DE102010001773B4

DE102010001773B4 - Verfahren zum Einspuren eines Andrehritzels in einen Zahnkranz einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010001773B4
Application number: DE102010001773.6A
Authority: DE
Inventors: Matthias Cwik; Markus Roessle; Ewald Mauritz; Stefan Tumback
Original assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2030-02-11
Also published as: EP2534368B1; CN102844561B; DE102010001773A1; US10655589B2; WO2011098503A9; EP2534368A2; US20130041572A1; CN102844561A; WO2011098503A2; WO2011098503A3

Abstract

Verfahren zum Ansteuern einer Startvorrichtung (10), wobei die Startvorrichtung (10) ein Andrehritzel (22) aufweist, welches dazu vorgesehen ist in einen Zahnkranz (25) einer Brennkraftmaschine (210) eingespurt zu werden, wobei die Brennkraftmaschine (210) eine Antriebswelle (222) aufweist, wobeia. zunächst eine Drehzahl (n, n1, n2, n3) der Antriebswelle (222) festgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dassb. diese Drehzahl (n, n1, n2, n3) mit einem vorgegebenen Drehzahlwert (nG) verglichen wird, wobei der vorgegebene Drehzahlwert (nG) von einer Temperatur (Kühlwassertemperatur, Öltemperatur, Außentemperatur), einer Motorreibung oder einem Druck abhängig ist, undc. im Falle dessen, dass die Drehzahl (n, n1, n2, n3) kleinergleich dem vorgegebenen Drehzahlwert (nG) ist, das Andrehritzel (22) in Richtung zum Zahnkranz (25) vorgespurt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer Startvorrichtung und hier ganz besonders des Andrehritzels der Startvorrichtung. Es ist dabei vorgesehen, dass dieses Andrehritzel in einen dynamischen bzw. drehenden bzw. drehpendelnden Zahnkranz einer Brennkraftmaschine eingespurt wird.
Aus der DE 10 2006 011 644 A1 ist bereits ein Verfahren bekannt, mit dessen Hilfe ein Andrehritzel in einen sich bewegenden Zahnkranz eingespurt werden soll. Die DE 10 2005 049 092 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem zum Einspuren des Andrehritzels geprüft wird, ob die Drehzahl unterhalb einer maximalen Drehzahl und oberhalb einer minimalen Drehzahl liegt und die Drehrichtung der Vorwärtsdrehrichtung der Kurbelwelle entspricht.
Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, das Verfahren noch besser und noch genauer durchzuführen und damit die kinematischen Zusammenhänge zwischen dem Andrehritzel und dem Zahnkranz noch präziser zu steuern.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 ermöglicht das Einspuren eines Startermotors bzw. des Andrehritzels eines Startermotors in den Zahnkranz eines auslaufenden Verbrennungsmotors zu einer definierten Drehzahl. Durch die dabei Verwendung findenden Drehzahl- und Kurbelwellenwinkelschwellen ergibt sich durch dieses Verfahren eine geringe Komplexität, da wenig Aufwand zur algorithmischen Behandlung des Verfahrens erforderlich ist. Des Weiteren ist die Anzahl an zu berücksichtigenden Eingangsparametern gering, so dass ein Rechenaufwand wenig aufwändig gehalten werden kann. Des Weiteren ist das Verfahren verhältnismäßig variabel, was die Einspurdrehzahl angeht. So ist das Einspuren vor, während oder nach dem Rückpendeln des Verbrennungsmotors bzw. des Kurbeltriebs des Verbrennungsmotors möglich. Aufgrund des aufwandsarmen Algorithmus bietet sich dieses Verfahren ganz besonders dann an, wenn die Brennkraftmaschine üblicherweise sehr schnell ausläuft. Sehr schnell auslaufen bedeutet, dass sich die Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle der Brennkraftmaschine bzw. der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine besonders schnell reduziert und somit die Brennkraftmaschine bzw. deren Antriebswelle besonders schnell zum Stillstand kommt Aufgrund dieser Eigenschaften der Brennkraftmaschine ist ein sehr schneller Verfahrensablauf erforderlich, um rechtzeitig vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine das Andrehritzel einspuren zu können. Das hier vorgeschlagene Verfahren ist auch dazu geeignet, das Andrehritzel in eine rückpendelnde Brennkraftmaschine einzuspuren. Rückpendelnde Brennkraftmaschine bedeutet, dass die Antriebswelle bei geringer kinematischer Energie und der in einem Brennraum einer Drehbewegung der Antriebswelle entgegenwirkenden Gasfeder (Kompressionshub) ein weiteres Erreichen eines oberen Totpunktes eines Kolbens der Brennkraftmaschine nicht mehr ermöglicht wird und stattdessen die Gasfeder eine Drehrichtungsänderung der Antriebswelle bewirkt.
Vorzugsweise wird angestrebt, den erwarteten Verlauf des Auslaufs der Brennkraftmaschine durch Einrichtungen zu berechnen, die bereits bei modernen Fahrzeugen bzw. Brennkraftmaschinen Einsatz finden. Diese Einrichtungen sind beispielsweise Steuergeräte, die zur Steuerung der Brennkraftmaschine dienen. Alternativ kann die Berechnung selbstverständlich auch in einer separaten Steuerelektronik vorgenommen werden. Aufgrund des wenig aufwändigen Verfahrens ist dieses beispielsweise ganz besonders dann geeignet, wenn die Größe elektronischer Speicher beschränkt, weniger leistungsfähige Prozessoren verwendet werden und nur wenige Parameter verfügbar sind.
Das Verfahren gemäß dem Anspruch 1 hat sich aufgrund des Kriteriums, wonach eine Drehzahl der Antriebswelle dann als Kriterium herangezogen wird, um ein Andrehritzel der Startvorrichtung in Richtung zum Zahnkranz vorzuspuren als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn diese Drehzahl kleiner als ein vorgegebener, durch Erfahrung gewonnener Drehzahlwert ist Dieser Drehzahlwert soll beispielsweise in einer bestimmten zuvor ermittelten Position der Antriebswelle ermittelt werden. Diese bestimmte Position kann beispielsweise kurz nach einer Position der Antriebswelle in einem unteren Totpunkt oder in einem unteren Totpunkt oder beispielsweise in einem oberen Totpunkt sein. Es können auch beliebige andere Positionen der Antriebswelle ausgewertet werden.
Wurde im Rahmen des Verfahrens festgestellt, dass die Antriebswelle an dieser bestimmten Position eine Winkelgeschwindigkeit aufweist, die nicht größer als ein vorgegebener Drehzahlwert ist, so wird gemäß dem Verfahren daraufhin das' Andrehritzel vorgespurt Dieses Beginnen des Vorspurens kann beispielsweise davon abhängig gemacht werden, dass ein weiteres Ereignis nach der Bestimmung bzw. Einnahme einer bestimmten Drehposition der Antriebswelle eintritt Dies kann beispielsweise darin bestehen, dass die Antriebswelle nach dieser Position eine bestimmte weitere Winkelgeschwindigkeit erreicht, die dann Auslöser für den eigentlichen Einspurvorgang wird. Alternativ kann als Auslöser auch ein Zeitpunkt gewählt werden. Dieser Zeitpunkt kann beispielsweise eine bestimmte Anzahl an Millisekunden umfassen, d. h. ein bestimmter Zeitabschnitt sein, der seit der Einnahme der bestimmten Position der Antriebswelle verstrichen ist Gemäß einer weiteren Alternative kann dies beispielsweise auch eine bestimmte andere weitere Winkelposition der Antriebswelle sein. So könnte beispielsweise die Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle dann bestimmt werden, wenn diese Antriebswelle bzw. ein mit der Antriebswelle gekoppelter Kolben einen oberen Totpunkt einnimmt und ab dieser Winkelposition der nächste untere Totpunkt dieses Kolbens erreicht wird, was dann auslösende Bedingung (Position der Antriebswelle in diesem unteren Totpunkt) für das Einleiten des Vorspurens des Andrehritzels ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ereignis (Startdrehzahl, Startzeitpunkt, Startwinkel) in Abhängigkeit von zumindest einer Betriebsbedingung bestimmt wird. Diese Betriebsbedingung kann beispielsweise eine Motorlast sein, die beispielsweise durch einen Schubbetrieb gekennzeichnet ist. Ein Schubbetrieb läge beispielsweise dann vor, wenn das Fahrzeug einen Abhang sozusagen lastfrei herunterrollte. Eine weitere Betriebsbedingung kann beispielsweise auch die Temperatur des Kühlwassers der Brennkraftmaschine oder eine Temperatur des Schmierstoffs der Brennkraftmaschine sein. Alternativ kann dies beispielsweise auch eine Innentemperatur des Motorraums sein. Des Weiteren kommt beispielsweise auch der Zustand des Motoröls der Brennkraftmaschine in Frage. Der Zustand des Motoröls beeinflusst beispielsweise die Reibung zwischen einem Kolben und einer Zylinderwand, an der die Kolbenringe bzw. der Kolben entlang gleitet. Besonders frisches Öl führt beispielsweise zu einem niedrigen Reibungskoeffizienten zwischen Kolben und Zylinderwand, während älteres Öl zu höherer Reibung zwischen Zylinderwand und Kolben führt Somit kann ein Signal eines Ölzustandssensors ausgewertet werden, um beispielsweise auf einen eher steilen Auslauf der Antriebswelle zu schließen (älteres bzw. altes Öl), während frisches Öl zu einem eher flacheren Auslauf der Antriebswelle führt Eine weitere Betriebsbedingung kann beispielsweise auch der Druck in einem Zuflusstrakt der Brennkraftmaschine sein. Unter Zuflusstrakt wird hier beispielsweise ein Ansaugrohr verstanden, sofern es sich bei der Brennkraftmaschine um einen Saugmotor handelt Handelt es sich dabei um einen aufgeladenen Motor, dem mittels Druckerzeuger (Turbolader oder Ähnlichem, bspw. Kompressor) Verbrennungsluft zugeführt wird, so handelt es sich um den Druck im „Druckrohr“ zwischen Druckerzeuger und Brennraum. Selbstverständlich können die einzelnen Parameter auch miteinander kombiniert werden.
Für den Fall, dass ein Startzeitpunkt bzw. ein Zeitpunkt, zu dem ein Vorspuren des Andrehritzels veranlasst wird, ungleich dem Winkel ist, bei dessen Einnahme die Antriebswelle die Bedingung erfüllt, die zum Vorspuren des Andrehritzels führt, ist vorgesehen, dass die weitere zu erfüllende Bedingung (Startwinkel, Startzeit, Startdrehzahl) einem Kennfeld entnommen wird und diese weitere Bedingung in Abhängigkeit von der Drehzahl gespeichert ist, die bei dem bestimmten Winkel vorherrschen kann.
Es ist vorgesehen, dass der Startzeitpunkt der vorzugsweise der Zeitpunkt ist, der mit dem Beginn eines Stromflusses durch einen Vorspuraktuator zusammenfällt, der beispielsweise zu einer Schubbewegung eines Magnetankers im Vorspuraktuator führt. Als Startzeitpunkt kann auch der Zeitpunkt definiert sein, zu dem das Andrehritzel sich beginnt in Richtung zum Zahnkranz zu bewegen. Des Weiteren kann als Startzeitpunkt bestimmt sein, dass dies der Zeitpunkt ist, zu dem ein elektrischer Strom im Vorspuraktuator beginnt ein elektrisches Magnetfeld aufzubauen, welches eine Schubbewegung des Magnetankers verursacht.
Um einen möglichst vorhersehbaren Drehzahlverlauf der Antriebswelle der auslaufenden Brennkraftmaschine zu erhalten, ist vorgesehen, dass eine Stellung einer sich im Zuflusstrakt der Brennkraftmaschine befindlichen Strömungsdrossel nicht verändert wird. Andernfalls hätte dies zur Folge, dass ein bereits veranlasstes Vorspuren des Andrehritzels zu einer Kontaktierung des Andrehritzels mit dem Zahnkranz zu einem ungeeigneten Zeitpunkt führen würde. Würde beispielsweise die erwähnte Strömungsdrossel plötzlich weit geöffnet werden, so hätte dies Aufwirkungen auf den Drehzahlverlauf und damit auf den Zeitpunkt, zu dem sich Andrehritzel und Zahnkranz treffen würden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass vor dem Erreichen des letzten oberen Totpunkts der Kurvenverlauf (Drehzahlverlauf der Antriebswelle) ermittelt wird, wobei in Abhängigkeit der Steilheit S der Kurve ein Startzeitpunkt bzw. ein Startkriterium ermittelt wird, welches vor einem oberen Totpunkt der Kurbelwelle liegt.
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen

1 eine Startvorrichtung in einem Längsschnitt,
2 zeigt eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit einem Kurbeltrieb,
3 bis 11 verschiedene Ausläufe der Antriebswellen einer Brennkraftmaschine sowie verschiedene Möglichkeiten zur Ermittlung von geeigneten Einspurzeitpunkten.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Startvorrichtung 10 in einem Längsschnitt. Diese Startvorrichtung 10 weist beispielsweise einen Startermotor 13 und einen elektrischen Vorspuraktuator 16 (Relais, Starterrelais) auf. Der Startermotor 13 und der elektrische Vorspuraktuator 16 sind an einem gemeinsamen Antriebslagerschild 19 befestigt. Der Startermotor 13 dient funktionell dazu, ein Andrehritzel 22 anzutreiben, wenn es im Zahnkranz 25 der hier nicht dargestellten Brennkraftmaschine eingespurt ist.
Der Startermotor 13 weist als Gehäuse ein Polrohr 28 auf, das an seinem Innenumfang Polschuhe 31 trägt, die jeweils von einer Erregerwicklung 34 umwickelt sind. Die Polschuhe 31 umgeben wiederum einen Anker 37, der ein aus Lamellen 40 aufgebautes Ankerpaket 43 und eine in Nuten 46 angeordnete Ankerwicklung 49 aufweist. Das Ankerpaket 43 ist auf eine Antriebswelle 44 aufgepresst. An dem dem Andrehritzel 22 abgewandten Ende der Antriebswelle 13 ist des Weiteren ein Kommutator 52 angebracht, der unter anderem aus einzelnen Kommutatorlamellen 55 aufgebaut ist. Die Kommutatorlamellen 55 sind in bekannterweise mit der Ankerwicklung 49 derartig elektrisch verbunden, dass sich bei Bestromung der Kommutatorlamellen 55 durch Kohlebürsten 58 eine Drehbewegung des Ankers 37 im Polrohr 28 ergibt. Eine zwischen dem elektrischen Antrieb 16 und dem Startermotor 13 angeordnete Stromzufuhr 61 versorgt im Einschaltzustand sowohl die Kohlebürsten 58 als auch die Erregerwicklung 34 mit Strom. Die Antriebswelle 13 ist kommutatorseitig mit einem Wellenzapfen 64 in einem Gleitlager 67 abgestützt, welches wiederum in einem Kommutatorlagerdeckel 70 ortsfest gehalten ist. Der Kommutatordeckel 70 wiederum wird mittels Zuganker 73, die über den Umfang des Polrohrs 28 verteilt angeordnet sind (Schrauben, beispielweise zwei, drei oder vier Stück) im Antriebslagerschild 19 befestigt. Es stützt sich dabei das Polrohr 28 am Antriebslagerschild 19 ab und der Kommutatorlagerdeckel 70 am Polrohr 28.
In Antriebsrichtung schließt sich an den Anker 37 ein sogenanntes Sonnenrad 80 an, das Teil eines Planetengetriebes 83 ist. Das Sonnenrad 80 ist von mehreren Planetenrädern 86 umgeben, üblicherweise 3 Planetenräder 37, die mittels Wälzlagern 89 auf Achszapfen 92 abgestützt sind. Die Planetenräder 37 wälzen in einem Hohlrad 95 ab, das im Polrohr 28 außenseitig gelagert ist. In Richtung zur Abtriebsseite schließt sich an die Planetenräder 37 ein Planetenträger 98 an, in dem die Achszapfen 92 aufgenommen sind. Der Planetenträger 98 wird wiederum in einem Zwischenlager 101 und einem darin angeordneten Gleitlager 104 gelagert. Das Zwischenlager 101 ist derartig topfförmig gestaltet, dass in diesem sowohl der Planetenträger 98, als auch die Planetenräder 86 aufgenommen sind. Des Weiteren ist im topfförmigen Zwischenlager 101 das Hohlrad 95 angeordnet, das letztlich durch einen Deckel 107 gegenüber dem Anker 37 geschlossen ist. Auch das Zwischenlager 101 stützt sich mit seinem Außenumfang an der Innenseite des Polrohrs 28 ab. Der Anker 37 weist auf dem vom Kommutator 52 abgewandten Ende der Antriebswelle 13 einen weiteren Wellenzapfen 110 auf, der ebenfalls in einem Gleitlager 113 aufgenommen ist, ab. Das Gleitlager 113 wiederum ist in einer zentralen Bohrung des Planetenträgers 98 aufgenommen. Der Planetenträger 98 ist einstückig mit der Abtriebswelle 116 verbunden. Diese Abtriebswelle ist mit ihrem vom Zwischenlager 101 abgewandten Ende 119 in einem weiteren Lager 122, welches im Antriebslagerschild 19 befestigt ist, abgestützt.
Die Abtriebswelle 116 ist in verschiedene Abschnitte aufgeteilt: So folgt dem Abschnitt, der im Gleitlager 104 des Zwischenlagers 101 angeordnet ist, ein Abschnitt mit einer sogenannten Geradverzahnung 125 (Innenverzahnung), die Teil einer sogenannten Wellen-Nabe-Verbindung ist. Diese Welle-Nabe-Verbindung 128 ermöglicht in diesem Fall das axial geradlinige Gleiten eines Mitnehmers 131. Dieser Mitnehmer 131 ist ein hülsenartiger Fortsatz, der einstückig mit einem topfförmigen Außenring 132 des Freilaufs 137 verbunden ist. Dieser Freilauf 137 (Richtgesperre) besteht des Weiteren aus dem Innenring 140, der radial innerhalb des Außenrings 132 angeordnet ist. Zwischen dem Innenring 140 und dem Außenring 132 sind Klemmkörper 138 angeordnet. Diese Klemmkörper 138 verhindern in Zusammenwirkung mit dem Innen- und dem Außenring eine Relativdrehung zwischen dem Außenring und dem Innenring in einer zweiten Richtung. Mit anderen Worten: Der Freilauf 137 ermöglicht eine umlaufende Relativbewegung zwischen Innenring 140 und Außenring 134 nur in eine Richtung. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Innenring 140 einstückig mit dem Andrehritzel 22 und dessen Schrägverzahnung 143 (Außenschrägverzahnung) ausgeführt. Das Andrehritzel 22 kann alternativ auch als geradverzahntes Ritzel ausgeführt sein. Statt elektromagnetisch erregter Polschuhe 31 mit Erregerwicklung 34 könnten auch permanentmagnetisch erregte Pole verwendet werden. Die Welle-Nabe-Verbindung 128 kann statt mit einer Geradverzahnung 125 auch mit einer Steilgewindeverzahnung ausgestattet sein. Es sind dabei die Kombinationen möglich, wonach a) das Andrehritzel 22 schrägverzahnt ist und die Welle-Nabe-Verbindung 128 eine Geradverzahnung 125 aufweist, b) das Andrehritzel 22 schrägverzahnt ist und die Welle-Nabe-Verbindung 128 eine Steilgewindeverzahnung aufweist oder c) das Andrehritzel 22 geradverzahnt ist und die Welle-Nabe-Verbindung 128 eine Steilgewindeverzahnung aufweist.
Das elektrische Vorspuraktuator 16 bzw. der Anker 168 hat aber darüber hinaus auch die Aufgabe, mit einem Zugelement 187 einen dem Antriebslagerschild 19 drehbeweglich angeordneten Hebel zu bewegen. Dieser Hebel 190, üblicherweise als Gabelhebel ausgeführt, umgreift mit zwei hier nicht dargestellten „Zinken“ an ihrem Außenumfang zwei Scheiben 193 und 194, um einen zwischen diesen eingeklemmten Mitnehmerring 197 zum Freilauf 137 hin gegen den Widerstand der Feder 200 zu bewegen und dadurch das Andrehritzel 22 in dem Zahnkranz 25 einzuspuren.
Nachfolgend wird auf den Einspurmechanismus eingegangen. Der elektrische Antrieb 16 weist einen Bolzen 150 auf, der ein elektrischer Kontakt ist und im Falle des Eingebautseins im Fahrzeug an den Pluspol einer elektrischen Starterbatterie, die hier nicht dargestellt ist, angeschlossen ist. Dieser Bolzen 150 ist durch einen Deckel 153 hindurchgeführt. Ein zweiter Bolzen 152 ist ein Anschluss für den elektrischen Startermotor 13, der über die Stromzufuhr 61 (dicke Litze) versorgt wird. Dieser Deckel 153 schließt ein Gehäuse 156 aus Stahl ab, welches mittels mehrerer Befestigungselemente 159 (Schrauben) am Antriebslagerschild 19 befestigt ist. In dem elektrischen Vorspuraktuator 16 ist eine Schubeinrichtung 160 zur Ausübung einer Zugkraft auf den Gabelhebel 190 und eine Schalteinrichtung 161 angeordnet. Die Schubeinrichtung 160 hat eine Wicklung 162 und die Schalteinrichtung 161 eine Wicklung 165. Die Wicklung 162 der Schubeinrichtung 160 und die Wicklung 165 der Schalteinrichtung 161 bewirken jeweils im eingeschalteten Zustand ein elektromagnetisches Feld, welches verschiedene Bauteile durchströmt.
In 2 ist eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine 210 dargestellt. Diese Brennkraftmaschine 210 weist den bereits erwähnten Zahnkranz 25 auf, von dem in 2 ein sogenannter Teilkreis 213 dargestellt ist. Dieser Teilkreis 213 tangiert einem weiteren Teilkreis 216. Während der Teilkreis 213 der Teilkreis 213 einer Verzahnung des Zahnkranzes 25 ist, ist der Teilkreis 216 der Teilkreis der Verzahnung des Andrehritzels 22. Der Teilkreis 216 ist hier nicht Teil der Brennkraftmaschine 210, hier jedoch der Übersichtlichkeit und des Verständnisses wegen dargestellt In einem Drehzentrum, welches hier durch zwei sich kreuzende strichpunktierte Linien dargestellt ist, ist eine Drehachse 219 einer Antriebswelle 222 der Brennkraftmaschine 210 dargestellt Diese Antriebswelle 222 ist hier als sogenannte Kurbelwelle ausgeführt. Von einem zentralen, sich rein drehend bewegenden Teil der Antriebswelle 222 geht ein Kurbelteil 225 bzw. Kurbelabschnitt aus. An einem Hubzapfen 228 ist ein Pleuel 231 angelenkt. Während ein Ende des Pleuels 231 am Hubzapfen 228 angelenkt ist, ist ein anderes Ende des Pleuels 231 mittels eines Kolbenbolzens 234 an einem Kolben 237 angelenkt. Dieser Kolben 237 wiederum ist in einem Zylinder 240 linear gleitfähig angeordnet Zwischen einem Kolbenboden 243 und einer Oberfläche 246 eines nicht näher beschriebenen Zylinderkopfes befindet sich ein Brennraum 249. Der in 2 dargestellte Pfeil 252 gibt eine Drehrichtung der Antriebswelle 222 im antreibenden Zustand der Brennkraftmaschine 210 an.
Eine derartige Brennkraftmaschine 210 ist üblicherweise durch ein Steuergerät 255 gesteuert Erhält nun dieses Steuergerät 255 ein Signal 258, welches dem Steuergerät 255 mitteilt, dass die Brennkraftmaschine 210 ausgeschaltet werden soll, so wird beispielsweise eine hier nicht dargestellte Kraftstoffversorgung unterbrochen, damit die Brennkraftmaschine 210 nach kurzer Zeit zum Stillstand kommt Ein solcher Auslauf 261 ist in 3 näher dargestellt.
Auf der Abszisse (x-Achse) ist die Zeit aufgetragen, auf der Ordinate (y-Achse) ist die Drehzahl n aufgetragen. Des Weiteren sind zwei horizontale Linien dargestellt, wobei die obere der beiden horizontalen Linien einen Grenzwert einer Drehzahl der Antriebswelle 222 repräsentiert und die untere der beiden Linien eine Zieldrehzahl der Antriebswelle 222. Die Zieldrehzahl ist mit nZ gekennzeichnet, die Grenzdrehzahl bzw. der obere und damit höchstzulässige Grenzwert einer Drehzahl der Antriebswelle 222 ist mit nG bezeichnet Beispielhaft wird hier angenommen, dass die Zieldrehzahl nZ einem Wert von 80/min entspricht, während die Grenzdrehzahl nG einem Wert von 150/min entspricht. Zur weiteren Orientierung entspricht der Abstand der beiden vertikalen Linien einem Zeitunterschied von 50ms. Zur weiteren Orientierung sind noch einzelne spezielle Punkte des Auslaufs gekennzeichnet. So sind drei Punkte mit UT und einer jeweils fortlaufenden Nummer 1, 2 oder 3 bezeichnet Diese Punkte UT1, UT2 und UT3 stehen für sogenannte untere Totpunkte. Die Bezeichnungen OT1 und OT2 stehen dementsprechend für sogenannte obere Totpunkte 1 und 2. Eine Brennkraftmaschine 210, die mit mehreren Zylindern 240 und dementsprechend auch mehreren Kolben 237 ausgestattet ist, beispielsweise ein 6-Zylinder-Reihen-Motor (4-Takt-Motor) durchläuft während zweier Umdrehungen der Antriebswelle 222 je Kolben 237 einen oberen Totpunkt OT, bei dem sich ein Pleuel 231 und ein Kurbelteil 225 in gestreckter Anordnung befinden. Mit Bezug zu 2 bedeutet dies, dass ein Winkel β zwischen dem Pleuel 231 und dem Kurbelteil 225 genau 180° beträgt Befindet sich ein Kolben 237 in einem sogenannten unteren Totpunkt, so ist der Winkel β = 0. Verglichen mit 2 decken sich somit das Kurbelteil 225 und das Pleuel 231 über die Länge des Kurbelteils 225. Der Hubzapfen 228 befindet sich dann an seinem Tiefpunkt. In der Darstellung gemäß 3 entspricht ein unterer Totpunkt UT1, UT2 oder UT3 einem relativen Maximum bei der Kurve, die den Auslauf 261 darstellt Ein oberer Totpunkt OT1 oder OT2 ist in der gleichen Kurve durch ein relatives Minimum repräsentiert. Die Lage der UT und OT ist nur für dieses Beispiel an den Positionen der Maxima und Minima angenommen. Tatsächlich kann sich ein UT und auch ein OT neben einem Maximum oder einem Minimum befinden. Die jeweilige tatsächliche Lage ist beispielsweise von Ventilsteuerzeiten, Kompressionszuständen und anderen Einflüssen abhängig. Zu letzterem gehört beispielsweise auch der Einfluss der am Generator erzeugten Last, wenn dieser wie üblich über einen Riementrieb mit der Brennkraftmaschine 210 gekoppelt ist.
Da bei einem 6-Zylinder-Reihen-Motor üblicherweise die zwei Kurbelteile 225 in einer Ebene angeordnet sind und insgesamt drei solcher Ebenen vorhanden sind, die untereinander jeweils um 120° (Winkelgrade) beabstandet sind, bedeutet dies, dass der Abstand zwischen UT1 und OT1 60° entspricht. Nach weiteren 60° nehmen weitere zwei Kolben 237 einen unteren Totpunkt UT2 ein, nach weiteren 60° zwei andere Kolben 237 einen oberen Totpunkt OT2 usw. Im Rahmen der hier insgesamt vorgestellten Verfahren und Verfahrensschritte ist vorgesehen, das Andrehritzel 22 der Startvorrichtung 10 in die auslaufende Brennkraftmaschine 210 und damit in deren drehenden Zahnkranz 25 einzuspuren. Hierzu wird während des Auslaufs die Motordrehzahl n der Brennkraftmaschine 210, der Kurbelwellenwinkel α und die Zeit t gemessen. Die Zeit t wird dabei beispielsweise ab einem bestimmten Startpunkt einer Uhr im Steuergerät entnommen oder es wird beispielsweise die Anzahl der Schwingungen eines Quarzes gezählt und mit der Schwingungszeit multipliziert, um zwischen einer Startzeit t = 0 und einer späteren Zeit t ≠ 0 die Differenzzeit Δ t zu ermitteln. Der Kurbelwellenwinkel α wird beispielsweise durch einen Sensor 300 ermittelt. Hierzu wird beispielsweise ausgehend von einem ganz bestimmten ermittelten Signal durch den Sensor 300 (Winkelsensor bzw. Drehzahlsensor) eine jede weitere Position der Antriebswelle 222 mit Hilfe eines am Zahnkranz 25 bzw. einem hier nicht näher gezeigten Schwungrad angebrachten Lochrasters zur Detektierung der Winkelposition der Antriebswelle 222 jede weitere Winkelposition ermittelt. Eine Motordrehzahl n zwischen unterschiedlichen Kurbelwellenwinkeln α wird allgemein ermittelt durch die sogenannte Winkelgeschwindigkeit, d. h. die Änderung des Winkels α und damit der Kurbelwellenposition bzw. Antriebswellenposition zwischen zwei verschiedenen Winkeln α1 und α2 sowie der zwischendurch verstrichenen Zeit Δt = t2 - t1. Der Beobachtungszeitraum kann dazu beispielsweise auf den Abstand benachbarter oberer Totpunkte beschränkt sein, d. h. auf dem Wertebereich mit der Zylinderzahl i_Zylinder der Brennkraftmaschine 210. Der Wertebereich ergibt sich dann ausgehend von zwei Umdrehungen der Antriebswelle 222, die einem überstrichenen Winkel von 720 Winkelgraden entsprechen, und der Zylinderzahl i_Zylinder zu dem Winkel bzw. dessen Wertebereich zwischen dem Winkel 0° und dem Winkel 720°/i_Zylinder. Im Beispiel mit einem Reihen-6-Zylinder-Motor umfasst der Wertebereich 120 Winkelgrade. Unterschreitet dabei die Drehzahl n bei einem bestimmten festgelegten Winkel α_Start eine Drehzahlgrenze nG, so soll der Einspurvorgang begonnen werden. Dies bedeutet, dass nach der Feststellung, wonach die Antriebswelle 222 bei α_Start kleiner als die Drehzahlgrenze nG ist, das Andrehritzel 22 in Richtung zum Zahnkranz 25 vorgespurt werden soll. Betrachtet man nun 3, so stellt man fest, dass für den Winkel α_Start1 gilt, wonach dieser Winkel a_Start1 hier beispielsweise einem Winkel von 10° nach einem unteren Totpunkt entspricht, hier dem unteren Totpunkt UT2. Wie ohne Weiteres erkennbar ist, wird für den Winkelbereich bzw. Wertebereich von 120° zwischen OT1 und OT2 sofort deutlich, dass der Drehzahlwert n2 (α_Start1 ) ca. 180/min beträgt Der Wert n2 ist damit größer als nG. Die Bedingung ist demzufolge nicht erfüllt. Beim Durchlaufen des nächsten Wertebereichs beginnend ab OT2 wird beim nächsten Wert von 10 Winkelgraden nach einem unteren Totpunkt UT, hier UT3 festgestellt, dass der Wert n3 (α_Start2 ) = 120/min beträgt. Der Vergleich mit dem vorgegebenen Drehzahlwert nG = 150/min zeigt, dass die Drehzahl bei der Winkelposition α_Start2 kleiner als der vorgegebene Drehzahlwert nG ist Die Erfüllung dieser Bedingung ist nunmehr Anlass für das System, ein Signal zu erzeugen, um die Startvorrichtung 10 und damit das Andrehritzel 22 in Richtung zum Zahnkranz 25 vorzuspuren. Das Verfahren ist dabei derartig gestaltet, dass das Einspurritzel 22 auch dann in Richtung zum Zahnkranz 25 vorgespurt werden soll, wenn der Drehzahlwert n3 (α_Start2 ) gleich dem vorgegebenen Drehzahlwert nG ist.
Es ist demzufolge ein Verfahren zum Ansteuern einer Startvorrichtung 10 offenbart, wobei die Startvorrichtung 10 ein Andrehritzel 22 aufweist, welches dazu vorgesehen ist, in einen Zahnkranz 25 einer Brennkraftmaschine 210 eingespurt zu werden, wobei die Brennkraftmaschine 210 eine Antriebswelle 222 aufweist Beim Ablauf des Verfahrens ist dabei vorgesehen, dass zunächst eine Drehzahl n, n1, n2, n3 der Antriebswelle 222 festgestellt wird, diese festgestellte Drehzahl n, n1, n2, n3 mit einem vorgegebenen Drehzahlwert nG verglichen wird und im Falle dessen, dass die Drehzahl n, n1, n2, n3 kleiner oder gleich bzw. kleiner gleich bzw. höchstens gleich bzw. nicht größer als der vorgegebene Drehzahlwert nG ist, das Andrehritzel 22 in Richtung zum Zahnkranz 25 vorgespurt wird. Der Vollständigkeit halber sei hier erwähnt, dass die Antriebswelle 222 im Punkt bei der Winkelposition α_Start0 kurz nach dem Durchlaufen eines unteren Totpunktes UT1 die Drehzahl n1 aufweist. N gibt die Drehzahl der Antriebswelle 222 im Allgemeinen an.
In 4 ist ein ähnliches Diagramm wie in 3 dargestellt. Im Unterschied zur Darstellung nach 3 ist der dort dargestellte Auslauf 261 etwas anders als der in 3 dargestellte. In diesem Fall ist das Drehzahlniveau dieser Kurve etwas geringer, was beispielsweise an der Lage des oberen Totpunkts OT2 erkannt werden kann. Dieser obere Totpunkt OT2 liegt hier etwas unter der Zieldrehzahl nZ. Im Beispiel ist der Winkel α_Start2 genau an einer Position des unteren Totpunkts UT3 angeordnet. Der Ablauf gemäß diesem Auslauf 261 ist genauso wie der gemäß 3. Die in der Winkelposition α_Start1 bei UT2 festgestellte Drehzahl der Antriebswelle 222 ist größer als der vorgegebene Drehzahlwert nG. Bei dem nächsten unteren Totpunkt UT3 ist der Drehzahlwert n3 kleiner als der vorgegebene Drehzahlwert nG, so dass in diesem Fall dann das Andrehritzel 22 in Richtung zum Zahnkranz 25 vorgespurt wird. Dieses Vorspuren findet wiederum während des Zeitabschnitts Δt statt, so dass auch in diesem Fall das Andrehritzel 22 zur gewünschten Drehzahl nZ in den Zahnkranz einspurt. Eine Zieldrehzahl nZ ist eine Drehzahl der Antriebswelle 222, zu der planmäßig das Andrehritzel 22 einspurt, wobei eine Ansteuerzeit Δt eine Zeitdifferenz zwischen einem Anliegezeitpunkt tZ und dem Startzeitpunkt ist.
Bei dem Beispiel gemäß 5 ist der Auslauf 261 noch niedriger, d. h. beispielsweise für den oberen Totpunkt OT2, dass dessen Drehzahl noch niedriger liegt als bei der Darstellung gemäß 4. Auch hier wird bei der Einnahme der Antriebswelle 222 der Winkelposition α_Start1 eine Drehzahl der Antriebswelle 222 festgestellt, die über der Drehzahl bzw. dem Drehzahlwert nG liegt. Der darauf folgende Drehzahlwert der Antriebswelle 222 nach weiteren 120° Drehpositionsänderung der Antriebswelle 222 bei α_Start2 liegt wiederum zwischen dem vorgegebenen Drehzahlwert nG und der Zieldrehzahl nZ, so dass daraufhin das Andrehritzel 22 in Richtung zum Zahnkranz 25 vorgespurt wird und dadurch in diesem Fall das Andrehritzel 22 in etwa dann in den Zahnkranz 25 einspurt, wenn dieser die Zieldrehzahl nZ aufweist.
In 6 sind verschiedene Eigenschaften anders als bei den vorher erwähnten Beispielen. In diesem Beispiel ist z. B. die Zeitdauer Δt deutlich größer als bei den anderen Ausführungsbeispielen. Dies bedeutet hier in diesem Fall, dass die Zeit, die das Andrehritzel 22 benötigt, um zumindest an den Zahnkranz 25 vorzuspuren, deutlich größer, hier ca. drei Mal so lang wie bei den anderen Ausführungsbeispielen ist Die Unterschiede sind hier jedoch noch größer: Einerseits ist der Winkel α, zu dem die Drehzahl n der Antriebswelle 222 ermittelt wird in etwa mittig zwischen einem unteren Totpunkt UT und einem oberen Totpunkt OT (in etwa Wendepunkt des Auslaufs 261) und andererseits weicht ein Startzeitpunkt t_Start von dem Zeitpunkt ab, bei dem die Antriebswelle 222 die Winkelposition α_Start2 einnimmt. Wie bei den anderen Ausführungsbeispielen, wird zuvor bei der Winkelposition α_Start1 eine Drehzahl n bzw. n1 ermittelt und in diesem Fall, wie bei den anderen Ausführungsbeispielen festgestellt, dass dieser Drehzahlwert verglichen mit der Drehzahl nG zu groß ist. Nach dem Verstreichen weiterer 120° und damit bei der Winkelposition α_Start2 wird eine Drehzahl n2 ermittelt, die kleiner als der vorgegebene Drehzahlwert nG ist. Durch diese erfüllte Bedingung wird gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren das Andrehritzel 22 in Richtung zum Zahnkranz 25 vorgespurt. In diesem besonderen Fall beginnt jedoch der eigentliche aktive Vorspurvorgang erst zu einem Zeitpunkt t_Start , der nach der Zeit liegt, die bei der Einnahme der Antriebswelle 222 der Winkelposition α_Start2 vorliegt. Dies deshalb, weil im Rahmen des Verfahrens vorgesehen ist, das Andrehritzel 22 vorzugsweise zur Zieldrehzahl nZ an den Zahnkranz 25 anzulegen und vorzugsweise dann auch in den Zahnkranz 25 einzuspuren. Der Zeitpunkt, zu dem die entscheidende Drehzahl nStart ermittelt wird und der Zeitpunkt tStart, zu dem das Andrehritzel 22 beginnt vorzuspuren sind nicht indentisch.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Kurbelwellenwinkel bzw. Antriebswellenwinkel α_start zu dem der Einspurvorgang beginnen soll, beispielsweise über ein sogenanntes Kennfeld festgelegt werden. So kann folglich beispielsweise dann, wenn die zu erfüllende Bedingung in der Winkelposition α_Start2 eingetreten ist, in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Drehzahlwert in diesem Moment bei dieser Winkelposition α_Start2 festgelegt sein, dass der Startvorgang mit Erreichen des Winkels α_Start beginnen soll. Alternativ kann beispielsweise auch stattdessen der Zeitablauf ab dem Zeitpunkt, bei dem die Antriebswelle 222 die Bedingung erfüllt, nach einem weiteren Zeitablauf von Δt_Start der Vorgang beginnen. Gemäß einer weiteren Alternative kann nach der Einnahme der Antriebswelle 222 des Winkels α_Start2 auch dann der Startvorgang bzw. der Vorspurvorgang eingeleitet werden, nachdem die Antriebswelle 222 eine Drehzahl n_Start erreicht hat.
Für einen Auslauf 261 einer Antriebswelle 222, wie er in 6 dargestellt ist, ist die Ansteuerzeit Δt so gewählt, dass nach Beginn der Starteransteuerung durch Überstreichen des Startwinkels α_Start2 , wobei n2 = n(α_Start2) kleiner nG, ein oberer Totpunkt OT2 durchlaufen wird. In diesem Fall muss zum ordnungsgemäßen Ablauf des Verfahrens abgesichert sein, dass unter allen auftretenden Betriebsbedingungen und Motoreigenschaften eine vorzeitige Rückpendelbewegung ausgeschlossen werden kann. Eine solche vorzeitige Rückpendelbewegung würde dazu führen, dass die Startvorrichtung 10 mit dem Andrehritzel 22 erst bei Stillstand der Brennkraftmaschine 210 in den Zahnkranz 25 einspuren würde. Dies ist ganz besonders dann durchzuführen, wenn die zu erwartende Abweichung der Drehzahl der Antriebswelle 222 der Brennkraftmaschine 210 von der Drehzahl nZ nicht tolerierbar ist. Dies gilt ganz besonders für ein Rückpendeln der Antriebswelle 222.
In 7 sind drei verschiedene Ausläufe 261 dargestellt. Diese drei Ausläufe haben unterschiedliche Drehzahlniveaus. Der Auslauf 261 mit dem höchsten Drehzahlniveau weicht von dem nächstniedrigeren hier dargestellten Auslauf 261 zumindest in der Position OT2 mit einem Drehzahlunterschied von Δn1 ab. Dieser letztlich mittlere Drehzahlauslauf 261 weicht von dem Auslauf 261 mit dem niedrigsten Drehzahlniveau mit dem Drehzahlunterschied Δn2 ab. Bei diesen drei beispielhaften Verläufen ist zu Vergleichszwecken der Winkel α, zu dem tatsächlich ein Vorspuraktuator 16 eine Schubbewegung des Andrehritzeis 22 bewirkt, immer an der selben Winkelposition α_Start21 = α_Start22 = α_Start23 . Wie gemäß Beschreibung zur 6 angenommen wird, spurt das Andrehritzel 22 vor und liegt nach einem Zeitverlauf Δt am Zahnkranz an. In den drei skizzierten Fällen ist dabei die Winkelgeschwindigkeit der Antriebswellen 222 unterschiedlich. So weist der oberste Verlauf 261 mit dem höchsten Drehzahlniveau bei α_Start23 die Drehzahl der Antriebswelle 222 einen Betrag auf, der zwar zwischen der Drehzahl nZ und nG liegt, diese Drehzahl ist aber hinaus deutlich größer als nZ.
Im zweiten Fall (mittleres Drehzahlniveau) liegt beispielsweise die tatsächliche Drehzahl, zu der das Andrehritzel 22 am Zahnkranz 25 anliegt, bereits unter der an sich definierten Zieldrehzahl nZ. Bei der Auslaufkurve 261 auf dem niedrigsten Drehzahlniveau ist es sogar so, dass das Andrehritzel 22 erst dann am Zahnkranz 25 anliegt, wenn die Antriebswelle 222 vor dem Erreichen eines oberen Totpunkts aufgrund der „Gasfederkräfte“ im Brennraum 249 (Kompressionshub) zurückgependelt ist Des Weiteren sei zur Verständlichkeit dieser 7 angemerkt, dass die Abszisse hier keinen festen Maßstab darstellt Die Angabe einer Zeitdifferenz Δt stellt hier nur eine Angabe einer allgemeinen Zeitdifferenz dar. Die Zeitdifferenz Δt ist absolut jeweils unterschiedlich. Es kann, wie in 7 dargestellt, somit zu Abweichungen bei der tatsächlichen Einspurdrehzahl kommen. Diese Abweichungen können sowohl positiv sein, d. h. die Einspurdrehzahl, bzw. die Drehzahl, mit der das Andrehritzel 22 am Zahnkranz 25 anliegt, kann größer sein als die Drehzahl nZ, sie kann jedoch auch kleiner sein als die Drehzahl nZ. Die Einspurdrehzahl der Antriebswelle 222 nZ kann sogar verglichen mit der üblichen Drehrichtung der Antriebswelle 222 (Antriebsfall) negativ sein.
Treten für einen bestimmten Typ von Brennkraftmaschine 210 beim Einspuren in die auslaufende Brennkraftmaschine 210 bzw. beim Anlegen des Andrehritzels 22 an den Zahnkranz 25 der Brennkraftmaschine 210 Drehzahlabweichungen zwischen tatsächlicher Drehzahl der Brennkraftmaschine bzw. deren Antriebswelle 222 und der Drehzahl nZ außerhalb zulässiger Toleranzen auf, kann alternativ das nachfolgend beschriebene Verfahren Verwendung finden.
In den 8, 9 und 10 sind abermals drei Ausläufe 261 der Brennkraftmaschine 210 dargestellt. Gemäß 8 wird in dem oberen Totpunkt OT2, welcher von seiner Drehzahl her kleiner oder gleich der Drehzahl nG ist, die Drehzahl der Antriebswelle 222 analysiert Da die kinetische und die durch die Kompression des sich im Brennraum 249 befindenden Gases gespeicherte potentielle Energie der Brennkraftmaschine 210 nicht ausreicht, um unter den gegebenen Betriebsbedingungen einen weiteren oberen Totpunkt in Vorwärtsrichtung zu überwinden, kommt die Antriebswelle 222 im Punkt P0 für einen Moment zum Stillstand, um dann zurückzuschwingen (Drehpendeln der Antriebswelle 222). Jedenfalls würde die Antriebswelle 222 ein derartiges Bewegungsverhalten zumindest dann aufweisen, wenn das Andrehritzel 22 nicht in den Zahnkranz 25 einspuren oder sich an den Zahnkranz 25 anlegen würde. Der Zeitpunkt, in dem die Brennkraftmaschine 210 den letzten oberen Totpunkt OT2 erreicht, ist der Zeitpunkt tOTf. Die Drehzahl in diesem Moment beträgt nOTf. Definititonsgemäß wird dann nach dem Erreichen des Winkels α_Start der Einspurvorgang begonnen, um idealerweise mit der Zieldrehzahl nZ in die Brennkraftmaschine 210 und dies beim Zeitpunk tE einzuspuren. Im Rahmen des Verfahrensablaufs ist auch hier vorgesehen, dass während des Auslaufs 261 der Brennkraftmaschine 210 die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 210, der momentane Winkel α der Antriebswelle 222 und die verstrichene Zeit t aufgezeichnet wird. Der Wertebereich von α sei hierbei beispielsweise beschränkt auf den Abstand zweier benachbarter Totpunkte, wobei dieser Abstand zweier benachbarter oberer Totpunkte auf den Wertbereich zwischen 0 Grad und den Quotienten aus 720 Grad und der Anzahl i der Zylinder der Brennkraftmaschine 210 beschränkt sei. Im Beispiel, das heißt bei einer Brennkraftmaschine 210 mit Reihensechszylindermotor ist der Wertebereich somit auf einen Bereich zwischen 0 Grad und 120 Grad beschränkt. Ist während eines Auslaufs 261 der Brennkraftmaschine 210 die Drehzahl nOTF eines oberen Totpunktes OT2 ≤ nG, d.h. höchstens so groß wie eine zuvor bestimmte Grenzdrehzahl nG, so ist die Brennkraftmaschine 210 unter den gegebenen Betriebsparametern mit seiner Massenträgheit energetisch nicht in der Lage, einen weiteren oberen Totpunkt OT in der Vorwärtsbewegung (d. h. Antriebsrichtung der Antriebswelle 222) zu überwinden. Die Massenträgheit bzw. das Massenträgheitsmoment J berücksichtigt dabei beispielsweise die Trägheit der Antriebswelle 222, die Trägheit der Pleuel 231, die Massenträgheit der Kolben 237 und selbstverständlich auch die Massenträgheit des Zahnkranzes 25 u. a. Teile wie Nockenwellen, Ventile, gekoppelte Riementriebe und die dadurch angetriebenen Drehmassen wie z. B. ein Generator. Die Grenzdrehzahl nG wird als bei gleichbleibenden Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 210 für verschiedene Motorausläufe 261 konstant angenommen. Ändern sich jedoch die Betriebsbedingungen und somit beispielsweise die Parameter wie Temperatur (Öltemperatur, Kühlwassertemperatur, Motorraumtemperatur, Temperatur der angesaugten beziehungsweise zugeführten Verbrennungsluft, die Motorreibung, der Druck im Zuflusstrakt (Saugrohr/Druckrohr) bei saug- bzw. aufgeladenen Motoren, so wird die Grenzdrehzahl nG verändert Die jeweilige Grenzdrehzahl nG kann dabei für die unterschiedlichen Parameter in einer Speichertabelle abgelegt werden. Sollte für einzelne Parameter kein exakter Wert zur Verfügung stehen, können entsprechende Zwischenwerte durch übliche Berechnungsverfahren (Interpolation, Extrapolation) ermittelt werden.
Wie anhand der 9 und 10 ersichtlich wird, können noch andere Punkte des Motorauslaufs 261 verwendet werden, um anhand der jeweils aktuellen Drehzahl zu entscheiden, ob die Drehzahl kleinergleich dem vorgegebenen Drehzahlwert nG ist.
Gemäß dem Beispiel nach 9 wird ein Winkel αn verwendet, den die Antriebswelle 222 durchläuft, um zu entscheiden, ob der Bewegungszustand der Antriebswelle 222 das Kriterium erfüllt, wonach die Drehzahl n bei der Einnahme des Winkels αn die Bedingung erfüllt n ≤ nG ist. Wie bereits beim vorherigen Ausführungsbeispiel, wird dann das Andrehritzel 222 nach Erreichen des Startwinkels α_start vorgespurt, um dann zum Zeitpunkt tE am Zahnkranz 25 anzuliegen beziehungsweise dann einzuspuren.
Beim Ausführungsbeispiel nach 10 ist der Winkel αn im Bereich des Wendepunkts zwischen dem unteren Totpunkts UT2 und dem oberen Totpunkt OT2. Auch hier wird dann gegebenenfalls, d.h. nach Unterschreiten der Drehzahl nG mit Erreichen des Winkels α_start das Andrehritzel 22 vorgepult, um dann zum Zeitpunkt tE am Zahnkranz 25 anzuliegen beziehungsweise in diesen einzuspuren.
Die Grenzdrehzahl nG selbst kann über ein geeignetes Verfahren bestimmt werden. Wie bereits erwähnt, kann diese beispielsweise in einem Kennfeld in Abhängigkeit der auftretenden Betriebsparameter - auf die bereits zuvor eingegangen wurde - abgespeichert sein. Die Drehzahl nG kann während des Motorauslaufs 261 beispielsweise über eine Energiebetrachtungsweise ermittelt werden. Des Weiteren kann die Drehzahl nG auch mittels einer Lernfunktion unter Berücksichtigung bereits aufgezeichneter Motorausläufe ermittelt werden.
Ist die Drehzahl n im oberen Totpunkt OT2 nicht größer als nG, soll mit dem Einspurvorgang ab dem Erreichen des Kurbelwellenwinkels α_start begonnen werden (8). Gleiches gilt für die Erfüllung der Drehzahlbedingungen hinsichtlich der Punkte, die bei den Kurbelwellenwinkeln α n erfüllt werden, 9 und 10.
Anhand eines Beispiels gemäß 11 wird erläutert, wie der Startwinkel α_start gewählt werden kann, um zur Zieldrehzahl nZ einzuspuren. In diesem Fall wird dieses Beispiel in Abhängigkeit der Drehzahl im oberen Totpunkt OT2 beschrieben. Dieses Wählen ist jedoch ohne Weiteres auch auf die Beispiele gemäß 9 und 10 übertragbar. In 11 sind wiederum drei Ausläufe 261 dargestellt. Der hochtourige Auslauf 261 weist eine Drehzahl n im oberen Totpunkt OT2 auf, die gleich der Drehzahl nG ist. Angesichts dieses hohen Drehzahlniveaus wird das Andrehritzel 22 erst relativ spät bei Erreichen des Winkels α_start in Richtung zum Zahnkranz 25 vorgespurt. In allen drei geschilderten Fällen der 11 wird im übrigen davon ausgegangen, dass die ideale Zieldrehzahl nZ erreicht wird. Im Falle des etwas niedrigeren mittleren Auslaufs 261 beginnt das Andrehritzel 22 verglichen mit dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel das Vorspuren des Antriebritzels 22 bei einem anderen Startwinkel α_Start . Der Begriff „früher“ ist im übrigen nicht im Sinne von Zeit zu verstehen. Früher bedeutet hier, dass der Startwinkel α_start geometrisch näher am oberen Totpunkt OT2 beziehungsweise näher an dem Winkel α steht, der für eine Kurbelwellenposition beziehungsweise Antriebswellenposition steht, in der ein Kolben 237 in der Position OT2 steht Bei der im Beispiel gezeigten Auslaufkurve mit dem niedrigsten Drehzahlniveau ist der Startwinkel α start noch näher an der Position OT2.
Würde man bei diesem Verfahren dem Startwinkel α_start unabhängig vom Drehzahlniveau der Auslaufkurve 261 unverändert lassen, siehe beispielsweise 7, so wäre die zu erwartende maximale Drehzahlabweichung Δn bzw. Δnl und Δn2 beim Einspuren beziehungsweise Anlegen des Andrehritzels 22 an den Zahnkranz 25 auch durch das vorliegende Verfahren bei gleichbleibender Motorauslaufcharakteristik gegeben. Ab dem Kurbelwellenwinkel beziehungsweise Antriebswellenwinkel α_start (α_Start21 , α_Start22 , α_Start23 ) würde dann die Startvorrichtung beziehungsweise ein Vorspuraktuator so angesteuert, um bei einer Zieldrehzahl nZ zu einem jeweils unterschiedlichen Zeitpunkt tE einzuspuren. An dieser Stelle sei angemerkt, dass der Zeitpunkt tE für jede Auslaufkurve 261 ein anderer Zeitpunkt ist. Die Zieldrehzahl nE wäre bei einem derartigen Verfahren nicht eine starre Zieldrehzahl nZ, sondern eine Zieldrehzahl nZ, die in diesem Beispiel um einen Mittelwert herum, mit einer Drehzahldifferenz Δn schwankte. Die Schwankungsbreite entspräche dann in etwa der Hälfte der Grenzdrehzahl nG.
Auch bei gleichbleibender Motorauslaufcharakteristik bzw. Auslauf 261, d.h. im wesentlichen konstanten mittleren Motorauslaufgradienten und Drehzahländerungen durch Zylinderkompression und Zylinderdekompression wurde bei diesem Verfahren eine Variation der tatsächlichen Einspurdrehzahl um eine Differenzdrehzahl Δn erfolgen. Bei gleichbleibender Ansteuerzeit des Startermotors bzw. des Andrehritzels 22 kann der Startwinkel α_Start auf Grund der Drehzahl eines oder mehrerer charakteristischer Punkte z. B. der Drehzahl des letzten oberen Totpunktes nOT2 angepasst werden. Eine mögliche Methode zur Anpassung ist hier das Hinterlegen eines Kennfeldes für unterschiedliche Drehzahlen in jenem oberen Totpunkt OT oder die Neuberechnung von α_Start über eine Lernfunktion.
Für den Fall, dass sich der Motorauslauf (Auslauf 261) unterschiedlich einstellt, beispielsweise über den Verlauf der technischen Lebensdauer der Brennkraftmaschine 210 oder beispielsweise von Zustandsgrößen, die den Auslauf 261 währenddessen beeinflussen, wird im vorliegenden Verfahren in einer Abweichung zwischen tatsächlicher Einspurdrehzahl nE und der Zieldrehzahl nZ resultieren. Eine Änderung der Charakteristik des Auslaufs 261 kann daher in zwei Arten unterteilt werden:

- Variation des mittleren Motorauslaufgradienten Der mittlere Motorauslaufgradient kann z. B. durch eine Änderung der Reibung, den im Motorauslauf wirksamen Lasten, der Temperaturen weiterer Parameter variiert werden. Durch die Variation sollte gegebenenfalls die Grenzdrehzahl nG und/oder der Startwinkel α_start angepasst werden. Die Streubreite dieser Parameter kann durch Fahrzeugmessungen bei verschiedenen Betriebsbedingungen und unterschiedlichen Verbrauchern getestet und Grenzsituationen durch Motorsimulationen analysiert werden.
- Änderungen der Motorwelligkeit Änderungen der Motorwelligkeit sind Drehzahländerungen hervorgerufen durch Zylinderkompression und Zylinderdekompression. Diese Welligkeit, für welche man einen passenden Startwinkel α_start über eine geeignete Methode wählt, wird z.B. durch Zylinderhub und Leckage variiert Zylindereigenschaften eines festgelegten Motortyps können durch Betriebsbedingungen, Serienstreuung und Alterungseffekte beeinflusst werden.

Der Übersicht wegen ist in 12 eine schematisierte Darstellung eines Kraftfahrzeugs 310 mit der Brennkraftmaschine 210, der Startvorrichtung 10, dem Vorspuraktuator 16, einem Steuergerät 255 mit einem Prozessor 313 und einem Programmspeicher 303 dargestellt In dem Programmspeicher 303 sind systematisch zusammenhängende Programmbefehle 306 (Computerprogrammprodukt) gespeichert, die eine Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens nach einer der hier beschriebenen Ausgestaltungen ermöglichen. Das Steuergerät 255 ist mit einer Verbindungseinrichtung 309 (z. B. Kabel) mit der Brennkraftmaschine 210 verbunden, die beispielsweise die Übertragung von Signalen des Drehzahlsensors 300 zum Steuergerät 255 ermöglicht. Eine Verbindungseinrichtung 312 dient zum Ansteuern des Vorspuraktuators 16, nach dem eine geeignete Startzeit tStart ermittelt ist.
Die Drehbewegung der Antriebswelle 222 ist gemäß den vorstehenden Ausführungsbeispielen von einem sehr dynamischen Verlauf geprägt Makroskopisch sinkt die Drehzahl. Dieser Verlauf ist aber von relativen Minima im Bereich von oberen Totpunkten und relativen Maxima im Bereich von unteren Totpunkten geprägt. Des Weiteren weist der Verlauf somit positve (zwischen oberen und unteren Totpunkten) als auch negative (zwischen unteren und oberen Totpunkten) Steigungswerte auf.
Die Programmbefehle 306 (Computerprogrammprodukt) sind beispielsweise über eine Schnittstelle (z. B. Steckverbindung) in den Programmspeicher 303 ladbar.
Es ist somit ein Computerprogrammprodukt offenbart, das in zumindest einen Programmspeicher 303 mit Programmbefehlen 306 ladbar ist, um eine Ausführung aller Schritte des Verfahrens nach einer der hier beschriebenen Ausgestaltungen zu ermöglichen, wenn das Programm in zumindest einem Steuergerät 255 ausgeführt wird.
12 zeigt ein Steuergerät 255 für einen Start-Stopp-Betrieb einer Brennkraftmaschine 210 in einem Kraftfahrzeug 310 zum kurzfristigen Stoppen und Starten der Brennkraftmaschine 210, wobei die Brennkraftmaschine 210 mittels einer elektrischen Startvorrichtung 10 startbar ist, wobei das Steuergerät 255 einen Prozessor 313 mit einem Programmspeicher 303 aufweist. Der Prozessor 313 ist als Erfassungs-, Auswerte- und Steuereinrichtung ausgebildet ist, um die Startvorrichtung 10 definiert anzusteuern, wobei in den Programmspeicher 303 ein vorerwähntes Computerprogrammprodukt geladen ist, um ein Verfahren nach einem der zuvor beschriebenen Schritte auszuführen.
Es ist vorgesehen, die vorbeschriebenen Verfahrensschritte in einem Kraftfahrzeug zu verwenden, das mit einer Start-Stopp-Betriebsweise ausgestattet ist. Die Start-Stopp-Betriebsweise erlaubt ein automatisiertes Einspuren des Andrehritzels 22 sobald das Steuergerät 255 ein Signal 316 von einer Auslöseeinrichtung 319 erhält, welches einen Wunsch des Fahrzeugführers repräsentiert mit dem Kraftfahrzeug weiterfahren zu wollen. Die Auslöseeinrichtung 319 kann ein sogenanntes Kupplungspedal oder ein Gaspedal oder ein Schaltungsbedienungsteil sein, welches bei Schaltgetrieben (Fahrgetriebe zwischen Kupplung und Antriebsrad oder -rädern) zum Wählen einer Getriebeüber- oder untersetzung dient.

Claims

Verfahren zum Ansteuern einer Startvorrichtung (10), wobei die Startvorrichtung (10) ein Andrehritzel (22) aufweist, welches dazu vorgesehen ist in einen Zahnkranz (25) einer Brennkraftmaschine (210) eingespurt zu werden, wobei die Brennkraftmaschine (210) eine Antriebswelle (222) aufweist, wobei a. zunächst eine Drehzahl (n, n1, n2, n3) der Antriebswelle (222) festgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass b. diese Drehzahl (n, n1, n2, n3) mit einem vorgegebenen Drehzahlwert (nG) verglichen wird, wobei der vorgegebene Drehzahlwert (nG) von einer Temperatur (Kühlwassertemperatur, Öltemperatur, Außentemperatur), einer Motorreibung oder einem Druck abhängig ist, und c. im Falle dessen, dass die Drehzahl (n, n1, n2, n3) kleinergleich dem vorgegebenen Drehzahlwert (nG) ist, das Andrehritzel (22) in Richtung zum Zahnkranz (25) vorgespurt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die festgestellte Drehzahl (n, n1, n2, n3) eine Drehzahl (n, n1, n2, n3) der Antriebswelle (222) in einer zuvor bestimmten Position mit einem bestimmten Winkel (αn, αOT, αUT) ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (222) eine Kurbelwelle ist, die mittels eines Pleuels (231) mit einem Kolben (237) gekoppelt ist, wobei die Position (α) der Antriebswelle (222) derart ist, dass ein Kolben (237) einen oberen Totpunkt (OT) oder einen unteren Totpunkt (UT) einnimmt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Andrehritzel (22) nach dem Erreichen eines Ereignisses (nStart, tStart, aStart) in Richtung zum Zahnkranz (25) vorgespurt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ereignis (nStart, tStart, aStart) in Abhängigkeit zumindest einer Betriebsbedingung bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Auslaufes der Brennkraftmaschine die Drehzahl (n), der zugehörige Winkel (α) der Antriebswelle (22) und ein zugehöriger Zeitpunkt (t) aufgezeichnet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Startwinkel (αStart) ein Winkel (α) ist, bei dem die aktuelle Drehzahl (n) kleiner als eine zuvor festgelegte Drehzahl (nG) ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zuvor festgelegte Drehzahl (nG) eine Drehzahl ist, unterhalb derer nach dem Durchlaufen einer nächsten Winkelposition (α) die Kurbelwelle KW eine Zieldrehzahl (nZ) einnehmen wird
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Startwinkel (αStart) in Abhängigkeit von einer Drehzahl (n) bei einem bestimmten Winkel (α) bestimmt wird, vorzugsweise in Abhängigkeit des Winkels (α), bei dem die Antriebswelle (22) den letzten oberen Totpunkt (OT) einnimmt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Startwinkel (αStart) einem Kennfeld entnommen wird und der Startwinkel (αStart) in Abhängigkeit von einer Drehzahl (n) bei einem bestimmten Winkel (α) im Kennfeld gespeichert ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Erreichen der Startdrehzahl (nStart) das Andrehritzel (22) der Startvorrichtung (10) in Richtung zum Zahnkranz (25) vorgespurt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Startzeitpunkt (tStart) mit dem Beginn eines Stromflusses durch einen Vorspuraktuator (16) zusammenfällt, der zu einer Schubbewegung eines Magnetankers (168) im Vorspuraktuator (16) führt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zieldrehzahl (nZ) eine Drehzahl der Antriebswelle (222) ist, zu der planmäßig das Andrehritzel (22) einspurt, wobei eine Ansteuerzeit (Δt) eine Zeitdifferenz zwischen einem Anliegezeitpunkt (tZ) und dem Startzeitpunkt ist.
Computerprogrammprodukt, das in zumindest einen Programmspeicher (303) mit Programmbefehlen (306) ladbar ist, um alle Schritte des Verfahrens nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche auszuführen, wenn das Programm in zumindest einem Steuergerät (255) ausgeführt wird.
Steuergerät für einen Start-Stopp-Betrieb einer Brennkraftmaschine (210) in einem Kraftfahrzeug (310 zum kurzfristigen Stoppen und Starten der Brennkraftmaschine (210), wobei die Brennkraftmaschine (210) mittels einer elektrischen Startvorrichtung (10) startbar ist, wobei das Steuergerät (255) einen Prozessor (313) mit einem Programmspeicher (303) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (313) als Erfassungs-, Auswerte- und Steuereinrichtung ausgebildet ist, um die Startvorrichtung (10) definiert anzusteuern, wobei in den Programmspeicher (303) ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 14 geladen ist, um das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen.