffnet automatisch, wenn die Kurbelwellendrehzahl Nmot einen Schwellenwert überschreitet. An den Schritt 107 schließt sich mit Schritt 108 ein stabiler Motorbetrieb an.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Wiederstart der Brennkraftmaschine aus einem stabilen Motorbetrieb heraus. Bei einem stabilen Motorbetrieb, als Schritt 201 bezeichnet, erfolgt in einem Schritt 202, wie zuvor anhand des Schritts 102 dargestellt, das Einlesen der relevanten Signalwerte der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeugs. In einem sich anschließenden Schritt 203 wird daraufhin geprüft, ob die Bedingungen für einen Motorstopp vorliegen. Ist dies nicht der Fall, durch die Option N gekennzeichnet, so wird wiederum in Schritt 201 verzweigt, liegen die Bedingungen für einen Motorstopp vor, durch die Option J gekennzeichnet, so wird in einen Schritt 204 verzweigt, in dem die Einspritzung ausgeblendet wird und gegebenenfalls ein gesteuerter Motorauslauf eingeleitet wird. Der Zahnkranz 3 bzw. die Riemenscheibe 10 werden durch den Starter 6 auf eine Synchrondrehzahl mit der Kurbelwelle 2 gebracht. Daraufhin schließt sich in einem Schritt 205 die Überwachung der Motordrehzahl, des Kurbelwellenwinkels, des Drehmoments usw. während des Motorauslaufs an. In einem sich daran anschließenden Schritt 206 wird geprüft, ob eine erneute Startanforderung vorliegt. Ist dies nicht der Fall, durch die Option N gekennzeichnet, so wird in Schritt 209 weiter der Motorstopp durchgeführt. Ergibt die Prüfung in Schritt 206, dass eine erneute Startanforderung während des Motorauslaufs vorliegt, durch die Option J gekennzeichnet, so erfolgt in Schritt 207 das Schließen der Kupplung bzw. des Freilaufs durch Erhöhen der Drehzahl des Anlassers, die Ausgabe der Steuerwerte an den Anlasser 6 sowie die Einspritzung und Zündung, woraufhin in Schritt 208 ein erneuter Motorstart durchgeführt wird.

Claims

Brennkraftmaschine mit einem Antriebsmittel (3, 10), auf das ein Drehmoment eines Anlassers (6) übertragen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel (3, 10) über eine Kupplung (8) mit einer Kurbelwelle (2) der Brennkraftmaschine verbunden ist, wobei die Kupplung (8) eine eingekuppelte Stellung, in der ein Antriebsmoment von dem Anlasser (6) auf die Kurbelwelle übertragen werden kann, und eine ausgekuppelten Stellung, in der das Antriebsmoment von dem Anlasser (6) auf die Kurbelwelle nicht übertragen werden kann, aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (8) hydraulisch, elektromagnetisch, pneumatisch oder mechanisch zwischen einer eingekuppelten Stellung und einer ausgekuppelten Stellung schaltbar ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (8) ein Freilauf ist, der eine freie Relativdrehung der Kurbelwelle (2) in ihrer Drehrichtung gegenüber dem Anlasser (6) erlaubt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf Dämpferelemente umfasst.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel ein Zahnkranz (3) ist, der eine Verzahnung (4), in die ein Zahnrad (5) eines Anlassers (6) in Eingriff gebracht werden kann oder dauerhaft in Eingriff ist, umfasst.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel eine Riemenscheibe (10) ist, auf die mittels eines Zugmittels (12) ein Drehmoment einer mit dem Anlasser (6) verbundenen Riemenscheibe (11) übertragen werden kann.
Verfahren zum Start einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (8) momentenneutral geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlasser (6) zunächst auf eine Drehzahl gebracht wird, bei der die mit der Kurbelwelle (2) verbundene Seite der Kupplung (8) und die mit dem Anlasser (6) verbundene Seite der Kupplung (8) gleiche Drehzahl haben und danach die Kupplung (8) geschlossen wird.
Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.