DE602004012838T2 - Steuervorrichtung für verbrennungsmotor - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine und bezieht sich insbesondere auf eine Stopp- und Startsteuerung zum Stoppen einer Brennkraftmaschine in einer Stellung bzw. Winkelstellung, bei der die zum erneuten Starten erforderliche Energie minimal ist, sowie zur Verkürzung des Startvorgangs einer Brennkraftmaschine, indem einem spezifischen Zylinder zugeführter und darin eingeschlossener Kraftstoff beim Starten entflammt wird.
  • Es ist bereits eine Start-Stopp-Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen bekannt, bei der aus Gründen des Umweltschutzes, der Resourcen- und Energieeinsparung und dergleichen zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und des Abgasausstoßes im Leerlauf ein automatisches Abstellen einer (nachstehend vereinfacht auch als "Maschine" bezeichneten) Brennkraftmaschine bei einem Fahrzeugstillstand erfolgt, wobei die Brennkraftmaschine für eine Weiterfahrt des Fahrzeugs automatisch wieder gestartet wird, wenn im gestoppten Zustand eine Startinstruktion erhalten wird. Diese Steuerung wird auch als "Leerlaufstopp" oder dergleichen bezeichnet.
  • Bei einem solchen automatischen Leerlaufstopp hat sich eine Steuerung der Stoppstellung der Brennkraftmaschine zur Minimierung der zum erneuten Starten der Brennkraftmaschine erforderlichen Energie als sehr effektiv erwiesen, wobei die Minimierung der erforderlichen Startenergie einer Brennkraftmaschine den Vorteil hat, dass die nach einem Leerlaufstopp eingesetzte Starteranlage der Brennkraftmaschine wie z. B. ein Motorgenerator (MG) verkleinert und außerdem die Betriebslebensdauer einer Batterie durch Verringerung der benötigten elektrischen Energie verlängert werden können.
  • Zur Steuerung der Stoppstellung einer Brennkraftmaschine sind bereits Verfahren vorgeschlagen worden, bei denen eine Kraftstoffabschaltung erfolgt, wenn ein spezifischer Zylinder eine vorgegebene Kurbelwinkelstellung erreicht, oder bei denen die Brennkraftmaschine in einer vorgegebenen Stellung bzw. Winkelstellung zum Stillstand gebracht wird, indem ein Prädiktionswert eines Verdichtungsdrehmoments zum Stoppzeitpunkt der Brennkraftmaschine eingestellt und ein dem angenommenen Verdichtungsdrehmoment äquivalentes Gegendrehmoment zur Herstellung eines Gleichgewichts erzeugt werden.
  • Außerdem ist auch bereits eine Brennkraftmaschinen-Startvorrichtung vorgeschlagen worden, bei der der Starter nach einem Maschinenstopp in einer Normalrichtung gedreht und bei Erreichen einer Kurbelwinkel-Stoppstellung, bei der das Start- oder Anlaufdrehmoment eines Starters einen hohen Wert annimmt, die Kurbelwelle vor dem nächsten Starten der Brennkraftmaschine in Gegenrichtung bis zu einer Kurbelwinkel-Stoppstellung gedreht wird, bei der das Start- oder Anlaufdrehmoment einen geringen Wert annimmt, wodurch sich das Startverhalten der Brennkraftmaschine verbessern lässt. Dieses Verfahren ist aus der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 2000-283 010 bekannt.
  • Außerdem ist eine Brennkraftmaschinen-Startvorrichtung bekannt, bei der das Starten einer Brennkraftmaschine unterstützt wird, indem einem Zylinder während des Expansionstaktes bei einem Maschinenstopp zugeführter Kraftstoff verbrannt wird. Dieses Verfahren ist aus der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 2002-4 985 bekannt.
  • Bei dem Verfahren, bei dem eine Kraftstoffabschaltung für einen spezifischen Zylinder bei Erreichen des vorgegebenen Kurbelwinkels zum Stoppen der Brennkraftmaschine in der vorgegebenen Winkelstellung durchgeführt wird, kann jedoch der nach der Kraftstoffabschaltung bis zum tatsächlichen Stillstand der Brennkraftmaschine erfolgende Drehzahlabfall gewissen Schwankungen unterliegen, da die Belastung der Brennkraftmaschine durch Zusatzgeräte oder Hilfseinrichtungen und dergleichen bei der Kraftstoffabschaltung sowie die unmittelbar vor der Kraftstoffabschaltung vorliegende Maschinendrehzahl nicht immer konstant sind. Eine stets konstante Einsteuerung der Maschinenstoppstellung ist somit in der Praxis mit gewissen Schwierigkeiten verbunden.
  • Bei dem Verfahren zur Steuerung der Maschinenstoppstellung durch Ausgleichen des Verdichtungsdrehmoments beim Stoppen der Brennkraftmaschine ist dagegen einerseits eine genaue Prädiktion des Verdichtungsdrehmoments mit Schwierigkeiten verbunden, weil der Wert des Verdichtungsdrehmoments durch die über die Kolbenringe entweichende Luftmenge beeinflusst wird und auch von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängt. Andererseits ist ein großer Elektromotor mit entsprechend hohem Stromverbrauch erforderlich, da zum Ausgleich des Verdichtungsdrehmoments ein hohes Gegenmoment erzeugt werden muss.
  • Bei dem Verfahren, bei dem nach einem Abstellen der Brennkraftmaschine die Kurbelwelle unter Verwendung eines Elektromotors in eine Winkelstellung bewegt wird, bei der das Start- oder Anlaufdrehmoment einen geringen Wert annimmt, ist jedoch ebenfalls ein großer Elektromotor erforderlich, da nach dem Stoppen der Brennkraftmaschine ein hohes Drehmoment zum Drehen der Kurbelwelle erforderlich ist.
  • Andererseits kann allerdings bei einer unter Steuerung der Maschinenstoppstellung erfolgenden Startsteuerung der Brennkraftmaschine bereits ein geringes Drehmoment zum Starten ausreichen, sodass der nach einem Leerlaufstopp zum Starten der Brennkraftmaschine verwendete Motor in der vorstehend beschriebenen Weise verkleinert werden kann. Mit zunehmender Verkleinerung des Startermotors verringert sich jedoch auch das erzielbare Abtriebsmoment des Startermotors, was insofern problematisch ist, als sich hierdurch auch die Zeitdauer bis zum Abschluss des ersten Verbrennungsvorgangs in der Brennkraftmaschine verlängert.
  • Außerdem fällt das Drehmoment bei einer Verkleinerung des Startermotors mit zunehmenden Maschinendrehzahlen in erheblichem Umfang ab, was sich insbesondere bei Verwendung einer Niederspannungsbatterie von etwa 12 V bemerkbar macht. Auch wenn somit der Kolben eines im Verdichtungstakt befindlichen Zylinders mit Hilfe des über den Startermotor erfolgenden Antriebs den oberen Totpunkt des ersten Verdichtungstaktes überwinden kann, besteht die Gefahr, dass der Kolben den oberen Totpunkt des nächsten Verdichtungstaktes nicht mehr überwinden kann, da auf Grund des abnehmenden Abtriebsmoments des Startermotors bei zunehmenden Maschinendrehzahlen keine ausreichende Massenträgheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine mehr erzeugt werden kann. Im schlimmsten Falle kann der Motor hierbei im Bereich des oberen Totpunkts zum Stillstand kommen bzw. blockieren. Außerdem ist auch problematisch, dass eine längere Zeitdauer bis zur Beendigung des ersten Verbrennungsvorgangs vergehen kann, da die Bestimmung des Zylinders bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine eine erhebliche Zeit in Anspruch nimmt.
  • Weiterhin ist aus der EP-A-1 136 696 ein Motor bekannt, bei dem ein Kolben über eine Pleuelstange mit einer Kurbelwelle verbunden und eine Maschine vorgesehen sind, durch die die Drehbewegung des Motors derart verlangsamt wird, dass die Kurbelwelle sich in einer bestimmten Stellung befindet, wenn der Motor zum Stillstand kommt.
  • Die Erfindung ist unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Probleme konzipiert worden, wobei ihr die Aufgabe zu Grunde liegt, eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine anzugeben, durch die die Brennkraftmaschine mit geringem Energieaufwand in einer vorgegebenen Stoppstellung genau gestoppt werden kann. Weiterin liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine anzugeben, durch die sich ein frühzeitiger Selbstlauf bzw. Schnellstart der Brennkraftmaschine realisieren lässt.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Erfindung eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 1.
  • Bei der Steuervorrichtung gemäß Patentanspruch 1 werden bei einem Stoppen der Brennkraftmaschine eine Steuerung des Verbrennungsvorgangs in der Brennkraftmaschine sowie die Einsteuerung eines vorgegebenen Zustands der Massenträgheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine durchgeführt. Unter Verwendung der auf diese Weise gesteuerten Massenträgheits- bzw. Schwungenergie wird die Brennkraftmaschine dann in einer vorgegebenen Kurbelwinkelstellung zum Stillstand gebracht.
  • Da die Brennkraftmaschine mit Hilfe der gesteuerten Massenträgheits- bzw. Schwungenergie in der vorgegebenen Kurbelwinkelstellung gestoppt wird, ist zur Einsteuerung der Stoppstellung kein großer Energieaufwand erforderlich, sodass sich eine Verringerung des für die Stoppsteuerung erforderlichen Energieaufwands erzielen lässt. Da außerdem konstant ein vorgegebener Zustand der zur Stoppsteuerung dienenden Massenträgheits- bzw. Schwungenergie eingesteuert wird, kann die Brennkraftmaschine jederzeit in einer geeigneten Stellung bzw. Winkelstellung stabil gestoppt werden.
  • Die Trägheitsenergie-Steuereinheit kann hierbei die Drehzahl der Brennkraftmaschine derart steuern, dass sie im Bereich einer vorgegebenen Maschinendrehzahl liegt. Die Massenträgheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine hängt im allgemeinen von der Maschinendrehzahl ab und lässt sich somit durch entsprechende Steuerung der Maschinendrehzahl steuern. Indem die Maschinendrehzahl derart gesteuert wird, dass sie in einem vorgegebenen Bereich liegt, lässt sich somit die Massenträgheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine genau steuern.
  • Die Trägheitsenergie-Steuereinheit kann hierbei die Massenträgheits- bzw. Schwungenergie durch einen zum Antrieb der Brennkraftmaschine vorgesehenen Motor steuern. Durch Verwendung eines im Fahrzeug angeordneten Motors kann somit die Massenträgheits- bzw. Schwungenergie gesteuert werden. Bei einem sogenannten Sparbetriebs- oder Niedrigenergiefahrzeug mit einer Leerlaufstoppfunktion oder bei einem Hybridfahrzeug ist z. B. ein Motorgenerator vorgesehen, über den eine Antriebskraft auf die Welle bzw. Kurbelwelle der Brennkraftmaschine aufgebracht wird. Durch Verwendung eines solchen Motorgenerators kann somit die Massenträgheits- bzw. Schwungenergie gesteuert werden.
  • Die Verbrennungssteuereinheit kann hierbei einen Verbrennungsvorgang in der Brennkraftmaschine einleiten, während der Antrieb durch den Motor fortgesetzt wird, wenn eine Startanforderung an die Brennkraftmaschine in einem Zustand ergeht, bei dem die Maschinendrehzahl von dem Motor auf die vorgegebene Maschinendrehzahl eingesteuert wird. Wenn nämlich eine Aufforderung zum Starten der Brennkraftmaschine wie z. B. ein Startbefehl des Fahrzeugs ergeht, während der Motor bei einer automatischen Maschinenstoppsteuerung die Maschinendrehzahl für einen Leerlaufstopp steuert, kann der Verbrennungsvorgang in der Brennkraftmaschine zu deren erneutem Start wieder eingeleitet werden, während der Antrieb durch den Motor fortgesetzt wird. Auf diese Weise kann die Brennkraftmaschine bei Abgabe einer Startaufforderung auch während der Stoppsteuerung schnell wieder gestartet werden.
  • Die Stopp-Steuereinheit kann hierbei die Brennkraftmaschine in der vorgegebenen Kurbelwinkelstellung stoppen, indem die Brennkraftmaschine durch den zum Antrieb der Brennkraftmaschine vorgesehenen Motor mit einem Korrekturdrehmoment beaufschlagt wird. Beim Stoppen der Brennkraftmaschine in der vorgegebenen Kurbelwinkelstellung unter Verwendung der Massenträgheits- bzw. Schwungenergie kann auf diese Weise durch eine mit Hilfe des Motors erfolgende Zuführung einer Antriebskraft (Hilfskraft) oder Bremskraft die Genauigkeit der Stoppstellungssteuerung verbessert werden, falls dies erforderlich ist.
  • Ferner kann die Stopp-Steuereinheit die Brennkraftmaschine durch den zum Antrieb der Brennkraftmaschine vorgesehenen Motor mit einem Korrekturdrehmoment beaufschlagen, wenn die Brennkraftmaschine voraussichtlich nicht in der vorgegebenen Kurbelwinkelstellung gestoppt wird. Wenn nämlich die Brennkraftmaschine mit Hilfe der auf einen vorgegebenen Zustand eingesteuerten Massenträgheits- bzw. Schwungenergie voraussichtlich nicht in der vorgegebenen Kurbelwinkelstellung gestoppt werden kann, kann die Brennkraftmaschine auf diese Weise durch eine von dem Motor zusätzlich aufgebrachte Steuerkraft in der vorgegebenen Kurbelwinkelstellung zum Stillstand gebracht werden.
  • Außerdem kann die Steuervorrichtung der Brennkraftmaschine eine Detektionseinheit zur Erfassung der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine umfassen, wobei die Stopp-Steuereinheit ein Stoppen der Brennkraftmaschine unterbinden kann, wenn die Leerlaufdrehzahl einen vorgegebenen Wert überschreitet. Wenn die Leerlaufdrehzahl nämlich beim Stoppen der Brennkraftmaschine über einem vorgegebenen Wert liegt, vergrößert sich die Belastung des zur Steuerung der Massenträgheits- bzw. Schwungenergie dienenden Motors, sodass die Steuerung instabil wird. Durch Unterbindung des Stoppens der Brennkraftmaschine kann in einem solchen Fall eine fehlerhafte Stoppsteuerung vermieden werden.
  • Ferner kann die Steuervorrichtung der Brennkraftmaschine eine die Leerlaufdrehzahl erfassende Detektionseinheit aufweisen, wobei die Verbrennungssteuereinheit den Verbrennungsvorgang in der Brennkraftmaschine zur Anhebung der Maschinendrehzahl vor einem Stoppen des Verbrennungsvorgangs in der Brennkraftmaschine verstärken kann, wenn die Leerlaufdrehzahl unter dem vorgegebenen Wert liegt. Wenn nämlich die Leerlaufdrehzahl unter einem vorgegebenen Wert liegt, wird keine ausreichende Massenträgheits- bzw. Schwungenergie erhalten, sodass die Stoppsteuerung fehlschlagen kann. Die Brennkraftmaschine wird daher mit Hilfe der Massenträgheits- bzw. Schwungenergie erst zum Stillstand gebracht, nachdem die Drehzahl durch Verstärkung der Verbrennung angehoben worden ist.
  • Ferner kann die Verbrennungssteuereinheit den Verbrennungsvorgang in der Brennkraftmaschine stoppen, wenn über die Trägheitsenergie-Steuereinheit eine Einsteuerung der Maschinendrehzahl auf die vorgegebene Maschinendrehzahl erfolgt. Wenn nämlich bei der Steuerung der Maschinendrehzahl durch den Motor die Verbrennungsvorgänge in der Brennkraftmaschine fortgesetzt werden, treten auf Grund der Verbrennungsvorgänge Drehzahländerungen auf, wodurch eine stabile Drehzahlsteuerung durch den Motor erschwert wird. Vorzugsweise wird daher die Massenträgheits- bzw. Schwungenergie in einem Zustand gesteuert, bei dem die Verbrennungsvorgänge in der Brennkraftmaschine beendet sind.
  • Außerdem kann die Steuervorrichtung der Brennkraftmaschine eine Einheit aufweisen, durch die Belastungen der Brennkraftmaschine verringert werden, wenn die Stopp-Steuereinheit eine Stoppsteuerung der Brennkraftmaschine durchführt. Wenn nämlich bei einer Stoppsteuerung die Brennkraftmaschine z. B. von einer Klimaanlage zusätzlich belastet wird, erhöht sich der zur Drehzahlsteuerung der Brennkraftmaschine erforderliche Energieaufwand, wobei die Steuerung auf Grund von Belastungsschwankungen instabil werden kann. Vorzugsweise werden daher bei der Durchführung der Stoppsteuerung Belastungen der Brennkraftmaschine möglichst gering gehalten.
  • Außerdem kann die Steuervorrichtung der Brennkraftmaschine folgende Einheiten umfassen: eine Start-Steuereinheit, die die Brennkraftmaschine durch den Motor bei einem Starten der Brennkraftmaschine antreibt, eine Beurteilungseinheit, die bei einem Stoppen der Brennkraftmaschine einen im Verdichtungstakt und/oder Expansionstakt befindlichen Zylinder durch eine Abschätzung ermittelt, eine Detektionseinheit, die den Zylinder erfasst, eine Zuführungseinheit, die dem Zylinder Kraftstoff zuführt, sowie eine Verbrennungseinheit, die beim Starten der Brennkraftmaschine den dem Zylinder zugeführten Kraftstoff verbrennt.
  • Auch bei dieser Steuervorrichtung kann die Brennkraftmaschine bei einem Maschinenstopp in einer vorgegebenen Kurbelwinkelstellung zum Stillstand gebracht werden, sodass auch hier die Möglichkeit besteht, die Brennkraftmaschine in einer Kurbelwinkelstellung zu stoppen, die ein möglichst leichtes Starten der Brennkraftmaschine ermöglicht.
  • Außerdem kann die Steuervorrichtung die bei einem Maschinenstopp im Verdichtungstakt und/oder Expansionstakt befindlichen Zylinder bestimmen und erfassen. Auf der Basis des erhaltenen Ergebnisses kann dann bei der Ausführung der Stoppsteuerung zu einem optimalen Zeitpunkt dem erfassten Zylinder Kraftstoff zugeführt werden. Da das in den Zylinder eingeführte Gemisch zu diesem Zeitpunkt durch die von dem Zylinder erhaltene Wärmeenergie gut zerstäubt und homogenisiert wird, ist es leicht entflammbar.
  • Bei einem erneuten Starten der Brennkraftmaschine können somit der dem im Verdichtungstakt befindlichen Zylinder und/oder dem im Expansionstakt befindlichen Zylinder bereits zugeführte Kraftstoff mit Hilfe einer Zündeinrichtung entflammt und die Brennkraftmaschine sofort gestartet werden. Auf diese Weise kann die bis zum ersten Verbrennungsvorgang vergehende Zeitdauer verkürzt werden, sodass sich ein Schnellstart erzielen lässt. Da gleichzeitig ein Antrieb der Brennkraftmaschine durch den Motor und damit ein Andrehen oder Anwerfen erfolgt, können der erste und zweite Verdichtungstakt-Totpunkt leicht überwunden werden, sodass eine zuverlässige Durchführung des Maschinenstarts gewährleistet ist.
  • Bei einem sogenannten Sparbetriebsfahrzeug mit einer Leerlaufstoppfunktion oder bei Hybridfahrzeugen und dergleichen lässt sich somit bei einem Maschinenstart die Wartezeit verkürzen. Bei einem solchen Fahrzeug kann nämlich ein Schnellstart der Brennkraftmaschine erfolgen, da bei einem Starten der Brennkraftmaschine nach einem Leerlaufstopp bei dem durch den Motor (wie z. B. einen Motorgenerator oder dergleichen) erfolgenden Andrehen oder Anwerfen der Brennkraftmaschine gleichzeitig in dem ermittelten Zylinder ein Zündvorgang ausgelöst wird.
  • Für den nach dem durch die Zündung ausgelösten Anlaufen der Brennkraftmaschine noch über den Motor erfolgenden Andrehvorgang ist beim Starten der Brennkraftmaschine jedoch nur noch ein geringes Abtriebsmoment des Motors erforderlich, sodass die Erregungszeit des Motors verkürzt und der Stromverbrauch einer Stromversorgungseinheit (wie einer Batterie oder dergleichen) verringert werden können.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird von der Zuführungseinheit dem Zylinder der Kraftstoff über einen Einlaßkanal zugeführt oder direkt in den Zylinder eingeführt.
  • Wenn gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Zuführungseinheit die Kraftstoffzufuhr unmittelbar vor der Maschinenstoppsteuerung über den Einlaßkanal vornimmt, kann der Kraftstoff mit Hilfe einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung im Ansaugtakt in den Zylinder eingespritzt werden. Wenn dagegen die Zuführungseinheit den Kraftstoff direkt in den Zylinder einführt, kann der Kraftstoff über die Kraftstoffeinspritzeinrichtung während der Durchführung der Maschinenstoppsteuerung und/oder zum Zeitpunkt des Maschinenstopps und/oder zum Zeitpunkt des Maschinenstarts in den Zylinder eingespritzt werden.
  • Die vorgegebene Kurbelwinkelstellung kann hierbei eine Stoppstellung darstellen, bei der das beim Starten der Brennkraftmaschine erforderliche Drehmoment des Motors einen geringen Wert annimmt.
  • In diesem Fall kann die Brennkraftmaschine in einer Kurbelwinkelstellung gestoppt werden, bei der das beim Starten der Brennkraftmaschine erforderliche Drehmoment des Motors möglichst gering ist, wobei der vorgegebene Kurbelwinkel z. B. in einem Bereich von 90°CA bis 120°CA liegen kann.
  • Die Brennkraftmaschine kann auch in der vorgegebenen Kurbelwinkelstellung durch den Motor gestoppt werden, der die Maschinendrehzahl auf eine vorgegebene Maschinendrehzahl steuert.
  • Durch Übertragung der Antriebsdrehkraft des Motors auf die Brennkraftmaschine bei der vorgegebenen Maschinendrehzahl kann die Drehzahl im Bereich der vorgegebenen Maschinendrehzahl gehalten werden, sodass die Brennkraftmaschine in der vorgegebenen Kurbelwinkelstellung gestoppt werden kann, indem die Trägheits- oder Schwungenergie der Brennkraftmaschine anschließend konstant gehalten wird.
  • Die Zuführungseinheit kann auch dem Zylinder Kraftstoff zuführen, wenn sich der von der Detektionseinheit unmittelbar vor dem Stoppen der Brennkraftmaschine erfasste Zylinder im Ansaugtakt befindet.
  • Hierbei kann bei einem Maschinenstopp der Zylinder bestimmt und erfasst werden, wobei unmittelbar vor der Maschinenstoppsteuerung der Kraftstoff über die mit dem Einlaßkanal verbundene Kraftstoffeinspritzeinrichtung in den Zylinder eingespritzt werden kann, wenn bei dem Zylinder der Ansaugtakt erreicht wird.
  • Ferner kann die Start-Steuereinheit die Brennkraftmaschine durch Antrieb des Motors starten, wenn ein Erregerstrom des Motorgenerators beim Starten der Brennkraftmaschine einen vorgegebenen Wert überschreitet.
  • Wenn der dem Motor zugeführte Strom nicht in einem vorgegebenen Bereich liegt, besteht nämlich die Gefahr, dass das beim Starten der Brennkraftmaschine erforderliche Drehmoment des Motors unzureichend ist. Wenn somit in einem solchen Zustand ein Antrieb des Motors zum Starten der Brennkraftmaschine erfolgt, kann dies zu einem Blockieren des Motors führen. Wenn dagegen der dem Motor zugeführte Strom in einem vorgegebenen Bereich liegt, wird auch ein ausreichendes Drehmoment des Motors zum Starten der Brennkraftmaschine erhalten. Durch einen nur in diesem Zustand erfolgenden Antrieb des Motors ist somit gewährleistet, dass kein Blockieren des Motors auftritt und das Andrehen der Brennkraftmaschine durch den Motor zuverlässig ausgeführt wird. Das Starten der Brennkraftmaschine kann daher schnell und zuverlässig erfolgen, wenn zum Zeitpunkt des Maschinenstarts außer dem Einleiten einer Zündung bei dem im Expansionstakt befindlichen Zylinder und/oder dem im Verdichtungstakt befindlichen Zylinder das Andrehen der Brennkraftmaschine durch den Motor nur ausgeführt wird, wenn dem Motor ein ausreichender Erregerstrom zugeführt werden kann.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Beurteilungseinheit den im Verdichtungstakt und/oder Expansionstakt befindlichen Zylinder auf der Basis der bei Beendigung des durch den Motor erfolgenden Antriebs vorliegenden Maschinendrehzahl ermitteln. Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Beurteilungseinheit den im Verdichtungstakt und/oder im Expansionstakt befindlichen Zylinder auf der Basis der bei Beendigung des durch den Motor erfolgenden Antriebs vorliegenden Maschinendrehzahl und der Art des Taktes eines jeden Zylinders bei Beginn des durch den Motor erfolgenden Antriebs ermitteln. Hierbei kann die Beurteilungseinheit die Art des Taktes eines jeden Zylinders auf der Basis einer Nockenstellung des jeweiligen Zylinders spezifizieren.
  • Die wesentlichen Merkmale sowie die Verwendbarkeit und weitere Eigenschaften der Erfindung ergeben sich in größeren Einzelheiten aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, die in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen erfolgt. Es zeigen:
  • 1 eine Systemkonfiguration eines Fahrzeugs, bei dem eine erfindungsgemäße Stoppsteuerung einer Brennkraftmaschine erfolgt,
  • 2 ein schematisches Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung,
  • 3 eine schematische Darstellung der Konfiguration eines Kurbelwinkelsensors und eines Nockenwinkelsensors,
  • 4A bis 4D Ausgangssignalverläufe bei dem Kurbelwinkelsensor und dem Nockenwinkelsensor,
  • 5 ein Schaubild, das den Verlauf der Maschinendrehzahl bei einer Stoppsteuerung der Brennkraftmaschine veranschaulicht,
  • 6 ein Schaubild, das die Veränderung einer Kurbelwinkelstellung bei einer Stoppsteuerung der Brennkraftmaschine veranschaulicht,
  • 7 ein Ablaufdiagramm einer Stoppsteuerung der Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 8 ein Ablaufdiagramm einer Stoppsteuerung der Brennkraftmaschine gemäß einer ersten Anwendungsform des ersten Ausführungsbeispiels,
  • 9 ein Ablaufdiagramm einer weiteren Stoppsteuerung der Brennkraftmaschine gemäß der ersten Anwendungsform des ersten Ausführungsbeispiels,
  • 10 ein Ablaufdiagramm einer Stoppsteuerung der Brennkraftmaschine gemäß einer dritten Anwendungsform des ersten Ausführungsbeispiels,
  • 11 ein Ablaufdiagramm einer Stoppsteuerung der Brennkraftmaschine gemäß einer vierten Anwendungsform des ersten Ausführungsbeispiels,
  • 12 ein Schaubild, das den Verlauf der Maschinendrehzahl bei einer Stoppsteuerung der Brennkraftmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
  • 13 ein Ablaufdiagramm der Stoppsteuerung der Brennkraftmaschine gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
  • 14 ein Ablaufdiagramm einer Stoppsteuerung der Brennkraftmaschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
  • 15 eine schematische Darstellung einer Stoppsteuerung der Brennkraftmaschine gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 16 eine schematische Darstellung einer Startsteuerung der Brennkraftmaschine gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 17 ein Ablaufdiagramm der Stoppsteuerung der Brennkraftmaschine gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel,
  • 18 ein Ablaufdiagramm der Startsteuerung der Brennkraftmaschine gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel,
  • 19 eine schematische Darstellung einer Stoppsteuerung der Brennkraftmaschine gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 20 eine schematische Darstellung einer Startsteuerung der Brennkraftmaschine gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 21 ein Ablaufdiagramm der Stoppsteuerung der Brennkraftmaschine gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel,
  • 22 ein Ablaufdiagramm der Startsteuerung der Brennkraftmaschine gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel und
  • 23 ein Ablaufdiagramm einer Startsteuerung der Brennkraftmaschine gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben.
  • Konfiguration des Fahrzeugs
  • Zunächst wird die grundsätzliche Konfiguration eines Fahrzeugs näher beschrieben, bei dem die erfindungsgemäße Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine Verwendung findet. Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine ist hierbei für sogenannte "Sparbetriebsfahrzeuge", Hybridfahrzeuge und dergleichen konzipiert worden, die eine Leerlaufstoppfunktion aufweisen. Bei einem sogenannten "Sparbetriebsfahrzeug" handelt es sich um ein Fahrzeug, bei dem hauptsächlich zum Starten einer Brennkraftmaschine ein Elektromotor (Motorgenerator) vorgesehen ist und nach einem im Rahmen einer Leerlaufstoppsteuerung erfolgenden Stoppen der Brennkraftmaschine automatisch ein erneuter Start der Brennkraftmaschine durch den Motorgenerator erfolgt. Ein "Hybridfahrzeug" umfasst dagegen einen Triebstrang, bei dem eine Brennkraftmaschine und ein Motorgenerator als Antriebsquellen Verwendung finden. Bei einem Hybridfahrzeug werden die Brennkraftmaschine und der Motorgenerator in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand entweder gemeinsam oder separat verwendet, wobei ein gleichmäßiger Antrieb mit ausgezeichnetem Ansprechverhalten erzielt werden kann.
  • 1 zeigt die Systemkonfiguration eines Fahrzeugs 10 gemäß der Erfindung.
  • Wie in 1 dargestellt ist, umfasst das Fahrzeug 10 einen Gleichstrom-Starter 1, eine Brennkraftmaschine 2, einen Motorgenerator 3, der mit Hilfe einer von der Brennkraftmaschine 2 zugeführten Antriebskraft elektrische Energie erzeugt und außerdem beim Starten der Brennkraftmaschine 2 als Motoreinheit angetrieben werden kann, eine Motorsteuereinheit 4 zur Steuerung des Motorgenerators 3 und dergleichen, eine Stromversorgungseinheit 5 zum Austausch von elektrischer Energie mit dem Motorgenerator 3 und dergleichen über die Motorsteuereinheit 4, ein Stromversorgungskabel 6 zur jeweiligen Verbindung des Motorgenerators 3, der Motorsteuereinheit 4 und der Stromversorgungseinheit 5, ein Kraftübertragungssystem 7 zur Übertragung der von der Brennkraftmaschine 2 erzeugten Antriebskraft auf Fahrzeugräder sowie die Fahrzeugräder 8.
  • Nachstehend werden diese Einheiten unter Bezugnahme auf 1 jeweils näher beschrieben.
  • Der Gleichstrom-Starter 1 stellt einen Gleichstrommotor zum Starten der Brennkraftmaschine 2 dar und umfasst eine Welle, die beim Einschalten eines Zündschalters und Zuführung eines elektrischen Stroms von einer 12 V-Stromversorgungseinheit in Drehung versetzt wird. Durch die Drehung der Welle des Gleichstrom-Starters 1 wird dann eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 2 in Drehung versetzt und die Brennkraftmaschine 2 gestartet. Im einzelnen ist hierbei ein Ritzel an einem Ende der Welle des Gleichstrom-Starters 1 angeordnet, das mit einem Zahnkranz eines an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 2 angeordneten Schwungrads in Eingriff gebracht wird. Wenn somit der Gleichstrom-Starter 1 beim Starten der Brennkraftmaschine 2 von der 12 V-Stromversorgungseinheit mit Strom versorgt wird, wird das sich drehende Ritzel mit dem Zahnkranz des Schwungrades in Eingriff gebracht, wodurch das Schwungrad in Drehung versetzt wird. Hierdurch wird wiederum die mit einer vorgegebenen Anzahl von Kolben verbundene Kurbelwelle in Drehung versetzt, sodass die Brennkraftmaschine 2 durch diese Antriebsdrehkraft gestartet werden kann. Der Antrieb der Kurbelwelle zum Starten der Brennkraftmaschine 2 wird auch als "Andrehen" bzw. "Anwerfen" bezeichnet.
  • Die Brennkraftmaschine 2 stellt eine übliche Brennkraftmaschine zur Erzeugung einer Antriebsleistung durch Verbrennung eines (nachstehend vereinfacht als "Gemisch" bezeichneten) Luft-Kraftstoff-Gemisches in den Zylindern dar. Bei Brennkraftmaschinen lassen sich Benzin- oder Ottomotoren, bei denen Benzin als Kraftstoff (Ottokraftstoff) verwendet wird, Dieselmotoren, bei denen Leichtöl und dergleichen als Kraftstoff (Dieselkraftstoff) Verwendung findet, und dergleichen unterscheiden. In Bezug auf Ottomotoren lassen sich wiederum Viertakt-Ottomotoren, bei denen ein Verbrennungszyklus aus Ansaugtakt, Verdichtungstakt, Expansionstakt und Ausschubtakt besteht und im Rahmen von 2 Umdrehungen der Kurbelwelle zur Erzeugung einer Antriebsleistung erfolgt, und Zweitakt-Ottomotoren unterscheiden, bei denen ein Verbrennungszyklus im Rahmen einer Umdrehung der Kurbelwelle erfolgt. Bei dem Fahrzeug 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass es mit einer Brennkraftmaschine in Form eines Viertakt-Ottomotors ausgestattet ist.
  • 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen grundlegenden Aufbau der Brennkraftmaschine 2.
  • Ein an einem Zylinderkopf 12 ausgebildeter Einlaßkanal 24 wird von einem Einlaßventil 26 geöffnet und geschlossen, wodurch Ansaugluft über ein Saugrohr 28 in den Einlaßkanal 24 geführt wird. Das Saugrohr 28 ist mit einem Ausgleichsbehälter 30 versehen, wobei stromauf des Ausgleichsbehälters 30 eine Drosselklappe 32 angeordnet ist. Die Stellung (Drosselklappenöffnung TA) der Drosselklappe 32 wird von einem Elektromotor 34 eingestellt, wobei die hierbei erhaltene Drosselklappenöffnung TA von einem Drosselklappenöffnungssensor 36 erfasst wird.
  • Bei der Brennkraftmaschine 2 erfolgt eine sogenannte Einlaßkanaleinspritzung, bei der der Einlaßkanal 24 mit einem Kraftstoffeinspritzventil 14 versehen ist. Die in dem Einlaßkanal 24 befindliche Ansaugluft und der in den Einlaßkanal 24 dann eingespritzte Kraftstoff bilden ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, das in einen von einem Zylinderblock 16, einem Kolben 18 und dem Zylinderkopf 12 gebildeten Brennraum 20 geführt wird. Im oberen Bereich des Brennraums 20 ist eine Zündkerze 22 angeordnet, durch die das über den Einlaßkanal 24 eingeführte Gemisch entflammt wird. Dem Kraftstoffeinspritzventil 14 wird hierbei von einer (nicht dargestellten) Kraftstoff-Hochdruckpumpe über eine Zuführungsleitung 14a unter hohem Druck stehender Kraftstoff zugeführt, was eine Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum 20 über das Kraftstoffeinspritzventil 14 auch im letzten Abschnitt des Verdichtungstaktes ermöglicht. Der Kraftstoffdruck in der Zuführungsleitung 14a wird hierbei von einem Kraftstoffdrucksensor 14b erfasst.
  • Ein in dem Zylinderkopf 12 ebenfalls ausgebildeter Auslaßkanal 38 wird von einem Auslaßventil 40 geöffnet und geschlossen, wobei aus dem Brennraum 20 über den Auslaßkanal 38 ausgestoßenes Abgas über eine Abgasleitung 42, einen (nicht dargestellten) Abgasreinigungskatalysator und dergleichen in den Außenbereich abgeführt wird.
  • Die durch die Gemischverbrennung in der Brennkammer 20 erzeugte Hin- und Herbewegung des Kolbens 18 wird über eine Pleuelstange 44 in eine Drehbewegung der Kurbelwelle 46 umgesetzt. Von der Kurbelwelle 46 erfolgt dann über einen nicht dargestellten Drehmomentwandler und ein ebenfalls nicht dargestelltes Getriebe eine Kraftübertragung auf die Fahrzeugräder 8.
  • Außer dieser Wirkverbindung mit dem Kraftübertragungssystem ist ein Ende der Kurbelwelle 46 auch über eine elektromagnetische Kupplung 48 mit einer Riemenscheibe 50 verbunden (die nachstehend auch als "Kurbelwellen-Riemenscheibe" bezeichnet wird). Über die Riemenscheibe 50 kann mit Hilfe eines Riemens bzw. Keilriemens 52 eine gegenseitige Kraftübertragung in Bezug auf weitere drei Riemenscheiben 54, 56 und 58 erfolgen. Bei diesem Ausführungsbeispiel können über die Riemenscheibe 54 ein Antrieb eines Kompressors 60 für eine Klimaanlage und über die Riemenscheibe 56 ein Antrieb einer Servolenkungspumpe 62 erfolgen. Die weitere Riemenscheibe 58 (die nachstehend auch als "MG-Riemenscheibe" bezeichnet wird) ist mit dem Motorgenerator verbunden. Der Motorgenerator 3 hat einerseits die Funktion eines Generators zur Erzeugung elektrischer Leistung mit Hilfe der von der Brennkraftmaschine über die MG-Riemenscheibe 58 übertragenen Antriebskraft und andererseits die Funktion eines Motors zur Übertragung einer von dem Motorgenerator 3 erzeugten Antriebskraft über die MG-Riemenscheibe 58.
  • Ein im wesentlichen aus einem Mikrocomputer bestehendes Maschinensteuergerät 70 (Engine Control Unit, abgekürzt ECU), das nachstehend vereinfacht als Steuergerät (ECU) bezeichnet wird, umfasst eine Eingabe-Ausgabe-Einrichtung, eine Speichereinrichtung, eine Zentraleinheit (CPU) und dergleichen und dient zur Überwachung und Steuerung des gesamten Systems des Fahrzeugs 10. Von dem Steuergerät 70 wird auf der Basis der von jedem Sensor und dergleichen der Brennkraftmaschine 2 erhaltenen Eingangsinformationen ein optimaler Betriebszustand des Fahrzeugs 10 eingesteuert. Hierbei erfasst das Steuergerät 70 jeweils den von dem Kraftstoffdrucksensor 14b erhaltenen Kraftstoffdruck, die von dem Drosselklappenöffnungssensor 36 erhaltene Drosselklappenöffnung TA, die von einem in dem Motorgenerator 3 angeordneten Drehfrequenzsensor erhaltene Drehzahl des Motorgenerators, die Spannung oder den Stromwert der Stromversorgungseinheit 5 bei Lade- und Entladevorgängen, den Schaltzustand eines Zündschalters 72, die von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 74 erhaltene Fahrzeuggeschwindigkeit SPD, den von einem Fahrpedalstellungssensor 76 erhaltenen Betätigungswert eines Fahrpedals (Fahrpedalstellung ACCP), die Betätigung oder Nichtbetätigung eines Bremspedals mit Hilfe eines Bremsschalters 78, die von einem Maschinendrehzahlsensor 80 erhaltene Drehzahl der Kurbelwelle 46 (und damit die Maschinendrehzahl NE), die von einem Luftmengenmesser 82 erhaltene Ansaugluftmenge GA, die von einem Kühlwassertemperatursensor 84 erhaltene Kühlwassertemperatur THW der Brennkraftmaschine, die Betätigung oder Nichtbetätigung des Fahrpedals mit Hilfe eines Leerlaufschalters 86, einen Luft-Kraftstoffverhältnis-Messwert, der von einem in der Abgasleitung 42 angeordneten Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor 88 erhalten wird, die von einem Nockenwellensensor 92 erhaltene Drehstellung einer Nockenwelle sowie den von einem Kurbelwinkelsensor 90 erhaltenen Drehwinkel (Kurbelwinkel) der Kurbelwelle.
  • Auf der Basis der auf diese Weise erhaltenen Daten treibt das Steuergerät 70 den Elektromotor 34 zur Einstellung der Drosselklappenöffnung TA an und führt die zeitliche Steuerung der Kraftstoffeinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil 14 durch. Wenn ein automatischer Stoppzustand herbeigeführt wird, führt das Steuergerät 70 eine entsprechende Steuerung der Kraftstoffeinspritzung über das Kraftstoffeinspritzventil 14 zum automatischen Abstellen des Betriebs der Brennkraftmaschine 2 durch. Wenn dagegen ein automatischer Startzustand herbeigeführt wird, erfolgt über das Steuergerät 70 eine Steuerung der Drehbewegung der Kurbelwelle 46 mit Hilfe der über die Riemenscheibe 58, den Riemen bzw. Keilriemen 52, die Riemenscheibe 50 und die elektromagnetische Kupplung 48 übertragenen Antriebskraft des Motorgenerators 3 zum Starten der Brennkraftmaschine 2. Außerdem führt das Steuergerät 70 eine Steuerung des Zündzeitpunkts sowie weitere erforderliche Steuervorgänge durch.
  • Das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 90 wird dem Steuergerät (ECU) 70 zugeführt. Bei dem Kurbelwinkelsensor 90 handelt es sich um einen magnetischen Positionssensor oder dergleichen, der ein zu detektierendes Objekt (wie z. B. ein metallisches Objekt und dergleichen) erfassen kann und in einer vorgegebenen Position in der Nähe der Kurbelwelle 46 der Brennkraftmaschine 2 angeordnet ist. Hierbei ist ein Zahnrad mit am Außenrand ausgebildeten Vorsprüngen (Zähnen) und Vertiefungen (das nachstehend als "Signalrotor" bezeichnet wird) in einer vorgegebenen Position an der Kurbelwelle 46 angebracht, wobei der Kurbelwinkelsensor 90 zur Erfassung der Anzahl von Zähnen des Signalrotors in einer geeigneten Position angeordnet ist. Der Kurbelwinkelsensor 90 kann hierbei den Drehwinkel der Kurbelwelle 46 (der nachstehend als "Kurbelwinkel" bezeichnet wird) mit einer Auflösung von z. B. etwa 10° bis 30°CA erfassen. Bei einer Drehbewegung der Kurbelwelle 46 dreht sich auch der Signalrotor synchron mit der Kurbelwelle 46, wobei der Kurbelwinkelsensor 90 hierbei die Anzahl von Zähnen des Signalrotors erfasst und diese Information dem Steuergerät (ECU) 70 und dergleichen in Form eines Impulssignals zuführt. Das Steuergerät 70 zählt dann die von dem Kurbelwinkelsensor 90 abgegebenen Impulssignale und setzt sie in einen Kurbelwinkel um. Auf diese Weise wird der Kurbelwinkel von dem Steuergerät 70 und dergleichen erfasst. Der Kurbelwinkelsensor 90 ist direkt in der Brennkraftmaschine 2 angeordnet und kann somit den Kurbelwinkel in Form eines Absolutwinkels erfassen.
  • Da der Kurbelwinkelsensor 90 dem Steuergerät 70 und dergleichen bei der Erfassung eines Zahns des Signalrotors ein Impulssignal zuführt, wird das Impulssignal von dem Kurbelwinkelsensor 90 unabhängig von einer in Normalrichtung oder in Rückwärtsrichtung erfolgenden Drehbewegung der Kurbelwelle 46 stets in der gleichen Form abgegeben, sodass das Steuergerät 70 und dergleichen nicht feststellen können, ob eine Drehbewegung der Kurbelwelle 46 in der Normalrichtung oder in der Rückwärtsrichtung vorliegt.
  • Der Motorgenerator 3 ist mit der Kurbelwelle 46 über die Riemenscheibe 50, die Riemenscheibe 58 und den Riemen bzw. Keilriemen 52 verbunden. Hierbei wird entweder die mit der Kurbelwelle 46 verbundene Kurbelwellen-Riemenscheibe 50 oder die mit dem Motorgenerator 3 verbundene MG-Riemenscheibe 58 angetrieben, wodurch über den Riemen bzw. Keilriemen 52 eine Kraftübertragung erfolgt.
  • Der Motorgenerator 3 hat einerseits eine Funktion als Motor (Elektromotor) zur Erzeugung einer Antriebskraft bei Stromzufuhr von der nachstehend noch näher beschriebenen Stromversorgungseinheit 5 und andererseits eine Funktion als Generator (elektrischer Generator) zur Erzeugung einer EMK an einer Dreiphasenwicklung, wenn der Motorgenerator 3 von einer von den Fahrzeugrädern 8 erzeugten Antriebskraft in Drehung versetzt wird. In seiner Funktion als Elektromotor wird der Motorgenerator 3 durch elektrische Stromzufuhr von der Stromversorgungseinheit 5 in Drehung versetzt und überträgt dann eine Antriebskraft auf die Kurbelwellen-Riemenscheibe 50, durch die wiederum die Kurbelwelle 46 zum Starten der Brennkraftmaschine 2 in Drehung versetzt wird. Wenn der Motorgenerator 3 dagegen als elektrischer Generator betrieben wird, erfolgt die Übertragung einer Antriebskraft von den Fahrzeugrädern 8 über die Kurbelwelle 46 und die Kurbelwellen-Riemenscheibe 50 auf die motorgeneratorseitige MG-Riemenscheibe 58, durch die der Motorgenerator 3 in Drehung versetzt wird. Bei einer Drehbewegung des Motorgenerators 3 wird eine EMK in dem Motorgenerator 3 erzeugt, die von der Motorsteuereinheit 4 zur Zuführung von elektrischer Leistung zu der Stromversorgungseinheit 5 in einen Gleichstrom umgesetzt wird, durch den die Stromversorgungseinheit 5 aufgeladen wird.
  • Wie 1 zu entnehmen ist, ist ein Motorwinkelsensor 3a, der vorzugsweise ein in einem Messbereich angeordnetes Hallelement oder dergleichen aufweist, in einer vorgegebenen Position in dem Motorgenerator 3 angeordnet. Der Motorwinkelsensor 3a kann hierbei den Wellendrehwinkel des Motorgenerators 3 mit einer hohen Auflösung in Einheiten von im wesentlichen 7,5°CA erfassen. Wenn der Motorgenerator 3 durch Zuführung von elektrischem Strom von der Stromversorgungseinheit 5 angetrieben und in Drehung versetzt wird, erfasst der Motorwinkelsensor 3a somit den Drehwinkel der Welle. Im einzelnen ist der Motorwinkelsensor 3a bei jeder der 3 Phasen U, V und W vorgesehen, um den Wechselstrom in der jeweiligen U-Phase, V-Phase oder W-Phase erfassen zu können, wobei jeder dieser Motorwinkelsensoren 3a den jeweiligen Wechselstrom in der U-Phase, V-Phase und W-Phase erfasst und in ein Impulssignal umsetzt, das der Motorsteuereinheit 4 zugeführt wird.
  • Die Motorsteuereinheit 4 ist bei der Brennkraftmaschine 2 vorgesehen und mit dem Motorgenerator 3 und der Stromversorgungseinheit 5 jeweils über das Stromversorgungskabel 6 verbunden. Die Motorsteuereinheit 4 umfasst hierbei im wesentlichen einen Wechselrichter, einen Umrichter, einen Steuercomputer und dergleichen.
  • Der Wechselrichter setzt hierbei einerseits eine von der Stromversorgungseinheit 5 erhaltene hohe Gleichspannung zur Zuführung elektrischer Leistung zu dem Motorgenerator 3 in einen vorgegebenen Dreiphasen-Wechselstrom um und führt andererseits eine Umsetzung einer von dem Motorgenerator 3 erzeugten EMK (eines Dreiphasen-Wechselstroms) in einen zum Laden der Stromversorgungseinheit 5 geeigneten Gleichstrom durch.
  • Bei dem Umrichter handelt es sich um einen Gleichspannungswandler zur Umsetzung einer vorgegebenen Gleichspannung in eine andere vorgegebene Gleichspannung, d. h. der Umrichter setzt die Nennspannung (von z. B. 36 Volt) der Stromversorgungseinheit 5 auf eine vorgegebene Spannung (von z. B. 12 Volt) für den Antrieb von Hilfs- und Zusatzgeräten und dergleichen oder zum Laden einer 12 V-Stromversorgungseinheit des Fahrzeugs herab.
  • Der Steuercomputer steuert wiederum den Wechselrichter und den Umrichter, d. h. über den Steuercomputer werden einerseits das Antriebsdrehmoment und die Leistungserzeugung des Motorgenerators 3 optimal gesteuert und andererseits eine optimale Steuerung des Ladestroms für die Stromversorgungseinheit 5 zu deren Aufladung durchgeführt. Wenn der Motorgenerator 3 in seiner Funktion als Elektromotor betrieben wird, erfolgt über den Steuercomputer somit die Steuerung des Antriebsdrehmoments und der Leistungserzeugung des Motorgenerators 3 auf der Basis des von der Stromversorgungseinheit 5 zugeführten elektrischen Stroms, wobei der Motorgenerator 3 in seiner Funktion als Elektromotor auf einen optimalen Betriebszustand eingesteuert wird. Wenn dagegen der Motorgenerator 3 als elektrischer Generator betrieben wird, führt der Steuercomputer der Stromversorgungseinheit 5 einen vorgegebenen Gleichstrom auf der Basis der von dem Motorgenerator 3 erzeugten EMK zur Aufladung der Stromversorgungseinheit 5 zu.
  • Die Motorsteuereinheit 4 zählt hierbei die Anzahl der von dem vorstehend beschriebenen Motorwinkelsensor 3a abgegebenen Impulssignale und setzt den Zählwert in einen Wellendrehwinkel des Motorgenerators 3 um. Sodann setzt die Motorsteuereinheit 4 diesen Wellendrehwinkel auf der Basis des Drehzahlverhältnisses der Kurbelwellen-Riemenscheibe 50 und der MG-Riemenscheibe 58 in einen Kurbelwinkel um. Auf diese Weise kann die Motorsteuereinheit 4 den Kurbelwinkel mit einer hohen Auflösung in Einheiten von im wesentlichen 3°CA erfassen.
  • Mit Hilfe der Motorsteuereinheit 4 kann auch erfasst werden, ob sich die Welle des Motorgenerators 3 in der Normalrichtung oder in der Rückwärtsrichtung dreht, d. h. die Abgabe des Impulssignals für die jeweiligen Phasen U, V und W fällt in Abhängigkeit von einer Wellendrehung des Motorgenerators 3 in Normalrichtung und in Rückwärtsrichtung unterschiedlich aus. Wenn sich die Welle des Motorgenerators 3 in der Normalrichtung dreht, wird das Impulssignal der jeweiligen Phasen U, V und W entsprechend der Phasendifferenz derart abgegeben, dass zunächst das Impulssignal der U-Phase für eine vorgegebene Zeit abgegeben wird, woraufhin die Abgabe des Impulssignals der V-Phase und anschließend die Abgabe des Impulssignals der W-Phase jeweils für eine vorgegebene Zeitdauer erfolgen und dieser Zyklus periodisch wiederholt wird. Bei einer Wellendrehung des Motorgenerators 3 in der Rückwärtsrichtung erfolgt dagegen die Abgabe des Impulssignals für die jeweiligen Phasen U, V und W gegenläufig zu einer Drehung in der Normalrichtung, d. h. bei einer Wellendrehung des Motorgenerators 3 in der Rückwärtsrichtung wiederholen sich die Impulssignale jeweils in den vorgegebenen Zeiten periodisch in der Reihenfolge der W-Phase, V-Phase und U-Phase. Mit Hilfe der Motorsteuereinheit 4 lässt sich somit auf der Basis der zwischen den Impulssignalen bestehenden Phasendifferenz feststellen, ob sich die Welle des Motorgenerators 3 in der Normalrichtung oder der Rückwärtsrichtung dreht.
  • Die Stromversorgungseinheit 5 besteht aus einer Sekundärbatterie wie einer Bleibatterie oder einer Nickel-Metallhydridbatterie und befindet sich z. B. im hinteren Teil des Fahrzeugs 10, um eine bessere Raumausnutzung des Fahrzeugs 10 zu ermöglichen. Die Stromversorgungseinheit 5 kann z. B. eine Nennspannung von 36 V aufweisen und besitzt hohe Eingangs-Ausgangskennwerte bei der Inbetriebnahme des Motorgenerators 3 oder der Energierückgewinnung beim Bremsen des Fahrzeugs. Im einzelnen führt die Stromversorgungseinheit 5 den Zusatzgeräten und Hilfseinrichtungen, dem Motorgenerator 3 und dergleichen elektrischen Strom zu, wobei die Stromversorgung des Motorgenerators 3 im wesentlichen erfolgt, wenn sich das Fahrzeug 10 im Stillstand befindet. Während der Fahrt oder beim Bremsen des Fahrzeugs 10 wird die dann vom Motorgenerator 3 erzeugte EMK von der Motorsteuereinheit 4 in einen Gleichstrom umgewandelt und der Stromversorgungseinheit 5 zugeführt, sodass die Stromversorgungseinheit 5 aufgeladen werden kann.
  • Das Stromversorgungskabel 6 verläuft in der vorstehend beschriebenen Weise zwischen dem Motorgenerator 3 und der Motorsteuereinheit 4 sowie zwischen der Motorsteuereinheit 4 und der Stromversorgungseinheit 5 und dient somit zur Zuführung des Gleichstroms sowie zur Zuführung des Dreiphasen-Wechselstroms.
  • Das Kraftübertragungssystem 7 besteht im wesentlichen aus einem Drehmomentwandler, einer Sperrkupplung, einem Getriebe, einem Antriebsumschaltmechanismus und dergleichen und überträgt die von der Brennkraftmaschine 2 oder dem Motorgenerator 3 erzeugte Antriebskraft auf die Fahrzeugräder 8 bzw. unterbricht diese Antriebskraftübertragung in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand. Außerdem überträgt das Kraftübertragungssystem 7 beim Bremsen des Fahrzeugs oder dergleichen eine von den Fahrzeugrädern 8 erzeugte Antriebskraft auf den Motorgenerator 3.
  • Die Fahrzeugräder 8 umfassen Reifen und dergleichen zur Übertragung der Antriebskraft von dem Kraftübertragungssystem 7 auf eine Fahrbahn, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel die Fahrzeugräder 8 in Form von Hinterrädern dargestellt sind.
  • Nachstehend werden Ausführungsbeispiele für den Kurbelwinkelsensor 90 und den Nockenwinkelsensor 92 näher beschrieben.
  • Wie in 3 dargestellt ist, ist an der Kurbelwelle 46 ein (in 2 nicht dargestellter) Signalrotor 91 angebracht, an dessen Außenrand 34 Zähne 91a (Vorsprünge) in gleichen Winkelabständen (hier 10°) in Bezug auf die Achse der Kurbelwelle 46 als Mitte ausgebildet sind, wobei ein Zahnzwischenraum 91b (ein Bereich ohne Zähne) vorgesehen ist, dessen Länge derjenigen von zwei Zähnen 91a entspricht. Der Kurbelwinkelsensor 90 ist hierbei gegenüber dem Außenrand des Signalrotors 91 angeordnet. Bei einer Drehbewegung der Kurbelwelle 46 laufen die Zähne 91a und der Zahnzwischenraum 91b des Signalrotors 91 aufeinanderfolgend an dem Kurbelwinkelsensor 90 vorbei, wodurch ein (nachstehend als "NE-Signal" bezeichnetes) impulsförmiges Umdrehungssignal mit den vorbeilaufenden Zähnen 91a und dem Zahnzwischenraum 91b entsprechenden Impulsen von dem Kurbelwinkelsensor 90 abgegeben wird.
  • Weiterhin sind an der Außenseite einer Einlaßnockenwelle 27 drei Vorsprünge 27a, 27b und 27c in Winkelabständen von 90° (entsprechend 180°CA) in Bezug auf die Achse der Einlaßnockenwelle 27 als Mitte angeordnet. Der Abstand zwischen dem Vorsprung 27a und dem Vorsprung 27c an den beiden Enden beträgt somit 180° (entsprechend 360°CA). Der Nockenwinkelsensor 92 ist hierbei gegenüber diesen Vorsprüngen 27a bis 27c zu deren Erfassung und Abgabe entsprechender Erfassungssignale angeordnet. Bei einer Drehbewegung der Einlaßnockenwelle 27 laufen die Vorsprünge 27a bis 27c somit an dem Nockenwinkelsensor 92 vorbei, sodass bei jedem Vorbeilaufen der Vorsprünge 27a bis 27c ein impulsförmiges Erfassungssignal von dem Nockenwinkelsensor 92 abgegeben wird.
  • Die im Betrieb der Brennkraftmaschine 2 von dem Kurbelwinkelsensor 90 und dem Nockenwinkelsensor 92 erhaltenen und dem Steuergerät 70 zugeführten Signale sind in den 4A, 4B, 4C und 4D dargestellt. 4A zeigt hierbei einen Spannungsverlauf, der von dem Nockenwinkelsensor 92 in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Einlaßnockenwelle 27 erzeugt wird, während 4B Signalverläufe zeigt, die durch Umsetzung des Spannungsverlaufs gemäß 4A in ein impulsförmiges Nockenwinkelsignal (G2-Signal) erhalten wird. 4C zeigt dagegen einen Spannungsverlauf, der von dem Kurbelwinkelsensor 90 in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Kurbelwelle 46 erhalten wird, während 4D einen Signalverlauf zeigt, der durch Umsetzung des Spannungsverlaufs gemäß 4C in das NE-Signal erhalten wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst das NE-Signal bei einer Umdrehung (360°CA) der Kurbelwelle 46 eine den Zähnen 91a entsprechende Anzahl von 34 Impulsen. Bei den von dem Kurbelwinkelsensor 90 abgegebenen Umdrehungssignalen wird ein dem Zahnzwischenraum 91b entsprechender Bereich zwischen den Impulsen erhalten, der auf Grund des Fehlens von zwei Impulsen breiter ausfällt. Bei einer Umdrehung (360°CA) der Kurbelwelle 46 tritt hierbei ein solcher Bereich mit einem größeren Impulsabstand auf.
  • Das Steuergerät 70 erfasst die Umdrehungsphasen der Kurbelwelle 46 und der Einlaßnockenwelle 27 auf der Basis des von dem Kurbelwinkelsensor 90 erhaltenen NE-Signals und des von dem Nockenwinkelsensor 92 erhaltenen Nockenwinkelsignals, führt für jeden Zylinder (#1 bis #4) auf der Basis der Umdrehungsphasen der Kurbelwelle 46 und der Einlaßnockenwelle 27 eine Zylinderbestimmung durch und wählt aus den Zylindern (#1 bis #4) denjenigen Zylinder aus, bei dem eine Kraftstoffeinspritzung und eine Zündung erfolgen sollen.
  • Betrieb des Fahrzeugs
  • Nachstehend wird auf den Betrieb des in der vorstehend beschriebenen Weise aufgebauten Fahrzeugs 10 näher eingegangen. Bei dem Fahrzeug 10 kommen verschiedene Betriebsarten in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebszuständen wie Stillstand, Start, Normalfahrt, Beschleunigung, Verzögerung bzw. Bremsen oder dergleichen in Betracht.
  • Bei einem automatischen Stoppen (einem Leerlaufstopp) des Fahrzeugs 10 befindet sich die Brennkraftmaschine 2 in einem Stoppzustand. Wenn in diesem Zustand ein Antrieb von Zusatzgeräten und Hilfseinrichtungen wie des Kompressors einer Klimaanlage, einer Wasserpumpe, einer Servolenkungspumpe oder dergleichen erforderlich ist, wird der Motorgenerator 3 von der Stromversorgungseinheit 5 mit Strom versorgt und treibt diese Zusatzgeräte und Hilfseinrichtungen an, ohne dass ein Antrieb über die Brennkraftmaschine 2 erfolgt. Die Brennkraftmaschine 2 und der Motorgenerator 3 sind jedoch über den Keilriemen und die jweiligen Riemenscheiben miteinander verbunden, sodass bei einer Drehbewegung der Welle des Motorgenerators 3 in einem solchen Zustand auch eine Antriebskraft auf die Brennkraftmaschine 2 übertragen wird. Damit gewährleistet ist, dass nur die vorstehend beschriebenen Zusatzgeräte und Hilfseinrichtungen angetrieben werden, erfolgt eine Betätigung der elektromagnetischen Kupplung zur Unterbrechung der Übertragung einer Antriebskraft von dem Motorgenerator 3, sodass die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 2 nicht in Drehung versetzt wird. Auf diese Weise können nur die Zusatzgeräte und Hilfseinrichtungen angetrieben werden, ohne dass hierbei auch ein Antrieb der Brennkraftmaschine 2 erfolgt.
  • Zum Starten des Fahrzeugs 10, d. h. wenn der Fahrer das Bremspedal freigibt, während sich das Fahrzeug noch im Leerlaufstoppzustand befindet, hebt der Motorgenerator 3 zunächst die Drehzahl auf einen Wert in der Nähe der Leerlaufdrehzahl an. Wenn der Fahrer sodann das Fahrpedal betätigt, versetzt der Motorgenerator 3 die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 2 in Drehung, sodass die Brennkraftmaschine 2 automatisch wieder gestartet wird. Zur Erzielung eines optimalen Betriebsverhaltens kann auch ein automatisches Wiederstarten der Brennkraftmaschine 2 erfolgen, wenn eine vorgegebene Zeitdauer nach dem Zeitpunkt der Freigabe des Bremspedals durch den Fahrer vergangen ist.
  • Im normalen Fahrbetrieb (Normalfahrt) wird das Fahrzeug 10 von der Brennkraftmaschine 2 angetrieben, wobei die Antriebskraft wie bei üblichen Kraftfahrzeugen auf die Fahrzeugräder 8 übertragen wird. Wenn bei einer solchen Normalfahrt die Spannung der Stromversorgungseinheit 5 abfällt, wird die Antriebskraft von den Fahrzeugrädern 8 zu dem Motorgenerator 3 übertragen, der dann elektrische Energie erzeugt. Der Motorgenerator 3 wirkt hierbei somit als elektrischer Generator und lädt die Stromversorgungseinheit 5 zur Wiederherstellung der unzureichenden elektrischen Leistung der Stromversorgungseinheit 5 auf (wobei dieser Vorgang nachstehend als "Rückgewinnung oder Regeneration" bezeichnet wird). Auf diese Weise wird stets ein ausreichender Ladezustand der Stromversorgungseinheit 5 aufrecht erhalten.
  • Bei einer Steigungsfahrt und einer Beschleunigung des Fahrzeugs 10 erfolgt in Bezug auf den vorstehend beschriebenen Zustand bei einer Normalfahrt zur Erzielung eines besseren Fahrverhaltens ein zusätzlicher Antrieb des Motorgenerators 3 durch eine entsprechende Stromzufuhr von der Stromversorgungseinheit 5, sodass die von der Brennkraftmaschine 2 erhaltene Antriebskraft durch die von dem Motorgenerator 3 erzeugte Antriebskraft unterstützt wird (was nachstehend als "Unterstützung" bezeichnet wird). Auf diese Weise kann ein Hochleistungsantrieb des Fahrzeugs 10 durch effektive Verwendung der beiden Antriebsquellen in Form der Brennkraftmaschine 2 und des Motorgenerators 3 erhalten werden.
  • Bei einer Verzögerung durch Bremsen und dergleichen wird die Antriebskraft von den Fahrzeugrädern 8 über das Kraftübertragungssystem 7 und die Brennkraftmaschine 2 auf den Motorgenerator 3 übertragen, sodass hier ebenfalls eine Rückgewinnung von Energie bzw. Regeneration erfolgt.
  • Steuerung der Brennkraftmaschine
  • Nachstehend wird eine bei dem Fahrzeug 10 erfolgende Stoppsteuerung der Brennkraftmaschine näher beschrieben. Wie vorstehend beschrieben, erfolgt bei dem Fahrzeug 10 ein sogenannter Leerlaufstopp, bei dem die Brennkraftmaschine 2 bei einem Stillstand des Fahrzeugs 10 automatisch abgestellt wird. Wenn der Fahrer sodann den Fuß vom Bremspedal nimmt (das Bremspedal freigibt), hebt der Motorgenerator 3 seine Drehzahl auf einen in der Nähe der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine 2 liegenden Wert an. Wenn der Fahrer sodann das Fahrpedal betätigt, wird der Motorgenerator 3 angetrieben, wobei mit Hilfe seiner Antriebskraft automatisch ein erneutes Starten der Brennkraftmaschine 2 herbeigeführt wird. Damit bei einem solchen automatischen Starten der Brennkraftmaschine 2 ein glattes Anfahren des Fahrzeugs 10 gewährleistet ist, wird zum Zeitpunkt eines Leerlaufstopps der Kurbelwinkel derart gesteuert, dass in der Brennkraftmaschine 2 eine optimale Kurbelwinkel-Stoppstellung erhalten wird. Bei dem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird eine genaue Stoppsteuerung erhalten, indem die Massenträgheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine 2 zum Stoppzeitpunkt des Fahrzeugs in effektiver Weise genutzt wird.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • Nachstehend wird ein Verfahren zur Steuerung des Kurbelwinkels in eine optimale Kurbelwinkel-Stoppstellung näher beschrieben. Bei dieser optimalen Kurbelwinkel-Stoppstellung handelt es sich um eine Stoppstellung des Kurbelwinkels, die bei einem erneuten Starten der Brennkraftmaschine 2 dem im Verdichtungstakt befindlichen Zylinder eine einfache Überwindung des oberen Totpunkts im Verdichtungstakt ermöglicht. Im Falle der bei diesem Ausführungsbeispiel in Betracht gezogenen Vierzylinder-Brennkraftmaschine wird eine optimale Kurbelwinkel-Stoppstellung erhalten, wenn sie innerhalb eines Kurbelwinkelbereichs von 90°CA bis 120°CA liegt.
  • Bei einer üblichen Stoppsteuerung des Fahrzeugs 10 würde das Steuergerät 70 zu einem vorgegebenen Zeitpunkt im Leerlaufzustand eine Kraftstoffabschaltung der Brennkraftmaschine 2 durchführen, wodurch die Brennkraftmaschine 2 von der anschließend noch vorhandenen Trägheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine automatisch zum Stillstand gebracht wird. Die Trägheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine 2 hängt jedoch von der zum Zeitpunkt der Kraftstoffabschaltung vorliegenden Maschinendrehzahl ab, sodass die Kurbelwinkel-Stoppstellung jeweils unterschiedlich ausfällt. Aus diesem Grund ist es bei der üblichen Stoppsteuerung der Brennkraftmaschine 2 äußerst schwierig, beim Stoppen der Brennkraftmaschine die optimale Kurbelwinkel-Stoppstellung zu erhalten, sodass in Abhängigkeit von der im tatsächlichen Stillstand der Brennkraftmaschine jeweils erhaltenen Kurbelwinkel-Stoppstellung beim nächsten Starten der Brennkraftmaschine gegebenenfalls eine hohe Belastung auftritt. In Verbindung mit einem unzureichenden Abtriebsmoment des Motorgenerators 3 kann dann unter Umständen die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 2 nicht in Drehung versetzt werden, sodass bei einer solchen Stoppsteuerung die Gefahr besteht, dass das automatische Wiederstarten der Brennkraftmaschine 2 fehlschlägt.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel wird daher die Maschinendrehzahl zu einem vorgegebenen Zeitpunkt nach einer Kraftstoffabschaltung konstant gehalten, sodass auch die Trägheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine 2 zu diesem Zeitpunkt konstant gehalten wird. Sodann wird die zu diesem Zeitpunkt vorhandene Trägheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine 2 dazu verwendet, die Drehbewegung der Brennkraftmaschine 2 zum Stillstand zu bringen. Auf diese Weise lässt sich zuverlässig eine derartige Stoppsteuerung auch des Kurbelwinkels erzielen, dass stets die optimale Kurbelwinkel-Stoppstellung erreicht wird.
  • Insbesondere wird bei diesem Ausführungsbeispiel der Motorgenerator 3 zur Konstanthaltung der Maschinendrehzahl verwendet, d. h. zu einem vorgegebenen Zeitpunkt nach der Kraftstoffabschaltung wird der Kurbelwelle von dem Motorgenerator 3 eine Antriebskraft zugeführt (was nachstehend als "Motorbetrieb" bezeichnet wird), wodurch die Trägheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine 2 konstant gehalten wird. Durch diese Steuerung wird zum Zeitpunkt des Stillstands der Brennkraftmaschine ein der optimalen Kurbelwinkel-Stoppstellung entsprechender Kurbelwinkel erhalten. Wenn ein dieser optimalen Kurbelwinkel-Stoppstellung entsprechender Kurbelwinkel vorliegt, kann beim Starten der Brennkraftmaschine die Startbelastung minimal gehalten und damit ein Fehlschlag eines automatischen Wiederstartens der Brennkraftmaschine 2 effektiv verhindert werden.
  • In 5 ist die unter Verwendung des Motorgenerators 3 erfolgende Steuerung der Maschinendrehzahl zum Zeitpunkt des Stoppens der Brennkraftmaschine veranschaulicht. Hierbei zeigt in 5 die Wellenform 100 den bei diesem Ausführungsbeispiel auftretenden Verlauf der Maschinendrehzahl bei der Stoppsteuerung der Brennkraftmaschine. Mit 101 ist ein Kraftstoffabschaltsignal bei der Maschinenstoppsteuerung bezeichnet, wobei die Kraftstoffabschaltung erfolgt, wenn das Kraftstoffabschaltsignal den Wert H aufweist. Mit 102 ist der Verlauf eines Ansteuersignals (MG-Ansteuersignals) des Motorgenerators 3 bezeichnet, wobei der Motorgenerator 3 während der Zeitdauer angetrieben wird, in der das MG-Ansteuersignal den Wert H aufweist.
  • Wenn nun angenommen wird, dass der Fahrer zur Zeit t0 den Fuß vom Fahrpedal nimmt (das Fahrpedal freigibt), so entspricht die Drehzahl der Brennkraftmaschine 2 nach der Zeit t0 im wesentlichen der Leerlaufdrehzahl NE1. Wenn weiter angenommen wird, dass der Fahrer das Bremspedal zur Zeit t1 betätigt, setzt das Steuergerät 70 zu diesem Zeitpunkt das Kraftstoffabschaltsignal auf den Wert H und gibt eine Instruktion zur Kraftstoffabschaltung ab. Nach der zur Zeit t1 erfolgenden Kraftstoffabschaltung nimmt die Drehzahl der Brennkraftmaschine 2 allmählich ab. Wenn das Steuergerät 70 hierbei feststellt, dass die Maschinendrehzahl auf eine vorgegebene Motor-Einschaltdrehzahl NE2 abgefallen ist (Zeit t2), setzt das Steuergerät 70 das MG-Ansteuersignal auf den Wert H, treibt den Motorgenerator 3 an und führt somit einen Antrieb der Brennkraftmaschine 2 durch den Motorgenerator 3 herbei.
  • Der Motorgenerator 3 treibt dann die Brennkraftmaschine 2 mit der vorgegebenen Motor-Einschaltdrehzahl NE2 für eine vorgegebene Zeitdauer (von der Zeit t2 bis zu der Zeit t3) an, woraufhin das Steuergerät 70 den Motorgenerator 3 nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer abstellt (Zeit t3). Wenn zur Zeit t3 die Antriebskraft des Motorgenerators 3 entfällt, erfolgt die weitere Drehbewegung der Brennkraftmaschine 2 nur auf Grund der zu diesem Zeitpunkt (d. h. der Zeit t3) vorhandenen Trägheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine 2, sodass die Maschinendrehzahl allmählich abnimmt und die Brennkraftmaschine 2 schließlich im Bereich der Zeit t4 zum Stillstand kommt.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel wird somit bei der Stoppsteuerung der Brennkraftmaschine 2 deren Antrieb zeitweilig von dem Motorgenerator 3 übernommen, woraufhin nach Aufrechterhaltung der vorgegebenen Drehzahl NE2 der Brennkraftmaschine 2 dieser Antrieb der Brennkraftmaschine 2 wieder beendet wird. Die Trägheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine 2 zum Zeitpunkt der Unterbrechung dieses Antriebs hängt im wesentlichen von der zu diesem Zeitpunkt vorliegenden Maschinendrehzahl ab. Durch Beendigung des Antriebs nach Erreichen und Aufrechterhaltung der vorgegebenen Maschinendrehzahl NE2 ist somit gewährleistet, dass die Brennkraftmaschine 2 jeweils die gleiche Trägheits- bzw. Schwungenergie besitzt und daher in der gleichen Weise zum Stillstand kommt.
  • Nachstehend wird das Verhalten der Brennkraftmaschine nach der in der vorstehend beschriebenen Weise erfolgenden Beendigung des Antriebs bei der vorgegebenen Maschinendrehzahl NE2 bis zum Stillstand der Brennkraftmaschine näher beschrieben. 6 zeigt die Veränderung bzw. Verschiebung des Kurbelwinkels der Brennkraftmaschine 2 nach der Unterbrechung der auf die Brennkraftmaschine 2 einwirkenden Antriebskraft. In 6 ist über der Vertikalachse die Veränderung bzw. Verschiebung des Kurbelwinkels (°CA) eines vorgegebenen Zylinders aufgetragen, wobei es sich bei dem "vorgegebenen Zylinder" um einen Zylinder wie z. B. den Zylinder #3 handelt, der sich bei einer Veränderung des Kurbelwinkels von 0°CA bis 180°CA im Verdichtungstakt befindet. Über der Horizontalachse ist hierbei die Zeit (in Sekunden) aufgetragen.
  • Im einzelnen ist über der Vertikalachse die Kurbelwinkelveränderung (°CA) aufgetragen, wenn der Kolben des vorgegebenen Zylinders vom Verdichtungstakt zum Expansionstakt übergeht, wobei die Kurbelwinkelveränderung vom unteren Totpunkt (0°CA) bis zum oberen Totpunkt (180°CA) in jeweiligen Abständen von 30°CA dargestellt ist. Über der Horizontalachse ist hierbei der Zeitablauf (0,6 Sekunden) von der Motorbetriebs-Stoppzeit (0 Sekunden) bis zur Einsteuerung des Kurbelwinkels des vorgegebenen Zylinders auf die optimale Kurbelwinkel-Stoppstellung in Abständen von jeweils 0,1 Sekunden aufgetragen.
  • Nachstehend werden die Kennlinien gemäß 6 näher beschrieben. In 6 sind zwei Kennlinien in Form einer Kennlinie 110 und einer Kennlinie 112 dargestellt. Durch die Kennlinie 110 wird hierbei ein Fall veranschaulicht, bei dem die Maschinendrehzahl zum Zeitpunkt der Beendigung des Antriebs (des Motorbetriebs) durch den Motorgenerator 3 hoch ist, während die Kennlinie 112 den Fall einer niedrigen Drehzahl veranschaulicht, d. h. während der Zeitdauer von 0 Sekunden bis 0,1 Sekunden zeigt die einen großen Gradienten aufweisende Kennlinie 110 die Kurbelwinkelveränderung für den Fall einer hohen Maschinendrehzahl zum Zeitpunkt der Beendigung des Motorbetriebs, während die einen kleinen Gradienten aufweisende Kennlinie 112 die Kurbelwinkelveränderung im Falle einer niedrigen Maschinendrehzahl bei der Beendigung des Motorbetriebs zeigt.
  • Zunächst bewegt sich in dem Bereich von 0 Sekunden bis etwa 0,1 Sekunden der Kolben des vorgegebenen Zylinders im Verdichtungstakt vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt und gelangt in die Nähe des oberen Totpunkts des Verdichtungstaktes direkt nach Ablauf von 0,1 Sekunden. Hierbei führt die Kurbelwelle 46 der Brennkraftmaschine 2 eine Drehbewegung in der Normalrichtung aus.
  • Der Kolben des vorgegebenen Zylinders kann jedoch den oberen Totpunkt (180°CA) des Verdichtungstaktes nicht überwinden, sodass die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 2 bis in die Nähe von 0,3 Sekunden aus den nachstehend näher beschriebenen Gründen in Rückwärtsrichtung gedreht wird. Bei der Annäherung des Kolbens des vorgegebenen Zylinders an den oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes nimmt nämlich mit steigendem Druck das Volumen im Zylinder allmählich ab, wobei proportional zu diesem Vorgang in dem Zylinder eine Verdichtungsrückstoßkraft 116 entsteht, die auf den Kolben in Gegenrichtung einwirkt und ihn zurückstößt. In der Nähe des oberen Totpunkts des Verdichtungstaktes nimmt diese Verdichtungsrückstoßkraft im Zylinder den größten Wert an und kann von der zu diesem Zeitpunkt noch vorhandenen Trägheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine nicht mehr überwunden werden, sodass der Kolben des vorgegebenen Zylinders in Richtung des unteren Totpunkts des Verdichtungstaktes zurückgestoßen wird. Auf diese Weise kann der Kolben des vorgegebenen Zylinders den oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes nicht überwinden, wobei eine Drehbewegung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 2 in Rückwärtsrichtung einsetzt.
  • Der Kolben des vorgegebenen Zylinders bewegt sich hierbei zum unteren Totpunkt des Verdichtungstaktes, woraufhin die Kurbelwelle 46 der Brennkraftmaschine 2 im Bereich von 0,3 Sekunden aus den nachstehend näher beschriebenen Gründen erneut in Gegenrichtung gedreht wird, was bedeutet, dass die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 2 wieder eine Drehbewegung in der Normalrichtung ausführt. Zunächst nähert sich hierbei der Kolben des vorgegebenen Zylinders dem unteren Totpunkt des Verdichtungstaktes. Im Verdichtungstakt sind sowohl das Einlaßventil als auch das Auslaßventil geschlossen, wobei das Volumen im Zylinder bei der Annäherung des Kolbens an den unteren Totpunkt des Verdichtungstaktes allmählich zunimmt. Auf diese Weise bildet sich im Zylinder ein allmählich zunehmender Unterdruck, sodass der Kolben des vorgegebenen Zylinders durch eine von dem Unterdruck hervorgerufene Reaktions- oder Rückstoßkraft 118 wieder in Richtung des oberen Totpunkts zurückbewegt wird. Auf diese Weise führt die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 2 wieder eine Drehbewegung in der Normalrichtung aus.
  • Nach einer Zeit von etwa 0,3 Sekunden nimmt dann die Trägheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine 2 allmählich ab, bis die Brennkraftmaschine 2 nach Ablauf von 0,6 Sekunden zum Stillstand kommt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Kurbelwinkel-Stoppstellung in einem Bereich des Kurbelwinkels von 90°CA bis 120°CA liegt. Wenn eine Kurbelwinkel-Stoppstellung in einem Kurbelwinkelbereich von etwa 90°CA bis 120°CA erhalten wird, wird davon ausgegangen, dass der Kurbelwinkel im Rahmen der Stoppsteuerung eine optimale Kurbelwinkel-Stoppstellung erreicht hat, sodass die Stoppsteuerung erfolgreich ist.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird die im Abschaltzeitpunkt des Motorbetriebs zu erreichende Maschinendrehzahl auf einen geeigneten Bereich voreingestellt, bei dem die Brennkraftmaschine nach Beendigung des Motorbetriebs das vorstehend beschriebene Verhalten zeigt. Ein oberer Grenzwert dieses geeigneten Drehzahlbereichs ist durch den Drehzahlwert gegeben, bei dem der vorgegebene Zylinder der Brennkraftmaschine auf Grund der bei dieser Maschinendrehzahl vorliegenden Trägheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine 2 den nächsten Totpunkt nicht mehr überwinden kann. Wenn nämlich zum Zeitpunkt der Beendigung des Motorbetriebs die Maschinendrehzahl über dem geeigneten Drehzahlbereich liegt, überwindet der vorgegebene Zylinder nach der Beendigung des Motorbetriebs den nächsten Totpunkt und kommt nicht in der optimalen Kurbelwinkel-Stoppstellung zum Stillstand, wie dies in 6 veranschaulicht ist. Ein unterer Grenzwert des geeigneten Drehzahlbereichs ist dagegen durch den bei Beendigung des Motorbetriebs vorliegenden Maschinendrehzahlwert gegeben, bei dem die von der Verdichtungsrückstoßkraft 116 in Rückwärtsrichtung gedrehte Kurbelwelle auf Grund der durch den Unterdruck im Zylinder entstehenden Reaktions- oder Rückstoßkraft 118 wieder eine Drehung in der Normalrichtung ausführen kann. Wenn nämlich die Maschinendrehzahl zum Zeitpunkt der Beendigung des Motorbetriebs den unteren Drehzahlgrenzwert unterschreitet, kann bei der auf Grund der Einwirkung der Verdichtungsrückstoßkraft 116 eine Drehbewegung in Rückwärtsrichtung ausführenden Brennkraftmaschine nicht erneut eine Drehbewegung in der Normalrichtung herbeigeführt werden, sodass die Brennkraftmaschine nicht in dem Bereich der optimalen Kurbelwinkel-Stoppstellung zum Stillstand gebracht werden kann.
  • Es ist somit ersichtlich, dass mit Hilfe der Trägheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine 2 ein Stillstand des Kurbelwinkels in der optimalen Kurbelwinkel-Stoppstellung erhalten werden kann, wenn die Maschinendrehzahl bei Beendigung des Motorantriebs in einem geeigneten Bereich liegt (z. B. in einem konstanten Bereich von etwa 300 min–1 bis 500 min–1). Bei diesem Ausführungsbeispiel hält somit das Steuergerät 70 nach Durchführung der Kraftstoffabschaltung zu dem vorgegebenen Zeitpunkt im konstanten Leerlaufzustand (z. B. im Bereich von 1400 min–1) die Maschinendrehzahl jeweils durch Ausführung des Motorbetriebs zu diesem vorgegebenen Zeitpunkt konstant. Die Ausführungszeit des Motorbetriebs ist hierbei durch die Zeit gegeben, die zur Erzielung einer konstanten Trägheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine 2 nach Beendigung des Motorbetriebs erforderlich ist, d. h. durch die erforderliche Zeitdauer, bis sich die im Rahmen des Motorbetriebs erhaltene Maschinendrehzahl bei dem vorgegebenen Drehzahlwert NE2 stabilisiert hat. Diese Ausführungszeit kann z. B. durch die Zeitdauer gegeben sein, in der die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 2 zwei Umdrehungen ausführt.
  • Nach der Beendigung des Motorbetriebs findet eine effektive Nutzung der konstanten Trägheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine 2 zum Stoppen der Brennkraftmaschine statt, bei der auf den von der Trägheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine 2 in Bewegung gehaltenen Kolben des vorgegebenen Zylinders zunächst die am oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes auftretende Verdichtungsrückstoßkraft 116 und sodann die im Verdichtungstakt (auf Grund des Unterdrucks) auftretende Reaktions- bzw. Rückstoßkraft 118 einwirken. Hierdurch wird die Trägheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine 2 weitgehend verbraucht, sodass der Kurbelwinkel auf die optimale Kurbelwinkel-Stoppstellung eingesteuert werden kann.
  • Wie 6 zu entnehmen ist, wird im Falle einer nach Beendigung des Motorbetriebs in dem geeigneten Bereich vorliegenden hohen Maschinendrehzahl bei der Annäherung des Kolbens des vorgegebenen Zylinders an den oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes auch ein hoher Wert für die Verdichtungsrückstoßkraft 116 erhalten, während die durch den Unterdruck hervorgerufene Reaktions- bzw. Rückstoßkraft 118 in dem Zylinder beim Verdichtungstakt einen geringen Wert annimmt. Durch die gegensätzliche Wirkung dieser in Normalrichtung und Rückwärtsrichtung auftretenden Reaktions- bzw. Rückstoßkräfte kann jedoch die Trägheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine 2 effektiv absorbiert werden.
  • Wie jedoch ebenfalls aus 6 ersichtlich ist, wird bei einer niedrigen Maschinendrehzahl in dem geeigneten Bereich nach Beendigung des Motorbetriebs ein geringer Wert für die bei der Annäherung des Kolbens des vorgegebenen Zylinders an den oberen Totpunkt im Verdichtungstakt auftretende Verdichtungsrückstoßkraft 116 erhalten, während die von dem Unterdruck erzeugte und den Kolben zum oberen Totpunkt zurückführende Reaktions- bzw. Rückstoßkraft 118 einen hohen Wert annimmt. Auch in diesem Fall kann jedoch auf Grund der gegensätzlichen Wirkung dieser in Normalrichtung und Rückwärtsrichtung wirkenden Reaktions- bzw. Rückstoßkräfte die Trägheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine 2 effektiv absorbiert werden.
  • Wenn somit die zuerst erhaltene Reaktions- bzw. Rückstoßkraft 116 (die Verdichtungsrückstoßkraft) einen hohen Wert annimmt, wird für die anschließend (auf Grund des Unterdrucks) auftretende Reaktions- bzw. Rückstoßkraft 118 ein geringer Wert erhalten, während bei Vorliegen eines niedrigen Wertes der zuerst auftretenden Reaktions- bzw. Rückstoßkraft 116 (der Verdichtungsrückstoßkraft) für die sodann (auf Grund des Unterdrucks) auftretende Reaktions- bzw. Rückstoßkraft 118 ein hoher Wert erhalten wird. Wenn gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Drehzahl der Brennkraftmaschine nach Beendigung des Motorbetriebs innerhalb des geeigneten Bereiches liegt (und zwar unabhängig von einem hohen oder niedrigen Drehzahlwert in diesem Bereich), wird die Trägheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine 2 durch die gegensätzliche Wirkung der Verdichtungsrückstoßkraft und der auf dem Unterdruck beruhenden Reaktions- bzw. Rückstoßkraft aufgehoben. Der Kurbelwinkel kann somit schnell und zuverlässig auf die optimale Kurbelwinkel-Stoppstellung eingesteuert werden, was wiederum dem Motorgenerator 3 ein automatisches Wiederstarten der Brennkraftmaschine 2 mit Hilfe eines minimalen Abtriebsdrehmoments (einer minimalen Startbelastung) ermöglicht, sodass sich ein besseres Startverhalten der Brennkraftmaschine 2 erzielen lässt.
  • Nachstehend wird ein Ablauf der bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgenden Maschinenstoppsteuerung unter Bezugnahme auf 7 näher beschrieben, die ein Ablaufdiagramm dieser Stoppsteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt. Die nachstehend beschriebene Maschinenstoppsteuerung wird hierbei von dem Steuergerät (ECU) 70 durchgeführt, das die von den verschiedenen Sensoren gemäß 2 abgegebenen Ausgangssignale erfasst.
  • Zunächst bestimmt das Steuergerät 70 auf der Basis eines von dem Fahrpedalstellungssensor 76 abgegebenen Detektionssignals, ob das Fahrpedal freigegeben ist oder nicht (Schritt S1). Bei freigegebenem Fahrpedal geht die Maschinendrehzahl auf die Leerlaufdrehzahl über, wie dies in 5 im Bereich der Zeiten t0 bis t1 dargestellt ist. Sodann bestimmt das Steuergerät 70 auf der Basis des Ausgangssignals des Bremsschalters 78, ob die Bremse betätigt ist oder nicht (Schritt S2). Bei betätigter Bremse führt das Steuergerät 70 die Kraftstoffabschaltung durch (Schritt S3), woraufhin die Maschinendrehzahl in der im Bereich der Zeiten t1 bis t2 in 5 dargestellten Weise abfällt.
  • Während dieses Abfallens der Drehzahl überwacht das Steuergerät 70 die Maschinendrehzahl NE auf der Basis des Ausgangssignals des Maschinendrehzahlsensors 80 und bestimmt hierbei, ob die Maschinendrehzahl NE die vorgegebene Motor-Einschaltdrehzahl NE2 erreicht hat oder nicht (Schritt S4). Wenn die Maschinendrehzahl NE die Motor-Einschaltdrehzahl NE2 erreicht, schaltet das Steuergerät 70 den Antrieb der Brennkraftmaschine auf den Motorgenerator 3 in der in 5 dargestellten Weise um, womit der Motorbetrieb einsetzt (Schritt S5). Das Steuergerät 70 hält dann den Motorbetrieb für eine vorgegebene Zeitdauer aufrecht (Schritt S6). Nach Aufrechterhaltung des Motorbetriebs für die vorgegebene Zeitdauer, die der Zeitdauer von der Zeit t2 bis zu der Zeit t3 gemäß 5 entspricht, wird der Motorbetrieb beendet (Schritt S7). Nach Beendigung dieses Motorbetriebs setzt sich die Drehbewegung der Brennkraftmaschine auf Grund der der zu diesem Zeitpunkt vorliegenden Maschinendrehzahl entsprechenden Trägheits- bzw. Schwungenergie fort. Wie vorstehend beschrieben, erfolgt hierbei eine zweifache Umkehr der Drehbewegung auf Grund der Verdichtungsrückstoßkraft und der durch den Unterdruck im Zylinder hervorgerufenen Reaktions- bzw. Rückstoßkraft, woraufhin die Brennkraftmaschine schließlich in der optimalen Kurbelwinkel-Stoppstellung zum Stillstand kommt.
  • Vorzugsweise wird hierbei der Motorbetrieb im Schritt S7 zu einem Zeitpunkt gestoppt, bei dem der vorgegebene Zylinder den oberen Totpunkt erreicht oder soeben überschritten hat, da bei einer Beendigung des Motorbetriebs vor Erreichen des oberen Totpunkts die Gefahr besteht, dass die Drehbewegung der Kurbelwelle in dieser Stellung zum Stillstand kommt bzw. blockiert wird.
  • Erste Anwendungsform
  • Nachstehend wird eine erste Anwendungsform der Maschinenstoppsteuerung gemäß diesem Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel die Maschinendrehzahl NE die Motor-Einschaltdrehzahl NE2 erreicht, wird der Motorbetrieb für eine vorgegebene Zeitdauer ausgeführt, sodass bei der Beendigung des Motorbetriebs die Maschinendrehzahl NE der vorgegebenen Motor-Einschaltdrehzahl NE2 entspricht. Die Ausgangsleistung des Motorgenerators 3 kann jedoch auf Grund einer unzureichenden Stromversorgung durch die Stromversorgungseinheit (Batterie) abfallen, sodass die Maschinendrehzahl zum Zeitpunkt der Beendigung des Motorbetriebs unter der Motor-Einschaltdrehzahl NE2 liegen kann. Wenn jedoch die Maschinendrehzahl niedriger als die Motor-Einschaltdrehzahl NE2 ist, kann die Brennkraftmaschine nicht in der optimalen Kurbelwinkel-Stoppstellung zum Stillstand gebracht werden, da die zu diesem Zweck erforderliche Trägheits- bzw. Schwungenergie nicht erhalten werden kann. In diesem Fall wird daher ein Korrekturdrehmoment hinzugefügt, indem der Motorgenerator 3 auch nach der üblichen Motorbetriebs-Abschaltzeit weiter angetrieben wird. Auf diese Weise kann eine auf Grund abgefallener Drehzahlen unzureichende Trägheits- bzw. Schwungenergie angehoben und die Brennkraftmaschine in der optimalen Kurbelwinkel-Stoppstellung zum Stillstand gebracht werden.
  • Im einzelnen können hierbei zwei Verfahren zur Hinzufügung eines solchen Korrekturdrehmoments unterschieden werden. Das erste Verfahren ist in 8 in Form eines Ablaufdiagramms dargestellt, bei dem die Schritte S1 bis S6 mit den entsprechenden Schritten der Maschinenstoppsteuerung gemäß 7 identisch sind. Nach Durchführung des Motorbetriebs für die vorgegebene Zeitdauer in den Schritten S5 und S6 bestimmt das Steuergerät 70 sodann, ob die Maschinendrehzahl NE unter der Motor-Einschaltdrehzahl NE2 liegt oder nicht (Schritt S10). Bei einer niedrigeren Maschinendrehzahl wird der Motorbetrieb nicht sofort gestoppt sondern durch den Motorgenerator 3 ein Korrekturdrehmoment hinzugefügt (Schritt S11). Hierbei wird der Motorgenerator 3 mit der Maschinendrehzahl angetrieben, bei der das erforderliche Korrekturdrehmoment erhalten werden kann. Wenn ein Zustand erreicht ist, bei dem die Maschinendrehzahl NE der Motor-Einschaltdrehzahl NE2 entspricht, wird der Motorbetrieb beendet (Schritt S12).
  • Das zweite Verfahren ist in Form eines Ablaufdiagramms in 9 veranschaulicht, bei dem die Schritte S1 bis S7 mit den entsprechenden Schritten der Maschinenstoppsteuerung gemäß 7 identisch sind. Nach Beendigung des Motorbetriebs im Schritt S7 erfasst das Steuergerät 70 sodann den Kurbelwinkel bei demjenigen oberen Totpunkt, bei dem die Beendigung des Motorbetriebs zu erfolgen hat, und bestimmt hierbei, ob der Kurbelwinkel kleiner als der vorgegebene Wert (von z. B. 140°CA) ist oder nicht (Schritt S15). Wenn der Kurbelwinkel kleiner als der dem oberen Totpunkt entsprechende Wert ist, bei dem die Beendigung des Motorbetriebs zu erfolgen hat, liegt der Kurbelwinkel nicht in dem geeigneten Bereich gemäß 6 bei dem nächsten oberen Totpunkt des Zylinders. In diesem Fall wird somit die Feststellung getroffen, dass die Brennkraftmaschine nicht in der optimalen Kurbelwinkel-Stoppstellung zum Stillstand gebracht werden kann, sodass das Korrekturdrehmoment mit Hilfe des Motorgenerators 3 aufgebracht wird (Schritt S16).
  • Wenn somit die nach Beendigung des Motorbetriebs erhaltene Maschinendrehzahl unter der Motor-Einschaltdrehzahl liegt, wird bei dieser ersten Anwendungsform zur Gewährleistung einer zuverlässigen Ausführung der Stoppsteuerung durch den Motorgenerator 3 ein Korrekturdrehmoment in der vorstehend beschriebenen Weise aufgebracht.
  • Zweite Anwendungsform
  • Eine zweite Anwendungsform bezieht sich auf einen Verarbeitungsablauf im Falle des Ergehens einer Maschinenstartanforderung während der Durchführung einer Maschinenstoppsteuerung gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Eine solche Anforderung zum erneuten Starten der Brennkraftmaschine während des Leerlaufstopps ergeht z. B., wenn der Fahrer das Bremspedal freigibt, wenn eine vorgegebene Zeitdauer nach einer Freigabe des Bremspedals vergangen ist, wenn das Fahrpedal betätigt wird oder dergleichen.
  • Wenn hierbei eine solche Maschinenstartanforderung bei dem Ablauf gemäß 7 während der Kraftstoffabschaltung (Schritt S3) bei der Maschinenstoppsteuerung auftritt, kann das Steuergerät 70 die Kraftstoffabschaltung aufheben und die Kraftstoffeinspritzung wieder aufnehmen. Wenn hierbei die Maschinendrehzahl unter einer vorgegebenen Maschinendrehzahl liegt, sollte vorzugsweise mit Hilfe des Motorgenerators 3 eine Antriebsunterstützung zur Verbesserung des Startverhaltens erfolgen.
  • Wenn dagegen eine Startanforderung während des Motorbetriebs (Schritt S5) bei der Maschinenstoppsteuerung ergeht, kann das Steuergerät 70 die Kraftstoffeinspritzung während des Motorbetriebs zur Aufrechterhaltung der Maschinendrehzahl wieder aufnehmen und dann eine Umschaltung der Antriebsquelle vom Motorgenerator 3 auf die Brennkraftmaschine 2 vornehmen.
  • Wenn dagegen eine Maschinenstartanforderung nach Beendigung des Motorbetriebs ergeht, sollte vorzugsweise ein erneutes Starten der Brennkraftmaschine erst erfolgen, nachdem die Brennkraftmaschine nach Ausführung der festgelegten Stoppsteuerung in der optimalen Kurbelwinkel-Stoppstellung zum Stillstand gekommen ist, da in einem solchen Falle verschiedene Unsicherheitsfaktoren zu berücksichtigen sind. Ein solcher Unsicherheitsfaktor besteht z. B. darin, dass nach Ausführung einer Steuerung unter Verwendung des Motorgenerators nach Beendigung des Motorbetriebs die Brennkraftmaschine in einer anderen Position als der optimalen Kurbelwinkel-Stoppstellung zum Stillstand kommt, sodass dann ein hohes Drehmoment für das nächste Starten der Brennkraftmaschine erforderlich ist.
  • Bei Ergehen einer Maschinenstartanforderung während der Maschinenstoppsteuerung kann somit bei der zweiten Anwendungsform einer solchen Maschinenstartanforderung sofort und zuverlässig entsprochen werden, wenn eine dem jeweiligen Stadium der Maschinenstoppsteuerung entsprechende geeignete Verarbeitung in der vorstehend beschriebenen Weise ausgeführt wird.
  • Wenn eine Maschinenstartanforderung ergeht, kann hierbei die Kraftstoffeinspritzung auch während des Motorbetriebs wieder eingeleitet werden, da die Maschinenstoppsteuerung nicht länger erforderlich ist. Andererseits sollte die Kraftstoffeinspritzung während der Maschinenstoppsteuerung aus dem nachstehend beschriebenen naheliegenden Grund unterbunden werden, bevor nicht eine Maschinenstartanforderung ergeht. Wenn nämlich eine Kraftstoffeinspritzung erfolgt, während die Maschinenstoppsteuerung fortgesetzt wird, wird hierdurch eine Steuerung der Maschinendrehzahl auf Grund des durch die erhaltene Verbrennungsenergie erfolgenden Drehzahlanstiegs erheblich erschwert. Dies hat zur Folge, dass eine Konstanthaltung der Drehzahl und damit der Trägheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine bei der Beendigung des Motorbetriebs mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden ist.
  • Dritte Anwendungsform
  • Eine dritte Anwendungsform bezieht sich auf eine Ablaufsteuerung für den Fall, dass trotz der Ausführung der vorstehend beschriebenen Maschinenstoppsteuerung die Trägheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine nach der Beendigung des Motorbetriebs größer als erwartet ist, sodass davon ausgegangen werden kann, dass in der Brennkraftmaschine der obere Totpunkt überschritten wird, was üblicherweise durch die Verdichtungsrückstoßkraft verhindert wird. Bei der Maschinenstoppsteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird durch Beendigung des Motorbetriebs nach Erreichen und Aufrechterhaltung der vorgegebenen Motor-Einschaltdrehzahl die Brennkraftmaschine stets mit Hilfe der gleichen Trägheits- bzw. Schwungenergie zum Stillstand gebracht. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 6 beschrieben ist, kann nämlich der Kurbelwinkel nach Beendigung des Motorbetriebs den nächsten oberen Totpunkt nicht überschreiten, sodass der Kurbelwinkel schließlich durch die Reaktions- bzw. Rückstoßkräfte die vorgegebene optimale Kurbelwinkel-Stoppstellung erreicht.
  • Wenn jedoch davon auszugehen ist, dass nach Beendigung des Motorbetriebs der Kurbelwinkel auf Grund einer aus gewissen Gründen unerwartet hohen Trägheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine den nächsten oberen Totpunkt überschreitet, wird ein Bremsvorgang eingeleitet, indem die Brennkraftmaschine von dem Motorgenerator 3 in Rückwärtsrichtung angetrieben wird. Auf diese Weise kann die Brennkraftmaschine durch Verringerung der Trägheits- bzw. Schwungenergie in der vorgegebenen optimalen Kurbelwinkel-Stoppstellung zum Stillstand gebracht werden. Wenn allerdings weiterhin davon ausgegangen werden kann, dass der Kurbelwinkel unabhängig von der Durchführung dieses Bremsvorgangs den nächsten oberen Totpunkt überschreitet, wird die Drehbewegung der Kurbelwelle in der Normalrichtung von dem Motorgenerator 3 zur Überwindung des nächsten oberen Totpunkts unterstützt. Danach kann die Maschinenstoppsteuerung bei dem Schritt des Motorbetriebs wieder aufgenommen werden.
  • Das Steuergerät 70 kann hierbei auf der Basis der jeweils vorliegenden Werte der Maschinendrehzahl, der Änderung des Kurbelwinkels, des Toleranzbereichs, der Öl- und Wassertemperatur, des Unterdrucks im Saugrohr und dergleichen bestimmen, ob der Kurbelwinkel den nächsten oberen Totpunkt überschreiten wird oder nicht. Wenn z. B. die Maschinendrehzahl einen vorgegebenen Wert überschreitet oder wenn eine zu starke Änderung des Kurbelwinkels vorliegt, kann die Beurteilung getroffen werden, dass der Kurbelwinkel mit hoher Wahrscheinlichkeit den nächsten oberen Totpunkt überschreiten wird.
  • 10 zeigt ein Ablaufdiagramm der Maschinenstoppsteuerung gemäß dieser Anwendungsform, bei dem die Schritte S1 bis S7 bis zur Beendigund des Motorbetriebs wieder mit der in 7 dargestellten Verarbeitung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel identisch sind. Nach der Beendigung des Motorbetriebs bestimmt das Steuergerät 70 sodann auf der Basis der erhaltenen Messwerte wie der vorstehenden Maschinendrehzahl, ob der Kurbelwinkel den nächsten oberen Totpunkt überschreiten wird oder nicht (Schritt S20). Wenn hierbei die Feststellung getroffen wird, dass der Kurbelwinkel den nächsten oberen Totpunkt überschreitet, führt das Steuergerät 70 mit Hilfe des Motorgenerators 3 den Bremsvorgang durch und bestimmt sodann erneut, ob der Kurbelwinkel weiterhin den nächsten oberen Totpunkt überschreiten wird oder nicht (Schritt S22). Wenn hierbei die Beurteilung getroffen wird, dass der Kurbelwinkel auch nach Durchführung des Bremsvorgangs weiterhin den nächsten oberen Totpunkt überschreiten wird, unterstützt das Steuergerät 70 mit Hilfe des Motorgenerators 3 die Drehbewegung der Brennkraftmaschine in der Normalrichtung und kehrt sodann zum Schritt S5 zurück, bei dem die Verarbeitung mit dem Motorbetrieb wieder aufgenommen wird.
  • Wenn somit im Rahmen der vorgegebenen Durchführung der Maschinenstoppsteuerung festgestellt wird, dass der Kurbelwinkel aus gewissen Gründen den nächsten oberen Totpunkt überschreiten wird, kann bei dieser Anwendungsform eine höhere Zuverlässigkeit der Stoppstellungssteuerung erzielt werden, indem mit Hilfe des Motorgenerators 3 ein Bremsvorgang bzw. Unterstützungsvorgang und dergleichen in der vorstehend beschriebenen Weise durchgeführt werden.
  • Vierte Anwendungsform
  • Die vierte Anwendungsform umfasst eine Verarbeitung, bei der im Rahmen der vorstehend beschriebenen Maschinenstoppsteuerung der Wert der Leerlaufdrehzahl berücksichtigt wird. Wenn bei der vorstehend beschriebenen Maschinenstoppsteuerung das Fahrpedal freigegeben wird, nimmt die Maschinendrehzahl den Leerlaufdrehzahlwert NE1 an, wie dies in 5 veranschaulicht ist. Nunmehr überprüft das Steuergerät 70 jedoch die Leerlaufdrehzahl NE1 und führt die Maschinenstoppsteuerung nicht durch, wenn die Leerlaufdrehzahl NE1 einen vorgegebenen Drehzahlwert (der z. B. durch NE3 gegeben ist) überschreitet. Im einzelnen setzt hierbei das Steuergerät 70 das Kraftstoffabschaltsignal (Maschinenstopp-Freigabesignal) nicht auf den Wert H und führt somit die Kraftstoffabschaltung nicht durch, wenn die Leerlaufdrehzahl NE1 den vorgegebenen Drehzahlwert NE3 überschreitet. Wenn nämlich die Leerlaufdrehzahl NE1 zu hoch ist und sich auf diese Weise die Zeitdauer von der Kraftstoffabschaltung bis zum Maschinenstillstand verlängert, entspricht der Unterdruck im Saugrohr fast dem atmosphärischen Luftdruck und ist somit unzureichend. Dies hat zur Folge, dass die Belastung des Motorgenerators 3 im Motorbetrieb ansteigt, die Drehzahlsteuerung der Brennkraftmaschine instabil wird und demzufolge die Gefahr besteht, dass die Brennkraftmaschine nicht in der optimalen Stellung zum Stillstand gebracht werden kann. Aus diesem Grund überprüft das Steuergerät 70 die Leerlaufdrehzahl NE1 und gibt das Kraftstoffabschaltsignal nicht ab, wenn die Leerlaufdrehzahl den vorgegebenen Drehzahlwert NE3 überschreitet, um auf diese Weise ein Fehlschlagen der vorstehend beschriebenen Stoppsteuerung zu verhindern.
  • Wenn dagegen die erfasste Leerlaufdrehzahl kleiner als ein (z. B. durch NE4 gegebener) vorgegebener Wert ist, führt das Steuergerät 70 keine sofortige Kraftstoffabschaltung durch, sondern erhöht die Kraftstoffeinspritzmenge zur Anhebung der Maschinendrehzahl, auch wenn eine Betätigung der Bremse vorliegt. Wenn die Maschinendrehzahl sodann den vorgegebenen Drehzahlwert NE4 überschreitet, gibt das Steuergerät 70 das Kraftstoffabschaltsignal zur Durchführung der Kraftstoffabschaltung ab und führt anschließend die Maschinenstoppsteuerung durch. Auch wenn bei Freigabe des Fahrpedals eine zu niedrige Leerlaufdrehzahl vorliegt, ist beim Stoppen der Brennkraftmaschine immer noch ein hoher Unterdruck im Saugrohr vorhanden. Hierdurch verringert sich die Verdichtungsrückstoßkraft, sodass davon ausgegangen werden kann, dass ein Stoppen der Brennkraftmaschine in der optimalen Stellung mit Hilfe der Trägheits- bzw. Schwungenergie mit Schwierigkeiten verbunden ist. Wenn somit die Leerlaufdrehzahl kleiner als der vorgegebene Drehzahlwert NE4 ist, wird zunächst die Maschinendrehzahl durch Vergrößerung der Kraftstoffeinspritzmenge auf den vorgegebenen Wert NE4 erhöht, woraufhin der Motorbetrieb zur Ausführung der Maschinenstoppsteuerung beendet wird.
  • Diese Verarbeitung wird nachstehend unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm gemäß 11 näher beschrieben, bei dem die Schritte S1 bis S7 im wesentlichen der in 7 dargestellten Verarbeitung der grundlegenden Maschinenstoppsteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechen. Nachdem im Schritt S2 gemäß 11 eine Betätigung der Bremse festgestellt worden ist, erfasst das Steuergerät 70 die Maschinendrehzahl (den Leerlaufdrehzahlwert) in einem Schritt S2-1 und bestimmt sodann, ob der erhaltene Drehzahlwert geeignet ist oder über dem vorgegebenen Drehzahlwert NE3 bzw. unter dem vorgegebenen Drehzahlwert NE4 liegt (Schritt S2-2). Wenn ein korrekter Drehzahlwert vorliegt, geht die Verarbeitung auf einen Schritt S3 über, bei dem die Kraftstoffabschaltung durchgeführt und die Maschinenstoppsteuerung fortgesetzt werden. Wenn dagegen die Leerlaufdrehzahl zu hoch ist und über dem vorgegebenen Wert NE3 liegt, erfolgt entweder eine Rückkehr der Verarbeitung zum Schritt S2-1, um ein Abfallen der Leerlaufdrehzahl abzuwarten, oder eine Beendigung der Maschinenstoppsteuerung selbst in einem Schritt S2-4. Eine solche Beendigung der Maschinenstoppsteuerung bedeutet lediglich, dass kein Leerlaufstopp des Fahrzeugs erfolgt, sodass sich hierdurch keine speziellen Probleme ergeben. Wenn dagegen die Leerlaufdrehzahl unter dem vorgegebenen Drehzahlwert NE4 liegt, vergrößert das Steuergerät 70 die Kraftstoffeinspritzmenge (Schritt S2-3) und erhöht hierdurch die Maschinendrehzahl auf den korrekten Wert. Sodann erfolgt die Durchführung der Kraftstoffabschaltung (Schritt S3).
  • Mit Hilfe der vierten Anwendungsform ist somit eine höhere Zuverlässigkeit der Maschinenstoppsteuerung in Fällen gewährleistet, bei denen die Leerlaufdrehzahl nach einer Freigabe des Fahrpedals zu hoch oder zu niedrig ist.
  • Fünfte Anwendungsform
  • Eine fünfte Anwendungsform basiert auf der Maschinenstoppsteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und dient zur Verkürzung der Inbetriebnahmezeit des Motorgenerators während des Motorbetriebs durch Vereinheitlichung der für die Kraftstoffabschaltung vorgesehenen Zylinder. Im einzelnen wird bei der Durchführung einer ersten vorgegebenen Anzahl von Maschinenstoppsteuerungen ein für die Kraftstoffabschaltung vorgesehener Zylinder beliebig festgelegt und sodann die Maschinenstoppsteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel unter Durchführung der Kraftstoffabschaltung für den festgelegten Zylinder ausgeführt. Hierbei wird die tatsächliche Erregungszeit des Motorgenerators für jeden Zylinder aufgezeichnet. Nach Ausführung der vorgegebenen Anzahl von Maschinenstoppsteuerungen wird dann die Kraftstoffabschaltung bei demjenigen Zylinder ausgeführt, der gemäß den erhaltenen Aufzeichnungen zu der kürzesten Erregungszeit des Motorgenerators führt.
  • Wenn die Kraftstoffabschaltung auf diese Weise bei dem ermittelten spezifischen Zylinder der Brennkraftmaschine 2 erfolgt, lässt sich eine maximale Verkürzung der Erregungszeit des Motorgenerators erzielen.
  • Hierbei sei angemerkt, dass die Bestimmung des für die Kraftstoffabschaltung vorgesehenen Zylinders nicht nur mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Motor-Erregungszeit sondern auch unter Berücksichtigung der Leerlaufdrehzahl, des Toleranzbereiches, der letzten Stoppsituation, der Öl- und Wassertemperatur, des durch Druckmessungen ermittelten Zylinderdrucks und dergleichen erfolgen kann.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • Nachstehend wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Bei dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wird im Rahmen des Leerlaufstopps die Maschinendrehzahl in dem vorgegebenen Bereich gehalten, indem nach Durchführung der Kraftstoffabschaltung der Brennkraftmaschine ein Motorbetrieb erfolgt. Sodann wird der Motorbetrieb beendet und die Brennkraftmaschine mit Hilfe der vorhandenen Trägheits- bzw. Schwungenergie in die optimale Stoppstellung gesteuert.
  • Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird dagegen ein idealer Drehzahlübergang voreingestellt, um die Brennkraftmaschine in der optimalen Stoppstellung zum Stillstand zu bringen. Nach der Kraftstoffabschaltung werden hierbei die Maschinendrehzahl überwacht und von dem Motorgenerator je nach den Erfordernissen der Bremsvorgang oder der Unterstützungsvorgang durchgeführt, um die Istdrehzahl der Brennkraftmaschine jeweils auf die ideale Drehzahl einzusteuern.
  • 12 zeigt ein Beispiel für die Änderung der Maschinendrehzahl während einer solchen Maschinenstoppsteuerung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. In dem Schaubild der Maschinendrehzahl gemäß 12 zeigt die durchgezogene Linie 120 einen idealen Übergang der Maschinendrehzahl bei diesem Ausführungsbeispiel, während die gestrichelte Linie 130 den tatsächlich erfolgenden Übergang der Maschinendrehzahl veranschaulicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird von dem Motorgenerator ein dahingehender Unterstützungs-/Bremsvorgang durchgeführt, dass die Istdrehzahl der Brennkraftmaschine der idealen Drehzahl-Übergangskennlinie 120 folgt. Hierbei ist anzumerken, dass der Begriff "Unterstützungsvorgang" die Zuführung einer Antriebskraft durch den Motorgenerator in der normalen Drehrichtung der Brennkraftmaschine beinhaltet, während der Begriff "Bremsvorgang" die Zuführung einer Antriebskraft in der Rückwärtsdrehrichtung der Brennkraftmaschine durch den Motorgenerator beinhaltet.
  • Gemäß 12 wird das Fahrpedal des Fahrzeugs zur Zeit t0 freigegeben, während zur Zeit t1 eine Betätigung der Bremse erfolgt und das Steuergerät 70 die Kraftstoffabschaltung durchführt. Obwohl die Maschinendrehzahl nach der Kraftstoffabschaltung automatisch abfällt, bestimmt das Steuergerät 70 durch kontinuierliche Überwachung der Maschinendrehzahl, ob die Maschinendrehzahl auf der idealen Drehzahl-Übergangskennlinie 120 liegt oder nicht. Im Falle einer Abweichung der Istdrehzahl von der idealen Drehzahl-Übergangskennlinie 120 führt das Steuergerät 70 den Unterstützungsvorgang oder Bremsvorgang durch entsprechenden Antrieb des Motorgenerators 3 durch, um auf diese Weise durch Anhebung oder Verringerung der Istdrehzahl einen der idealen Drehzahl-Übergangskennlinie 120 entsprechenden Drehzahlverlauf zu erhalten. Durch Unterbrechung des über den Motorgenerator 3 erfolgenden Antriebs bei einer vorgegebenen Maschinendrehzahl wird dann die Brennkraftmaschine unter Verwendung der vorliegenden Trägheits- bzw. Schwungenergie in der optimalen Kurbelwinkel-Stoppstellung zum Stillstand gebracht.
  • Wenn somit gemäß diesem Verfahren die ideale Drehzahl-Übergangskennlinie derart voreingestellt wird, dass die Brennkraftmaschine mit hoher Wahrscheinlichkeit in der optimalen Kurbelwinkel-Stoppstellung zum Stillstand gebracht werden kann, und die Istdrehzahl dann durch von dem Motorgenerator durchgeführte Unterstützungs/Bremsoperationen auf diese Übergangskennlinie eingesteuert wird, lässt sich eine stabile Maschinenstoppsteuerung gewährleisten. Da die Maschinendrehzahl von dem Motorgenerator auf einer Echtzeitbasis gesteuert wird, lässt sich eine stabile Maschinenstoppsteuerung auch dann realisieren, wenn die Maschinendrehzahl aus gewissen vorübergehenden Gründen instabil wird.
  • 13 zeigt ein Beispiel für den Ablauf der Maschinenstoppsteuerung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in Form eines Ablaufdiagramms, bei dem die Schritte S51 bis S53 mit den Schritten S1 bis S3 der Maschinenstoppsteuerung des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 7 identisch sind. Bei der Durchführung der Kraftstoffabschaltung erfasst das Steuergerät 70 sodann die Maschinendrehzahl und vergleicht sie mit der durch die ideale Drehzahl-Übergangskennlinie 120 vorgegebenen idealen Maschinendrehzahl (Schritt S54). Wenn hierbei die Istdrehzahl der Brennkraftmaschine unter der idealen Maschinendrehzahl liegt, wird von dem Motorgenerator 3 der Unterstützungsvorgang durchgeführt (Schritt S55). Wenn dagegen die Istdrehzahl über der idealen Maschinendrehzahl liegt, wird von dem Motorgenerator 3 der Bremsvorgang durchgeführt (Schritt S56). Im Falle einer korrekten Istdrehzahl der Brennkraftmaschine entfällt der Antrieb des Motorgenerators 3. Auf diese Weise wird die Istdrehzahl der Brennkraftmaschine auf die ideale Drehzahl-Übergangskennlinie 120 eingesteuert, wobei bei Erreichen der vorgegebenen Maschinendrehzahl (Schritt S57: JA) der Motorbetrieb beendet wird (Schritt S58). Anschließend wird die Brennkraftmaschine von ihrer dann vorliegenden Trägheits- bzw. Schwungenergie in der optimalen Kurbelwinkel-Stoppstellung zum Stillstand gebracht.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • Ein drittes Ausführungsbeispiel dient zur Verbesserung der Steuergenauigkeit bei der Maschinenstoppsteuerung durch möglichst weitgehende Verringerung von Energieverbrauchern. Dieses Ausführungsbeispiel kann sowohl in Verbindung mit dem ersten als auch mit dem zweiten Ausführungsbeispiel Verwendung finden.
  • Wenn bei der Durchführung der erfindungsgemäßen Maschinenstoppsteuerung eine hohe Maschinenbelastung durch Zusatzgeräte, Hilfseinrichtungen und dergleichen vorliegt, wird durch den Leerlaufstopp nur eine geringe Kraftstoffeinsparung erzielt, da dann ein erheblicher Energieaufwand zur Steuerung der Maschinendrehzahl erforderlich ist. Außerdem können bei solchen zusätzlichen Belastungen der Brennkraftmaschine Schwankungen der Maschinendrehzahl in Abhängigkeit von wechselnden Belastungen auftreten. Dies führt zu einer instabilen Drehzahlsteuerung, bei der in höherem Maße die Gefahr eines Fehlschlags der Maschinenstoppsteuerung gegeben ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird somit bei Beginn der Maschinenstoppsteuerung die Maschinenbelastung möglichst gering gehalten.
  • Der Begriff "Maschinenbelastung" umfasst hierbei verschiedene Arten von Belastungen wie z. B. durch eine Klimaanlage, eine elektrische Servolenkung, Frontscheinwerfer und dergleichen. Zur Verringerung solcher Maschinenbelastungen können somit z. B. Maßnahmen wie die Unterbindung von Stromerzeugung durch einen Generator, die Abschaltung der Frontscheinwerfer sowie die Unterbindung des Betriebs einer Klimaanlage in Betracht gezogen werden. Ferner umfasst der Begriff "Maschinenbelastung" auch auf die Maschinendrehzahl einwirkende Einflüsse wie die (auch als "ISC-Regelung" bezeichnete) EIN/AUS-Steuerung eines Regelventils, das in der Brennkraftmaschine zur Einstellung der Leerlaufdrehzahl vorgesehen ist, sowie eine elektronische Drosselklappensteuerung.
  • Wenn in der vorstehend beschriebenen Weise diese Maschinenbelastungen bei der Durchführung der Maschinenstoppsteuerung möglichst gering gehalten werden, lässt sich die Maschinendrehzahl mit hoher Genauigkeit steuern, was wiederum eine zuverlässigere Durchführung der Maschinenstoppsteuerung ermöglicht. Außerdem lässt sich auch der zur Drehzahlsteuerung erforderliche Energieaufwand verringern. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel kann somit durch Verringerung der Maschinenbelastung die Genauigkeit der mit Hilfe des Motorbetriebs erfolgenden Steuerung der Maschinendrehzahl verbessert werden, während bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Genauigkeit, mit der die Istdrehzahl der idealen Drehzahl-Übergangskennlinie folgt, durch einen entsprechenden Antrieb des Motorgenerators verbessert werden kann.
  • 14 veranschaulicht eine Verwendung dieses Ausführungsbeispiels in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel in Form eines Verarbeitungsablaufdiagramms, bei dem die Schritte S1 bis S7 mit der Maschinenstoppsteuerung des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 7 identisch sind, wobei der Unterschied dieses Ausführungsbeispiels zu dem ersten Ausführungsbeispiel nur in der Einfügung des Schrittes S2-6 besteht. Wenn somit im Schritt S2 eine Bremspedalbetätigung erfasst wird, führt das Steuergerät 70 die vorstehend beschriebene Verarbeitung zur Verringerung der Maschinenbelastung durch (Schritt S2-6), woraufhin die Maschinendrehzahl mit Hilfe der Kraftstoffabschaltung gesteuert wird. Auf diese Weise lässt sich die Steuerung der Maschinendrehzahl mit hoher Genauigkeit durchführen.
  • Wenn dieses Ausführungsbeispiel in Verbindung mit dem zweiten Ausführungsbeispiel Verwendung findet, kann die im Schritt S2-6 gemäß 14 erfolgende Verarbeitung auch nach dem Schritt S52 gemäß 13 durchgeführt werden.
  • Obwohl bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die Kraftstoffabschaltung bei einer Bremspedalbetätigung erfolgt, besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Kraftstoffabschaltung im Rahmen der Maschinenstoppsteuerung zu einem anderen Zeitpunkt durchzuführen.
  • Wie vorstehend beschrieben, erfolgt bei der erfindungsgemäßen Maschinenstoppsteuerung bei einem Leerlaufstopp mit Hilfe des Motorgenerators zunächst eine Drehzahlsteuerung, woraufhin die Brennkraftmaschine unter Verwendung ihrer dann vorhandenen Trägheits- bzw. Schwungenergie in der optimalen Kurbelwinkel-Stoppstellung zum Stillstand gebracht wird. Auf diese Weise können eine höhere Genauigkeit bei der Maschinenstoppsteuerung erzielt und gleichzeitig der für die Stoppsteuerung erforderliche Energieaufwand verringert werden.
  • Stopp- und Startsteuerung der Brennkraftmaschine
  • Nachstehend wird eine erfindungsgemäße Stopp- und Startsteuerung für eine Brennkraftmaschine näher beschrieben, die einen frühzeitigen Selbstlauf und damit einen Schnellstart der Brennkraftmaschine ermöglicht.
  • Gemäß der vorstehend beschriebenen Maschinenstoppsteuerung besteht die Möglichkeit, vor dem tatsächlichen Stillstand der Brennkraftmaschine abzuschätzen, bei welchem Arbeitstakt die jeweiligen Zylinder zum Stoppzeitpunkt zum Stillstand kommen. Wie in 5 veranschaulicht ist, ist im Rahmen der vorstehend beschriebenen Maschinenstoppsteuerung eine vorgegebene Motorbetriebsdauer nach der Kraftstoffabschaltung zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Drehzahl der Brennkraftmaschine 2 vorgesehen, wodurch zu diesem Zeitpunkt eine konstante Trägheits- bzw.
  • Schwungenergie der Brennkraftmaschine 2 erhalten und anschließend der Motorbetrieb zur Unterbrechung des Antriebs der Brennkraftmaschine 2 beendet werden, um die Brennkraftmaschine 2 zum Stillstand zu bringen. Die Anzahl der Umdrehungen, die die Brennkraftmaschine 2 nach Beendigung des Motorbetriebs bis zu ihrem Stillstand noch ausführt, hängt somit von der bei Beendigung des Motorbetriebs in der Brennkraftmaschine 2 vorhandenen Trägheits- bzw. Schwungenergie und damit von der durch den Motorbetrieb aufrecht erhaltenen Drehzahl, der Dauer des Motorbetriebs und dergleichen ab. Da die Drehzahl während des Motorbetriebs konstant gehalten wird, ist auch die Anzahl der Umdrehungen konstant, die die Brennkraftmaschine (d. h. die Kurbelwelle) nach der Beendigung des Motorbetriebs bis zu ihrem Stillstand noch ausführt.
  • Wenn somit durch eine Zylinderbestimmung mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Nockenwinkelsensors 92 oder dergleichen erfasst wird, in welchem Takt sich jeder Zylinder zu Beginn des Motorbetriebs befindet, kann auch abgeschätzt werden, in welchem Takt sich jeder Zylinder befindet, wenn die Brennkraftmaschine schließlich nach Durchführung des Motorbetriebs für eine vorgegebene Motorbetriebsdauer zum Stillstand kommt. Wenn hierbei z. B. die Trägheits- bzw. Schwungenergie der Brennkraftmaschine zum Zeitpunkt der Beendigung des Motorbetriebs, d. h. die Maschinendrehzahl zum Zeitpunkt der Beendigung des Motorbetriebs, derart festgelegt wird, dass z. B. ein bestimmter Zylinder, der sich zum Zeitpunkt der Beendigung des Motorbetriebs in einem spezifischen Takt befindet, zwar den nächsten oberen Verdichtungstotpunkt, nicht jedoch auch den anschließenden zweiten oberen Verdichtungstotpunkt überwinden kann, so befindet sich dieser Zylinder im Verdichtungstakt, wenn die Brennkraftmaschine 2 zum Stillstand kommt. Von der Motorbetriebsdauer her ist bereits die Drehzahl der Brennkraftmaschine 2 während der Motorbetriebsdauer bekannt. Das Steuergerät 70 kann somit während der Durchführung der Maschinenstoppsteuerung auf der Basis der Informationen bezüglich des Taktes eines jeden Zylinders zum Zeitpunkt der Beendigung oder des Beginns des Motorbetriebs sowie auf der Basis der Informationen bezüglich der Anzahl der von der Brennkraftmaschine 2 nach Beendigung des Motorbetriebs auf Grund ihrer Trägheits- bzw. Schwungenergie noch ausgeführten Umdrehungen abschätzen und damit bestimmen, in welchem Takt sich jeder Zylinder zum Zeitpunkt des Maschinenstillstands befindet. Bei der nachstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Stopp- und Startsteuerung der Brennkraftmaschine 2 wird unter Verwendung des erhaltenen Bestimmungsergebnisses vor dem Maschinenstopp ein Luft-Kraftstoff-Gemisch einem Zylinder zugeführt und darin eingeschlossen, bei dem durch diese Bestimmung davon ausgegangen wird, dass er sich nach dem Maschinenstillstand in einem spezifischen Takt befindet.
  • Nachstehend wird die erfindungsgemäße Stopp- und Startsteuerung der Brennkraftmaschine zur Erzielung eines frühzeitigen Selbstlaufs und damit eines Schnellstarts näher beschrieben.
  • Viertes Ausführungsbeispiel
  • Bei einem vierten Ausführungsbeispiel wird ein frühzeitiger Selbstlauf bzw. Schnellstart der Brennkraftmaschine 2 angestrebt, indem eine vorherige Kraftstoffeinspritzung in einen zum Zeitpunkt des Maschinenstopps voraussichtlich im Verdichtungstakt zum Stillstand kommenden Zylinder vorgenommen und das Gemisch im Brennraum eingeschlossen wird, wenn bei der Maschinenstoppsteuerung die vorstehend beschriebene optimale Kurbelwinkel-Stoppstellung erreicht wird, woraufhin zum Zeitpunkt des anschließenden Maschinenstarts sodann zusätzlich zu dem Andrehen der Brennkraftmaschine durch den Motorgenerator das Gemisch gezündet und entflammt wird.
  • Zunächst wird auf das Grundprinzip dieses Ausführungsbeispiels näher eingegangen. Bei diesem Verfahren wird z. B. zum Zeitpunkt eines Maschinenstopps wie eines Leerlaufstopps die vorstehend beschriebene Maschinenstoppsteuerung durchgeführt und hierbei abgeschätzt, in welchem Takt sich jeder Zylinder zum Zeitpunkt des Maschinenstopps befindet. Auf diese Weise wird der Zylinder ermittelt, bei dem davon ausgegangen wird, dass er sich im Verdichtungstakt befindet, wenn die Brennkraftmaschine zum Stillstand kommt. Hierbei kann unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens abgeschätzt werden, in welchem Takt sich die jeweiligen Zylinder im Stillstand der Brennkraftmaschine befinden.
  • Da bei einer Brennkraftmaschine mit Einlaßkanaleinspritzung wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels bei einem Maschinenstopp sowohl das Einlaßventil als auch das Auslaßventil des im Verdichtungstakt befindlichen Zylinders normalerweise geschlossen sind, kann das Gemisch anders als im Falle einer Brennkraftmaschine mit sogenannter Direkteinspritzung nach einem Maschinenstopp jedoch nicht mehr in den Brennraum des Zylinders eingeführt werden. Zum Einführen und Einschließen des Gemisches in dem Brennraum des zum Zeitpunkt des Maschinenstopps voraussichtlich im Verdichtungstakt befindlichen Zylinders (der nachstehend auch als "Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder" bezeichnet wird) ist daher eine vorherige Kraftstoffeinspritzung im Ansaugtakt des Zylinders erforderlich. Wenn somit davon ausgegangen wird, dass sich der Zylinder #3 zum Zeitpunkt des Maschinenstopps im Verdichtungstakt befindet, führt das Steuergerät 70 die Kraftstoffeinspritzung bei diesem Zylinder in dem dem Verdichtungstakt vorhergehenden Ansaugtakt durch und schließt das Gemisch sodann im Brennraum vorher ein. Wenn diese Kraftstoffeinspritzung erfolgt, befindet sich die Brennkraftmaschine jedoch noch nicht im Stillstand, sodass im Brennraum des im Ansaugtakt befindlichen Zylinders ein Unterdruck vorliegt. Das den in den Einlaßkanal eingespritzten Kraftstoff enthaltende Gemisch kann somit zuverlässig in den Brennraum eingeführt werden. Die Maschinenstoppsteuerung ist hiermit abgeschlossen, wobei im Stillstand der Brennkraftmaschine das Gemisch im Brennraum des Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinders (bei diesem Beispiel der Zylinder #3) eingeschlossen ist.
  • Zum Zeitpunkt eines anschließenden Maschinenstarts führt das Steuergerät 70 mit Hilfe des Motorgenerators 3 ein Andrehen der Brennkraftmaschine durch und zündet bzw. entflammt das in dem Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder (dem Zylinder #3) befindliche Gemisch zur Erzeugung von Verbrennungsenergie zur Drehung der Kurbelwelle, wodurch sich ein frühzeitiger Selbstlauf bzw. Schnellstart der Brennkraftmaschine 2 erzielen lässt.
  • Das auf diese Weise in dem Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder zum Zeitpunkt des Maschinenstopps eingeschlossene Gemisch besitzt ein geeignetes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das auf dem Ausgangssignal des Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensors bei der Maschinenstoppsteuerung, d. h. vor dem Maschinenstopp, basiert. Da bei der Maschinenstoppsteuerung in der vorstehend beschriebenen Weise eine Umkehr der Drehbewegung der Brennkraftmaschine unmittelbar vor dem von der vorhandenen Trägheits- bzw. Schwungenergie abhängigen Stillstand der Brennkraftmaschine erfolgt, wird durch den Kolben im Brennraum eine wiederholte Verdichtung und Expansion des Gemisches herbeigeführt, sodass sich das Gemisch in einem Zustand befindet, bei dem Luft und Kraftstoff gut durchmischt sind. Außerdem befindet sich die Brennkraftmaschine nach einem Maschinenstopp noch im Warmlaufzustand, sodass bei dem Gemisch im Brennraum eine Konvektion durch die Wärmeaufnahme vom Zylinder stattfindet, durch die ebenfalls eine Durchmischung von Luft und Kraftstoff gefördert wird. Aus diesen Gründen befindet sich im Brennraum ein gut zerstäubtes, homogenes und damit zündfreudiges Gemisch, das bei einer zum Zeitpunkt des nächsten Maschinenstarts erfolgenden Zündung gut entflammt werden kann, sodass sich ein Schnellstart der Brennkraftmaschine erzielen lässt.
  • Nachstehend wird das vierte Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die 15 bis 18 im einzelnen beschrieben. Zunächst wird hierbei auf ein Stoppsteuerverfahren zur Erzielung eines frühzeitigen Selbstlaufs bzw. Schnellstarts der Brennkraftmaschine gemäß dem eine Start- und Stoppsteuerung betreffenden erfindungsgemäßen vierten Ausführungsbeispiel näher eingegangen. 15 zeigt eine Ausführungsform dieser Stoppsteuerung gemäß diesem Ausführungsbeispiel, während 16 ein zugehöriges Ablaufdiagramm zeigt.
  • 15 zeigt ein den Zustand eines jeden Zylinders direkt vor einem Maschinenstillstand veranschaulichendes Taktdiagramm sowie diesem Taktdiagramm entsprechende Steuersignalverläufe. In 15 wird davon ausgegangen, dass es sich bei dem Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder um den Zylinder #3 handelt. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist zwar als Beispiel eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine in Betracht gezogen worden, jedoch ist die Erfindung nicht auf eine solche Brennkraftmaschine beschränkt. Die Zündfolge der Brennkraftmaschine 2 ist z. B. durch Zylinder #1 – Zylinder #3 – Zylinder #4 – Zylinder #2 gegeben, jedoch ist die Erfindung ebenfalls nicht hierauf beschränkt.
  • Die Maschinenstoppsteuerung entspricht hierbei im wesentlichen der in Verbindung mit den 5 und 6 vorstehend bereits beschriebenen Maschinenstoppsteuerung. Wenn somit der Fahrer das Fahrpedal freigibt, werden zum Zeitpunkt der Bremspedalbetätigung (Zeit t1) das Kraftstoffabschaltsignal abgegeben und die Kraftstoffabschaltung durchgeführt. Dies hat zur Folge, dass nach der Zeit t1 prinzipiell keine Kraftstoffeinspritzung mehr erfolgt. Wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine anschließend auf eine vorgegebene Drehzahl abfällt, wird zur Zeit t2 das MG-Ansteuersignal eingeschaltet und der Motorbetrieb eingeleitet. Nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer wird der Motorbetrieb zur Zeit t3 beendet, woraufhin die Brennkraftmaschine das in 6 veranschaulichte Verhalten zeigt und zur Zeit t4 zum Stillstand kommt. Die Stoppstellung der Brennkraftmaschine ist hierbei in 15 durch die gestrichelte Linie als tatsächliche Stoppstellung bzw. Ist-Stoppstellung dargestellt.
  • Im Maschinenstoppzustand befindet sich der Zylinder #3 im Verdichtungstakt und stellt somit den Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder dar. Das Steuergerät 70 hat dies bereits während der Maschinenstoppsteuerung z. B. bei Beginn des Motorbetriebs abgeschätzt und führt eine Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder #3 als Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder in dem Ansaugtakt direkt vor dem Maschinenstillstand durch (was durch den Pfeil 210 gekennzeichnet ist). Obwohl nach der Pegeländerung des Kraftstoffabschaltsignals prinzipiell keine Kraftstoffeinspritzung mehr erfolgt, wird in diesem Fall die Kraftstoffabschaltung kurzzeitig unterbrochen (von der Zeit t5 bis zu der Zeit t6) und eine Kraftstoffeinspritzung ausnahmsweise nur während des Ansaugtaktes des Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinders direkt vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine durchgeführt, um das Gemisch in den Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder einzuführen. Hierdurch wird das Gemisch in dem Zylinder #3 eingeschlossen, der sich zum Zeitpunkt des Maschinenstillstands im Verdichtungstakt befindet. Kurz vor dem zur Zeit t4 erfolgenden Maschinenstillstand schaltet das Steuergerät 70 dann ein Zündungsabschaltsignal ein, wodurch die Zündung in sämtlichen Zylindern unterbrochen bzw. beendet wird.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 16 eine Startsteuerung näher beschrieben, die nach dem auf diese Weise erfolgenden Maschinenstopp durchgeführt wird. 16 zeigt ein Taktdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel der nach der Maschinenstoppsteuerung erfolgenden Startsteuerung der Brennkraftmaschine 2 veranschaulicht. Die in 16 dargestellte Ist-Stoppstellung entspricht hierbei der Ist-Stoppstellung gemäß 15.
  • Wie in 16 dargestellt ist, befindet sich in der Ist-Stoppstellung der Zylinder #4 im Ansaugtakt. Zur Erzielung eines frühzeitigen Selbstlaufs bzw. Schnellstarts der Brennkraftmaschine 2 schaltet das Steuergerät 70 daher bei Vorliegen der Maschinenstartbedingung das Kraftstoffabschaltsignal ab und führt mit Hilfe des elektronischen Kraftstoffeinspritzsystems eine Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum des im Ansaugtakt befindlichen Zylinders #4 durch (was durch den Pfeil 220 gekennzeichnet ist).
  • Wie vorstehend beschrieben, befindet sich in der Ist-Stoppstellung der Zylinder #3 im Verdichtungstakt, wobei das Gemisch im Brennraum des Zylinders #3 eingeschlossen ist. Demzufolge zündet das Steuergerät 70 nunmehr das im Brennraum des Zylinders #3 enthaltene Gemisch, um die Kurbelwelle in Drehung zu versetzen (was durch den Pfeil 221 gekennzeichnet ist). Im einzelnen führt das Steuergerät 70 bei Vorliegen der Maschinenstartbedingung einen Übergang des Zündungsabschaltsignals von EIN auf AUS herbei und führt sodann das Zündsignal der Zündeinrichtung zu, wenn der Zylinder #3 den oberen Totpunkt im Verdichtungstakt erreicht. Hierdurch bewirkt das Steuergerät 70 eine Drehbewegung der Kurbelwelle durch den hierbei erzeugten Verbrennungsdruck. Anschließend werden Kraftstoffeinspritzung und Zündung in der üblichen Weise durchgeführt.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird bei dem vierten Ausführungsbeispiel beim Starten der Brennkraftmaschine zusätzlich zu dem über den Motorgenerator erfolgenden Andrehen der Brennkraftmaschine das bei einem Maschinenstopp in dem Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder eingeschlossene Gemisch zur Erzeugung von Verbrennungsenergie zur Unterstützung des Antriebs der Kurbelwelle verbrannt. Auf diese Weise lässt sich ein frühzeitiges Einsetzen der Verbrennungsvorgänge in der Brennkraftmaschine 2 und damit ein Schnellstart der Brennkraftmaschine realisieren.
  • Nachstehend wird ein Ablaufdiagramm der Stoppsteuerung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 17 näher beschrieben. Das Steuergerät 70 führt diese Steuerung im wesentlichen auf der Basis der Ausgangssignale von verschiedenen Sensoren durch.
  • Hierbei bestimmt das Steuergerät 70 in einem Schritt S71, ob die Maschinenstoppbedingung erfüllt ist oder nicht, indem der Ausgangssignalzustand eines Bremspedalschalters überwacht und sodann festgestellt wird, ob die Maschinendrehzahl einem vorgegebenen Drehzahl-Standardwert entspricht oder nicht. Wenn hierbei der mit dem Bremspedal gekoppelte Bremsschalter eingeschaltet ist und die Maschinendrehzahl in dem vorgegebenen Drehzahlbereich (z. B. im Bereich von 0 min–1) liegt, trifft das Steuergerät 70 auf der Basis der Ausgangssignale der diese Zustände erfassenden Sensoren die Beurteilung, dass die Maschinenstoppbedingung erfüllt ist (Schritt S71: JA), woraufhin der Ablauf auf einen Schritt S72 übergeht. Wenn dagegen der Bremsschalter ausgeschaltet ist oder die Maschinendrehzahl nicht in dem vorgegebenen Drehzahlbereich (z. B. im Bereich von 0 min–1) liegt, trifft das Steuergerät 70 auf der Basis der Ausgangssignale der diese Zustände erfassenden Sensoren die Beurteilung, dass die Maschinenstoppbedingung nicht erfüllt ist (Schritt S71: NEIN). Der Verarbeitungsablauf geht somit erst dann auf den Schritt S72 über, wenn die Maschinenstoppbedingung erfüllt ist.
  • Im Schritt S72 führt das Steuergerät 70 sodann eine Kraftstoffabschaltung für jeden Zylinder durch, während in einem nächsten Schritt S73 das Steuergerät 70 durch Vergleich der aktuellen Maschinendrehzahl mit der vorgegebenen Drehzahl beurteilt, ob der Motorbetrieb eingeleitet werden kann oder nicht. Wenn hierbei die Maschinendrehzahl unter der vorgegebenen Drehzahl liegt, geht der Ablauf auf einen Schritt S74 über, bei dem das Steuergerät 70 den Motorgenerator 3 über die Motorsteuereinheit 4 antreibt und damit den Motorbetrieb einleitet (Schritt S73: JA). Im einzelnen führt das Steuergerät 70 hierbei der Motorsteuereinheit 4 ein einer vorgegebenen Motorbetriebs-Ausführungsdauer entsprechendes Befehlssignal zu, wobei die Motorsteuereinheit 4 dann den Motorgenerator 3 auf der Basis dieses Befehlssignals steuert und der Motorbetrieb somit für die vorgegebene Zeitdauer ausgeführt wird. Wenn dagegen die Maschinendrehzahl über der vorgegebenen Drehzahl liegt, geht die Verarbeitung erst dann auf den Schritt S74 über, wenn die Maschinendrehzahl unter die vorgegebene Drehzahl abgefallen ist (Schritt S73: NEIN).
  • In einem nächsten Schritt S75 bestimmt das Steuergerät 70 in der vorstehend beschriebenen Weise den Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder auf der Basis des zu Beginn des Motorbetriebs erhaltenen Zylinderbestimmungssignals und der vorstehend beschriebenen vorgegebenen Motorbetriebs-Ausführungsdauer. Bei diesem Ausführungsbeispiel legt das Steuergerät 70 somit den Zylinder #3 als Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder fest. Zur Durchführung der Kraftstoffeinspritzung im Ansaugtakt dieses Zylinders unmittelbar vor dem Maschinenstillstand erfasst das Steuergerät 70 sodann kontinuierlich auf der Basis des Ausgangssignals des Nockenwinkelsensors 92, in welchem Takt sich der Zylinder #3 befindet. Im Schritt S76 ermittelt das Steuergerät 70, ob sich der Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder, d. h. der Zylinder #3, im Ansaugtakt befindet oder nicht. Wenn sich der Zylinder #3 im Ansaugtakt befindet, geht der Verarbeitungsablauf auf einen Schritt S77 über (Schritt S76: JA). Befindet sich der Zylinder #3 dagegen nicht im Ansaugtakt, geht der Verarbeitungsablauf erst dann auf den Schritt S77 über, wenn sich der Zylinder #3 im Ansaugtakt befindet (Schritt S76: NEIN).
  • Im Schritt S77 führt das Steuergerät 70 sodann mit Hilfe des elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzsystems (EFI) die Einspritzung einer vorgegebenen Kraftstoffmenge in den Brennraum des im Ansaugtakt befindlichen Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinders, d. h. in den Brennraum des Zylinders #3, durch. Wenn die Kraftstoffeinspritzung abgeschlossen ist (Schritt S78: JA), geht der Verarbeitungsablauf einen Schritt S79 über.
  • Wenn das Steuergerät 70 im Schritt S79 von der Motorsteuereinheit 4 ein Motorbetriebs-Stoppbefehlssignal erhält, geht der Verarbeitungsablauf zur Beendigung des Motorbetriebs auf einen Schritt S80 über. Das Motorbetriebs-Stoppbefehlssignal wird hierbei dem Steuergerät 70 von der Motorsteuereinheit 4 zugeführt, wenn die im Schritt S74 vorgegebene Motorbetriebs-Ausführungsdauer abgelaufen ist. Andernfalls geht der Verarbeitungsablauf erst dann auf den Schritt S80 über, wenn das Motorbetriebs-Stoppbefehlssignal erfasst wird (Schritt S79: NEIN). In einem nächsten Schritt S81 führt das Steuergerät 70 mit Hilfe des elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzsystems (EFI) die Zündungsabschaltung für jeden Zylinder durch, woraufhin die Brennkraftmaschine 2 das in 6 dargestellte verhalten zeigt und hierbei zum Stillstand kommt (Schritt S82).
  • Auf diese Weise erreicht der Kurbelwinkel durch die erfindungsgemäße Stoppsteuerung die optimale Kurbelwinkelstellung, wobei die Brennkraftmaschine in einem Zustand zum Stillstand kommt, bei dem sich im Brennraum des Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinders ein zündfreudiges Gemisch befindet.
  • Nachstehend wird ein die Maschinenstartsteuerung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel betreffendes Ablaufdiagramm unter Bezugnahme auf 18 näher beschrieben. Zunächst bestimmt das Steuergerät 70 in einem Schritt S101, ob die vorgegebene Maschinenstartbedingung erfüllt ist oder nicht, die z. B. darin besteht, dass sowohl der Zündschalter als auch der Bremspedalschalter eingeschaltet sind (Schritt S101). Wenn die Maschinenstartbedingung erfüllt ist, führt das Steuergerät 70 in einem Schritt S102 einen Motorbetrieb (ein Andrehen oder Anwerfen der Brennkraftmaschine) mit Hilfe des Motorgenerators 3 durch. Außerdem erfasst das Steuergerät 70 auf der Basis des Ausgangssignals des Nockenwinkelsensors 92 oder dergleichen einen zum Zeitpunkt des Maschinenstopps im Ansaugtakt befindlichen Zylinder (der nachstehend auch als "Stoppzeit-Ansaugtakt-Zylinder" bezeichnet wird) und führt die Kraftstoffeinspritzung durch (Schritt S103). Anschließend führt das Steuergerät 70 eine Zündung bei dem Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder herbei (Schritt S104). Da in der vorstehend beschriebenen Weise dem Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder ein Gemisch zugeführt und darin eingeschlossen worden ist, setzt die Verbrennung sofort ein, sodass die Kurbelwelle durch die Verbrennungsenergie in Umdrehungen versetzt werden kann. Hierdurch können die bis zum ersten Verbrennungsvorgang erforderliche Zeitdauer erheblich verkürzt und ein frühzeitiger Selbstlauf bzw. Schnellstart der Brennkraftmaschine 2 realisiert werden. Auf diese Weise erfolgt das Starten der Brennkraftmaschine 2.
  • Bei dem eine Stopp- und Startsteuerung der Brennkraftmaschine betreffenden vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden somit in der vorstehend beschriebenen Weise während der Maschinenstoppsteuerung ein zum Zeitpunkt des Maschinenstopps im Verdichtungstakt befindlicher Zylinder bestimmt und durch Vornahme einer Kraftstoffeinspritzung in diesen Zylinder ein Gemisch in dessen Brennraum gebildet. Zum Zeitpunkt des nächsten Maschinenstarts kann dann in diesem Zylinder sofort ein Verbrennungsvorgang zur Erzielung eines Schnellstarts der Brennkraftmaschine eingeleitet werden.
  • Fünftes Ausführungsbeispiel
  • Mit Hilfe eines fünften Ausführungsbeispiels wird auf der Basis der vorstehend beschriebenen Stopp- und Startsteuerung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel die Realisierung eines weiter verbesserten frühen Selbstlaufs bzw. Schnellstarts der Brennkraftmaschine 2 angestrebt. Im einzelnen erfolgt bei dem fünften Ausführungsbeispiel eine vorherige Kraftstoffeinspritzung bei einem Zylinder, bei dem davon ausgegangen wird, dass er zum Zeitpunkt des Maschinenstopps im Expansionstakt zum Stillstand kommt (und demzufolge nachstehend auch als "Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder" bezeichnet wird), um auf diese Weise beim Stillstand der Brennkraftmaschine ein Gemisch in diesem Zylinder einzuschließen. Beim Starten der Brennkraftmaschine erfolgt dann zur Erzielung eines frühzeitigen Startens der Brennkraftmaschine eine Normaldruck-Zündung des Gemisches, wobei der Begriff "Normaldruck-Zündung" beinhaltet, dass das Steuergerät 70 eine Zündung des Gemisches im Brennraum über das elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzsystem (EFI) nicht in dem im Verdichtungstakt herbeigeführten komprimierten Zustand sondern im Expansionstakt bei einem in der Nähe des atmosphärischen Luftdrucks liegenden Druck durchführt.
  • Hierbei werden bei dem fünften Ausführungsbeispiel zunächst bei der Maschinenstoppsteuerung der Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder und der Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder bestimmt. Wenn z. B. hierbei ermittelt wird, dass sich während eines Maschinenstopps der Zylinder #1 im Expansionstakt und der Zylinder #3 im Verdichtungstakt befinden, führt das Steuergerät 70 bei diesen Zylindern jeweils im Ansaugtakt direkt vor dem Maschinenstillstand eine Kraftstoffeinspritzung durch, sodass das Gemisch in den jeweiligen Brennräumen eingeschlossen wird. Wenn die Brennkraftmaschine nach Abschluss der Maschinenstoppsteuerung zum Stillstand kommt, ist somit das Gemisch in den Brennräumen dieser beiden Zylinder enthalten. Hierbei wird das Gemisch durch die Rückwärtsbewegung der Brennkraftmaschine beim Maschinenstopp, die Konvektionswirkung durch die vom Zylinder aufgenommene Wärme und dergleichen gut zerstäubt, sodass ein zündfreudiges Gemisch vorliegt.
  • Wenn sodann die Maschinenstartbedingung vorliegt, treibt das Steuergerät 70 zunächst den Motorgenerator 3 zum Andrehen bzw. Anwerfen der Brennkraftmaschine an und leitet hierbei einen jeweiligen Zündvorgang bei dem Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder und dem Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder ein. Hierdurch wird ein Starten der Brennkraftmaschine 2 unter Verwendung der von dem Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder entwickelten Verbrennungsenergie zusätzlich zu der vom Motorgenerator erhaltenen Antriebsenergie und der von dem Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder entwickelten Verbrennungsenergie ermöglicht, sodass das Starten der Brennkraftmaschine 2 schneller und zuverlässiger erfolgen kann.
  • Nachstehend wird die Maschinenstoppsteuerung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 19 näher beschrieben. Wie in 19 veranschaulicht ist, unterscheidet sich die Maschinenstoppsteuerung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel von der Maschinenstoppsteuerung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel (siehe 15) darin, dass nunmehr auch eine Kraftstoffeinspritzung bei dem Zylinder #1 erfolgt, der nach der zur Zeit t1 erfolgenden Kraftstoffabschaltung den Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder darstellt. Bei der Maschinenstoppsteuerung erfolgt somit zur Zeit t1 die Kraftstoffabschaltung, woraufhin zur Zeit t2 der Motorbetrieb mit Hilfe des Motorgenerators 3 einsetzt, wenn die Drehzahl auf einen vorgegebenen Drehzahlwert abgefallen ist. Sodann wird die Kraftstoffabschaltung zur Zeit t5 kurzzeitig unterbrochen, wenn sich der den Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder darstellende Zylinder #1 direkt vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine im Ansaugtakt befindet, sodass dann eine Kraftstoffeinspritzung bei dem Zylinder #1 erfolgt (was durch den Pfeil 211 gekennzeichnet ist). Sodann wird in ähnlicher Weise auch eine Kraftstoffeinspritzung bei dem Zylinder #3 durchgeführt, der den Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder darstellt (was durch den Pfeil 210 gekennzeichnet ist). Nach der Beendigung der Kraftstoffeinspritzung bei diesen beiden Zylindern erfolgt zur Zeit t6 wieder eine Kraftstoffabschaltung. Hierbei wird der Motorbetrieb zur Zeit t3 beendet, wobei die Brennkraftmaschine zur Zeit t4 zum Stillstand kommt.
  • Nachstehend wird die Maschinenstartsteuerung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 20 näher beschrieben. Wie in 20 veranschaulicht ist, werden bei Vorliegen der Maschinenstartbedingung das Kraftstoffabschaltsignal zur Einleitung der Kraftstoffeinspritzung und das Zündungsabschaltsignal zur Durchführung von Zündvorgängen beide abgeschaltet. Da bei dem Stillstand der Brennkraftmaschine in der in 20 dargestellten Ist-Stoppstellung ein Gemisch in dem den Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder darstellenden Zylinder #3 und in dem den Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder darstellenden Zylinder #1 eingeschlossen ist, werden zum Zeitpunkt des Startens der Brennkraftmaschine der Zylinder #1 und der Zylinder #3 gezündet (was durch die Pfeile 221 und 220 gekennzeichnet ist), sodass zusätzlich zu dem durch den Motorgenerator erfolgenden Andrehen bzw. Anwerfen der Brennkraftmaschine auch durch die Verbrennungsenergie eine Antriebskraft erzeugt wird und sich auf diese Weise ein frühzeitiger Selbstlauf bzw. Schnellstart der Brennkraftmaschine erzielen lässt.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 21 ein Ablaufdiagramm der Maschinenstoppsteuerung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Auch bei der Stoppsteuerung gemäß diesem Ausführungsbeispiel führt das Steuergerät 70 die Steuerung weitgehend auf der Basis der Ausgangssignale von verschiedenen Sensoren durch. Bei der nachstehenden Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels wird auf Abläufe, die mit dem vierten Ausführungsbeispiel weitgehend identisch sind, in vereinfachter Form Bezug genommen.
  • Da die Schritte S201 bis S204 gemäß 21 den Schritten S71 bis S74 des Ablaufdiagramms der Stoppsteuerung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel entsprechen (siehe 17), erübrigt sich eine erneute Beschreibung.
  • Sodann bestimmt das Steuergerät 70 in einem nächsten Schritt S205 auf der Basis des bei Beginn des Motorbetriebs erhaltenen Zylinder-Bestimmungssignals und der vorgegebenen Motorbetriebs-Ausführungsdauer den Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder und den Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder. Wie vorstehend in Verbindung mit 19 bereits beschrieben worden ist, bestimmt bei diesem Ausführungsbeispiel das Steuergerät 70, dass zum Zeitpunkt des Maschinenstopps der Zylinder #1 im Expansionstakt und der Zylinder #3 im Verdichtungstakt zum Stillstand kommen. Sodann erfasst das Steuergerät 70 ständig auf der Basis des Ausgangssignals des Nockenwinkelsensors 92 oder dergleichen, in welchem Takt sich die Zylinder #1 und #3 jeweils befinden.
  • In einem Schritt S206 stellt das Steuergerät 70 fest, ob sich der Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder, d. h. der überwachte Zylinder #1, im Ansaugtakt befindet oder nicht. Wenn sich der Zylinder #1 im Ansaugtakt befindet, geht der Verarbeitungsablauf auf einen Schritt S207 über, bei dem das Steuergerät 70 dem Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder, d. h. dem Zylinder #1, eine vorgegebene Kraftstoffeinspritzmenge zuführt. Nach Beendigung der Kraftstoffeinspritzung (Schritt S208: JA) geht der Verarbeitungsablauf auf einen Schritt S209 über. Beim Maschinenstopp kommt somit der Zylinder #1 mit dem in den Brennraum eingeführten und darin eingeschlossenen Gemisch zum Stillstand.
  • Die Schritte S209 bis S211 sind mit den Schritten S76 bis S78 des Ablaufdiagramms der Stoppsteuerung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel identisch (siehe 17). Das Steuergerät 70 führt somit dem Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder, d. h. dem Zylinder #3, im Ansaugtakt eine vorgegebene Kraftstoffeinspritzmenge zu. Zum Zeitpunkt des Maschinenstopps kommt somit der Zylinder #3 mit dem in den Brennraum eingeführten und darin eingeschlossenen Gemisch zum Stillstand.
  • Sodann führt das Steuergerät 70 in einem Schritt S212 eine Zündungsabschaltung für jeden Zylinder durch, woraufhin in einem Schritt S213, bei dem das Steuergerät 70 von der Motorsteuereinheit 4 das Motorbetriebs-Stoppbefehlssignal erhält, der Motorbetrieb von ihr unterbrochen wird (Schritt S214). Hierbei führt die Motorsteuereinheit 4 das Motorbetriebs-Stoppbefehlssignal dem Steuergerät 70 zu, wenn die vorgegebene Motorbetriebs-Ausführungsdauer abläuft. Sodann kommt die Brennkraftmaschine 2 zum Stillstand (Schritt S215). Auf diese Weise befinden sich der Zylinder #1 im Expansionstakt und der Zylinder #3 im Verdichtungstakt, wenn die Brennkraftmaschine zum Stillstand kommt, wobei in beiden Zylindern ein zündfreudiges Gemisch enthalten ist.
  • Nachstehend wird das Maschinenstartverfahren gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel in Verbindung mit 22 näher beschrieben, die ein Ablaufdiagramm der bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgenden Maschinenstartsteuerung zeigt. Auch in diesem Fall führt das Steuergerät 70 die Steuerung im wesentlichen auf der Basis der von verschiedenen Sensoren erhaltenen Ausgangssignale durch. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden Abläufe, die mit dem vierten Ausführungsbeispiel weitgehend identisch sind, in vereinfachter Form beschrieben.
  • In einem Schritt S301 stellt das Steuergerät 70 fest, ob die Maschinenstartbedingung erfüllt ist oder nicht. Wenn die Maschinenstartbedingung erfüllt ist, beginnt das Steuergerät 70 den Motorbetrieb mit Hilfe des Motorgenerators 3 (Schritt S302).
  • In einem nächsten Schritt S303 erfasst das Steuergerät 70 auf der Basis des Ausgangssignals des Nockenwinkelsensors 92 und dergleichen den Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder (Zylinder #1) und führt der Zündeinrichtung ein Zündbefehlssignal zur Zündung (Normaldruck-Zündung) des im Brennraum des Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinders (des Zylinders #1) befindlichen Gemisches zu. Auf diese Weise wird eine Antriebskraft für die Kurbelwelle erzeugt.
  • Auf der Basis des Ausgangssignals des Nockenwinkelsensors 92 führt das Steuergerät 70 sodann eine Kraftstoffeinspritzung bei dem Stoppzeit-Ansaugtakt-Zylinder durch (Schritt S304) und leitet anschließend eine Zündung bei dem Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder ein (Schritt S305). Da in dem Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder in der vorstehend beschriebenen Weise ein Gemisch eingeschlossen ist, setzt der Verbrennungsvorgang sofort ein, sodass eine Umdrehung der Kurbelwelle durch die Verbrennungsenergie herbeigeführt werden kann. Auf diese Weise läuft die Brennkraftmaschine 2 an.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird bei dem fünften Ausführungsbeispiel durch eine bei der Maschinenstoppsteuerung erfolgende Bestimmung der zum Zeitpunkt des Maschinenstillstands im Verdichtungstakt und im Expansionstakt befindlichen Zylinder Kraftstoff in diese Zylinder eingespritzt und in ihren Brennkammern ein Gemisch gebildet und eingeschlossen. Bei einem erneuten Starten der Brennkraftmaschine kann somit in den Zylindern sofort ein Verbrennungsvorgang erfolgen, wodurch ein frühzeitiger Selbstlauf bzw. Schnellstart der Brennkraftmaschine ermöglicht wird.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel wird somit ein frühzeitiger Selbstlauf bzw. Schnellstart der Brennkraftmaschine realisiert, indem zusätzlich zu dem mit Hilfe des Motorgenerators erfolgenden Andrehen bzw. Anwerfen der Brennkraftmaschine und der von dem Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder erhaltenen Verbrennungsenergie auch die von dem Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder entwickelte Verbrennungsenergie eingesetzt wird. Wie vorstehend beschrieben, erfolgt somit beim Starten der Brennkraftmaschine zunächst ein Andrehen bzw. Anwerfen der Brennkraftmaschine mit Hilfe des Motorgenerators. Bei einem solchen Antrieb mit Hilfe des Motorgenerators erfolgt jedoch bei einer niedrigen Ladespannung der den Motorgenerator antreibenden Batterie ein langsamer Anstieg des Erregerstroms, sodass in einem solchen Fall eine relativ lange Zeit vergehen kann, bis das maximale Abtriebsmoment des Motorgenerators erhalten wird. Wenn zu diesem Zeitpunkt wie im Falle des Ausführungsbeispiels die vom Motorgenerator erhaltene Antriebsenergie beim Starten der Brennkraftmaschine durch die von dem Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder erzeugte Verbrennungsenergie unterstützt wird, kann diese Verbrennungsenergie unmittelbar beim Starten der Brennkraftmaschine erhalten werden. Wie 20 zu entnehmen ist, beruht dies auf dem Umstand, dass die Verbrennung in dem Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder sofort erfolgt (was durch den Pfeil 221 gekennzeichnet ist), während die Verbrennung in dem Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder (im Expansionstakt) etwas später erfolgt (was durch den Pfeil 220 gekennzeichnet ist). Wenn somit beim Starten der Brennkraftmaschine eine zeitliche Verzögerung bei der Erzeugung des Abtriebsmoments des Motorgenerators auf Grund der vorstehend beschriebenen Gründe auftritt, erweist sich dieses Ausführungsbeispiel insofern als besonders vorteilhaft, als die Zeitdauer bis zum Anlaufen der Brennkraftmaschine durch die von dem Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder entwickelte Verbrennungsenergie verkürzt werden kann.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen fünften Ausführungsbeispiel wird zwar beim Starten der Brennkraftmaschine zusätzliche Verbrennungsenergie erzeugt, indem sowohl dem Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder als auch dem Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder ein Gemisch zugeführt wird, jedoch besteht auch die Möglichkeit, diese Verbrennungsenergie nur durch Bildung des Gemisches in dem Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder zu erzeugen. Von dem Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder wird allerdings eine hohe Verbrennungsenergie erhalten, da die Verbrennung des Gemischs wie im Falle einer üblichen Verbrennung im komprimierten Zustand erfolgt, während von dem Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder nur eine relativ geringe Verbrennungsenergie erhalten wird, da sie durch Verbrennung eines nicht komprimierten Gemisches (unter annähernd atmosphärischen Luftdruckbedingungen) im Rahmen der Normaldruck-Zündung entsteht. Vorzugsweise wird daher das Starten der Brennkraftmaschine beschleunigt, indem zusätzlich die von dem Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder entwickelte Verbrennungsenergie in Verbindung mit der gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel erfolgenden Verwendung der mit Hilfe des Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinders erhaltenen Verbrennungsenergie eingesetzt wird.
  • Sechstes Ausführungsbeispiel
  • Bei der Maschinenstartsteuerung gemäß dem vorstehend beschriebenen fünften Ausführungsbeispiel wird zunächst ein Andrehen bzw. Anwerfen der Brennkraftmaschine durch den Motorgenerator ausgeführt, wobei das Starten der Brennkraftmaschine mit Hilfe der durch Herbeiführung einer Zündung bei dem Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder und dem Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder erhaltenen Verbrennungsenergie beschleunigt wird. Das Andrehen bzw. Anwerfen der Brennkraftmaschine erfolgt daher durch Hinzufügung der von dem Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder erhaltenen Verbrennungsenergie zu der von dem Motorgenerator erzeugten Antriebskraft. Wenn jedoch die (durch den Pfeil 221 in 20 gekennzeichnete) erste Zündung bei dem Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder aus gewissen Gründen fehlschlägt und eine Fehlzündung auftritt, erfolgt das Andrehen bzw. Anwerfen der Brennkraftmaschine nur mit Hilfe des Motorgenerators ohne dass hierbei zusätzliche Verbrennungsenergie zur Verfügung steht. Wenn hierbei der Antrieb des Motorgenerators mit einem Erregerstrom erfolgt, der einen gewissen Wert nicht überschreitet, kann das zum Andrehen bzw. Anwerfen der Brennkraftmaschine erforderliche Drehmoment nicht erhalten werden, sodass die Gefahr besteht, dass der Motorgenerator blockiert wird.
  • Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel wird daher der Beginn einer Drehbewegung der Kurbelwelle auf Grund der von dem Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder entwickelten Verbrennungsenergie, d. h. eine Änderung des Kurbelwinkels, erfasst, wobei in dem Fall, dass sich der Kurbelwinkel während einer gewissen Zeit nicht verändert, das Andrehen bzw. Anwerfen der Brennkraftmaschine von dem Motorgenerator erst nach Überschreiten des vorgegebenen Erregerstromwertes durchgeführt wird. Wenn nämlich eine Drehbewegung der Kurbelwelle auf Grund einer Verbrennung in dem Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder einsetzt, besteht kaum die Gefahr eines Blockierens des Motorgenerators, auch wenn der Erregerstrom des Motorgenerators ziemlich niedrig und das erzeugte Drehmoment demzufolge ziemlich gering sind. Wenn jedoch die erste Zündung bei dem Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder fehlschlägt, muss das Andrehen bzw. Anwerfen der Brennkraftmaschine nur mit Hilfe des Motorgenerators erfolgen. In diesem Fall wird somit das Andrehen bzw. Anwerfen der Brennkraftmaschine durch den Motorgenerator nur in einem Zustand eingeleitet, bei dem der Erregerstrom des Motorgenerators den vorgegebenen Wert überschreitet und somit ein ausreichendes Drehmoment erhalten wird, sodass kein Blockieren des Motorgenerators auftritt.
  • Wenn das Andrehen bzw. Anwerfen der Brennkraftmaschine erst nach Feststellung des Einsetzens einer Veränderung des Kurbelwinkels eingeleitet wird, ergibt sich ein weiterer Vorteil. Wenn nämlich zuerst ein Andrehen bzw. Anwerfen der Brennkraftmaschine durch den Motorgenerator 3 erfolgt, vergrößert sich das Volumen des Brennraums des Stoppzeit- Expansionstakt-Zylinders bei abnehmendem Verdichtungsgrad des darin eingeschlossenen Gemischs, da sich die Kurbelwelle in der Normalrichtung dreht und sich der Kolben hierbei bewegt. Außerdem beginnt sich auf Grund der Kolbenbewegung des Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinders auch dessen Auslaßventil allmählich zu öffnen. Bei einem solchen Antrieb der Kurbelwelle durch den Motorgenerator besteht somit trotz Durchführung der Normaldruck-Zündung bei dem Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder eine erhöhte Gefahr in Bezug auf das Auftreten einer Fehlzündung. Auch wenn jedoch eine Fehlzündung verhindert wird, wird dennoch bei der Ausführung der Normaldruck-Zündung bei dem Expansionstakt-Zylinder ein geringerer Verbrennungsdruck erhalten, da der auf das Gemisch in dem Brennraum des Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinders wirkende Druck abgenommen hat. Auch aus diesem Grund besteht somit eine erhöhte Gefahr, dass es zu einem Fehlstart der Brennkraftmaschine kommt. Wenn die erste Normaldruck-Zündung bei dem Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder fehlschlägt und somit keine Veränderung des Kurbelwinkels erfasst wird, wird daher bei diesem Ausführungsbeispiel das Andrehen bzw. Anwerfen der Brennkraftmaschine durch den Motorgenerator erst ausgeführt, wenn von dem Motorgenerator ein ausreichendes Drehmoment erhalten werden kann.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 23 ein Ablaufdiagramm der Maschinenstartsteuerung gemäß diesem sechsten Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Hierbei werden dem fünften Ausführungsbeispiel entsprechende Abläufe der Maschinenstartsteuerung in vereinfachter Form beschrieben. Das Steuergerät 70 führt hierbei wiederum die Maschinenstartsteuerung im wesentlichen auf der Basis der von verschiedenen Sensoren erhaltenen Ausgangssignale durch.
  • In einem Schritt S401 stellt das Steuergerät 70 zunächst fest, ob die Maschinenstartbedingung erfüllt ist oder nicht. Wenn die Maschinenstartbedingung erfüllt ist, wird in einem Schritt S402 die Stromversorgung des Motorgenerators eingeleitet. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt jedoch noch kein Andrehen bzw. Anwerfen der Brennkraftmaschine durch den Motorgenerator.
  • Sodann erfasst das Steuergerät 70 in einem Schritt S403 auf der Basis des Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 90 und dergleichen den zum Zeitpunkt des Maschinenstopps vorliegenden Kurbelwinkel. Dieser Schritt kann jedoch auch entfallen, wenn der zum Zeitpunkt des Maschinenstopps vorliegende Kurbelwinkel bei der Maschinenstoppsteuerung bereits erhalten wird. In einem Schritt S404 bestimmt das Steuergerät 70 sodann auf der Basis des Ausgangssignals des Nockenwinkelsensors 92 den Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder (den Zylinder #1) und führt eine Zündung (Normaldruck-Zündung) durch.
  • Anschließend ermittelt das Steuergerät 70 in einem Schritt S405, ob eine Drehbewegung der Kurbelwelle auf Grund der im Schritt S404 erfolgten Normaldruck-Zündung eingesetzt hat oder nicht. Im einzelnen erfasst hierbei das Steuergerät 70 den Kurbelwinkel nach der Normaldruck-Zündung auf der Basis des Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 90 und dergleichen. Durch Vergleich des auf diese Weise erfassten Kurbelwinkels mit dem im Schritt S403 erfassten Kurbelwinkel stellt das Steuergerät 70 sodann fest, ob eine vorgegebene Winkeländerung des Kurbelwinkels vorliegt oder nicht. Hierdurch kann das Steuergerät 70 beurteilen, ob bei dem ersten Verbrennungsvorgang (der Normaldruck-Zündung) in dem Stoppzeit-Expansionstakt-Zylinder (dem Zylinder #1) ein erfolgreicher Start der Brennkraftmaschine 2 gelingt oder nicht. Wenn eine Änderung des Kurbelwinkels vorliegt (Schritt S405: JA), geht der Verarbeitungsablauf auf einen Schritt S408 über, während auf einen Schritt S406 übergegangen wird, wenn keine Änderung des Kurbelwinkels erfolgt ist oder wenn trotz einer Änderung des Kurbelwinkels hierbei der vorgegebene Winkelwert nicht erreicht wird (Schritt S405: NEIN).
  • Wenn der Verarbeitungsablauf auf den Schritt S406 übergeht, erfasst das Steuergerät 70 mit Hilfe der Stromsteuereinheit 4 den Wert des Erregerstroms des Motorgenerators 3. Sodann vergleicht das Steuergerät 70 den im Schritt S406 erhaltenen Erregerstromwert des Motorgenerators 3 mit dem vorgegebenen Stromwert und stellt fest, ob der Erregerstromwert des Motorgenerators 3 den vorgegebenen Stromwert überschreitet oder nicht (Schritt S407). Wenn der Erregerstromwert des Motorgenerators 3 größer als der vorgegebene Stromwert ist (Schritt S407: JA), geht der Verarbeitungsablauf auf den Schritt S408 über.
  • Wenn dagegen der Erregerstromwert des Motorgenerators 3 kleiner als der vorgegebene Stromwert ist (Schritt S407: NEIN), geht der Verarbeitungsablauf nicht auf den Schritt S408 über. Die Bedeutung der im Schritt S407 erfolgenden Beurteilung besteht darin, dass durch Erfassung des Erregerstromwertes des Motorgenerators 3 nach dessen Erregung festgestellt wird, ob von dem Motorgenerator 3 ein zur Herbeiführung einer Drehbewegung der Kurbelwelle ausreichendes Drehmoment abgegeben wird oder nicht. Auf diese Weise lässt sich verhindern, dass der Motorgenerator in der vorstehend beschriebenen Weise blockiert wird.
  • Im Schritt S408 leitet das Steuergerät 70 den Motorbetrieb durch den Motorgenerator 3 mit Hilfe der Motorsteuereinheit 4 ein, um ein zuverlässiges Starten der Brennkraftmaschine 2 zu gewährleisten. Sodann führt das Steuergerät 70 in einem Schritt S409 bei dem Stoppzeit-Ansaugtakt-Zylinder eine Kraftstoffeinspritzung durch, während in einem anschließenden Schritt S410 eine Zündung bei dem Stoppzeit-Verdichtungstakt-Zylinder herbeigeführt wird, sodass durch die hierbei erfolgende Verbrennung ein Drehmoment für die Brennkraftmaschine erzeugt wird. Auf diese Weise läuft die Brennkraftmaschine an.
  • Wie vorstehend beschrieben, erfolgt bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine eine Bestimmung der zum Zeitpunkt des Maschinenstopps im Verdichtungstakt und/oder im Expansionstakt befindlichen Zylinder, wobei dem oder den Zylindern über den Einlaßkanal Kraftstoff zugeführt wird, wenn sich der jeweilige Zylinder unmittelbar vor dem Maschinenstopp im Ansaugtakt befindet. Beim Starten der Brennkraftmaschine kann somit durch Verbrennung des dem Zylinder zugeführten und darin eingeschlossenen Kraftstoffs die bis zum ersten Verbrennungsvorgang vergehende Zeitdauer verkürzt und ein sofortiges Starten der Brennkraftmaschine erzielt werden. Da gleichzeitig auch ein Andrehen bzw. Anwerfen der Brennkraftmaschine durch den Motor bzw. Motorgenerator erfolgt, können der erste und der zweite obere Totpunkt leicht überwunden werden, wodurch sich ein Blockieren des Motors bzw. Motorgenerators wirksam verhindern lässt. Auf diese Weise ist ein zuverlässiges Starten der Brennkraftmaschine gewährleistet.
  • Modifikation
  • Obwohl sich die vorstehende Beschreibung aus Vereinfachungsgründen auf eine Brennkraftmaschine mit einer Saugrohreinspritzung in Form eines sogenannten Einlaßkanal-Einspritzsystems bezieht, d. h. auf eine Brennkraftmaschine, bei der die Kraftstoffeinspritzung über einen im Einlaßkanal angeordneten Injektor erfolgt, kann die Erfindung jedoch gleichermaßen auch bei einer Brennkraftmaschine mit einem Direkteinspritzsystem Verwendung finden, d. h. bei einer Brennkraftmaschine, bei der die Kraftstoffeinspritzung direkt in die Brennkammer eines Zylinders über einen in der Nähe des Kolbenbodens oder einer Kolbenmulde angeordneten Injektor erfolgt.
  • GEWERBLICHE VERWERTBARKEIT
  • Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine kann bei einem Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine als Antriebsquelle Verwendung finden und hierbei insbesondere bei Fahrzeugen mit sogenannten Leerlaufstoppfunktionen eingesetzt werden.

Claims (17)

  1. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einer Verbrennungssteuereinheit, die den Verbrennungsvorgang in der Brennkraftmaschine bei einem Stoppen der Brennkraftmaschine steuert, einer Trägheitsenergie-Steuereinheit, die zu einem vorgegebenen Zeitpunkt einen vorgegebenen Zustand der Massenträgheitsenergie der Brennkraftmaschine einsteuert, und einer Stopp-Steuereinheit, die die Brennkraftmaschine unter Verwendung der Massenträgheitsenergie in einer vorgegebenen Kurbelwinkelstellung stoppt, wobei die Trägheitsenergie-Steuereinheit die Drehzahl der Brennkraftmaschine derart steuert, dass sie in einem Bereich einer vorgegebenen Maschinendrehzahl liegt, und die Massenträgheitsenergie durch einen zum Antrieb der Brennkraftmaschine vorgesehenen Motor steuert.
  2. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei der die Verbrennungssteuereinheit einen Verbrennungsvorgang in der Brennkraftmaschine einleitet, während der Antrieb durch den Motor fortgesetzt wird, wenn eine Startaufforderung für die Brennkraftmaschine in einem Zustand ergeht, bei dem die Maschinendrehzahl von dem Motor auf die vorgegebene Maschinendrehzahl eingesteuert wird.
  3. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei der die Stopp-Steuereinheit die Brennkraftmaschine in der vorgegebenen Kurbelwinkelstellung stoppt, indem die Brennkraftmaschine durch den zum Antrieb der Brennkraftmaschine vorgesehenen Motor mit einem Korrekturdrehmoment beaufschlagt wird.
  4. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, bei der die Stopp-Steuereinheit die Brennkraftmaschine durch den zum Antrieb der Brennkraftmaschine vorgesehenen Motor mit einem Korrekturdrehmoment beaufschlagt, wenn die Brennkraftmaschine voraussichtlich nicht in der vorgegebenen Kurbelwinkelstellung gestoppt wird.
  5. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, mit einer Detektionseinheit, die die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine erfasst, wobei die Stopp-Steuereinheit ein Stoppen der Brennkraftmaschine unterbindet, wenn die Leerlaufdrehzahl einen vorgegebenen Wert überschreitet.
  6. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, mit einer Detektionseinheit, die die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine erfasst, wobei die Verbrennungssteuereinheit die Maschinendrehzahl durch Vergrößerung der Kraftstoffeinspritzmenge vor einem Stoppen des Verbrennungsvorgangs in der Brennkraftmaschine erhöht, wenn die Leerlaufdrehzahl unter einem vorgegebenen Wert liegt.
  7. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei der die Verbrennungssteuereinheit den Verbrennungsvorgang in der Brennkraftmaschine stoppt, wenn über die Trägheitsenergie-Steuereinheit eine Einsteuerung der Maschinendrehzahl auf die vorgegebene Maschinendrehzahl erfolgt.
  8. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, mit einer Einheit zur Verringerung von Belastungen der Brennkraftmaschine, wenn die Stopp-Steuereinheit eine Stoppsteuerung der Brennkraftmaschine durchführt.
  9. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, mit einer Start-Steuereinheit, die die Brennkraftmaschine durch den Motor bei einem Starten der Brennkraftmaschine antreibt, einer Beurteilungseinheit, die bei einem Stoppen der Brennkraftmaschine einen im Verdichtungstakt und/oder Expansionstakt befindlichen Zylinder durch eine Abschätzung ermittelt, einer Detektionseinheit, die den Zylinder erfasst, einer Zuführungseinheit, die dem Zylinder Kraftstoff zuführt, und einer Verbrennungseinheit, die beim Starten der Brennkraftmaschine den dem Zylinder zugeführten Kraftstoff verbrennt.
  10. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, bei der die Zuführungseinheit dem Zylinder den Kraftstoff über einen Einlasskanal zuführt oder direkt in den Zylinder einführt.
  11. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, bei der die vorgegebene Kurbelwinkelstellung eine Stoppstellung darstellt, bei der das beim Starten der Brennkraftmaschine erforderliche Drehmoment des Motors einen geringen Wert annimmt.
  12. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, bei der die Brennkraftmaschine in der vorgegebenen Kurbelwinkelstellung durch den Motor gestoppt wird, der die Maschinendrehzahl auf eine vorgegebene Maschinendrehzahl steuert.
  13. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, bei der die Zuführungseinheit dem Zylinder Kraftstoff zuführt, wenn sich der von der Detektionseinheit unmittelbar vor dem Stoppen der Brennkraftmaschine erfasste Zylinder im Ansaugtakt befindet.
  14. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, bei der die Start-Steuereinheit die Brennkraftmaschine durch Antrieb des Motors startet, wenn ein Erregerstrom des Motorgenerators beim Starten der Brennkraftmaschine einen vorgegebenen Wert überschreitet.
  15. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, bei der die Beurteilungseinheit den im Verdichtungstakt und/oder Expansionstakt befindlichen Zylinder auf der Basis der bei Beendigung des durch den Motor erfolgenden Antriebs vorliegenden Maschinendrehzahl ermittelt.
  16. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, bei der die Beurteilungseinheit den im Verdichtungstakt und/oder Expansionstakt befindlichen Zylinder auf der Basis der bei Beendigung des durch den Motor erfolgenden Antriebs vorliegenden Maschinendrehzahl und der Art des Taktes eines jeden Zylinders bei Beginn des durch den Motor erfolgenden Antriebs ermittelt.
  17. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 16, bei der die Beurteilungseinheit die Art des Taktes eines jeden Zylinders auf der Basis einer Nockenstellung des jeweiligen Zylinders spezifiziert.
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