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Stand der Technik
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Aus der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2010 040 559 ist ein Verfahren zum Stoppen einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem eine über eine Luftdosiereinrichtung, insbesondere eine Drosselklappe der Brennkraftmaschine, zugeführte Luftmenge reduziert wird, nachdem eine Stoppanforderung ermittelt wurde, und die über die Luftdosiereinrichtung der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge wieder erhöht wird, wenn eine erfasste Drehzahl der Brennkraftmaschine einen vorgebbaren Drehzahlschwellenwert unterschreitet, wobei ein Einlasszylinder, dem die Luftmenge zugeführt wird, nach der Erhöhung der zugeführten Luftmenge nicht mehr in einen Arbeitstakt geht.
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Offenbarung der Erfindung
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Gerade in sogenannten Change-of-Mind-Fällen, in denen während des Auslaufs der Brennkraftmaschine eine Wiederstartanforderung des Fahrers ermittelt wird, ist es wünschenswert, einen Starter möglichst schnell einzuspuren, um einen schnellen Wiederstart der Brennkraftmaschine zu ermöglichen. Hierzu ist es wichtig, dass der Zeitpunkt zum Einspuren prädiktiv möglichst frühzeitig möglichst genau bestimmbar ist. Einspuren ist sowohl in Vorwärts- wie auch in Rückwärtsdrehrichtung der Brennkraftmaschine möglich, sobald die Drehzahl der Brennkraftmaschine sich hinreichend verlangsamt hat.
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Die Drehzahl der Brennkraftmaschine während des Auslaufs ist ein Maß für die kinetische Rotationsenergie der Brennkraftmaschine. Die kinetische Rotationsenergie der Brennkraftmaschine wird im Auslauf dissipiert und ist somit ein Maß für die Dauer des Auslaufs. Wird daher zu einem definierten Zeitpunkt, beispielsweise beim Durchlauf eines oberen Totpunkts eines Zylinders, die Drehzahl der Brennkraftmaschine ermittelt, ist durch diese zu dem definierten Zeitpunktermittelte Drehzahl hiermit unmittelbar ein Maß für die Dauer des Auslaufs der Brennkraftmaschine gegeben. Diese zu dem definierten Zeitpunkt ermittelte Drehzahl wird im Folgenden als Auslaufdrehzahl bezeichnet. Der Begriff Auslaufdrehzahl kann hierbei auch so weit verstanden werden, dass er analoge definierte Maße für die kinetische Rotationsenergie der Brennkraftmaschine mit einschließt, beispielsweise das Quadrat der Auslaufdrehzahl. Wichtig ist hierbei lediglich, dass sich die kinetische Rotationsenergie eindeutig aus dem analogen definierten Maß bestimmen lässt.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass dem Einlasszylinder durch das Öffnen der Luftdosiereinrichtung eine erhöhte Luftfüllung zugeführt wird, während dem Zylinder, der vor dem Einlasszylinder den Ansaugtakt durchlaufen hat, eine deutlich geringere Luftfüllung zugeführt wurde. Hierdurch ergibt sich in Summe durch die Kompression der Luftfeder im Einlasszylinder ein abbremsendes Drehmoment, wenn der Einlasszylinder in einen Kompressionstakt geht. Dieses abbremsende Drehmoment sorgt dafür, dass Einlasszylinder nicht mehr in den Arbeitstakt geht, sondern die Rotationsbewegung der Brennkraftmaschine noch vorher eine Drehrichtungsumkehr erfährt und zurückpendelt. Wird die Luftdosiereinrichtung unabhängig von der Auslaufdrehzahl gleich weit geöffnet, so ist die Dauer des Auslaufvorgangs zwar prinzipiell aus der Auslaufdrehzahl bestimmbar, das Verfahren ist aber nicht robust und komplex.
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Die Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat gegenüber dem aus dem Stand der Technik Bekannten den Vorteil, dass dadurch, dass die Auslaufdrehzahl ermittelte wird und ein Öffnungsgrad der Luftdosiereinrichtung abhängig von der Auslaufdrehzahl gewählt wird, es möglich ist, einen Zeitpunkt, zu dem ein Einspuren des Starters zum Wiederstarten der Brennkraftmaschine möglich ist, einfach zu bestimmen. Hierdurch ist es insbesondere möglich, gerade in „change-of-mind“-Situationen, einen besonders schnellen Wiederstart der Brennkraftmaschine zu gewährleisten.
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Die Auslaufdrehzahl lässt sich besonders einfach dann bestimmen, wenn einer der Zylinder einen oberen Totpunkt durchläuft. Handelt es sich bei diesem oberen Totpunkt um den nächsten oberen Totpunkt nach einem Unterschreitungszeitpunkt, so lässt sich ein möglicher nächster Einspurzeitpunkt frühestmöglich bestimmen. Als Unterschreitungszeitpunkt wird hierbei der Zeitpunkt bezeichnet, zu dem eine erfasste Drehzahl der Brennkraftmaschine einen vorgebbaren Drehzahlschwellenwert unterschritten hat.
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Insbesondere lässt sich nun die Auslaufdauer, d. h. die Zeitdauer, die mit dem Zeitpunkt beginnt, an dem der Einlasszylinder vor seinem Rückpendeln letztmalig in einen Verdichtungstakt geht, und mit dem Zeitpunkt endet, an dem das Rückpendeln beginnt, d. h. an dem sich die Drehrichtung erstmalig umkehrt, besonders einfach bestimmen. Durch die Wahl des Öffnungsgrads der Luftdosiereinrichtung in Abhängigkeit der Auslaufdrehzahl lässt sich der Zusammenhang zwischen der Auslaufdauer und Auslaufdrehzahl in weiten Grenzen frei bestimmen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich zwischen diesen beiden Größen ein monoton fallender Zusammenhang ergibt, wenn also die Auslaufdauer mit Auslaufdauer abfällt oder konstant bleibt. Dies ermöglicht ein besonders robustes Prädiktionsverfahren des Zeitpunkts, zu dem Einspuren möglich ist.
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Einspuren ist insbesondere dann möglich, wenn die Drehrichtung der Rückwärtsdrehrichtung der Brennkraftmaschine entspricht, d. h. einer Drehrichtung, die der üblichen Drehrichtung im befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine entgegengesetzt ist. In einem solchen Fall gibt es einen Rückpendelzeitpunkt, zu dem die Brennkraftmaschine ihre Rotationsrichtung umkehrt. Diese Rotationsrichtungsumkehr ist ein leicht detektierbares Ereignis, und stellt einen zusätzlichen Trigger für die Motorsteuerung dar, mit dessen Hilfe der Einspurvorgang robust gestaltet werden kann.
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Besonders robust kann das Einspurverfahren gestaltet werden, wenn das Einspuren bei einem Nulldurchgang der Drehzahl der Brennkraftmaschine entspricht. Zu einem solchen Zeitpunkt kann besonders robust und mit besonders einfachen Mitteln eingespurt werden.
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Besonders einfach und robust wird ein Prädiktionsverfahren zum nächsten möglichen Einspurzeitpunkt dann, wenn der Öffnungsgrad der Luftdosiereinrichtung in Abhängigkeit der Auslaufdrehzahl so gewählt wird, dass der Zusammenhang zwischen einer die Auslaufdrehzahl charakterisierenden Größe und Auslaufdauer linear fallend ist, wenn also die Auslaufdauer mit steigender die Auslaufdrehzahl charakterisierenden Größe linear abfällt.
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Vorteilhafterweise ist die Auslaufdrehzahl auf sehr einfache Art und Weise mit der die Auslaufdrehzahl charakterisierenden Größe verknüpft, beispielsweise dadurch, dass sie durch die kinetische Rotationsenergie der Brennkraftmaschine gegeben ist, dass sie durch die zweite Auslaufdrehzahl selbst gegeben ist, oder dass diese die Auslaufdrehzahl charakterisierende Größe als ein Polynom der Auslaufdrehzahl gegeben ist. In diesen Fällen lässt sich diese die Auslaufdrehzahl charakterisierende Größe besonders einfach rechnerisch ermitteln.
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Damit sich der gewünschte Zusammenhang zwischen der die Auslaufdrehzahl charakterisierenden Größe und der Auslaufdauer einstellt, hat der funktionale Verlauf des Öffnungsgrads der Luftdosiereinrichtung in Abhängigkeit der ermittelten Auslaufdrehzahl vorteilhafterweise folgende Form: in einem ersten Bereich niedriger Auslaufdrehzahl fällt der Öffnungsgrad als Funktion der Auslaufdrehzahl ab, in einem zweiten Bereich mittlerer Auslaufdrehzahl ist der Öffnungsgrad als Funktion der Auslaufdrehzahl näherungsweise konstant, und in einem dritten Bereich hoher Auslaufdrehzahl steigt der Öffnungsgrad als Funktion der Auslaufdrehzahl an.
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Ein solches Verhalten lässt sich beispielsweise prägnant auch durch Betrachtung der Ableitung des Öffnungsgrads der Luftdosiereinrichtung als Funktion der Auslaufdrehzahl beschreiben. Ist die Auslaufdrehzahl kleiner als eine erste Bereichsschwelle, so ist diese Ableitung negativ, vorteilhafterweise kleiner als eine negative Ableitungsschwelle. Ist die Auslaufdrehzahl nicht kleiner als die erste Bereichsschwelle und größer als eine zweite Bereichsschwelle, so ist diese Ableitung näherungsweise gleich Null, d. h. nicht kleiner als die negative Ableitungsschwelle und kleiner als eine positive Ableitungsschwelle. Ist die Auslaufdrehzahl größer oder gleich der zweiten Bereichsschwelle, so ist die Ableitung größer oder gleich der positiven Ableitungsschwelle.
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Vorteilhafterweise ist das erfindungsgemäße Verfahren als Computerprogramm implementiert, und auf einem elektrischen Speichermedium für eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine abgespeichert, sodass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung damit so programmiert ist, dass sie in der Lage ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 die Darstellung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine;
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2 schematisch den Verlauf einiger charakteristischer Größen während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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3 das Auslaufverhalten der Brennkraftmaschine;
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4 den funktionalen Verlauf des Öffnungsgrads der Luftzumesseinrichtung als Funktion der ermittelten zweiten Drehzahl;
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5 schematisch zwei verschiedene Verläufe der Auslaufdauer als Funktion der ermittelten zweiten Drehzahl;
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6 den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt einen Zylinder 10 einer Brennkraftmaschine mit einem Brennraum 20, einem Kolben 30, der mit einer Pleuelstange 40 mit einer Kurbelwelle 50 verbunden ist. Der Kolben 30 führt in bekannter Weise eine Auf- und Abwärtsbewegung durch. Die Umkehrpunkte der Bewegung werden als Totpunkte bezeichnet. Der Übergang von Aufwärtsbewegung in Abwärtsbewegung wird als oberer Totpunkt, der Übergang von Abwärtsbewegung zu Aufwärtsbewegung als unterer Totpunkt bezeichnet. Eine Winkelstellung der Kurbelwelle 50, ein so genannter Kurbelwellenwinkel, wird in üblicher Weise relativ zum oberen Totpunkt definiert. Ein Kurbelwellensensor 220 erfasst die Winkelstellung der Kurbelwelle 50.
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Über ein Ansaugrohr 80 wird in bekannter Weise bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens 30 zu verbrennende Luft in den Brennraum 20 gesaugt. Dies wird als Ansaugtakt bzw. Einlasstakt bezeichnet. Über ein Abgasrohr 90 wird die verbrannte Luft bei einer Aufwärtsbewegung des Kolbens 30 aus dem Brennraum 20 gedrückt. Dies wird üblicherweise als Auslasstakt bezeichnet. Die Menge der über das Ansaugrohr 80 angesaugten Luft wird über eine Luftdosiereinrichtung, im Ausführungsbeispiel eine Drosselklappe 100, deren Stellung von einem Steuergerät 70 bestimmt wird, eingestellt.
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Über ein Saugrohreinspritzventil 150, das im Ansaugrohr 80 angeordnet ist, wird Kraftstoff in die aus dem Ansaugrohr 80 angesaugte Luft gespritzt und ein Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum 20 erzeugt. Die Menge des durch das Saugrohreinspritzventil 150 eingespritzten Kraftstoffs wird vom Steuergerät 70 bestimmt, üblicherweise über die Dauer und/oder die Stärke eines Ansteuersignals. Eine Zündkerze 120 zündet das Kraftstoff-Luftgemisch.
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Ein Einlassventil 160 an der Zuführung des Ansaugrohrs 80 zum Brennraum 20 wird über Nocken 180 von einer Nockenwelle 190 angetrieben. Ebenso wird ein Auslassventil 170 an der Zuführung des Abgasrohrs 90 zum Brennraum 20 über Nocken 182 können von der Nockenwelle 190 angetrieben in. Die Nockenwelle 190 ist gekoppelt mit der Kurbelwelle 50. Üblicherweise führt die Nockenwelle 190 pro zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 50 eine Umdrehung durch. Die Nockenwelle 190 ist so ausgestaltet, dass sich das Auslassventil 170 im Ausstoßtakt öffnet, und in der Nähe des oberen Totpunkts schließt. Das Einlassventil 160 öffnet in der Nähe des oberen Totpunkts und schließt im Einlasstakt. Einer Phase, in der Auslassventil 170 und Einlassventil einer Technik gleichzeitig geöffnet sind, wird als Ventilüberschneidung bezeichnet. Eine solche Ventilüberscheidung dient beispielsweise zur inneren Abgasrückführung. Die Nockenwelle 190 kann insbesondere vom Steuergerät 70 ansteuerbar ausgestaltet sein, so dass sich abhängig von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine unterschiedliche Hubverläufe des Einlassventils 160 und des Auslassventils 170 einstellen lassen.
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Ebenso ist aber auch möglich, dass das Einlassventils 160 und das Auslassventil 170 nicht über die Nockenwelle 190, sondern über elektrohydraulische Ventilsteller auf- und abbewegt werden. In diesem Fall können die Nockenwelle 190 sowie die Nocken 180 und 182 entfallen. Ebenso ist bei solchen elektrohydraulische Ventilstellern die Drosselklappe 100 nicht notwendig.
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Ein Starter 200 ist über eine mechanische Kopplung 210 mit der Kurbelwelle 50 mechanisch verbindbar. Das Herstellen der mechanischen Verbindung zwischen Starter 200 und Kurbelwelle 50 wird auch als Einspuren bezeichnet. Das Lösen der mechanischen Verbindung zwischen Starter 200 und Kurbelwelle 50 wird auch als Abwerfen bezeichnet. Das Einspuren ist nur möglich, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine unter einem von der Brennkraftmaschine und dem Starter abhängigen Drehzahlschwellenwert liegt.
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2 zeigt das Verhalten der Brennkraftmaschine beim Stoppen der Brennkraftmaschine. 2a zeigt die Abfolge der verschiedenen Takte eines ersten Zylinders ZYL1 und eines zweiten Zylinders ZYL2, aufgetragen über den Winkel der Kurbelwelle KW. Eingetragen sind ein erster Totpunkt T1, ein zweiter Totpunkt T2, ein dritter Totpunkt T3, ein vierter Totpunkt T4 und ein fünfter Totpunkt T5 der Brennkraftmaschine. Zwischen diesen Totpunkten durchläuft der erste Zylinder ZYL1 in bekannter Weise den Ausstoßtakt, den Einlasstakt, einen Verdichtungstakt und einen Arbeitstakt. Im Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern sind die Takte des zweiten Zylinders ZYL2 um 720°/4 = 180° verschoben. Bezogen auf den ersten Zylinder ZYL1 sind der erste Totpunkt T1, der dritte Totpunkt T3 und der fünfte Totpunkt T5 untere Totpunkte, der zweite Totpunkt T2 und der vierte Totpunkt T4 obere Totpunkte. Bezogen auf den zweiten Zylinder ZYL2 sind der erste Totpunkt T1, der dritte Totpunkt T3 und der fünfte Totpunkt T5 obere Totpunkte, der zweite Totpunkt T2 und der vierte Totpunkt T4 untere Totpunkte.
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2b zeigt parallel zu den in 2a dargestellten Takten den Verlauf einer Drehzahl n der Brennkraftmaschine über der Zeit t. Die Drehzahl n ist beispielsweise definiert als die zeitliche Ableitung des Kurbelwellenwinkels KW. Der erste Totpunkt T1 entspricht einem ersten Zeitpunkt t1, der zweite Totpunkt T2 entspricht einem zweiten Zeitpunkt t2 der dritte Totpunkt T3 entspricht einem dritten Zeitpunkt t3, und der vierte Totpunkt T4 entspricht einem vierten Zeitpunkt t4. Zwischen je zwei aufeinander folgenden Zeitpunkten, beispielsweise zwischen dem ersten Zeitpunkt t1 und dem zweiten Zeitpunkt t2 steigt die Drehzahl zunächst kurz an, um dann monoton abzufallen. Der kurze Drehzahlanstieg ist in der Kompression der Luftfüllung in den Zylindern begründet. Ein Zylinder, der einen oberen Totpunkt durchläuft, komprimiert seine Luftfüllung maximal, so dass in ihr Kompressionsenergie gespeichert wird. Diese Kompressionsenergie wird beim Weiterdrehen der Brennkraftmaschine teilweise in Rotationsenergie umgewandelt.
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2c zeigt parallel zu 2a und 2b den zeitlichen Verlauf eines Ansteuersignals DK der Drosselklappe 100. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, wird beim Stoppen der Brennkraftmaschine die Drosselklappe 100 zunächst geschlossen, was einen ersten Ansteuersignal DK1 entspricht. Fällt wie in 2b dargestellt die Drehzahl n der Brennkraftmaschine unter einen Drehzahlschwellenwert ns, beispielsweise 300 U/min, so wird erfindungsgemäß zu einem Öffnungszeitpunkt tauf die Drosselklappe 100 geöffnet, was einem zweiten Ansteuersignal DK2 entspricht. Der Zeitpunkt, zu dem die Drehzahl n der Brennkraftmaschine unter den Drehzahlschwellenwert ns fällt, wird als Unterschreitungszeitpunkt t_unter bezeichnet. Das Steuergerät 70 stellt in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zu dem auf den Unterschreitungszeitpunkt t_unter folgenden oberen Totpunkt, dem zweiten Totpunkt T2 fest, dass die Drehzahl n den Drehzahlschwellenwert ns unterschritten hat. Dann wird der Öffnungszeitpunkt tauf bestimmt.
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Der Öffnungszeitpunkt tauf wird dabei so gewählt, dass er in der Nähe des dritten Totpunkts, beispielsweise kurz nach dem dritten Totpunkt T3 erfolgt. Der dritte Totpunkt T3 ist der übernächste Totpunkt ist, nachdem die Drehzahl n der Brennkraftmaschine unter den Drehzahlschwellenwert ns gefallen ist (bzw. der nächste Totpunkt, nachdem das Steuergerät 70 festgestellt hat, dass die Drehzahl n den Drehzahlschwellenwert ns unterschritten hat). Nach dem dritten Totpunkt T3 geht der zweite Zylinder ZYL2 in seinen Einlasstakt. Der Öffnungszeitpunkt tauf auch so gewählt werden, dass er unmittelbar nach dem Zeitpunkt erfolgt, zu dem das Einlassventil 160 des zweiten Zylinders ZYL2 geöffnet ist. Er kann auch so gewählt werden, dass er um einen Vorziehwinkel theta vor dem dritten Totpunkt T3 liegt, sofern theta so gewählt ist, dass das Einlassventil 160 des ersten Zylinders ZYL1, der unmittelbar vor dem zweiten Zylinder ZYL2 in seinen Einlasstakt gegangen ist, bereits wieder geschlossen ist. Dieser letztere Fall ist in 2b illustriert.
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Der zweite Zylinder ZYL2 geht zum dritten Totpunkt T3 in den Einlasstakt. Er wird deswegen im Folgenden auch als Einlasszylinder ZYL2 bezeichnet. Im Ausführungsbeispiel fällt der Öffnungszeitpunkt tauf mit dem Ende der Ventilüberschneidung des Einlasszylinder, also mit dem Zeitpunkt des Schließen des Auslassventils 170 des Einlasszylinders ZYL2 zusammen. Bezogen auf den oberen Totpunkt des Einlasszylinders ZYL2 entspricht der Öffnungszeitpunkt tauf einem Öffnungskurbelwellenwinkel KWauf. Zur Ermittlung des Zeitpunkts, zu dem die Drehzahl n der Brennkraftmaschine unter den Drehzahlschwellenwert ns gefallen ist, kann die Drehzahl n der Brennkraftmaschine entweder kontinuierlich überwacht werden. Da der Anstieg der Drehzahl n der Brennkraftmaschine nach den Totpunkten klein ist, und der Öffnungszeitpunkt tauf kurz nach einem Totpunkt liegen soll, ist es aber auch möglich, an jedem Totpunkt der Brennkraftmaschine zu überprüfen, ob die Drehzahl n der Brennkraftmaschine unter die Drehzahlschwelle ns gefallen ist. Im in 2b illustrierten Ausführungsbeispiel wird zum ersten Zeitpunkt t1 und erkannt, dass die Drehzahl n der Brennkraftmaschine noch nicht unter die Drehzahlschwelle ns gefallen ist. Zum zweiten Zeitpunkt t2 wird hier erstmalig erkannt, dass die Drehzahl n der Brennkraftmaschine unter die Drehzahlschwelle ns gefallen ist, und die Drosselklappe 100 geöffnet. Zu diesem zweiten Zeitpunkt wird die Auslaufdrehzahl nE ermittelt.
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Durch die Öffnung der Drosselklappe 100 strömt im Einlasstakt nun viel Luft in den Einlasszylinder. Geht der Einlasszylinder ZYL2 nach dem vierten Zeitpunkt t4 in den Verdichtungstakt, so überwiegt die an der gegenüber den restlichen Zylindern stark erhöhten Luftfüllung zu leistende Kompressionsarbeit die in den expandierenden Zylindern freiwerdende Kompressionsenergie, und die Drehzahl n der Brennkraftmaschine fällt schnell ab, bis sie zu einem Rückpendelzeitpunkt tosc auf null abfällt. Die Rotationsbewegung der Kurbelwelle 50 dreht sich nun um, und die Drehzahl n der Brennkraftmaschine wird negativ. Der Rückpendelzeitpunkt tosc entspricht einem in 2a eingezeichneten Rückpendelwinkel RPW der Kurbelwelle 50. Zu einem Stoppzeitpunkt tstopp bleibt die Brennkraftmaschine stehen. Es ist zu beachten, dass die Darstellung der Zeitachse nichtlinear ist. Entsprechend dem Abfall der Drehzahl n der Brennkraftmaschine ist der zeitliche Abstand zwischen dem dritten Zeitpunkt t3 und dem vierten Zeitpunkt t4 größer als der zeitliche Abstand zwischen dem zweiten Zeitpunkt t2 und dem dritten Zeitpunkt t3, der wiederum größer ist als der zeitliche Abstand zwischen dem ersten Zeitpunkt t1 und dem zweiten Zeitpunkt t2. Der fünfte Totpunkt T5 der Brennkraftmaschine wird nicht erreicht. In dem Zeitintervall zwischen dem Rückpendelzeitpunkt tosc und dem Stoppzeitpunkt tstopp führt die Kurbelwelle 50 eine Pendelbewegung aus, in der der zweite Zylinder ZYL2 in seinem Verdichtungstakt und seinem Einlasstakt pendelt, der erste Zylinder ZYL1 entsprechend in seinem Arbeitstakt und seinem Verdichtungstakt.
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Anstelle des Öffnens der Drosselklappe kann zum Öffnungszeitpunkt tauf bei Brennkraftmaschinen mit Nockenwellenverstellung stattdessen beispielsweise auf einen größeren Nocken umgeschaltet werden, so dass sich die Luftfüllung in dem Einlasszylinder ZYL2 erhöht. Bei Brennkraftmaschinen mit elektrohydraulischer Ventilverstellung kann das Einlassventil 160 des Einlasszylinders ZYL2 so angesteuert werden, dass es während des Einlasstakts des Einlasszylinders ZYL2 geöffnet ist, und so die Luftfüllung in dem Einlasszylinder ZYL2 erhöht wird.
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3 zeigt den zeitlichen Verlauf der Drehzahl n der Brennkraftmaschine beim Stoppen und Wiederstart. Die Drehzahl n der Brennkraftmaschine fällt während einer Auslaufphase in der in 2b illustrierten Weise ab, und wechselt schließlich das Vorzeichen, wenn die Rotationsbewegung der Brennkraftmaschine sich zum in 2b illustrierten Rückpendelzeitpunkt tosc umkehrt. In einer Pendelphase führt der Verlauf der Drehzahl n der Brennkraftmaschine einen oszillierenden Verlauf durch, bis er zu dem in 2b illustrierten Stoppzeitpunkt tstopp auf konstant null fällt und dort bleibt.
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Die Nulldurchgänge der Drehzahl n der Brennkraftmaschine, im Folgenden mit tein1 und tein2 bezeichnet, stellen typische Einspurzeitpunkte des Starters dar. tein1 ist dabei ein Nulldurchgang der Motordrehzahl n bei Vorwärtsdrehung, tein2 ein Nulldurchgang bei Rückwärtsdrehung. tein1 ist identisch mit dem Rückpendelzeitpunkt tosc. Ein Einspurzeitpunkt kann aber auch dadurch gegeben sein, dass der Absolutbetrag der Drehzahl n unter eine Einspurdrehzahlschwelle nein fällt. In 3 ist nein als n = 0 gewählt. Sie kann aber auch höher gewählt sein und insbesondere auch abhängig von der Drehrichtung, beispielsweise n = 80 U/min in Vorwärtsdrehrichtung oder n = –30 U/min in Rückwärtsdrehrichtung.
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Die Auslaufdauer Taus, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft beeinflusst wird, ist im Ausführungsbeispiel, wie in 3 illustriert, gegeben als die Zeitspanne zwischen dem vierten Zeitpunkt t4 und dem ersten Nulldurchgang der Drehzahl n der Brennkraftmaschine tein1. Somit ist die Auslaufdauer Taus auch gegeben durch die Zeitspanne zwischen dem vierten Zeitpunkt t4 und dem Rückpendelzeitpunkt tosc.
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4 illustriert beispielhaft den erfindungsgemäßen Verlauf des zweiten Ansteuersignals DK2 als Funktion der Auslaufdrehzahl nE.
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Der funktionale Verlauf ist mit dem Bezugszeichen fV gekennzeichnet. Im Folgenden wird der Einfachheit halber vom Öffnungsgrad der Drosselklappe 100 gesprochen, und hierfür auch das Bezugszeichen DK2 gewählt. Dies kann insbesondere auch für ein äquivalentes Ansteuersignal der Drosselklappe oder einer anderen Luftdosiereinrichtung stehen. Erfindungsgemäß fällt bei niedriger Auslaufdrehzahl nE der Öffnungsgrad der Drosselklappe DK2 steil ab, verläuft mit zunehmender Auslaufdrehzahl nE der Brennkraftmaschine näherungsweise konstant, um dann bei noch größerer Auslaufdrehzahl nE der Brennkraftmaschine steil anzusteigen.
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5 illustriert den sich ergebenden Verlauf der Auslaufdauer Taus als Funktion der ermittelten zweiten Drehzahl nE. 5a illustriert den Fall, dass der Öffnungsgrad DK2 der Drosselklappe 100 unabhängig von der Auslaufdrehzahl nE gewählt wird, beispielsweise konstant gleich 15 %. In diesem Fall ergibt sich bei kleiner Auslaufdrehzahl nE eine große Auslaufdauer Taus, die mit steigender Auslaufdrehzahl nE abfällt, sich abflacht, ein Minimum erreicht, und schließlich im Bereich großer Auslaufdrehzahl nE wieder steil ansteigt.
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Dieses Verhalten ergibt sich aus der Kombination verschiedener physikalischer Effekte. Es lässt sich qualitativ verstehen, über das Verhalten eines Federpendels mit Federkonstante D und Masse m. Bei einem solchen Federpendel ist die Periodendauer T seiner Schwingung bekanntlich gegeben durch die Formel
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Im vorliegenden Fall ist die Federkonstante D gegeben durch die Luftfüllung im Zylinder, die die Kraft der Gasfeder maßgeblich bestimmt, und die Trägheit der Brennkraftmaschine, die im Wesentlichen einer trägen Masse m analog ist, jedoch durch die Kopplung des Kolbens 30 über die Pleuelstange 40 an die Kurbelwelle 50 einer Winkelabhängigkeit unterworfen ist. Die angesaugte Luftmasse wird im Wesentlichen bestimmt durch den Öffnungsgrad der Drosselklappe DK2, und sinkt zusätzlich bei großer Drehzahl der Brennkraftmaschine, d. h. die Kraft der Gasfeder D wird mit größerer Drehzahl der Brennkraftmaschine geringer. Die Periodendauer T des idealisierten Federpendelmodells, und damit auch die Auslaufdauer Taus, steigt somit mit größerer Auslaufdrehzahl nE. Steigt die Auslaufdrehzahl nE also an, so verschiebt sich der Rückpendelwinkel RPW der Brennkraftmaschine zu größeren Winkeln.
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Bei Rückpendelwinkeln rpw in der Nähe des unteren Totpunkts erfordert eine kleine Hubänderung des Kolbens
30 eine deutlich erhöhte Änderung des Winkels der Kurbelwelle
50, d. h. es ist pro Hubänderung mehr Trägheitsmoment der Brennkraftmaschine zu überwinden, was in dem beschriebenen Modell des Federpendels einer Erhöhung der Masse m entspricht. Je näher also der Rückpendelwinkel RPW am unteren Totpunkt liegt, desto größer ist im Federpendelmodell mdie Masse m, und entsprechend der Formel
die Auslaufdauer Taus. Da D der Rückpendelwinkel RPW bei niedriger Auslaufdrehzahl nE näher am unteren Totpunkt liegt als bei höherer Auslaufdrehzahl nE, ist im Bereich niedriger Auslaufdrehzahl nE die Auslaufdauer Taus also umso größer, je kleiner die Auslaufdrehzahl nE ist.
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5b zeigt den Verlauf der Auslaufdauer Taus als Funktion der Auslaufdrehzahl nE, wenn der Drosselklappenwinkel DK2, wie in 4 illustriert, als Funktion der Auslaufdrehzahl nE gewählt wird. Bei großer Auslaufdrehzahl nE wird der Öffnungsgrad der Drosselklappe DK2 groß gewählt, d. h. die Luftfüllung nimmt zu, was im Federpendelmodell einer Erhöhung der Federkonstanten D entspricht, und somit einer Verringerung der Auslaufdauer Taus. Bei mittleren Auslaufdrehzahl nE ist der Öffnungsgrad DK2 der Drosselklappe relativ niedrig gewählt, was zu einer verringerten Luftfüllung im Brennraum des Zylinders ZYL2 führt, und somit im Federpendelmodell zu einer verringerten Federkonstanten D, was zu einer Erhöhung der Auslaufdauer Taus führt.
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Die in 5a gezeigten Charakteristika, die sich beim Vorgehen wie im Stand der Technik ergeben, werden nun durch das erfindungsgemäße Verfahren wie in 5b gezeigt kompensiert, sodass sich ein linear abfallender Zusammenhang zwischen Auslaufdauer Taus und Auslaufdrehzahl nE ergibt. Ein solcher linearer Zusammenhang ist besonders vorteilhaft für eine möglichst einfache Prädiktion des nächstmöglichen Einspurzeitpunkts. Es ist aber auch ein anderer Verlauf denkbar, wobei es für die Zwecke einer robusten Umsetzung in einer digitalen Steuer- und/oder Regeleinrichtung vorteilhaft ist, wenn die Ableitung des funktionalen Verlaufs der Auslaufdauer Taus über der Auslaufdrehzahl nE in einem möglichst engen Bereich bleibt, beispielsweise charakterisiert durch eine Formel | dTaus / dnE| < K, wobei K ein festlegbarer Schwellwert ist.
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6 beschreibt den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem Schritt 1000 wird eine Stoppanforderung durch den Fahrer erkannt, und Maßnahmen zum Anhalten des Motors werden eingeleitet. Es ergibt sich das in 2 illustrierte Verhalten einer abfallenden Drehzahl n. In Schritt 1010, der jetzt folgt, wird – vorzugsweise periodisch beim Durchlauf von oberen Totpunkten – überprüft, ob die Drehzahl n unter den vorgebbaren Drehzahlschwellenwert ns gefallen ist. Schritt 1010 wird solange wiederholt, bis diese Bedingung erfüllt ist. Ist sie erfüllt (dies entspricht im in 2 illustrierten Fall dem zweiten Zeitpunkt t2), wird die Auslaufdrehzahl nE als die zu diesem Zeitpunkt ermittelte Drehzahl n festgelegt. Sie charakterisiert somit die kinetische Energie der Rotationsbewegung der Brennkraftmaschine zu dem Zeitpunkt, zu dem die Auslaufdrehzahl nE ermittelt wurde. Es folgt Schritt 1020, in dem der Einlasszylinder ermittelt wird, und der Öffnungskurbelwellenwinkel KWauf, zu dem die Drosselklappe geöffnet wird, festgelegt wird. Ebenso wird der zweite Öffnungswert DK2 wie in 4 illustriert entsprechend dem funktionalen Verlauf fV aus der Auslaufdrehzahl nE ermittelt. Es folgt Schritt 1030.
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Es folgt Schritt 1030, in dem überprüft wird, ob der Kurbelwellenwinkel KW des Einlasszylinders ZYL2 den Öffnungskurbelwellenwinkel KWauf überschritten hat. Dieser Öffnungskurbelwellenwinkel KWauf kann wie beschrieben beispielsweise in der Nähe des dritten Totpunkts T3 liegen. Schritt 1030 wird solange wiederholt, bis diese Bedingung erfüllt ist. Es folgt Schritt 1040, sobald die Bedingung erfüllt ist.
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In Schritt 1040 wird die Drosselklappe, wie in 2c illustriert, auf den zweiten Öffnungswert DK2 geöffnet. Es folgt Schritt 1050, in dem auf Basis der bestimmten Auslaufdauer Taus die Information zur Verfügung steht, zu welchem Zeitpunkt der Starter 200 einspuren kann, um im Falle einer Startanforderung durch den Fahrer einzuspuren. Ein Einspuren ist somit mit geringstmöglicher Verzögerung möglich. Hiermit endet das erfindungsgemäße Verfahren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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