DE102013225074A1

DE102013225074A1 - Verfahren zum Stoppen einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102013225074A1
Application number: DE102013225074.6A
Authority: DE
Inventors: Jens Tophoven
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2015-06-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stoppen einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Verbrennungskraftmaschine in eine vorgegebene Abstellposition gebracht wird. Hierin wird nach Ermittlung einer Stoppanforderung eine über eine Luftdosiereinrichtung der Verbrennungskraftmaschine zugeführte Luftmenge erhöht, und ein Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskraftmaschine wird so eingestellt, dass die Verbrennungskraftmaschine in eine vorgegebene Abstellposition gebracht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stoppen einer Verbrennungskraftmaschine. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das welches eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, sowie ein elektronisches Speichermedium, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Schließlich betrifft die Erfindung ein Elektronisches Steuergerät, welches das erfindungsgemäße elektronische Speichermedium umfasst.
Stand der Technik
Der Start von Verbrennungsmotoren erfolgt heutzutage in der Regel über einen Ritzelstarter. Dieser beschleunigt den Motor mittels eines von außen aufgeprägtes Moments über eine gewisse Startdrehzahl hinaus, ab der anschließend der weitere Hochlauf auf Leerlaufdrehzahl über die Einleitung der Verbrennung erfolgen kann. Der Motorstart kann allerdings auch ohne externe Drehmomentquelle erfolgen. Ein solcher Startvorgang wird als Direktstart bezeichnet.
Um einen Direktstart zu ermöglichen, ist es in vielen Fällen notwendig, die Verdichtungsarbeit der nachfolgenden Zylinder abzusenken. Dies kann entweder über ein Dekompressionsventil erfolgen, oder über eine Verstellung der Einlassnockenwelle hin zu sehr späten Einlass-Schließt-Ereignissen. Zur Gewährleistung eines sicheren Direktstarts ist es erforderlich, den Motor im Auslauf möglichst genau zu positionieren. Bei einem 6-Zylinder-Motor liegt dieses Optimum, das ein Kompromiss aus Füllung, Hebelarm, Zündabstand und anderen Parametern darstellt für den ersten befeuerten Zylinder bei ca. 60° KW (Kurbelwellenwinkel) nach dem ZOT (Zünd-oberer Totpunkt). Um eine gewünschte Abstellposition des Motors zu erreichen, ist es möglich, im Auslaufvorgang die Drosselklappe oder ein Bypassventil im Ansaugtrakt gezielt zu öffnen. Dadurch entsteht ein Gasfedereffekt, der den Motor mehr oder weniger wie gewünscht auslaufen lässt und in einem bestimmten Positionsbereich abstellt. Die Gasfedern bestehen hierbei aus den in die Zylinderbrennräume eingeschlossenen Gasvolumina. Mit einem solchen kontrollierten Motorauslauf (CEP: Controlled Engine Positioning) lässt sich außerdem in einem Change-of-mind-Fall bei Start/Stopp-Systemen die Zeit für den Motorstart verkürzen.
Die DE 10 2011 082 196 A1 beschreibt ein Verfahren zur Motorpositionierung im Auslauf. Hierbei wird die über eine Drosselklappe des Motors zugeführte Luftmenge verringert, nachdem eine Stoppanforderung ermittelt wurde und die über die Drosselklappe zugeführte Luftmenge wird wieder erhöht, wenn eine erfasste Drehzahl des Motors einen vorgegebenen Drehzahlschwellenwert unterschreitet. Dieser Drehzahlschwellenwert wird erhöht, wenn ein Einlasszylinder nach der Erhöhung der zugemessenen Luftmenge bis zum Stillstand des Verbrennungsmotors keinen unteren Totpunkt mehr durchläuft.
Offenbarung der Erfindung
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Stoppen einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Verbrennungskraftmaschine in eine vorgegebene Abstellposition gebracht wird, wird nach Ermittelung einer Stoppanforderung eine über eine Luftdosiereinrichtung der Verbrennungskraftmaschine zugeführte Luftmenge erhöht und ein Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskraftmaschine wird so eingestellt, dass die Verbrennungskraftmaschine in eine vorgegebene Abstellposition gebracht wird. Die Luftdosiereinrichtung ist insbesondere eine Drosselklappe oder ein Bypassventil in einem Ansaugrohr der Verbrennungskraftmaschine. Durch Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, die Verbrennungskraftmaschine gezielter abzustellen, als es allein durch ein Öffnen einer Drosselklappe im Auslaufvorgang der Verbrennungskraftmaschine erreicht werden kann. Dadurch kann die Verbrennungskraftmaschine in einer für den Direktstart optimalen Position abgestellt werden.
Es ist bevorzugt, dass die Einstellung des Verdichtungsverhältnisses in Abhängigkeit von der über die Luftdosiereinrichtung der Verbrennungskraftmaschine zugeführte Luftmenge erfolgt. Sowohl die Luftmenge als auch das Verdichtungsverhältnis erhöht die „Steifigkeit“ von Gasfedern in den Zylindern. Indem das Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit von der Luftmenge eingestellt wird, ist eine optimale Positionierung der Verbrennungskraftmaschine möglich.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Einstellung des Verdichtungsverhältnisses in Abhängigkeit von einer Massenträgheit der Verbrennungskraftmaschine, einer Reibung der Verbrennungskraftmaschine, einem Zeitpunkt des Abreißens eines Schmierfilms in einem Mischungsgebiet insbesondere bei sehr geringen Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine und Blow-By-Verlusten von Zylindern der Verbrennungskraftmaschine erfolgt. Hierbei handelt es sich um Randbedingungen des Auslaufvorgangs, die sich nicht unmittelbar beeinflussen lassen. Indem diese bei der Einstellung des Verdichtungsverhältnisses berücksichtigt werden, kann die gewünschte Position der Verbrennungskraftmaschine unabhängig von möglichen Störgrößen erreicht werden.
Durch das Erhöhen der zugeführten Luftmenge steigt beim Auslaufen der Verbrennungskraftmaschine die zu verrichtende Kompressionsarbeit und die Verbrennungskraftmaschine wird stark abgebremst. Es kommt schließlich zu einem Rückpendeln, bis sich wiederum ein Kräftegleichgewicht zwischen dem in der Expansion und dem in der Kompression befindlichen Zylinder in der Abstellposition einstellt. Durch ein Ändern des Verdichtungsverhältnisses während dieser Rückpendelbewegung ist ein Feinjustieren der Abstellposition zu einem Zeitpunkt möglich, zu dem der Eingriff in die zugeführte Luftmenge bereits abgeschlossen ist. Damit können Toleranzen in der Abstellposition der Verbrennungskraftmaschine minimiert werden.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm ermöglicht es, das erfindungsgemäße Verfahren in einem vorhandenen Steuergerät zu implementieren, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist das Computerprogramm eingerichtet, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät abläuft. Das erfindungsgemäße elektronische Speichermedium speichert das erfindungsgemäße Computerprogramm. Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf ein Steuergerät wird das erfindungsgemäße Steuergerät erhalten, welches das elektronische Speichermedium umfasst und das dazu ausgebildet ist, eine Verbrennungskraftmaschine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu stoppen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
1 ist eine schematische Darstellung eines Zylinders einer Verbrennungskraftmaschine, welche mittels einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gestoppt werden kann.
2 zeigt in einem Diagramm den zeitlichen Verlauf der Drehzahl einer Verbrennungskraftmaschine, die in einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik gestoppt wird.
3 zeigt in einem Diagramm den zeitlichen Verlauf der Drehzahl einer Verbrennungskraftmaschine, die mittels einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gestoppt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
Ein Ausschnitt einer Verbrennungskraftmaschine, die mittels einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gestoppt werden kann, ist in 1 dargestellt. Ein Zylinder 11 weist einen Brennraum 111, einen Kolben 112 und eine Pleuelstange 113 auf, die mit einer Kurbelwelle 12 verbunden ist. Im Brennraum ist eine Zündkerze 114 angeordnet. Der Kolben 112 führt eine Auf- und Abwärtsbewegung durch. Die Umkehrung der Bewegung wird als Totpunkt 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 12, ein sogenannter Kurbelwellenwinkel, wird relativ zum oberen Totpunkt definiert. Ein Kurbelwellensensor 121 erfasst die Winkelstellung der Kurbelwelle 12.
Über ein Ansaugrohr 13 wird bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens 112 zu verbrennende Luft in den Brennraum 111 gesaugt. Dies wird als Ansaugtakt bzw. Einlasstakt bezeichnet. Über ein Abgasrohr 14 wird die verbrannte Luft bei einer Aufwärtsbewegung des Kolbens 112 aus dem Brennraum 111 gedrückt. Dies wird als Auslasstrakt bezeichnet. Die Menge der über das Ansaugrohr 13 angesaugten Luft wird über eine Luftdosiereinrichtung in Form einer Drosselklappe 131 eingestellt. Die Stellung der Drosselklappe 131 wird von einem Steuergerät 15 bestimmt.
Über ein Saugrohreinspritzventil 132, das im Ansaugrohr 13 angeordnet ist, wird Kraftstoff in die aus dem Ansaugrohr 13 angesaugte Luft gespritzt und ein Kraftstoffluftgemisch im Brennraum 111 erzeugt. Die Menge des durch das Saugrohreinspritzventil 132 eingespritzten Kraftstoffs wird vom Steuergerät 15 bestimmt. Dies erfolgt über die Dauer und/oder die Stärke eines Ansteuersignals. Die Zündkerze 114 zündet das Kraftstoffluftgemisch.
Ein Einlassventil 133 an der Zuführung des Ansaugrohrs 13 zum Brennraum 111 wird über einen ersten Nocken 151 einer Nockenwelle 15 angetrieben. Ebenso wird ein Auslassventil 141 an der Zuführung des Abgasrohres 14 zum Brennraum 111 über einen zweiten Nocken 152 der Nockenwelle 15 angetrieben. Die Nockenwelle 15 ist an die Kurbelwelle 12 gekoppelt. Die Nockenwelle 15 führt pro zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 12 eine Umdrehung durch. Sie ist so ausgestaltet, dass sich das Auslassventil 141 im Ausstoßtakt öffnet und in der Nähe des oberen Totpunkts schließt. Das Einlassventil 133 öffnet in der Nähe des oberen Totpunkts und schließt im Einlasstakt.
2 zeigt den Verlauf 21 der Drehzahl D der Verbrennungskraftmaschine mit der Zeit t ohne kontrollierten Motorauslauf (CEP). Zunächst befindet sich die Verbrennungskraftmaschine im Leerlauf 31. Nach Abschalten 32 der Einspritzung kommt es zu einer Verringerung der Drehzahl. Diese sinkt bis auf Null ab. Wenn in einem kontrollierten Motorauslauf zu einem Eingriffszeitpunkt 33 der Saugrohrdruck durch Öffnen der Drosselklappe 131 erhöht wird, kommt es kurz darauf zu einer Drehzahländerung 34 durch ein Abbremsen der Kurbelwelle 12 aufgrund einer erhöhten Füllung des Zylinders 11. Dies führt zu einem abweichenden Drehzahlverlauf 22, bei welchem die Drehzahl unter Null sinkt, sodass es zu einem Rückpendeln kommt, bis sich ein Kräftegleichgewicht zwischen dem in der Expansion befindlichen Zylinder 11 und einem in der Kompression befindlichen Zylinder einstellt und die Drehzahl den Wert 0 annimmt. In beiden in 2 dargestellten Verfahren zum Stopp der Verbrennungskraftmaschine ist das Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskraftmaschine über ihren gesamten Auslaufvorgang konstant.
In 3 werden zwei Drehzahlverläufe 23, 24, die in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht werden können, dem Drehzahlverlauf 21 einer herkömmlichen Abschaltstrategie der Verbrennungskraftmaschine bei geschlossener Drosselklappe 131 gegenübergestellt. Durch ein System zur Änderung des Verdichtungsverhältnisses im Auslauf der Verbrennungskraftmaschine (VCR: Variable Compression Ratio) kann der Drehzahlverlauf beeinflusst werden. Eine Erhöhung der Verdichtung führt zu einem ersten Drehzahlverlauf 23, welcher aufgrund der höheren zu leistenden Kompressionsarbeit dem Drehzahlverlauf 22 bei stark erhöhter Füllung eines Zylinders 11 entspricht. Durch Verringerung des Verdichtungsverhältnisses kann die zu leistende Verdichtungsarbeit gesenkt werden, sodass der Motor weniger stark abgebremst wird und ein zweiter Drehzahlverlauf 24 ohne Rückpendeln der Verbrennungskraftmaschine erreicht werden kann. Die Kombination der Erhöhung der zugeführten Luftmenge und der Änderung des Verdichtungsverhältnisses in dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt die Zylinderfüllung, die bei sehr geringen Drehzahlen aufgrund hoher Blow-By-Verluste schnell abnimmt. Ohne eine Erhöhung der Füllung durch das Öffnen der Drosselklappe 131 hat eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses nur einen geringen Einfluss auf Auslaufvorgang und Abstellposition. Da die Drehzahl im Auslaufvorgang sehr gering ist, sind auch die Anforderungen an das VCR-System bezüglich der Verstellgeschwindigkeit moderat.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011082196 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Stoppen einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Verbrennungskraftmaschine in eine vorgegebene Abstellposition gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ermittlung einer Stoppanforderung – eine über eine Luftdosiereinrichtung der Verbrennungskraftmaschine zugeführte Luftmenge erhöht wird, und – ein Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskraftmaschine so eingestellt wird, dass die Verbrennungskraftmaschine in eine vorgegebene Abstellposition gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdosiereinrichtung eine Drosselklappe (131) oder ein Bypass-Ventil in einem Ansaugrohr (13) der Verbrennungskraftmaschine ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Verdichtungsverhältnisses in Abhängigkeit von der über die Luftdosiereinrichtung der Verbrennungskraftmaschine zugeführte Luftmenge erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Verdichtungsverhältnisses in Abhängigkeit von einer Massenträgkeit der Verbrennungskraftmaschine, einer Reibung der Verbrennungskraftmaschine, einem Zeitpunkt des Abreißens eines Schmierfilms in ein Mischungsgebiet und Blow-by-Verlusten von Zylindern der Verbrennungskraftmaschine erfolgt.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 durchzuführen.
Elektronisches Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 5 gespeichert ist.
Elektronisches Steuergerät (15), welches ein elektronisches Speichermedium nach Anspruch 6 umfasst.