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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine gemäß dem ersten Patentanspruch, sowie eine Brennkraftmaschine die mit einem solchen Verfahren gesteuert wird. Aus der US 2005 / 0172939 A1 ist eine Einrichtung zum Verhindern eines befeuerten Rückwärtsbetriebs einer Brennkraftmaschine bekannt.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Motorradmotors mit hoher Verdichtung und geringer Massenträgheit, insbesondere im Vergleich zu einer Brennkraftmaschine für ein Automobil, erläutert, dies ist nicht als eine Beschränkung der Erfindung auf eine derartige Anwendung zu verstehen.
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Bei einem solchen Motorradmotor kann das Problem auftreten, dass dieser, beziehungsweise dessen Kurbelwelle, durch eine Fehlsteuerung beim Abstellen entgegen seiner eigentlichen Arbeitsrichtung läuft. Bei dieser Fehlsteuerung wird Frischluft durch die Abgasanlage angesaugt und als Abgas über die Luftzuführung wieder ausgestoßen, weiter kann es dabei zu einer Beschädigung des Motorradmotors kommen. Die Fehlsteuerung kann dadurch verursacht sein, dass der in einem Zylinder bewegliche Hubkolben, welcher mit der Kurbelwelle kinematisch zwangsgekoppelt ist, kurz vor seinem oberen Totpunkt, also noch in der Aufwärtsbewegung zu diesem oberen Totpunkt hin, zum Stillstand kommt. Bei dieser Aufwärtsbewegung hat der Hubkolben Luft im Zylinder komprimiert, welche nun als Gasfeder wirkt und eine Kraft auf den Hubkolben entgegen seiner vorherigen Bewegungsrichtung ausübt. Übersteigt diese Kraft einen bestimmten Wert, wird der Hubkolben so schnell Richtung unterem Totpunkt bewegt, dass die Kurbelwelle entgegen ihrer Arbeitsrichtung dreht und weiter kann es zur Entflammung eines bereits im Zylinder befindlichen Brennstoffluftgemisches kommen. Die US 2005 / 0172939 A1 schlägt ein System zum Verhindern einer solchen Fehlsteuerung vor. Die
DE 10 2006 000 076 A1 befasst sich mit einer Steuerungsvorrichtung und einem Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren mit verbesserter Zuverlässigkeit zum Abstellen einer Brennkraftmaschine anzugeben, sowie eine Brennkraftmaschine die mit einem solchen Verfahren betrieben wird. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, sowie durch eine mit diesem Verfahren betriebene Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 5 gelöst.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer Brennkraftmaschine eine thermische Kraftmaschine mit innerer Verbrennung zu verstehen. Insbesondere eine Brennkraftmaschine in Hubkolbenbauweise, also mit wenigstens einem Zylinder oder einer Vielzahl von Zylindern, in welchen jeweils ein Hubkolben zwischen einem oberen und einem unteren Totpunkt hin und her bewegbar ist. Diese Totpunkte bilden dabei die Umkehrpunkte einer Bewegung, welche der Hubkolben im Zylinder ausführt. Ein solcher Totpunkt ist also dadurch gekennzeichnet, dass an diesem die Geschwindigkeit des Hubkolbens bei laufender Brennkraftmaschine gleich Null ist.
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Bei der planmäßigen Bewegung des Hubkolbens bewegt sich dieser zunächst, ausgehend vom unteren Totpunkt auf den oberen Totpunkt zu und nach Erreichen des oberen Totpunkts bewegt sich der Hubkolben vom oberen Totpunkt in Richtung auf den unteren Totpunkt zu und vom oberen Totpunkt weg. Brennkraftmaschinen mit einem solchen Bewegungsschema sind, bezogen auf deren Betriebsweise, als sogenannter Viertaktmotor bekannt. Weiter ist eine solche Brennkraftmaschine insbesondere nach dem Diesel- oder Ottoprinzip betreibbar und kann dementsprechend als sogenannter Diesel- oder Ottomotor bezeichnet werden.
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In einer solchen Brennkraftmaschine wird in dem oder in den Zylindern Kraftstoff verbrannt und durch die Verbrennung wird der oder werden die Hubkolben der Brennkraftmaschine in Bewegung versetzt. Zum Abstellen der Brennkraftmaschine wird die Verbrennung des Kraftstoffs unterbunden und der wenigstens eine Hubkolben kommt dadurch zum Stillstand (Geschwindigkeit = 0, Beschleunigung = 0).
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem Abstellverfahren für die Brennkraftmaschine ein Verfahren zu verstehen, bei welchem die Brennkraftmaschine abgestellt wird, dass also die Verbrennung von Kraftstoff in dem oder in den Zylindern gestoppt wird und weiter kommt dadurch der oder die Hubkolben zum Stillstand. Mit dem Stoppen der Verbrennung von Kraftstoff ist nicht das für solche Brennkraftmaschinen übliche diskontinuierliche Verbrennen von Kraftstoff angesprochen, sondern insbesondere das Stoppen der Verbrennung, so dass die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zum Stillstand kommt.
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Im Sinne der Erfindung ist unter dem Zylinder der Brennkraftmaschine eine Ausnehmung in einem sogenannten Kurbelgehäuse oder Motorblock zu verstehen, wobei der Zylinder zur Aufnahme eines der Hubkolben oder des Hubkolbens eingerichtete ist. Durch die Bewegung des Hubkolbens in dem Zylinder kann in diesem Luft, beziehungsweise ein Brennstoffluftgemisch, verdichtet werden. Insbesondere durch diese Verdichtung wirkt eine Kraft, bei der Aufwärtsbewegung, also bei der Bewegung des Hubkolbens ausgehend vom unteren Totpunkt hin zum oberen Totpunkt, auf den Hubkolben entgegen seiner Bewegungsrichtung. Weiter ist, insbesondere zum Entflammen des verdichteten Brennstoffluftgemischs, eine elektrische Zündvorrichtung vorgesehen.
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Im Sinne der Erfindung ist unter der elektrischen Zündvorrichtung eine Vorrichtung zu verstehen, die dazu eingerichtet ist, Kraftstoff in dem Zylinder zu entflammen, insbesondere mittels eines Zündfunkens zu entflammen, wobei dieser Vorrichtung elektrische Energie zum Entflammen des Kraftstoffs zuführbar ist. Eine solche Zündvorrichtung weist eine elektrische Zündeinrichtung, vorzugsweise eine sogenannte Zündkerze auf und weiter vorzugsweise weist die Zündvorrichtung einen Zündenergiespeicher auf, vorzugsweise eine Zündspule. Weiter vorzugsweise weist eine solche Zündspule eine Primär- und eine Sekundärwicklung auf und bevorzugt weist die Zündvorrichtung weitere elektronische Steuerungsbauteile auf. Aus dem Stand der Technik ist die Verwendung einer derartigen Zündvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt. Der Kern der Erfindung ist dabei nicht die elektrische / elektronische Ausgestaltung der Zündvorrichtung, sondern vielmehr ein Verfahren zu deren Betrieb.
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Zum Abstellen der Brennkraftmaschine, also zur planmäßigen Beendigung der Verbrennung von Kraftstoff in wenigstens einem solchen Zylinder, wird ein kraftfahrzeuginterner oder ein fahrerinitiierter Steuerbefehl, also ein Abstellbefehl, vorgegeben. Unter einem kraftfahrzeuginternen Steuerbefehl ist dabei insbesondere ein Befehl zu verstehen, wie dieser vorzugsweise aufgrund einer bestimmten Fahrsituation von einem elektronischen Steuergerät vorgegeben ist. Insbesondere ist darunter ein sogenannter automatisierter Start/Stopp, beziehungsweise eine Motorstartstoppautomatik (MSA) zu verstehen. Mittels einer MSA ist es insbesondere ermöglicht, beim Anhalten nach einer kurzen Stillstandsphase des Kraftfahrzeugs einen Abstellbefehl auszugeben. Kraftfahrzeuge mit MSA sind aus dem Stand der Technik bekannt. In diesem Sinn ist unter einem fahrerinitiierten Steuerbefehl insbesondere ein durch einen Fahrzeugbediener, vorzugsweise den Fahrzeugfahrer, vorgegebener Steuerbefehl zum Abstellen der Brennkraftmaschine zu verstehen.
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Nach dem Erfassen des Abstellbefehls wird also die Brennkraftmaschine abgestellt und damit die Verbrennung von Kraftstoff in der Brennkraftmaschine unterbrochen. Es kann in einem solchen Fall zu der Konstellation kommen, dass ein solcher Hubkolben in einem Bereich, insbesondere kurz, vor Erreichen des oberen Totpunktes zum Stillstand kommt. Der Hubkolben hat also den oberen Totpunkt, ausgehend von seiner Bewegung vom unteren Totpunkt noch nicht erreicht, durch die Zündvorrichtung wird dennoch ein Zündfunken bereitgestellt, welcher den Kraftstoff entflammt und dieses Entflammen führt zu einer Abwärtsbewegung des Hubkolbens in Richtung auf den unteren Totpunkt zu, obwohl der Hubkolben den oberen Totpunkt noch nicht erreicht hatte, insbesondere diese Konstellation führt zu einer Drehung der Kurbelwelle entgegen ihrer planmäßigen Drehrichtung.
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Zum Vermeiden einer solchen unterwünschten Bewegung des Hubkolbens (Fehlsteuerung) wird, wenigstens nach dem Erfassen des Abstellbefehls oder vorzugsweise während der gesamten Betriebszeit die augenblickliche Position des Hubkolbens im Zylinder, also die sogenannte Momentanposition, erfasst. Zusätzlich wird die Momentangeschwindigkeit, also die Geschwindigkeit des Hubkolbens an der Momentanposition bestimmt. Weiter wird, vorzugsweise aus dem zeitlichen Verlauf der Momentangeschwindigkeit oder bevorzugt mittels einer Messung, die Momentanbeschleunigung, also die auf den Hubkolben an der Momentanposition wirksame Beschleunigung in seiner Bewegungsrichtung zwischen dem unteren und dem oberen Totpunkt, bestimmt. Diese Größen (Momentanposition, Momentangeschwindigkeit, Momentanbeschleunigung) können als Bewegungsgrößen des Hubkolbens verstanden werden. Aus allen oder einzelnen dieser Bewegungsgrößen kann, insbesondere unter Berücksichtigung von Widerständen innerhalb der Brennkraftmaschine, ein Anhaltebereich für den Hubkolben bestimmt werden.
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Weiter ist es ermöglicht, die Momentanposition, die Momentanbeschleunigung sowie die Momentangeschwindigkeit an einem oder mehreren Bauteilen zu bestimmen, welche zwangsläufig mit dem Hubkolben verbunden sind. Solche zwangsläufig mit dem Hubkolbenverbundene Motorkomponenten können insbesondere eine Kurbelwelle, ein Pleuel zu Verbindung des Kubkolbens mit der Kurbelwelle, eine Nockenwelle oder Bauteile zur Bewegungsübertragung zwischen diesen zuvor genannten Bauteilen sein.
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Im Sinne der Erfindung ist unter dem Anhaltebereich der Bereich des Zylinders zu verstehen, in welchem der Hubkolben nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine zum Stillstand kommt, für den also gilt, Momentangeschwindigkeit = Null und Momentanbeschleunigung = Null. Dabei ist ein Anhaltebereich des Hubkolbens, welcher in einem Bereich der Abwärtsbewegung des Hubkolbens liegt, welcher also in einem Bereich liegt, in welchem sich der Hubkolben planmäßig vom oberen Totpunkt auf den unteren Totpunkt zu bewegt, als tendenziell unkritisch zu bewerten. Und in einem Fall, in dem der Anhaltebereich des Hubkolbens in einem Bereich der Aufwärtsbewegung liegt, welcher also in einem Bereich liegt, in welchem sich der Hubkolben planmäßig vom unteren Totpunkt auf den oberen Totpunkt zubewegt, ist als tendenziell kritisch zu bewerten.
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Durch das vorgeschlagene Verfahren ist also eine Vorausschau auf den Anhalteort des Hubkolbens im Zylinder ermöglicht. Bildlich ausgedrückt ist der Ort, an welchem der Hubkolben im Zylinder zum Stillstand kommen wird, durch das vorgeschlagene Verfahren schon zu einem Zeitpunkt bekannt, während dem sich die Kurbelwelle oder der Hubkolben noch bewegt. Basierend auf dieser Vorausschau wird das Abstellverfahren gesteuert. Insbesondere umfasst das Abstellverfahren also eine Prädiktion des Anhalteorts des Hubkolbens im Zylinder.
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Weiter wird vorgeschlagen, in einem Fall, in welchem der vorausbestimmte Anhaltebereich des Hubkolbens in der Aufwärtsbewegung des Hubkolbens liegt, also in einem Bereich, in welchem sich der Hubkolben im planmäßigen Betrieb der Brennkraftmaschine ausgehend vom unteren Totpunkt des Hubkolbens auf den oberen Totpunkt des Hubkolbens zu bewegt, insbesondere wenn bei dieser Bewegung Luft im Zylinder verdichtet wird (Bezogen auf einen Viertaktmotor sogenannter Kompressionshub), die Energiezuführung an die Zündvorrichtung zu unterbrechen, vorzugsweise unmittelbar zu unterbrechen und vorzugsweise wenigstens vor dem Stillstand des Hubkolbens zu unterbrechen. Vorzugsweise wird die Energiezuführung wenigstens eine halbe Umdrehung, bezogen auf die Kurbelwelle mit welcher der Hubkolben zwangsläufig gekoppelt ist, vor dem Erreichen des Anhaltebereichs unterbrochen, vorzugsweise wenigstens eine Umdrehung und besonders bevorzugt mehrere Umdrehungen vor dem Erreichen des Anhaltebereichs. Insbesondere durch diese Unterbrechung der Energiezuführung ist eine unplanmäßige Bewegung des Hubkolbens (Fehlsteuerung) verhinderbar und damit ist ein besseres Abstellverhalten der Brennkraftmaschine erreichbar.
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Der Hubkolben ist insbesondere mit der sogenannten Kurbelwelle kinematisch zwangsläufig gekoppelt, vorzugsweise über ein sogenanntes Pleuel. Eine Drehbewegung dieser Kurbelwelle führt zu einer Bewegung des Hubkolbens im Zylinder. Für die nachfolgende Betrachtung gilt insbesondere folgende Annahme, dass ein Kurbelwellenwinkel, also eine Drehstellung der Kurbelwelle, einen Nullpunkt hat, wenn sich der Hubkolben am oberen Totpunkt befindet, und vorzugsweise werden bei dieser Betrachtung die Winkelgrade in der planmäßigen Drehrichtung der Kurbelwelle positiv gezählt. Weiter vorzugsweise ist über einen Steuertrieb wenigstens eine sogenannte Nockenwelle mit der Kurbelwelle und damit mit dem Hubkolben zwangsläufig gekoppelt.
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Unter dieser Annahme bewegt sich der Hubkolben in einem Winkelbereich der Kurbelwelle von 0° bis 180° vom oberen Totpunkt in Richtung auf den unteren Totpunkt zu, der Hubkolben bewegt sich dort also in einer Abwärtsbewegung und in einem Winkelbereich von 180° bis 360° bewegt sich der Hubkolben vom unteren Totpunkt in Richtung auf den oberen Totpunkt zu und befindet sich dort in einer Aufwärtsbewegung. Insbesondere gemäß dieser Definition des Kurbelwellenwinkels liegt der obere Totpunkt bei exakt 0° und der untere Totpunkt bei 180°.
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In einer bevorzugt Ausführungsform der Erfindung wird zur Bestimmung der Momentanposition des Hubkolbens der Kurbelwellenwinkel, also die Drehstellung der Kurbelwelle, herangezogen, vorzugsweise wird der Kurbelwellenwinkel gemessen. Eine derartige mittelbare Bestimmung der Momentanposition ist ermöglicht, da der Hubkolben mit der Kurbelwelle kinematisch zwangsläufig gekoppelt ist, vorzugsweise mittels des sogenannten Pleuels gekoppelt ist. Insbesondere für die Messung des Kurbelwellenwinkels ist häufig bereits ein Sensor in der Brennkraftmaschine vorhanden, so dass diese Messung besonders einfach durchführbar ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei der Bestimmung der Momentanposition die Zeit mit berücksichtigt, so dass die Momentangeschwindigkeit des Hubkolbens, also die Geschwindigkeit des Hubkolbens im Zylinder, oder einer mit dem Hubkolben zwangsläufig gekoppelten Motorkomponente bestimmt wird. Vorzugsweise wird aus dieser Momentangeschwindigkeit die Momentanbeschleunigung des betrachteten Bauteils abgeleitet, vorzugsweise wird die Momentanbeschleunigung unmittelbar mittels eines Beschleunigungssensors gemessen. Vorzugsweise wird die Momentanbeschleunigung aus der Momentangeschwindigkeit berechnet. Insbesondere durch die Kenntnis der Momentanbeschleunigung, der Momentangeschwindigkeit an der Momentanposition ist eine besonders gute Steuerung, in Bezug auf das Abstellen der Brennkraftmaschine, ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird wenigstens eine dieser Bewegungsgrößen (Momentanposition, Momentangeschwindigkeit, Momentanbeschleunigung), vorzugsweise zwei und besonders bevorzugt alle drei mit einer sogenannten Grenzwertbewegungsgröße verglichen. Dabei ist diese Grenzwertbewegungsgröße so gewählt, dass, wenn die mit dieser verglichene Bewegungsgröße (Momentanposition, Momentangeschwindigkeit, Momentanbeschleunigung), der Grenzwertbewegungsgröße entspricht, der Hubkolben am oberen Totpunkt, oder vorzugsweise wenigstens im Bereich des oberen Totpunkts, zum Stillstand kommt. Dabei kann die Grenzwertbewegungsgröße aus Versuchen ermittelt oder rechnerisch bestimmt werden.
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Ein Grundgedanke der Erfindung ist es, die Anhalteposition des Hubkolbens beim Abstellen der Brennkraftmaschine voraus zu bestimmen, dies ist auch mittels einer Energiebetrachtung ermöglicht. Insbesondere wenn die Momentanposition des Hubkolbens oder einer mit diesem zwangsläufig gekoppelten Motorkomponente und die Momentangeschwindigkeit dieses Bauteils bekannt sind dann ist aus der Momentanbeschleunigung bestimmbar, an welchem Ort der Hubkolben zum Stillstand kommen wird (Anhaltebereich). Dieser Ort ist wie dargelegt auch mittels einer Energiebetrachtung ermittelbar. Insbesondere wenn der vorausberechnete Anhaltebereich des Hubkolbens vor dem oberen Totpunkt aber nach dem unteren Totpunkt, bezogen auf den Kurbelwellenwinkel also in einem Bereich zwischen 180° und 360°, liegt, wird die Energieversorgung zur Zündvorrichtung unterbrochen und somit ist verhinderbar, dass es zu einer unplanmäßigen Zündung und dem Rückwärtsdrehen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine kommt.
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Weiter ist eine Brennkraftmaschine vorgesehen, welche nach dem zuvor genannten Verfahren beim Abstellen dieser betreibbar ist. Die Brennkraftmaschine weist dazu ein, vorzugsweise elektronisches, Steuergerät auf, auf welchem, insbesondere auf einem Datenspeicher dieses Steuergeräts, das beschriebene Verfahren in Form von computerausführbaren Anweisungen gespeichert ist. Weiter vorzugsweise ist die Brennkraftmaschine beim Abstellen durch dieses Steuergerät mit dem vorgeschlagenen Verfahren steuerbar.
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In einer bevorzugt Ausführungsform der Erfindung ist die Brennkraftmaschine als ein Motorradmotor ausgebildet. Insbesondere bei einem Motorradmotor tritt das Problem des Rückwärtsdrehens beim Abstellen der Brennkraftmaschine im Vergleich zu einem Automobilmotor eher oder häufiger auf. Dies ist insbesondere der Tatsache geschuldet, dass ein Motorradmotor in der Regel eine höheren Verdichtung und eine geringeren Massenträgheit, gegenüber einem Automobilmotor, aufweist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Brennkraftmaschine mehrere Zylinder und Hubkolben auf, wobei wenigstens einer dieser Hubkolben oder mehrere oder alle durch das vorgeschlagene Verfahren überwacht werden beziehungsweise steuerbar sind.
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Nachfolgend ist die Erfindung und einzelne Merkmale dieser anhand der wenigstens teilweise schematisierten Figuren erläutert, dabei zeigt:
- 1: eine Schnittdarstellung einer mit dem Verfahren gesteuerten Brennkraftmaschine,
- 2: einen vereinfachten Ablaufplan des vorgeschlagenen Verfahrens,
- 3: Diagramme bezüglich der Momentanposition, Momentangeschwindigkeit und Momentanbeschleunigung.
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Im Zylinder 1 ist der Hubkolben 2 aufgenommen, dieser ist über das Pleuel 4 mit der Kurbelwelle 3 zwangsläufig verbunden. Zur Zündung eines über die Einlassseite 6 dem Zylinder 1 zugeführten Brennstoffluftgemisches ist die Zündkerze 5 vorgesehen, welche Teil der Zündvorrichtung (nicht weiter dargestellt) ist. Das verbrannte Brennstoffluftgemisch wird über die Auslassseite 7 aus dem Zylinder 1 ausgestoßen.
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Der Hubkolben 2 bewegt sich zwischen dem oberen Totpunkt OT und dem unteren Totpunkt UT hin und her. Die Bewegungsrichtung vom unteren Totpunkt UT zum oberen Totpunkt OT wird dabei als Aufwärtsbewegung 8 und die umgekehrte Bewegungsrichtung als Abwärtsbewegung 9 bezeichnet. Im planmäßigen Betrieb rotiert die Kurbelwelle 3, angetrieben durch den Hubkolben 2 in der planmäßigen Drehrichtung 10.
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Definitionsgemäß liegt der Nullpunkt 11 dieser Drehbewegung der Kurbelwelle 3 an der Stelle, an welcher der Hubkolben 1 den oberen Totpunkt OT erreicht hat, weiter werden in Drehrichtung 10 die Winkelgrade positiv gezählt. Entsprechend dieser Definition führt der Hubkolben 2 im Zylinder 1 für den Winkelbereich der Kurbelwelle von 0° bis 180 ° eine Abwärtsbewegung 9 aus und im Winkelbereich von 180° bis 360 ° eine Aufwärtsbewegung 8.
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Ohne das vorgeschlagene Verfahren kann es zu einer Fehlsteuerung der Brennkraftmaschine beim Abstellen kommen, bei welcher der Hubkolben 2 beim Abstellen vor dem oberen Totpunkt OT und nach dem unteren Totpunkt UT, also insbesondere in einem Winkelbereich von 180° bis 360°, bezogen auf die Kurbelwelle 3, zum Stillstand kommt. Die Fehlsteuerung tritt dann durch eine Entflammung des noch im Zylinder 1 befindlichen Kraftstoffs durch die Zündkerze 5 auf. Die Kurbelwelle 3 wird dann entgegen der planmäßigen Drehrichtung 10 in die Drehrichtung 12 angetrieben. Dabei kann schon eine einzige Zündung in dem Zylinder 1 bei einer Fehlsteuerung ausreichend sein, um die Brennkraftmaschine zu schädigen.
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Die ungewollte Zündung des Brennstoffluftgemisches (Fehlsteuerung) ist zu dem Zeitpunkt, an dem der Hubkolben 2 im Zylinder 1 zum Stillstand kommt, häufig nicht mehr verhinderbar, da in der Zündvorrichtung eine Zündspule vorgesehen sein kann, welche eine Primärspule und eine Sekundärspule aufweist. Beim Zusammenbrechen der Spannung in der Primärspule wird in der Sekundärspule ein Strom induziert, welcher letztlich die ungewollte Zündung, Zündfunken an der Zündkerze 5, hervorruft.
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Mit dem vorgeschlagenen Verfahren wird nun beim Abstellen der Brennkraftmaschine auf den Ort, an dem der Hubkolben 2 im Zylinder 1 zum Stillstand kommt wird, vorausgeblickt (Prediktion des Anhaltebereichs). Befindet sich der Anhalteort (Anhaltebereich) des Hubkolbens, bezogen auf die Drehstellung der Kurbelwelle 3 in einem Winkelbereich dieser zwischen 180° und 360°, wird die Energieversorgung der Zündvorrichtung, vorzugsweise wenigstens eine halbe Umdrehung der Kurbelwelle 3, vor dem Stillstand des Hubkolbens 2 im Zylinder 1 unterbrochen. Mit dieser vorausschauenden Unterbrechung der Energieversorgung der Zündvorrichtung ist verhinderbar, dass es beim Abstellen zum Rückwärtsdrehen der Kurbelwelle 3, also einer Drehung dieser in Richtung 12, kommt.
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Das vorgeschlagene Verfahren umfasst die Schritte:
- - 100, erfassen eines Abstellbefehls für die Brennkraftmaschine,
- - 200, bestimmen der Bewegungsgrößen des Hubkolbens (Momentanposition, Momentangeschwindigkeit, Momentanbeschleunigung),
- - 300, bestimmen des Anhaltebereichs des Hubkolbens im Zylinder
- - 310, für den Fall, dass der Hubkolben, in Bezug auf die Drehstellung der Kurbelwelle, in einem Bereich zwischen 180° und 360° zum Stillstand kommen wird, unterbrechen der Energieversorgung der Zündvorrichtung
- - 320, für den Fall, dass der Hubkolben, in Bezug auf die Drehstellung der Kurbelwelle, in einem Bereich zwischen 0° und 180° zum Stillstand kommen wird, keine weitere Aktion
- - 400, Stillstand der Brennkraftmaschine.
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Durch das vorgeschlagene Verfahren ist die Gefahr, dass die Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine aufgrund einer Fehlsteuerung in die Gegenrichtung, also entgegen der planmäßigen Drehrichtung, dreht wenigstens verringert und somit ist eine verbesserte Brennkraftmaschine darstellbar.
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Mit anderen Worten ausgedrückt verfügt ein Kraftfahrzeug über eine digitale Motorelektronik und die Erfassung der Kurbelwellendrehzahl der Brennkraftmaschine erfolgt über einen Sensor, welcher ein mit der Kurbelwelle starr verbundenes Geberrad abtastet, auf dem Vertiefungen eingearbeitet sind und über deren zeitlichen Abstand die Drehzahl des Motors (Brennkraftmaschine) erfasst wird. Durch die Vermessung der Zeit zwischen Vertiefungen auf dem Geberrad kann erst festgestellt werden, dass sich die Kurbelwelle nicht mehr dreht, dies ist der Fall, wenn nach einer bestimmten Zeit keine Änderung im Signal des Sensors mehr festgestellt wird. Die Kurbelwelle einer solchen Brennkraftmaschine neigt dazu, je nach Position an welcher der Hubkolben seine Bewegung stoppt, aufgrund der Gasfeder rückwärts zu drehen. Dieses Rückwärtsdrehen kann erst erkannt werden, wenn sich die Kurbelwelle bereits wieder dreht. Üblicherweise wird ein Rückwärtsdrehen der Kurbelwelle über eine Plausibilisierung der Abstände zwischen zwei Vertiefungen festgestellt.
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Beim Abstellen der Brennkraftmaschine kann es daher fälschlicherweise zu einer Gemischtentflammung beim Rückwärtsdrehen der Kurbelwelle kommen, wodurch die Brennkraftmaschine befeuert rückwärts dreht. Zudem ist der Zeitpunkt an dem das Rückwärtsdrehen festgestellt wird zu spät, sodass die vorhandene Energie in der Zündspule nur durch einen Zündfunken abgebaut werden kann, was ebenfalls zu einer ungewollten Gemischentflammung führt. Ein befeuertes Rückwärtsdrehen des Motors kann bereits beim ersten Mal schwere Schäden an der Brennkraftmaschine und Komponenten verursachen.
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Über einen Kurbelwellenwinkel basierte Funktion wird mit Hilfe der Bewegungsgleichung bereits vor Erreichen des oberen Totpunktes durch den Hubkolben vorausberechnet, ob der Hubkolben diesen oberen Totpunkt überschreiten wird oder ob der Hubkolben vorher, also in seiner Aufwärtsbewegung, stoppt. Dazu wird insbesondere die Geschwindigkeit der Kurbelwelle kontinuierlich in eine Verzögerung umgerechnet und vorzugsweise mit einem Grenzwert verglichen. Dieser Grenzwert stellt vorzugsweise die Verzögerung dar, mit welcher die Kurbelwelle die Drehzahl 0 erreicht, wenn der entsprechende Hubkolben den oberen Totpunkt erreicht und insbesondere durch diese Vorausschau ist der Motor derart steuerbar, dass ein Rückwärtsdrehen der Kurbelwelle beim Abstellen verhinderbar ist.
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In 3 sind zwei unterschiedliche Szenarien beim Abstellen der Brennkraftmaschine dargestellt, in 3 a) ist ein Szenario dargestellt, bei dem der Hubkolben vor Erreichen des oberen Totpunkts zum Stillstand kommt, in einem solchen Fall könnte es, ohne das erfindungsgemäße Verfahren, zum Rückwärtsdrehen der Brennkraftmaschine kommen. In 3 b) ist ein Szenario dargestellt, bei dem der Hubkolben erst nach dem Erreichen des oberen Totpunkts zum Stillstand kommt. Der obere Totpunkt liegt bei 360° (Kurbelwellenwinkel) auf der Achse 30.
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Auf der Achse 30 ist der Kurbelwellenwinkel aufgetragen, dieser gibt Auskunft über die Momentanposition des Hubkolbens, da der Hubkolben mit der Kurbelwelle zwangsgekoppelt ist. Auf der Achse 31 ist die Beschleunigung der Kurbelwelle aKW aufgetragen, diese ist mit der Momentanbeschleunigung des Hubkobens verknüpft, da dieser - wie dargelegt - zwangsläufig gekoppelt ist. Auf der Achse 32 ist die Geschwindigkeit der Kurbelwelle vKW, diese ist aus den genannten Gründen mit der Momentangeschwindigkeit des Hubkobens verknüpft.
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In 3a) ist die Geschwindigkeit der Kurbelwelle durch den Graphen 20 repräsentiert. Es ist erkennbar, dass diese Geschwindigkeit auf 0 sinkt, die Kurbelwelle und damit der Hubkolben also zum Stillstand kommt, bevor der obere Totpunkt bei 360° Kurbelwellenwinkel erreicht ist. Die Momentanbeschleunigung der Kurbelwelle 21 wird mit der Grenzwertbeschleunigung der Kurbelwelle 22 verglichen. Dabei ist die Grenzwertbeschleunigung der Kurbelwelle, diese repräsentiert also die Grenzwertbewegungsgröße, als diejenige Beschleunigung definiert, welche nötig wäre, damit der Hubkolben am oberen Totpunkt zum Stillstand kommt. Die Momentanbeschleunigung der Kurbelwelle 21 übersteigt die Grenzwertbeschleunigung 22 im Schnittpunkt 23, ab diesem Schnittpunkt 23 wird die Energiezufuhr an die Zündvorrichtung unterbrochen.
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In 3b) ist ein Szenario dargestellt, bei welchem der Hubkolben den oberen Totpunkt überschreitet. Die Grenzwertbeschleunigung 22 liegt im gesamten betrachteten Bereich oberhalb der Momentanbeschleunigung 21 der Kurbelwelle.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinder
- 2
- Hubkolben
- 3
- Kurbelwelle
- 4
- Pleuel
- 5
- Zündkerze
- 6
- Einlassseite mit Einlassventil
- 7
- Auslassseite mit Auslassventil
- 8
- Aufwärtsbewegung des Hubkolbens
- 9
- Abwärtsbewegung des Hubkolbens
- 10
- Drehrichtung der Kurbelwelle im planmäßigen Betrieb
- 11
- Definierter Nullpunkt der Kurbelwelle
- 12
- Drehrichtung der Kurbelwelle beim Rückwärtsdrehen
- 20
- Kurbelwellengeschwindigkeit
- 21
- Momentanbeschleunigung der Kurbelwelle
- 22
- Grenzwertbeschleunigung der Kurbelwelle
- 23
- Schnittpunkt der Momentanbeschleunigung mit der Grenzwertbeschleunigung
- 30
- Achse für den Kurbelwellenwinkel
- 31
- Achse für die Beschleunigung der Kurbelwelle
- 32
- Achse für die Geschwindigkeit der Kurbelwelle
- 100
- Erfassen des Abstellbefehls
- 200
- Bestimmen der Momentanposition, Momentangeschwindigkeit, Momentanbeschleunigung (Bewegungsgrößen des Hubkolbens)
- 300
- Bestimmen des Anhaltebereichs aus den Bewegungsgrößen des Hubkolbens Anhaltebereich liegt in der Aufwärtsbewegungsrichtung des
- 310
- Hubkolbens, Energiezuführung zur Zündvorrichtung wird unterbrochen
- 320
- Anhaltenbereich liegt in der Abwärtsbewegungsrichtung des Hubkolbens
- 400
- Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ist im Stillstand (Momentanbeschleunigung = 0, Momentangeschwindigkeit = 0)
