EP2534368A2 - Verfahren zum einspuren eines andrehritzels in einen zahnkranz einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum einspuren eines andrehritzels in einen zahnkranz einer brennkraftmaschine

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EP2534368A2
EP2534368A2 EP11703443A EP11703443A EP2534368A2 EP 2534368 A2 EP2534368 A2 EP 2534368A2 EP 11703443 A EP11703443 A EP 11703443A EP 11703443 A EP11703443 A EP 11703443A EP 2534368 A2 EP2534368 A2 EP 2534368A2
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EP
European Patent Office
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speed
drive shaft
internal combustion
combustion engine
starting
Prior art date
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EP11703443A
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English (en)
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EP2534368B1 (de
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Matthias Cwik
Markus Roessle
Ewald Mauritz
Stefan Tumback
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SEG Automotive Germany GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP2534368B1 publication Critical patent/EP2534368B1/de
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02NSTARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F02N11/08Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0851Circuits or control means specially adapted for starting of engines characterised by means for controlling the engagement or disengagement between engine and starter, e.g. meshing of pinion and engine gear
    • F02N11/0855Circuits or control means specially adapted for starting of engines characterised by means for controlling the engagement or disengagement between engine and starter, e.g. meshing of pinion and engine gear during engine shutdown or after engine stop before start command, e.g. pre-engagement of pinion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02NSTARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F02N2300/20Control related aspects of engine starting characterised by the control method
    • F02N2300/2011Control involving a delay; Control involving a waiting period before engine stop or engine start
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00Machine element or mechanism
    • Y10T74/13Machine starters
    • Y10T74/131Automatic

Definitions

  • the invention relates to a method for driving a starting device and here in particular of the starting pinion of the starting device. It is provided that this Andrehritzel is meshed in a dynamic or rotating or mospendelnden ring gear of an internal combustion engine.
  • the aim of the present solution is to carry out the method even better and more precisely, and thus to control the kinematic relationships between the starter pinion and the toothed ring even more precisely.
  • the inventive method according to the features of claim 1 allows the meshing of a starter motor and the Andrehritzels a starter motor in the ring gear of an expiring internal combustion engine to a defined speed.
  • this method yields a low level of complexity, since little effort is required for the algorithmic treatment of the method.
  • the number of input parameters to be considered is low, so that a computational effort can be kept low consuming.
  • the method is relatively variable in terms of the single-track speed. So is the meshing before, during or after the return oscillation of the internal combustion engine or the crank mechanism of
  • the aim is the expected course of the spout of the
  • the method according to claim 1 has proved to be particularly advantageous on the basis of the criterion according to which a speed of the drive shaft is used as a criterion to pre-track a starting pinion of the starting device in the direction of the ring gear, if this speed is less than one
  • Speed value to be determined for example, in a certain previously determined position of the drive shaft. This particular position can
  • the starter pinion is vorgespurt. This beginning of toe-in, for example, can be made conditional upon another event occurring after the
  • Determining or taking a certain rotational position of the drive shaft occurs. This can be, for example, that the drive shaft reaches a certain additional angular velocity after this position, which then triggers the actual Einspurvorgang. Alternatively, a trigger can be selected as well. For example, this time may include a certain number of milliseconds, i. H. a certain period of time has elapsed since taking the specific position of the drive shaft. According to a further alternative, this may for example also be a certain other further angular position of the drive shaft.
  • the angular velocity of the drive shaft could then be determined if this drive shaft or coupled to the drive shaft piston assumes a top dead center and from this angular position of the next bottom dead center of this piston is achieved, which then triggering condition (position of the drive shaft in this lower Dead center) for initiating the toe-in of the starter pinion.
  • the event is determined as a function of at least one operating condition.
  • This operating condition may be, for example, an engine load, for example, by a
  • Push mode is marked.
  • An overrun would be, for example, when the vehicle rolled down a slope, so to speak, load-free.
  • Another operating condition for example, the temperature of the cooling water of the internal combustion engine or a temperature of the lubricant
  • this may, for example, a
  • Friction coefficient between piston and cylinder wall while older oil leads to higher friction between cylinder wall and piston.
  • a signal of an oil condition sensor can be evaluated, for example, to close a rather steep outlet of the drive shaft (older or old oil), while fresh oil leads to a rather shallower outlet of the drive shaft.
  • Another operating condition may be, for example, the pressure in an inflow tract of the internal combustion engine.
  • inflow tract is meant here, for example, an intake pipe, if it is in the
  • start time or a time at which a toeing the Andrehritzels is caused is not equal to the angle at which the drive shaft fulfills the condition that leads to the toeing of the Andrehritzels, it is provided that the other to be fulfilled Condition (start angle, start time, start speed) is taken from a map and this further condition is stored as a function of the speed, which may prevail at the certain angle.
  • start angle, start time, start speed is taken from a map and this further condition is stored as a function of the speed, which may prevail at the certain angle.
  • the starting time is preferably the time that coincides with the beginning of a current flow through a Vorspuraktuator
  • the start time may also be defined as the time at which the starter pinion begins to move in the direction of the toothed rim. Furthermore, it may be determined as the start time that this is the time when an electric current starts in the toe-in actuator build up electric magnetic field, which is a pushing movement of the
  • a starting time or a start criterion is determined depending on the slope S of the curve, which before a top dead center of Crankshaft is located.
  • FIG. 1 shows a starting device in a longitudinal section
  • FIG. 2 shows a schematic view of an internal combustion engine with a crank mechanism
  • FIG. 1 shows a starting device 10 in a longitudinal section.
  • Starting device 10 includes, for example, a starter motor 13 and a electric Vorspuraktuator 16 (relay, starter relay) on.
  • the starter motor 13 and the electric Vorspuraktuator 16 are connected to a common
  • the starter motor 13 is functionally to drive a starter pinion 22 when it is not in the ring gear 25 of the here
  • the starter motor 13 has a pole tube as a housing 28, which carries on its inner circumference pole pieces 31, which are each wrapped by a field winding 34.
  • the pole shoes 31 in turn surround an armature 37, which has an armature packet 43 constructed from fins 40 and a groove 46
  • Armature winding 49 has.
  • the armature package 43 is pressed onto a drive shaft 44.
  • a commutator 52 is furthermore mounted, which is constructed, inter alia, from individual commutator bars 55.
  • the commutator bars 55 are in such a manner electrically connected to the armature winding 49 that results in energizing the commutator fins 55 by carbon brushes 58, a rotational movement of the armature 37 in the pole tube 28.
  • a arranged between the electric drive 16 and the starter motor 13 power supply 61 supplies in the on state, both the carbon brushes 58 and the
  • the drive shaft 13 is commutator side supported with a shaft journal 64 in a sliding bearing 67, which in turn is held stationary in a Kommutatorlagerdeckel 70.
  • the commutator 70 is in turn secured by means of tie rods 73 which are arranged distributed over the circumference of the pole tube 28 (screws, for example, two, three or four pieces) in the drive bearing plate 19. It relies while the pole tube 28 am
  • a so-called sun gear 80 connects to the armature 37, which is part of a planetary gear 83.
  • the sun gear 80 is surrounded by a plurality of planetary gears 86, usually 3 planetary gears 37, by means of
  • Rolling bearings 89 are supported on journals 92.
  • the planet gears 37 roll in a ring gear 95, which is mounted outside in the pole tube 28.
  • the planet gears 37 are followed by a planetary carrier 98, in which the axle journals 92 are received.
  • the planet carrier 98 is in turn in an intermediate storage 101 and a slide bearing arranged therein 104 stored.
  • the intermediate bearing 101 is designed cup-shaped, that in this both the planet carrier 98, and the planet wheels 86th
  • the ring gear 95 is arranged in the cup-shaped intermediate bearing 101, which is ultimately closed by a cover 107 relative to the armature 37.
  • the intermediate storage 101 is supported by his
  • the armature 37 has on the end facing away from the commutator 52 end of the drive shaft 13 to another shaft journal 1 10, which is also received in a sliding bearing 1 13, from.
  • the sliding bearing 1 13 in turn is in a central bore of the
  • Planet carrier 98 recorded.
  • the planet carrier 98 is integral with the
  • This shaft-hub connection 128 in this case allows the axially linear sliding of a driver 131.
  • This driver 131 is a sleeve-like extension which is integrally connected to a cup-shaped outer ring 132 of the freewheel 137.
  • This freewheel 137 (Richtgesperre) further consists of the inner ring 140 which is disposed radially within the outer ring 132. Between the inner ring 140 and the outer ring 132 clamping body 138 are arranged. These clamp bodies 138 prevent in cooperation with the inner and the
  • Outer ring a relative rotation between the outer ring and the inner ring in a second direction.
  • the freewheel 137 allows a circumferential relative movement between inner ring 140 and outer ring 134 in one direction only.
  • the inner ring 140 is integral with the starter pinion 22 and its helical teeth 143
  • the starter pinion 22 may alternatively be designed as a straight toothed pinion. Instead of electromagnetically excited pole pieces 31 with exciter winding 34, permanent magnetically excited poles could also be used.
  • the shaft-hub connection 128 can also be equipped with a helical spline gear instead of a spur gear 125 be. The combinations are possible, according to which a) the starter pinion 22 is helically toothed and the shaft-hub connection 128 has a straight toothing 125, b) the starter pinion 22 is helically toothed and the shaft-hub connection 128 has a helical tooth toothing or c) the Andrehritzel 22 is spur-toothed and the shaft-hub connection 128 a
  • the electric Vorspuraktuator 16 and the armature 168 also has the task of moving a traction element 187 a drive bearing plate 19 rotatably arranged lever.
  • This lever 190 This lever 190,
  • the electric drive 16 has a bolt 150 which is an electrical contact and, in the case of being installed in the vehicle, is connected to the positive terminal of an electric starter battery, which is not shown here.
  • This bolt 150 is passed through a lid 153.
  • a second bolt 152 is a connection for the electrical
  • This lid 153 includes a housing 156 made of steel, which by means of several
  • Fasteners 159 (screws) is attached to the drive end plate 19.
  • a pusher 160 for exercising a
  • the pusher 160 has a winding 162 and the switching device 161 has a winding 165.
  • the winding 162 of the pusher 160 and the winding 165 of the switching device 161 each effect in the on state
  • FIG. 2 is a schematic view of an internal combustion engine 210
  • This internal combustion engine 210 has the already mentioned
  • pitch circle 213 is shown. This pitch circle 213 is tangent to another pitch circle 216.
  • the pitch circle 216 is the pitch circle of the toothing of the turning pinion 22.
  • the pitch circle 216 is not part of the internal combustion engine 210 here, but here
  • Drehzentrus which is represented here by two intersecting dotted lines, is a rotation axis 219 of a drive shaft 222 of the
  • This drive shaft 222 is designed here as a so-called crankshaft. From a central, purely rotationally moving part of the drive shaft 222 is a crank member 225 and
  • crank off At a crank pin 228, a connecting rod 231 is articulated.
  • This piston 237 is arranged to be linearly slidable in a cylinder 240.
  • a combustion chamber Between a piston head 243 and a surface 246 of a cylinder head not described in more detail is a combustion chamber
  • the arrow 252 shown in FIG. 2 indicates a direction of rotation of the drive shaft 222 in the driving state of the internal combustion engine 210.
  • Such an internal combustion engine 210 is usually controlled by a control unit 255. Now receives this control unit 255, a signal 258, which the
  • Control unit 255 notifies that the internal combustion engine 210 is to be switched off, so for example, a fuel supply, not shown here is interrupted, so that the internal combustion engine 210 comes to a standstill after a short time.
  • a fuel supply not shown here is interrupted, so that the internal combustion engine 210 comes to a standstill after a short time.
  • Such an outlet 261 is shown in more detail in FIG.
  • the time is plotted on the abscissa (x-axis)
  • the speed n is plotted on the ordinate (y-axis).
  • two horizontal lines are shown, with the upper of the two horizontal lines representing a limit of a rotational speed of the drive shaft 222 and the lower of the two lines representing a target rotational speed of the drive shaft 222.
  • the target rotational speed is nZ
  • nG the limit speed or the upper limit and thus the maximum permissible value of a rotational speed of the drive shaft 222 is denoted by nG.
  • the target rotational speed nZ corresponds to a value of 80 rpm
  • the limit rotational speed nG corresponds to a value of 150 rpm.
  • the distance between the two corresponds vertical lines have a time difference of 50ms.
  • individual special points of the outlet are still marked.
  • three points are labeled UT and each consecutive number 1, 2 or 3.
  • These points UT1, UT2 and UT3 stand for so-called bottom dead centers.
  • the designations OT1 and OT2 are accordingly for so-called top dead centers 1 and 2.
  • An internal combustion engine 210 which is equipped with a plurality of cylinders 240 and, accordingly, also a plurality of pistons 237, for example, a six-cylinder in-line engine (4-stroke engine) passes during two revolutions of the drive shaft 222 per piston 237 an upper
  • a bottom dead center UT1, UT2 or UT3 corresponds to a relative maximum in the curve representing the outlet 261.
  • An upper dead center OT1 or OT2 is represented by a relative minimum in the same curve.
  • UT and OT The location of UT and OT is assumed only for this example at the positions of maxima and minima. In fact, a UT and also an OT may be next to a maximum or a minimum.
  • the respective actual position is dependent, for example, on valve timing, compression states and other influences. The latter includes, for example, the influence of the load generated on the generator, if this as usual via a belt drive with the
  • Internal combustion engine 210 is coupled.
  • the crankshaft angle ⁇ and the time t measured.
  • the time t is taken, for example, from a certain starting point of a clock in the control unit or it is, for example, the number of
  • crankshaft angle ⁇ is determined, for example, by a sensor 300.
  • a sensor 300 For this purpose, for example, starting from a very specific signal determined by the sensor 300 (angle sensor or speed sensor), each further position of the drive shaft 222 with the aid of a toothed rim 25 and a flywheel not shown in detail here mounted grid for detecting the angular position of the drive shaft 222th each additional
  • the observation period may be limited to the distance of adjacent top dead centers, i. H. on the value range with the
  • the range of values then results from two revolutions of the drive shaft 222, which correspond to a swept angle of 720 degrees, and the cylinder number izyiinder to the angle or its value range between the angle 0 ° and the angle 720 ° / izyiinder- Inn example, with a series 6-cylinder engine, the value range includes 120 angular degrees. If the speed n falls below a speed limit nG at a certain specified angle a S tart, then the meshing process should be started.
  • a method for driving a starting device 10 wherein the starting device 10 has a starter pinion 22, which is intended to be meshed with a toothed rim 25 of an internal combustion engine 210, wherein the internal combustion engine 210 has a drive shaft 222.
  • a speed n, nl, n2, n3 of the drive shaft 222 is detected, this detected speed n, nl, n2, n3 is compared with a predetermined speed value nG and in the case that the speed n, nl, n2, n3 is less than or equal to or less than or equal to or not greater than the predetermined speed value nG, the starter pinion 22 is vorgespurt toward the ring gear 25.
  • N indicates the rotational speed of the drive shaft 222 in general.
  • FIG. 4 shows a similar diagram as in FIG.
  • the outlet 261 shown there is somewhat different from that shown in FIG.
  • the speed level of this curve is slightly lower, which can be detected, for example, at the position of top dead center OT2.
  • This top dead center OT2 is slightly below the Target speed nZ.
  • the angle a S tart2 is located exactly at a position of the bottom dead center UT3.
  • the sequence according to this outlet 261 is the same as that according to FIG. 3.
  • the rotational speed of the drive shaft 222 determined in the angular position astarti at UT2 is greater than the predetermined rotational speed value nG.
  • the rotational speed value n3 is smaller than the predetermined rotational speed value nG, so that in this case the starter pinion 22 is pre-spun in the direction of the toothed rim 25. This toe-in again takes place during the time interval ⁇ t, so that even in this case the starting pinion 22 meshes with the desired speed nZ in the sprocket.
  • a target rotational speed nZ is a rotational speed of the drive shaft 222, to which the starter pinion 22 intentionally lashes in, with a drive time
  • Time difference between an application time tZ and the start time is.
  • the outlet 261 is even lower, i. H.
  • z. B the time period At significantly larger than in the other embodiments. In this case, this means that the time required for the starting pinion 22 to at least advance to the ring gear 25 is significantly greater, in this case approximately three times as long as in the case of the others
  • Embodiments is. The differences are even bigger here:
  • the angle a at which the rotational speed n of the drive shaft 222 is determined is approximately midway between a bottom dead center UT and a top dead center OT (approximately the turning point of the spout 261) and on the other hand, a starting time tstart deviates from the time at which the drive shaft 222 the Angular position a S tart2 occupies.
  • a rotational speed n or nl is previously determined at the angular position astarti and in this case, as in the other embodiments, it is found that this rotational speed value is too large compared to the rotational speed nG.
  • a speed n2 is determined, which is smaller than the predetermined speed value nG.
  • the starting pinion 22 is pretensioned in the direction of the toothed rim 25 in accordance with the proposed method.
  • the actual active toggle process begins only at a time tstart, which is after the time when taking the drive shaft 222 of the
  • Angular position a S tart2 is present. This is because it is provided in the context of the method to apply the starting pinion 22 preferably to the target rotational speed nZ to the ring gear 25 and preferably then stabilitspuren in the ring gear 25.
  • the point in time at which the decisive rotational speed nStart is determined and the time tStart at which the starting pinion 22 starts to track are not identical.
  • crankshaft angle or drive shaft angle a S tart to which the Einspurvorgang should begin for example, be set via a so-called map.
  • Angular position a S tart2 has been entered, depending on the actual speed value at this moment be set at this angular position a S tart2 that the starting operation should begin when the angle a S tart.
  • the time after another start of Atstart start the process instead of the time from the time at which the drive shaft 222 meets the condition, the time after another start of Atstart start the process instead.
  • the starting process or the toggle operation are initiated after the drive shaft 222 has reached a speed n S tart.
  • Internal combustion engine 210 is not tolerable by the speed nZ. This is especially true for a return swing of the drive shaft 222.
  • FIG. 7 shows three different outlets 261. These three spouts have different speed levels.
  • the outlet 261 with the highest speed level deviates from the next lower outlet 261 shown here, at least in the position OT2 with a speed difference of ⁇ .
  • This ultimately average speed output 261 deviates from the outlet 261 with the lowest speed level with the speed difference ⁇ 2.
  • the topmost path 261 has the highest
  • Speed level at a S tart23 the speed of the drive shaft 222 an amount which is indeed between the speed nZ and nG, but this speed is also much greater than nZ.
  • Andrehritzel 22 rests on the ring gear 25 may be greater than the speed nZ, but it may also be less than the speed nZ.
  • the Einspurdusiere the drive shaft 222 nZ may even be negative compared to the usual direction of rotation of the drive shaft 222 (drive case).
  • the drive shaft 222 comes at a point PO for a moment to a halt, then swing back (rotational oscillation of the drive shaft 222). In any case, the drive shaft 222 would have such a movement behavior at least if the starter pinion 22 did not engage in the toothed rim 25 or would abut against the toothed rim 25.
  • the range of values of ⁇ is here for example limited to the distance between two adjacent dead centers, this distance between two adjacent top dead centers being limited to the value range between 0 degrees and the quotients of 720 degrees and the number i of the cylinders of the internal combustion engine 210. In the example, that means at one
  • Internal combustion engine 210 with in-line six-cylinder engine the range of values is thus limited to a range between 0 degrees and 120 degrees.
  • the engine speed 210 is nOTF, a top dead center OT2 ⁇ nG, i. at most as large as a previously determined limit speed nG, the internal combustion engine 210 is under its given operating parameters with its inertia energetically unable to another top dead center OT in the forward movement (i.e.
  • the inertia or the moment of inertia J takes into account, for example, the inertia of the drive shaft 222, the inertia of the connecting rod 231, the inertia of the piston 237 and of course the inertia of the ring gear 25 u. a. Parts such as camshafts, valves, coupled belt drives and driven thereby rotating masses such. B. a generator.
  • the limit speed nG is assumed to be constant at constant engine operating conditions 210 for various engine outlets 261.
  • the limit speed nG can be stored in a memory table for the different parameters, If, for individual parameters, no exact value is available, corresponding intermediate values can be set by means of customary
  • Drive shaft 222 passes through to decide whether the state of motion of the drive shaft 222 meets the criterion that the rotational speed n in the assumption of the angle satisfies the condition n ⁇ nG. As in the previous embodiment, then the starter pinion 222 after reaching the
  • the angle is in the region of the inflection point between the bottom dead center UT2 and the top dead center OT2.
  • the starter pinion 22 is pre-loaded, in order then to abut at the time tE on the ring gear 25 or in this
  • the limit speed nG itself can be determined by a suitable method. As already mentioned, this can be stored, for example, in a characteristic field as a function of the operating parameters occurring-to which reference has already been made. The speed nG can be determined during the engine rundown 261, for example via an energy consideration. Furthermore, the speed nG can also be determined by means of a learning function taking into account already recorded engine outlets.
  • FIG. 11 again shows three outlets 261.
  • the high-speed spout 261 has a speed n at top dead center OT2, which is equal to the speed nG.
  • the starter pinion 22 is only relatively late in the direction of the ring gear 25 when it reaches the angle a S tart. In all three
  • Drive shaft position is in which a piston 237 is in the position OT2.
  • the starting angle a start is still closer to the position OT2.
  • a S tart (astart2i, astart22, astart23) would then the starting device or a Vorspuraktuator so driven to constructivespuren at a target speed nZ to a different time tE.
  • the time tE for each run-out curve 261 is a different time.
  • the target rotational speed nE would not be a fixed target rotational speed nZ but a target rotational speed nZ, which in this example fluctuated around an average value with a rotational speed difference An.
  • the fluctuation range would then correspond to approximately half of the limit speed nG.
  • Starter motor or the Andrehritzels 22 the starting angle a S tart due to the speed of one or more characteristic points z.
  • B the speed of the last top dead center nOT2 be adjusted.
  • a possible method of adaptation here is the storage of a map for different speeds in that top dead center OT or the recalculation of a S tart via a learning function.
  • Target speed nZ result A change in the characteristic of the spout 261 can therefore be divided into two types:
  • the average engine outlet gradient can, for. B. by a change in friction, the effective in the engine outlet loads, the temperature of other parameters can be varied. Due to the variation, the limit speed nG and / or the starting angle a s tart should be adjusted if necessary. The spread of this
  • Parameter can be determined by vehicle measurements at different
  • Border situations are analyzed by motor simulations.
  • the specified motor type can be influenced by operating conditions, series dispersion and aging effects.
  • FIG. 1 For the sake of clarity, a schematic representation of FIG. 1
  • the control unit 255 is connected to the internal combustion engine 210 by means of a connection device 309 (eg cable) which, for example, enables the transmission of signals from the rotational speed sensor 300 to the control unit 255.
  • a connection device 312 is used to control the Vorspuraktuators 16, after which a suitable start time tStart is determined.
  • Embodiments characterized by a very dynamic course. Macroscopically, the speed drops. However, this course is characterized by relative minima in the range of top dead centers and relative maxima in the area of bottom dead centers. Furthermore, the course thus has positive (between upper and lower dead centers) and negative (between lower and upper dead centers) slope values.
  • the program instructions 306 can be loaded, for example, into the program memory 303 via an interface (eg plug connection).
  • FIG. 12 shows a control unit 255 for a start-stop operation of a
  • Internal combustion engine 210 in a motor vehicle 310 for short-term stopping and Starting the internal combustion engine 210 wherein the internal combustion engine 210 can be started by means of an electric starting device 10, wherein the control device 255 has a processor 313 with a program memory 303.
  • the processor 313 is designed as a detection, evaluation and control device to control the starting device 10 defined, wherein in the program memory 303 a aforementioned computer program product is loaded to perform a method according to one of the steps described above.
  • the start-stop mode allows an automated
  • Tripping device 319 may be a so-called clutch pedal or a
  • Accelerator pedal or a circuit control part which is used in manual transmissions (driving gear between the clutch and the drive wheel or wheels) for selecting a Getriebeüber- or reduction.

Landscapes

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Abstract

Verfahren zum Ansteuern einer Startvorrichtung (10), wobei die Startvorrichtung (10) ein Andrehritzel (22) aufweist, welches dazu vorgesehen ist in einen Zahnkranz (25) einer Brennkraftmaschine (210) eingespurt zu werden, wobei die Brennkraftmaschine (210) eine Antriebswelle (222) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass a. zunächst eine Drehzahl (n, n1, n2, n3) der Antriebswelle (222) festgestellt wird, b. diese Drehzahl (n, n1, n2, n3) mit einem vorgegebenen Drehzahlwert (nG) verglichen wird und c. im Falle dessen, dass die Drehzahl (n, n1, n2, n3) kleinergleich dem vorgegebenen Drehzahlwert (nG) ist, das Andrehritzel (22) in Richtung zum Zahnkranz (25) vorgespurt wird.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren zum Einspuren eines Andrehritzels in einen Zahnkranz einer
Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer Startvorrichtung und hier ganz besonders des Andrehritzels der Startvorrichtung. Es ist dabei vorgesehen, dass dieses Andrehritzel in einen dynamischen bzw. drehenden bzw. drehpendelnden Zahnkranz einer Brennkraftmaschine eingespurt wird.
Aus der DE 10 2006 011 644 AI ist bereits ein Verfahren bekannt, mit dessen Hilfe ein Andrehritzel in einen sich bewegenden Zahnkranz eingespurt werden soll.
Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, das Verfahren noch besser und noch genauer durchzuführen und damit die kinematischen Zusammenhänge zwischen dem Andrehritzel und dem Zahnkranz noch präziser zu steuern.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 ermöglicht das Einspuren eines Startermotors bzw. des Andrehritzels eines Startermotors in den Zahnkranz eines auslaufenden Verbrennungsmotors zu einer definierten Drehzahl. Durch die dabei Verwendung findenden Drehzahl- und Kurbelwellenwinkelschwellen ergibt sich durch dieses Verfahren eine geringe Komplexität, da wenig Aufwand zur algorithmischen Behandlung des Verfahrens erforderlich ist. Des Weiteren ist die Anzahl an zu berücksichtigenden Eingangsparametern gering, so dass ein Rechenaufwand wenig aufwändig gehalten werden kann. Des Weiteren ist das Verfahren verhältnismäßig variabel, was die Einspurdrehzahl angeht. So ist das Einspuren vor, während oder nach dem Rückpendeln des Verbrennungsmotors bzw. des Kurbeltriebs des
Verbrennungsmotors möglich. Aufgrund des aufwandsarmen Algorithmusses bietet sich dieses Verfahren ganz besonders dann an, wenn die
Brennkraftmaschine üblicherweise sehr schnell ausläuft. Sehr schnell auslaufen bedeutet, dass sich die Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle der
Brennkraftmaschine bzw. der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine besonders schnell reduziert und somit die Brennkraftmaschine bzw. deren Antriebswelle besonders schnell zum Stillstand kommt. Aufgrund dieser Eigenschaften der Brennkraftmaschine ist ein sehr schneller Verfahrensablauf erforderlich, um rechtzeitig vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine das Andrehritzel einspuren zu können. Das hier vorgeschlagene Verfahren ist auch dazu geeignet, das Andrehritzel in eine rückpendelnde Brennkraftmaschine einzuspuren.
Rückpendelnde Brennkraftmaschine bedeutet, dass die Antriebswelle bei geringer kinematischer Energie und der in einem Brennraum einer
Drehbewegung der Antriebswelle entgegenwirkenden Gasfeder
(Kompressionshub) ein weiteres Erreichen eines oberen Totpunktes eines Kolbens der Brennkraftmaschine nicht mehr ermöglicht wird und stattdessen die Gasfeder eine Drehrichtungsänderung der Antriebswelle bewirkt.
Vorzugsweise wird angestrebt, den erwarteten Verlauf des Auslaufs der
Brennkraftmaschine durch Einrichtungen zu berechnen, die bereits bei modernen Fahrzeugen bzw. Brennkraftmaschinen Einsatz finden. Diese Einrichtungen sind beispielsweise Steuergeräte, die zur Steuerung der Brennkraftmaschine dienen. Alternativ kann die Berechnung selbstverständlich auch in einer separaten Steuerelektronik vorgenommen werden. Aufgrund des wenig aufwändigen Verfahrens ist dieses beispielsweise ganz besonders dann geeignet, wenn die Größe elektronischer Speicher beschränkt, weniger leistungsfähige Prozessoren verwendet werden und nur wenige Parameter verfügbar sind.
Das Verfahren gemäß dem Anspruch 1 hat sich aufgrund des Kriteriums, wonach eine Drehzahl der Antriebswelle dann als Kriterium herangezogen wird, um ein Andrehritzel der Startvorrichtung in Richtung zum Zahnkranz vorzuspuren als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn diese Drehzahl kleiner als ein
vorgegebener, durch Erfahrung gewonnener Drehzahlwert ist. Dieser
Drehzahlwert soll beispielsweise in einer bestimmten zuvor ermittelten Position der Antriebswelle ermittelt werden. Diese bestimmte Position kann
beispielsweise kurz nach einer Position der Antriebswelle in einem unteren Totpunkt oder in einem unteren Totpunkt oder beispielsweise in einem oberen Totpunkt sein. Es können auch beliebige andere Positionen der Antriebswelle ausgewertet werden.
Wurde im Rahmen des Verfahrens festgestellt, dass die Antriebswelle an dieser bestimmten Position eine Winkelgeschwindigkeit aufweist, die nicht größer als ein vorgegebener Drehzahlwert ist, so wird gemäß dem Verfahren daraufhin das Andrehritzel vorgespurt. Dieses Beginnen des Vorspurens kann beispielsweise davon abhängig gemacht werden, dass ein weiteres Ereignis nach der
Bestimmung bzw. Einnahme einer bestimmten Drehposition der Antriebswelle eintritt. Dies kann beispielsweise darin bestehen, dass die Antriebswelle nach dieser Position eine bestimmte weitere Winkelgeschwindigkeit erreicht, die dann Auslöser für den eigentlichen Einspurvorgang wird. Alternativ kann als Auslöser auch ein Zeitpunkt gewählt werden. Dieser Zeitpunkt kann beispielsweise eine bestimmte Anzahl an Millisekunden umfassen, d. h. ein bestimmter Zeitabschnitt sein, der seit der Einnahme der bestimmten Position der Antriebswelle verstrichen ist. Gemäß einer weiteren Alternative kann dies beispielsweise auch eine bestimmte andere weitere Winkelposition der Antriebswelle sein. So könnte beispielsweise die Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle dann bestimmt werden, wenn diese Antriebswelle bzw. ein mit der Antriebswelle gekoppelter Kolben einen oberen Totpunkt einnimmt und ab dieser Winkelposition der nächste untere Totpunkt dieses Kolbens erreicht wird, was dann auslösende Bedingung (Position der Antriebswelle in diesem unteren Totpunkt) für das Einleiten des Vorspurens des Andrehritzels ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ereignis (Startdrehzahl, Startzeitpunkt, Startwinkel) in Abhängigkeit von zumindest einer Betriebsbedingung bestimmt wird. Diese Betriebsbedingung kann beispielsweise eine Motorlast sein, die beispielsweise durch einen
Schubbetrieb gekennzeichnet ist. Ein Schubbetrieb läge beispielsweise dann vor, wenn das Fahrzeug einen Abhang sozusagen lastfrei herunterrollte. Eine weitere Betriebsbedingung kann beispielsweise auch die Temperatur des Kühlwassers der Brennkraftmaschine oder eine Temperatur des Schmierstoffs der
Brennkraftmaschine sein. Alternativ kann dies beispielsweise auch eine
Innentemperatur des Motorraums sein. Des Weiteren kommt beispielsweise auch der Zustand des Motoröls der Brennkraftmaschine in Frage. Der Zustand des Motoröls beeinflusst beispielsweise die Reibung zwischen einem Kolben und einer Zylinderwand, an der die Kolbenringe bzw. der Kolben entlang gleitet. Besonders frisches Öl führt beispielsweise zu einem niedrigen
Reibungskoeffizienten zwischen Kolben und Zylinderwand, während älteres Öl zu höherer Reibung zwischen Zylinderwand und Kolben führt. Somit kann ein Signal eines Ölzustandssensors ausgewertet werden, um beispielsweise auf einen eher steilen Auslauf der Antriebswelle zu schließen (älteres bzw. altes Öl), während frisches Öl zu einem eher flacheren Auslauf der Antriebswelle führt. Eine weitere Betriebsbedingung kann beispielsweise auch der Druck in einem Zuflusstrakt der Brennkraftmaschine sein. Unter Zuflusstrakt wird hier beispielsweise ein Ansaugrohr verstanden, sofern es sich bei der
Brennkraftmaschine um einen Saugmotor handelt. Handelt es sich dabei um einen aufgeladenen Motor, dem mittels Druckerzeuger (Turbolader oder
Ähnlichem, bspw. Kompressor) Verbrennungsluft zugeführt wird, so handelt es sich um den Druck im„Druckrohr" zwischen Druckerzeuger und Brennraum. Selbstverständlich können die einzelnen Parameter auch miteinander kombiniert werden.
Für den Fall, dass ein Startzeitpunkt bzw. ein Zeitpunkt, zu dem ein Vorspuren des Andrehritzels veranlasst wird, ungleich dem Winkel ist, bei dessen Einnahme die Antriebswelle die Bedingung erfüllt, die zum Vorspuren des Andrehritzels führt, ist vorgesehen, dass die weitere zu erfüllende Bedingung (Startwinkel, Startzeit, Startdrehzahl) einem Kennfeld entnommen wird und diese weitere Bedingung in Abhängigkeit von der Drehzahl gespeichert ist, die bei dem bestimmten Winkel vorherrschen kann.
Es ist vorgesehen, dass der Startzeitpunkt der vorzugsweise der Zeitpunkt ist, der mit dem Beginn eines Stromflusses durch einen Vorspuraktuator
zusammenfällt, der beispielsweise zu einer Schubbewegung eines Magnetankers im Vorspuraktuator führt. Als Startzeitpunkt kann auch der Zeitpunkt definiert sein, zu dem das Andrehritzel sich beginnt in Richtung zum Zahnkranz zu bewegen. Des Weiteren kann als Startzeitpunkt bestimmt sein, dass dies der Zeitpunkt ist, zu dem ein elektrischer Strom im Vorspuraktuator beginnt ein elektrisches Magnetfeld aufzubauen, welches eine Schubbewegung des
Magnetankers verursacht.
Um einen möglichst vorhersehbaren Drehzahlverlauf der Antriebswelle der auslaufenden Brennkraftmaschine zu erhalten, ist vorgesehen, dass eine Stellung einer sich im Zuflusstrakt der Brennkraftmaschine befindlichen
Strömungsdrossel nicht verändert wird. Andernfalls hätte dies zur Folge, dass ein bereits veranlasstes Vorspuren des Andrehritzels zu einer Kontaktierung des Andrehritzels mit dem Zahnkranz zu einem ungeeigneten Zeitpunkt führen würde. Würde beispielsweise die erwähnte Strömungsdrossel plötzlich weit geöffnet werden, so hätte dies Aufwirkungen auf den Drehzahlverlauf und damit auf den Zeitpunkt, zu dem sich Andrehritzel und Zahnkranz treffen würden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass vor dem Erreichen des letzten oberen Totpunkts der Kurvenverlauf (Drehzahlverlauf der Antriebswelle) ermittelt wird, wobei in Abhängigkeit der Steilheit S der Kurve ein Startzeitpunkt bzw. ein Startkriterium ermittelt wird, welches vor einem oberen Totpunkt der Kurbelwelle liegt.
Kurze Beschreibungen der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine Startvorrichtung in einem Längsschnitt,
Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit einem Kurbeltrieb,
Figur 3 bis Figur 11 verschiedene Ausläufe der Antriebswellen einer
Brennkraftmaschine sowie verschiedene Möglichkeiten zur Ermittlung von geeigneten Einspurzeitpunkten.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt eine Startvorrichtung 10 in einem Längsschnitt. Diese
Startvorrichtung 10 weist beispielsweise einen Startermotor 13 und einen elektrischen Vorspuraktuator 16 (Relais, Starterrelais) auf. Der Startermotor 13 und der elektrische Vorspuraktuator 16 sind an einem gemeinsamen
Antriebslagerschild 19 befestigt. Der Startermotor 13 dient funktionell dazu, ein Andrehritzel 22 anzutreiben, wenn es im Zahnkranz 25 der hier nicht
dargestellten Brennkraftmaschine eingespurt ist.
Der Startermotor 13 weist als Gehäuse ein Polrohr 28 auf, das an seinem Innenumfang Polschuhe 31 trägt, die jeweils von einer Erregerwicklung 34 umwickelt sind. Die Polschuhe 31 umgeben wiederum einen Anker 37, der ein aus Lamellen 40 aufgebautes Ankerpaket 43 und eine in Nuten 46 angeordnete
Ankerwicklung 49 aufweist. Das Ankerpaket 43 ist auf eine Antriebswelle 44 aufgepresst. An dem dem Andrehritzel 22 abgewandten Ende der Antriebswelle 13 ist des Weiteren ein Kommutator 52 angebracht, der unter anderem aus einzelnen Kommutatorlamellen 55 aufgebaut ist. Die Kommutatorlamellen 55 sind in bekannterweise mit der Ankerwicklung 49 derartig elektrisch verbunden, dass sich bei Bestromung der Kommutatorlamellen 55 durch Kohlebürsten 58 eine Drehbewegung des Ankers 37 im Polrohr 28 ergibt. Eine zwischen dem elektrischen Antrieb 16 und dem Startermotor 13 angeordnete Stromzufuhr 61 versorgt im Einschaltzustand sowohl die Kohlebürsten 58 als auch die
Erregerwicklung 34 mit Strom. Die Antriebswelle 13 ist kommutatorseitig mit einem Wellenzapfen 64 in einem Gleitlager 67 abgestützt, welches wiederum in einem Kommutatorlagerdeckel 70 ortsfest gehalten ist. Der Kommutatordeckel 70 wiederum wird mittels Zuganker 73, die über den Umfang des Polrohrs 28 verteilt angeordnet sind (Schrauben, beispielweise zwei, drei oder vier Stück) im Antriebslagerschild 19 befestigt. Es stützt sich dabei das Polrohr 28 am
Antriebslagerschild 19 ab und der Kommutatorlagerdeckel 70 am Polrohr 28.
In Antriebsrichtung schließt sich an den Anker 37 ein sogenanntes Sonnenrad 80 an, das Teil eines Planetengetriebes 83 ist. Das Sonnenrad 80 ist von mehreren Planetenrädern 86 umgeben, üblicherweise 3 Planetenräder 37, die mittels
Wälzlagern 89 auf Achszapfen 92 abgestützt sind. Die Planetenräder 37 wälzen in einem Hohlrad 95 ab, das im Polrohr 28 außenseitig gelagert ist. In Richtung zur Abtriebsseite schließt sich an die Planetenräder 37 ein Planetenträger 98 an, in dem die Achszapfen 92 aufgenommen sind. Der Planetenträger 98 wird wiederum in einem Zwischenlager 101 und einem darin angeordneten Gleitlager 104 gelagert. Das Zwischenlager 101 ist derartig topfförmig gestaltet, dass in diesem sowohl der Planetenträger 98, als auch die Planetenräder 86
aufgenommen sind. Des Weiteren ist im topfförmigen Zwischenlager 101 das Hohlrad 95 angeordnet, das letztlich durch einen Deckel 107 gegenüber dem Anker 37 geschlossen ist. Auch das Zwischenlager 101 stützt sich mit seinem
Außenumfang an der Innenseite des Polrohrs 28 ab. Der Anker 37 weist auf dem vom Kommutator 52 abgewandten Ende der Antriebswelle 13 einen weiteren Wellenzapfen 1 10 auf, der ebenfalls in einem Gleitlager 1 13 aufgenommen ist, ab. Das Gleitlager 1 13 wiederum ist in einer zentralen Bohrung des
Planetenträgers 98 aufgenommen. Der Planetenträger 98 ist einstückig mit der
Abtriebswelle 1 16 verbunden. Diese Abtriebswelle ist mit ihrem vom
Zwischenlager 101 abgewandten Ende 1 19 in einem weiteren Lager 122, welches im Antriebslagerschild 19 befestigt ist, abgestützt. Die Abtriebswelle 1 16 ist in verschiedene Abschnitte aufgeteilt: So folgt dem
Abschnitt, der im Gleitlager 104 des Zwischenlagers 101 angeordnet ist, ein Abschnitt mit einer sogenannten Geradverzahnung 125 (Innenverzahnung), die Teil einer sogenannten Wellen-Nabe-Verbindung ist. Diese Welle-Nabe- Verbindung 128 ermöglicht in diesem Fall das axial geradlinige Gleiten eines Mitnehmers 131 . Dieser Mitnehmer 131 ist ein hülsenartiger Fortsatz, der einstückig mit einem topfförmigen Außenring 132 des Freilaufs 137 verbunden ist. Dieser Freilauf 137 (Richtgesperre) besteht des Weiteren aus dem Innenring 140, der radial innerhalb des Außenrings 132 angeordnet ist. Zwischen dem Innenring 140 und dem Außenring 132 sind Klemmkörper 138 angeordnet. Diese Klemmkörper 138 verhindern in Zusammenwirkung mit dem Innen- und dem
Außenring eine Relativdrehung zwischen dem Außenring und dem Innenring in einer zweiten Richtung. Mit anderen Worten: Der Freilauf 137 ermöglicht eine umlaufende Relativbewegung zwischen Innenring 140 und Außenring 134 nur in eine Richtung. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Innenring 140 einstückig mit dem Andrehritzel 22 und dessen Schrägverzahnung 143
(Außenschrägverzahnung) ausgeführt. Das Andrehritzel 22 kann alternativ auch als geradverzahntes Ritzel ausgeführt sein. Statt elektromagnetisch erregter Polschuhe 31 mit Erregerwicklung 34 könnten auch permanentmagnetisch erregte Pole verwendet werden. Die Welle-Nabe-Verbindung 128 kann statt mit einer Geradverzahnung 125 auch mit einer Steilgewindeverzahnung ausgestattet sein. Es sind dabei die Kombinationen möglich, wonach a) das Andrehritzel 22 schrägverzahnt ist und die Welle-Nabe-Verbindung 128 eine Geradverzahnung 125 aufweist, b) das Andrehritzel 22 schrägverzahnt ist und die Welle-Nabe- Verbindung 128 eine Steilgewindeverzahnung aufweist oder c) das Andrehritzel 22 geradverzahnt ist und die Welle-Nabe-Verbindung 128 eine
Steilgewindeverzahnung aufweist.
Das elektrische Vorspuraktuator 16 bzw. der Anker 168 hat aber darüber hinaus auch die Aufgabe, mit einem Zugelement 187 einen dem Antriebslagerschild 19 drehbeweglich angeordneten Hebel zu bewegen. Dieser Hebel 190,
üblicherweise als Gabelhebel ausgeführt, umgreift mit zwei hier nicht
dargestellten„Zinken" an ihrem Außenumfang zwei Scheiben 193 und 194, um einen zwischen diesen eingeklemmten Mitnehmerring 197 zum Freilauf 137 hin gegen den Widerstand der Feder 200 zu bewegen und dadurch das Andrehritzel 22 in dem Zahnkranz 25 einzuspuren.
Nachfolgend wird auf den Einspurmechanismus eingegangen. Der elektrische Antrieb 16 weist einen Bolzen 150 auf, der ein elektrischer Kontakt ist und im Falle des Eingebautseins im Fahrzeug an den Pluspol einer elektrischen Starterbatterie, die hier nicht dargestellt ist, angeschlossen ist. Dieser Bolzen 150 ist durch einen Deckel 153 hindurchgeführt. Ein zweiter Bolzen 152 ist ein Anschluss für den elektrischen
Startermotor 13, der über die Stromzufuhr 61 (dicke Litze) versorgt wird. Dieser Deckel 153 schließt ein Gehäuse 156 aus Stahl ab, welches mittels mehrerer
Befestigungselemente 159 (Schrauben) am Antriebslagerschild 19 befestigt ist. In dem elektrischen Vorspuraktuator 16 ist eine Schubeinrichtung 160 zur Ausübung einer
Zugkraft auf den Gabelhebel 190 und eine Schalteinrichtung 161 angeordnet. Die Schubeinrichtung 160 hat eine Wicklung 162 und die Schalteinrichtung 161 eine Wicklung 165. Die Wicklung 162 der Schubeinrichtung 160 und die Wicklung 165 der Schalteinrichtung 161 bewirken jeweils im eingeschalteten Zustand ein
elektromagnetisches Feld, welches verschiedene Bauteile durchströmt.
In Figur 2 ist eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine 210
dargestellt. Diese Brennkraftmaschine 210 weist den bereits erwähnten
Zahnkranz 25 auf, von dem in Figur 2 ein sogenannter Teilkreis 213 dargestellt ist. Dieser Teilkreis 213 tangiert einem weiteren Teilkreis 216. Während der Teilkreis 213 der Teilkreis 213 einer Verzahnung des Zahnkranzes 25 ist, ist der Teilkreis 216 der Teilkreis der Verzahnung des Andrehritzels 22. Der Teilkreis 216 ist hier nicht Teil der Brennkraftmaschine 210, hier jedoch der
Übersichtlichkeit und des Verständnisses wegen dargestellt. In einem
Drehzentrum, welches hier durch zwei sich kreuzende strichpunktierte Linien dargestellt ist, ist eine Drehachse 219 einer Antriebswelle 222 der
Brennkraftmaschine 210 dargestellt. Diese Antriebswelle 222 ist hier als sogenannte Kurbelwelle ausgeführt. Von einem zentralen, sich rein drehend bewegenden Teil der Antriebswelle 222 geht ein Kurbelteil 225 bzw.
Kurbelabschnitt aus. An einem Hubzapfen 228 ist ein Pleuel 231 angelenkt.
Während ein Ende des Pleuels 231 am Hubzapfen 228 angelenkt ist, ist ein anderes Ende des Pleuels 231 mittels eines Kolbenbolzens 234 an einem Kolben 237 angelenkt. Dieser Kolben 237 wiederum ist in einem Zylinder 240 linear gleitfähig angeordnet. Zwischen einem Kolbenboden 243 und einer Oberfläche 246 eines nicht näher beschriebenen Zylinderkopfes befindet sich ein Brennraum
249. Der in Figur 2 dargestellte Pfeil 252 gibt eine Drehrichtung der Antriebswelle 222 im antreibenden Zustand der Brennkraftmaschine 210 an.
Eine derartige Brennkraftmaschine 210 ist üblicherweise durch ein Steuergerät 255 gesteuert. Erhält nun dieses Steuergerät 255 ein Signal 258, welches dem
Steuergerät 255 mitteilt, dass die Brennkraftmaschine 210 ausgeschaltet werden soll, so wird beispielsweise eine hier nicht dargestellte Kraftstoffversorgung unterbrochen, damit die Brennkraftmaschine 210 nach kurzer Zeit zum Stillstand kommt. Ein solcher Auslauf 261 ist in Figur 3 näher dargestellt.
Auf der Abszisse (x-Achse) ist die Zeit aufgetragen, auf der Ordinate (y-Achse) ist die Drehzahl n aufgetragen. Des Weiteren sind zwei horizontale Linien dargestellt, wobei die obere der beiden horizontalen Linien einen Grenzwert einer Drehzahl der Antriebswelle 222 repräsentiert und die untere der beiden Linien eine Zieldrehzahl der Antriebswelle 222. Die Zieldrehzahl ist mit nZ
gekennzeichnet, die Grenzdrehzahl bzw. der obere und damit höchstzulässige Grenzwert einer Drehzahl der Antriebswelle 222 ist mit nG bezeichnet.
Beispielhaft wird hier angenommen, dass die Zieldrehzahl nZ einem Wert von 80/min entspricht, während die Grenzdrehzahl nG einem Wert von 150/min entspricht. Zur weiteren Orientierung entspricht der Abstand der beiden vertikalen Linien einem Zeitunterschied von 50ms. Zur weiteren Orientierung sind noch einzelne spezielle Punkte des Auslaufs gekennzeichnet. So sind drei Punkte mit UT und einer jeweils fortlaufenden Nummer 1, 2 oder 3 bezeichnet. Diese Punkte UT1, UT2 und UT3 stehen für sogenannte untere Totpunkte. Die Bezeichnungen OT1 und OT2 stehen dementsprechend für sogenannte obere Totpunkte 1 und 2. Eine Brennkraftmaschine 210, die mit mehreren Zylindern 240 und dementsprechend auch mehreren Kolben 237 ausgestattet ist, beispielsweise ein 6-Zylinder-Reihen-Motor (4-Takt- Motor) durchläuft während zweier Umdrehungen der Antriebswelle 222 je Kolben 237 einen oberen
Totpunkt OT, bei dem sich ein Pleuel 231 und ein Kurbelteil 225 in gestreckter Anordnung befinden. Mit Bezug zu Figur 2 bedeutet dies, dass ein Winkel ß zwischen dem Pleuel 231 und dem Kurbelteil 225 genau 180° beträgt. Befindet sich ein Kolben 237 in einem sogenannten unteren Totpunkt, so ist der Winkel ß = 0. Verglichen mit Figur 2 decken sich somit das Kurbelteil 225 und das Pleuel 231 über die Länge des Kurbelteils 225. Der Hubzapfen 228 befindet sich dann an seinem Tiefpunkt. In der Darstellung gemäß Figur 3 entspricht ein unterer Totpunkt UT1, UT2 oder UT3 einem relativen Maximum bei der Kurve, die den Auslauf 261 darstellt. Ein oberer Totpunkt OT1 oder OT2 ist in der gleichen Kurve durch ein relatives Minimum repräsentiert. Die Lage der UT und OT ist nur für dieses Beispiel an den Positionen der Maxima und Minima angenommen. Tatsächlich kann sich ein UT und auch ein OT neben einem Maximum oder einem Minimum befinden. Die jeweilige tatsächliche Lage ist beispielsweise von Ventilsteuerzeiten, Kompressionszuständen und anderen Einflüssen abhängig. Zu letzterem gehört beispielsweise auch der Einfluss der am Generator erzeugten Last, wenn dieser wie üblich über einen Riementrieb mit der
Brennkraftmaschine 210 gekoppelt ist.
Da bei einem 6-Zylinder-Reihen-Motor üblicherweise die zwei Kurbelteile 225 in einer Ebene angeordnet sind und insgesamt drei solcher Ebenen vorhanden sind, die untereinander jeweils um 120° (Winkelgrade) beabstandet sind, bedeutet dies, dass der Abstand zwischen UT1 und OT1 60° entspricht. Nach weiteren 60° nehmen weitere zwei Kolben 237 einen unteren Totpunkt UT2 ein, nach weiteren 60° zwei andere Kolben 237 einen oberen Totpunkt OT2 usw. Im Rahmen der hier insgesamt vorgestellten Verfahren und Verfahrensschritte ist vorgesehen, das Andrehritzel 22 der Startvorrichtung 10 in die auslaufende Brennkraftmaschine 210 und damit in deren drehenden Zahnkranz 25
einzuspuren. Hierzu wird während des Auslaufs die Motordrehzahl n der
Brennkraftmaschine 210, der Kurbelwellenwinkel α und die Zeit t gemessen. Die Zeit t wird dabei beispielsweise ab einem bestimmten Startpunkt einer Uhr im Steuergerät entnommen oder es wird beispielsweise die Anzahl der
Schwingungen eines Quarzes gezählt und mit der Schwingungszeit multipliziert, um zwischen einer Startzeit t = 0 und einer späteren Zeit t Φ 0 die Differenzzeit Δ t zu ermitteln. Der Kurbelwellenwinkel α wird beispielsweise durch einen Sensor 300 ermittelt. Hierzu wird beispielsweise ausgehend von einem ganz bestimmten ermittelten Signal durch den Sensor 300 (Winkelsensor bzw. Drehzahlsensor) eine jede weitere Position der Antriebswelle 222 mit Hilfe eines am Zahnkranz 25 bzw. einem hier nicht näher gezeigten Schwungrad angebrachten Lochrasters zur Detektierung der Winkelposition der Antriebswelle 222 jede weitere
Winkelposition ermittelt. Eine Motordrehzahl n zwischen unterschiedlichen Kurbelwellenwinkeln α wird allgemein ermittelt durch die sogenannte
Winkelgeschwindigkeit, d. h. die Änderung des Winkels α und damit der
Kurbelwellenposition bzw. Antriebswellenposition zwischen zwei verschiedenen Winkeln od und a2 sowie der zwischendurch verstrichenen Zeit At = t2 - tl. Der Beobachtungszeitraum kann dazu beispielsweise auf den Abstand benachbarter oberer Totpunkte beschränkt sein, d. h. auf dem Wertebereich mit der
Zylinderzahl izyiinder der Brennkraftmaschine 210. Der Wertebereich ergibt sich dann ausgehend von zwei Umdrehungen der Antriebswelle 222, die einem überstrichenen Winkel von 720 Winkelgraden entsprechen, und der Zylinderzahl izyiinder zu dem Winkel bzw. dessen Wertebereich zwischen dem Winkel 0° und dem Winkel 720°/ izyiinder- Inn Beispiel mit einem Reihen-6-Zylinder-Motor umfasst der Wertebereich 120 Winkelgrade. Unterschreitet dabei die Drehzahl n bei einem bestimmten festgelegten Winkel aStart eine Drehzahlgrenze nG, so soll der Einspurvorgang begonnen werden. Dies bedeutet, dass nach der Feststellung, wonach die Antriebswelle 222 bei aStart kleiner als die Drehzahlgrenze nG ist, das Andrehritzel 22 in Richtung zum Zahnkranz 25 vorgespurt werden soll. Betrachtet man nun Figur 3, so stellt man fest, dass für den Winkel astarti gilt, wonach dieser Winkel astarti hier beispielsweise einem Winkel von 10° nach einem unteren Totpunkt entspricht, hier dem unteren Totpunkt UT2. Wie ohne Weiteres erkennbar ist, wird für den Winkelbereich bzw. Wertebereich von 120° zwischen OT1 und OT2 sofort deutlich, dass der Drehzahlwert n2 (aStarti) ca. 180/min beträgt. Der Wert n2 ist damit größer als nG. Die Bedingung ist demzufolge nicht erfüllt. Beim Durchlaufen des nächsten Wertebereichs beginnend ab OT2 wird beim nächsten Wert von 10 Winkelgraden nach einem unteren Totpunkt UT, hier UT3 festgestellt, dass der Wert n3 (aStart2) = 120/min beträgt. Der Vergleich mit dem vorgegebenen Drehzahlwert nG = 150/min zeigt, dass die Drehzahl bei der Winkelposition aStart2 kleiner als der vorgegebene Drehzahlwert nG ist. Die Erfüllung dieser Bedingung ist nunmehr Anlass für das System, ein Signal zu erzeugen, um die Startvorrichtung 10 und damit das Andrehritzel 22 in Richtung zum Zahnkranz 25 vorzuspuren. Das Verfahren ist dabei derartig gestaltet, dass das Einspurritzel 22 auch dann in Richtung zum Zahnkranz 25 vorgespurt werden soll, wenn der Drehzahlwert n3 (aStart2) gleich dem vorgegebenen Drehzahlwert nG ist.
Es ist demzufolge ein Verfahren zum Ansteuern einer Startvorrichtung 10 offenbart, wobei die Startvorrichtung 10 ein Andrehritzel 22 aufweist, welches dazu vorgesehen ist, in einen Zahnkranz 25 einer Brennkraftmaschine 210 eingespurt zu werden, wobei die Brennkraftmaschine 210 eine Antriebswelle 222 aufweist. Beim Ablauf des Verfahrens ist dabei vorgesehen, dass zunächst eine Drehzahl n, nl, n2, n3 der Antriebswelle 222 festgestellt wird, diese festgestellte Drehzahl n, nl, n2, n3 mit einem vorgegebenen Drehzahlwert nG verglichen wird und im Falle dessen, dass die Drehzahl n, nl, n2, n3 kleiner oder gleich bzw. kleiner gleich bzw. höchstens gleich bzw. nicht größer als der vorgegebene Drehzahlwert nG ist, das Andrehritzel 22 in Richtung zum Zahnkranz 25 vorgespurt wird. Der Vollständigkeit halber sei hier erwähnt, dass die
Antriebswelle 222 im Punkt bei der Winkelposition aStarto kurz nach dem
Durchlaufen eines unteren Totpunktes UT1 die Drehzahl nl aufweist. N gibt die Drehzahl der Antriebswelle 222 im Allgemeinen an.
In Figur 4 ist ein ähnliches Diagramm wie in Figur 3 dargestellt. Im Unterschied zur Darstellung nach Figur 3 ist der dort dargestellte Auslauf 261 etwas anders als der in Figur 3 dargestellte. In diesem Fall ist das Drehzahlniveau dieser Kurve etwas geringer, was beispielsweise an der Lage des oberen Totpunkts OT2 erkannt werden kann. Dieser obere Totpunkt OT2 liegt hier etwas unter der Zieldrehzahl nZ. Im Beispiel ist der Winkel aStart2 genau an einer Position des unteren Totpunkts UT3 angeordnet. Der Ablauf gemäß diesem Auslauf 261 ist genauso wie der gemäß Figur 3. Die in der Winkelposition astarti bei UT2 festgestellte Drehzahl der Antriebswelle 222 ist größer als der vorgegebene Drehzahlwert nG. Bei dem nächsten unteren Totpunkt UT3 ist der Drehzahlwert n3 kleiner als der vorgegebene Drehzahlwert nG, so dass in diesem Fall dann das Andrehritzel 22 in Richtung zum Zahnkranz 25 vorgespurt wird. Dieses Vorspuren findet wiederum während des Zeitabschnitts At statt, so dass auch in diesem Fall das Andrehritzel 22 zur gewünschten Drehzahl nZ in den Zahnkranz einspurt. Eine Zieldrehzahl nZ ist eine Drehzahl der Antriebswelle 222, zu der planmäßig das Andrehritzel 22 einspurt, wobei eine Ansteuerzeit At eine
Zeitdifferenz zwischen einem Anliegezeitpunkt tZ und dem Startzeitpunkt ist.
Bei dem Beispiel gemäß Figur 5 ist der Auslauf 261 noch niedriger, d. h.
beispielsweise für den oberen Totpunkt OT2, dass dessen Drehzahl noch niedriger liegt als bei der Darstellung gemäß Figur 4. Auch hier wird bei der Einnahme der Antriebswelle 222 der Winkelposition astarti eine Drehzahl der Antriebswelle 222 festgestellt, die über der Drehzahl bzw. dem Drehzahlwert nG liegt. Der darauf folgende Drehzahlwert der Antriebswelle 222 nach weiteren 120° Drehpositionsänderung der Antriebswelle 222 bei aStart2 liegt wiederum zwischen dem vorgegebenen Drehzahlwert nG und der Zieldrehzahl nZ, so dass daraufhin das Andrehritzel 22 in Richtung zum Zahnkranz 25 vorgespurt wird und dadurch in diesem Fall das Andrehritzel 22 in etwa dann in den Zahnkranz 25 einspurt, wenn dieser die Zieldrehzahl nZ aufweist.
In Figur 6 sind verschiedene Eigenschaften anders als bei den vorher erwähnten Beispielen. In diesem Beispiel ist z. B. die Zeitdauer At deutlich größer als bei den anderen Ausführungsbeispielen. Dies bedeutet hier in diesem Fall, dass die Zeit, die das Andrehritzel 22 benötigt, um zumindest an den Zahnkranz 25 vorzuspuren, deutlich größer, hier ca. drei Mal so lang wie bei den anderen
Ausführungsbeispielen ist. Die Unterschiede sind hier jedoch noch größer:
Einerseits ist der Winkel a, zu dem die Drehzahl n der Antriebswelle 222 ermittelt wird in etwa mittig zwischen einem unteren Totpunkt UT und einem oberen Totpunkt OT (in etwa Wendepunkt des Auslaufs 261) und andererseits weicht ein Startzeitpunkt tstart von dem Zeitpunkt ab, bei dem die Antriebswelle 222 die Winkelposition aStart2 einnimmt. Wie bei den anderen Ausführungsbeispielen, wird zuvor bei der Winkelposition astarti eine Drehzahl n bzw. nl ermittelt und in diesem Fall, wie bei den anderen Ausführungsbeispielen festgestellt, dass dieser Drehzahlwert verglichen mit der Drehzahl nG zu groß ist. Nach dem Verstreichen weiterer 120° und damit bei der Winkelposition aStart2 wird eine Drehzahl n2 ermittelt, die kleiner als der vorgegebene Drehzahlwert nG ist. Durch diese erfüllte Bedingung wird gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren das Andrehritzel 22 in Richtung zum Zahnkranz 25 vorgespurt. In diesem besonderen Fall beginnt jedoch der eigentliche aktive Vorspurvorgang erst zu einem Zeitpunkt tstart, der nach der Zeit liegt, die bei der Einnahme der Antriebswelle 222 der
Winkelposition aStart2 vorliegt. Dies deshalb, weil im Rahmen des Verfahrens vorgesehen ist, das Andrehritzel 22 vorzugsweise zur Zieldrehzahl nZ an den Zahnkranz 25 anzulegen und vorzugsweise dann auch in den Zahnkranz 25 einzuspuren. Der Zeitpunkt, zu dem die entscheidende Drehzahl nStart ermittelt wird und der Zeitpunkt tStart, zu dem das Andrehritzel 22 beginnt vorzuspuren sind nicht indentisch.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Kurbelwellenwinkel bzw. Antriebswellenwinkel aStart zu dem der Einspurvorgang beginnen soll, beispielsweise über ein sogenanntes Kennfeld festgelegt werden. So kann folglich beispielsweise dann, wenn die zu erfüllende Bedingung in der
Winkelposition aStart2 eingetreten ist, in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Drehzahlwert in diesem Moment bei dieser Winkelposition aStart2 festgelegt sein, dass der Startvorgang mit Erreichen des Winkels aStart beginnen soll. Alternativ kann beispielsweise auch stattdessen der Zeitablauf ab dem Zeitpunkt, bei dem die Antriebswelle 222 die Bedingung erfüllt, nach einem weiteren Zeitablauf von Atstart der Vorgang beginnen. Gemäß einer weiteren Alternative kann nach der Einnahme der Antriebswelle 222 des Winkels aStart2 auch dann der Startvorgang bzw. der Vorspurvorgang eingeleitet werden, nachdem die Antriebswelle 222 eine Drehzahl nStart erreicht hat.
Für einen Auslauf 261 einer Antriebswelle 222, wie er in Figur 6 dargestellt ist, ist die Ansteuerzeit At so gewählt, dass nach Beginn der Starteransteuerung durch Überstreichen des Startwinkels aStart2 , wobei n2 = n(aStart2) kleiner nG, ein oberer Totpunkt OT2 durchlaufen wird. In diesem Fall muss zum ordnungsgemäßen Ablauf des Verfahrens abgesichert sein, dass unter allen auftretenden
Betriebsbedingungen und Motoreigenschaften eine vorzeitige
Rückpendelbewegung ausgeschlossen werden kann. Eine solche vorzeitige Rückpendelbewegung würde dazu führen, dass die Startvorrichtung 10 mit dem Andrehritzel 22 erst bei Stillstand der Brennkraftmaschine 210 in den Zahnkranz 25 einspuren würde. Dies ist ganz besonders dann durchzuführen, wenn die zu erwartende Abweichung der Drehzahl der Antriebswelle 222 der
Brennkraftmaschine 210 von der Drehzahl nZ nicht tolerierbar ist. Dies gilt ganz besonders für ein Rückpendeln der Antriebswelle 222.
In Figur 7 sind drei verschiedene Ausläufe 261 dargestellt. Diese drei Ausläufe haben unterschiedliche Drehzahlniveaus. Der Auslauf 261 mit dem höchsten Drehzahlniveau weicht von dem nächstniedrigeren hier dargestellten Auslauf 261 zumindest in der Position OT2 mit einem Drehzahlunterschied von Δηΐ ab. Dieser letztlich mittlere Drehzahlauslauf 261 weicht von dem Auslauf 261 mit dem niedrigsten Drehzahlniveau mit dem Drehzahlunterschied Δη2 ab. Bei diesen drei beispielhaften Verläufen ist zu Vergleichszwecken der Winkel a, zu dem tatsächlich ein Vorspuraktuator 16 eine Schubbewegung des Andrehritzels 22 bewirkt, immer an der selben Winkelposition aStart2i = astart22 = astart23 · Wie gemäß Beschreibung zur Figur 6 angenommen wird, spurt das Andrehritzel 22 vor und liegt nach einem Zeitverlauf At am Zahnkranz an. In den drei skizzierten Fällen ist dabei die Winkelgeschwindigkeit der Antriebswellen 222
unterschiedlich. So weist der oberste Verlauf 261 mit dem höchsten
Drehzahlniveau bei aStart23 die Drehzahl der Antriebswelle 222 einen Betrag auf, der zwar zwischen der Drehzahl nZ und nG liegt, diese Drehzahl ist aber hinaus deutlich größer als nZ.
Im zweiten Fall (mittleres Drehzahlniveau) liegt beispielsweise die tatsächliche Drehzahl, zu der das Andrehritzel 22 am Zahnkranz 25 anliegt, bereits unter der an sich definierten Zieldrehzahl nZ. Bei der Auslaufkurve 261 auf dem
niedrigsten Drehzahlniveau ist es sogar so, dass das Andrehritzel 22 erst dann am Zahnkranz 25 anliegt, wenn die Antriebswelle 222 vor dem Erreichen eines oberen Totpunkts aufgrund der„Gasfederkräfte" im Brennraum 249
(Kompressionshub) zurückgependelt ist. Des Weiteren sei zur Verständlichkeit dieser Figur 7 angemerkt, dass die Abszisse hier keinen festen Maßstab darstellt. Die Angabe einer Zeitdifferenz At stellt hier nur eine Angabe einer allgemeinen Zeitdifferenz dar. Die Zeitdifferenz At ist absolut jeweils
unterschiedlich. Es kann, wie in Figur 7 dargestellt, somit zu Abweichungen bei der tatsächlichen Einspurdrehzahl kommen. Diese Abweichungen können sowohl positiv sein, d. h. die Einspurdrehzahl, bzw. die Drehzahl, mit der das
Andrehritzel 22 am Zahnkranz 25 anliegt, kann größer sein als die Drehzahl nZ, sie kann jedoch auch kleiner sein als die Drehzahl nZ. Die Einspurdrehzahl der Antriebswelle 222 nZ kann sogar verglichen mit der üblichen Drehrichtung der Antriebswelle 222 (Antriebsfall) negativ sein.
Treten für einen bestimmten Typ von Brennkraftmaschine 210 beim Einspuren in die auslaufende Brennkraftmaschine 210 bzw. beim Anlegen des Andrehritzels 22 an den Zahnkranz 25 der Brennkraftmaschine 210 Drehzahlabweichungen zwischen tatsächlicher Drehzahl der Brennkraftmaschine bzw. deren
Antriebswelle 222 und der Drehzahl nZ außerhalb zulässiger Toleranzen auf, kann alternativ das nachfolgend beschriebene Verfahren Verwendung finden.
In den Figuren 8, 9 und 10 sind abermals drei Ausläufe 261 der
Brennkraftmaschine 210 dargestellt. Gemäß Figur 8 wird in dem oberen Totpunkt OT2, welcher von seiner Drehzahl her kleiner oder gleich der Drehzahl nG ist, die
Drehzahl der Antriebswelle 222 analysiert. Da die kinetische und die durch die Kompression des sich im Brennraum 249 befindenden Gases gespeicherte potentielle Energie der Brennkraftmaschine 210 nicht ausreicht, um unter den gegebenen Betriebsbedingungen einen weiteren oberen Totpunkt in
Vorwärtsrichtung zu überwinden, kommt die Antriebswelle 222 im Punkt PO für einen Moment zum Stillstand, um dann zurückzuschwingen (Drehpendeln der Antriebswelle 222). Jedenfalls würde die Antriebswelle 222 ein derartiges Bewegungsverhalten zumindest dann aufweisen, wenn das Andrehritzel 22 nicht in den Zahnkranz 25 einspuren oder sich an den Zahnkranz 25 anlegen würde. Der Zeitpunkt, in dem die Brennkraftmaschine 210 den letzten oberen Totpunkt
OT2 erreicht, ist der Zeitpunkt tOTf. Die Drehzahl in diesem Moment beträgt nOTf. Definititonsgemäß wird dann nach dem Erreichen des Winkels aStart der Einspurvorgang begonnen, um idealerweise mit der Zieldrehzahl nZ in die Brennkraftmaschine 210 und dies beim Zeitpunk tE einzuspuren. Im Rahmen des Verfahrensablaufs ist auch hier vorgesehen, dass während des Auslaufs 261 der Brennkraftmaschine 210 die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 210, der momentane Winkel α der Antriebswelle 222 und die verstrichene Zeit t aufgezeichnet wird. Der Wertebereich von α sei hierbei beispielsweise beschränkt auf den Abstand zweier benachbarter Totpunkte, wobei dieser Abstand zweier benachbarter oberer Totpunkte auf den Wertbereich zwischen 0 Grad und den Quotienten aus 720 Grad und der Anzahl i der Zylinder der Brennkraftmaschine 210 beschränkt sei. Im Beispiel, das heißt bei einer
Brennkraftmaschine 210 mit Reihensechszylindermotor ist der Wertebereich somit auf einen Bereich zwischen 0 Grad und 120 Grad beschränkt. Ist während eines Auslaufs 261 der Brennkraftmaschine 210 die Drehzahl nOTF eines oberen Totpunktes OT2 < nG, d.h. höchstens so groß wie eine zuvor bestimmte Grenzdrehzahl nG, so ist die Brennkraftmaschine 210 unter den gegebenen Betriebsparametern mit seiner Massenträgheit energetisch nicht in der Lage, einen weiteren oberen Totpunkt OT in der Vorwärtsbewegung (d. h.
Antriebsrichtung der Antriebswelle 222) zu überwinden. Die Massenträgheit bzw. das Massenträgheitsmoment J berücksichtigt dabei beispielsweise die Trägheit der Antriebswelle 222, die Trägheit der Pleuel 231, die Massenträgheit der Kolben 237 und selbstverständlich auch die Massenträgheit des Zahnkranzes 25 u. a. Teile wie Nockenwellen, Ventile, gekoppelte Riementriebe und die dadurch angetriebenen Drehmassen wie z. B. ein Generator. Die Grenzdrehzahl nG wird als bei gleichbleibenden Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 210 für verschiedene Motorausläufe 261 konstant angenommen. Ändern sich jedoch die Betriebsbedingungen und somit beispielsweise die Parameter wie Temperatur (Öltemperatur, Kühlwassertemperatur, Motorraumtemperatur, Temperatur der angesaugten beziehungsweise zugeführten Verbrennungsluft, die Motorreibung, der Druck im Zuflusstrakt (Saugrohr/Druckrohr) bei saug- bzw. aufgeladenen Motoren, so wird die Grenzdrehzahl nG verändert. Die jeweilige Grenzdrehzahl nG kann dabei für die unterschiedlichen Parameter in einer Speichertabelle abgelegt werden. Sollte für einzelne Parameter kein exakter Wert zur Verfügung stehen, können entsprechende Zwischenwerte durch übliche
Berechnungsverfahren (Interpolation, Extrapolation) ermittelt werden.
Wie anhand der Figuren 9 und 10 ersichtlich wird, können noch andere Punkte des Motorauslaufs 261 verwendet werden, um anhand der jeweils aktuellen Drehzahl zu entscheiden, ob die Drehzahl kleinergleich dem vorgegebenen Drehzahlwert nG ist.
Gemäß dem Beispiel nach Figur 9 wird ein Winkel an verwendet, den die
Antriebswelle 222 durchläuft, um zu entscheiden, ob der Bewegungszustand der Antriebswelle 222 das Kriterium erfüllt, wonach die Drehzahl n bei der Einnahme des Winkels an die Bedingung erfüllt n < nG ist. Wie bereits beim vorherigen Ausführungsbeispiel, wird dann das Andrehritzel 222 nach Erreichen des
Startwinkels aStart vorgespurt, um dann zum Zeitpunkt tE am Zahnkranz 25 anzuliegen beziehungsweise dann einzuspuren.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 10 ist der Winkel an im Bereich des Wendepunkts zwischen dem unteren Totpunkts UT2 und dem oberen Totpunkt OT2. Auch hier wird dann gegebenenfalls, d.h. nach Unterschreiten der Drehzahl nG mit Erreichen des Winkels aStart das Andrehritzel 22 vorgepult, um dann zum Zeitpunkt tE am Zahnkranz 25 anzuliegen beziehungsweise in diesen
einzuspuren.
Die Grenzdrehzahl nG selbst kann über ein geeignetes Verfahren bestimmt werden. Wie bereits erwähnt, kann diese beispielsweise in einem Kennfeld in Abhängigkeit der auftretenden Betriebsparameter - auf die bereits zuvor eingegangen wurde - abgespeichert sein. Die Drehzahl nG kann während des Motorauslaufs 261 beispielsweise über eine Energiebetrachtungsweise ermittelt werden. Des Weiteren kann die Drehzahl nG auch mittels einer Lernfunktion unter Berücksichtigung bereits aufgezeichneter Motorausläufe ermittelt werden.
Ist die Drehzahl n im oberen Totpunkt OT2 nicht größer als nG, soll mit dem Einspurvorgang ab dem Erreichen des Kurbelwellenwinkels aStart begonnen werden (Figur 8). Gleiches gilt für die Erfüllung der Drehzahlbedingungen hinsichtlich der Punkte, die bei den Kurbelwellenwinkeln a n erfüllt werden, Figur 9 und Figur 10.
Anhand eines Beispiels gemäß Figur 11 wird erläutert, wie der Startwinkel aStart gewählt werden kann, um zur Zieldrehzahl nZ einzuspuren. In diesem Fall wird dieses Beispiel in Abhängigkeit der Drehzahl im oberen Totpunkt OT2 beschrieben. Dieses Wählen ist jedoch ohne Weiteres auch auf die Beispiele gemäß Figur 9 und Figur 10 übertragbar. In Figur 11 sind wiederum drei Ausläufe 261 dargestellt. Der hochtourige Auslauf 261 weist eine Drehzahl n im oberen Totpunkt OT2 auf, die gleich der Drehzahl nG ist. Angesichts dieses hohen Drehzahlniveaus wird das Andrehritzel 22 erst relativ spät bei Erreichen des Winkels aStart in Richtung zum Zahnkranz 25 vorgespurt. In allen drei
geschilderten Fällen der Figur 11 wird im übrigen davon ausgegangen, dass die ideale Zieldrehzahl nZ erreicht wird. Im Falle des etwas niedrigeren mittleren Auslaufs 261 beginnt das Andrehritzel 22 verglichen mit dem zuvor
beschriebenen Ausführungsbeispiel das Vorspuren des Antriebritzels 22 bei einem anderen Startwinkel astart- Der Begriff„früher" ist im übrigen nicht im Sinne von Zeit zu verstehen. Früher bedeutet hier, dass der Startwinkel aStart geometrisch näher am oberen Totpunkt OT2 beziehungsweise näher an dem Winkel asteht, der für eine Kurbelwellenposition beziehungsweise
Antriebswellenposition steht, in der ein Kolben 237 in der Position OT2 steht. Bei der im Beispiel gezeigten Auslaufkurve mit dem niedrigsten Drehzahlniveau ist der Startwinkel a start noch näher an der Position OT2.
Würde man bei diesem Verfahren dem Startwinkel aStart unabhängig vom
Drehzahlniveau der Auslaufkurve 261 unverändert lassen, siehe beispielsweise Figur 7, so wäre die zu erwartende maximale Drehzahlabweichung An bzw. Δηΐ und Δη2 beim Einspuren beziehungsweise Anlegen des Andrehritzels 22 an den Zahnkranz 25 auch durch das vorliegende Verfahren bei gleichbleibender Motorauslaufcharakteristik gegeben. Ab dem Kurbelwellenwinkel
beziehungsweise Antriebswellenwinkel aStart (astart2i, astart22, astart23) würde dann die Startvorrichtung beziehungsweise ein Vorspuraktuator so angesteuert, um bei einer Zieldrehzahl nZ zu einem jeweils unterschiedlichen Zeitpunkt tE einzuspuren. An dieser Stelle sei angemerkt, dass der Zeitpunkt tE für jede Auslaufkurve 261 ein anderer Zeitpunkt ist. Die Zieldrehzahl nE wäre bei einem derartigen Verfahren nicht eine starre Zieldrehzahl nZ, sondern eine Zieldrehzahl nZ, die in diesem Beispiel um einen Mittelwert herum, mit einer Drehzahldifferenz An schwankte. Die Schwankungsbreite entspräche dann in etwa der Hälfte der Grenzdrehzahl nG. Auch bei gleichbleibender Motorauslaufcharakteristik bzw. Auslauf 261, d.h. im wesentlichen konstanten mittleren Motorauslaufgradienten und
Drehzahländerungen durch Zylinderkompression und Zylinderdekompression wurde bei diesem Verfahren eine Variation der tatsächlichen Einspurdrehzahl um eine Differenzdrehzahl An erfolgen. Bei gleichbleibender Ansteuerzeit des
Startermotors bzw. des Andrehritzels 22 kann der Startwinkel aStart auf Grund der Drehzahl eines oder mehrerer charakteristischer Punkte z. B. der Drehzahl des letzten oberen Totpunktes nOT2 angepasst werden. Eine mögliche Methode zur Anpassung ist hier das Hinterlegen eines Kennfeldes für unterschiedliche Drehzahlen in jenem oberen Totpunkt OT oder die Neuberechnung von aStart über eine Lernfunktion.
Für den Fall, dass sich der Motorauslauf (Auslauf 261) unterschiedlich einstellt, beispielsweise über den Verlauf der technischen Lebensdauer der
Brennkraftmaschine 210 oder beispielsweise von Zustandsgrößen, die den
Auslauf 261 währenddessen beeinflussen, wird im vorliegenden Verfahren in einer Abweichung zwischen tatsächlicher Einspurdrehzahl nE und der
Zieldrehzahl nZ resultieren. Eine Änderung der Charakteristik des Auslaufs 261 kann daher in zwei Arten unterteilt werden:
- Variation des mittleren Motorauslaufgradienten
Der mittlere Motorauslaufgradient kann z. B. durch eine Änderung der Reibung, den im Motorauslauf wirksamen Lasten, der Temperaturen weiterer Parameter variiert werden. Durch die Variation sollte gegebenenfalls die Grenzdrehzahl nG und/oder der Startwinkel aStart angepasst werden. Die Streubreite dieser
Parameter kann durch Fahrzeugmessungen bei verschiedenen
Betriebsbedingungen und unterschiedlichen Verbrauchern getestet und
Grenzsituationen durch Motorsimulationen analysiert werden.
- Änderungen der Motorwelligkeit
Änderungen der Motorwelligkeit sind Drehzahländerungen hervorgerufen durch Zylinderkompression und Zylinderdekompression. Diese Welligkeit, für welche man einen passenden Startwinkel aStart über eine geeignete Methode wählt, wird z.B. durch Zylinderhub und Leckage variiert. Zylindereigenschaften eines
festgelegten Motortyps können durch Betriebsbedingungen, Serienstreuung und Alterungseffekte beeinflusst werden.
Der Übersicht wegen ist in Figur 12 eine schematisierte Darstellung eines
Kraftfahrzeugs 310 mit der Brennkraftmaschine 210, der Startvorrichtung 10, dem Vorspuraktuator 16, einem Steuergerät 255 mit einem Prozessor 313 und einem Programmspeicher 303 dargestellt. In dem Programmspeicher 303 sind systematisch zusammenhängende Programmbefehle 306 (Computerprogrammprodukt) gespeichert, die eine Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens nach einer der hier beschriebenen Ausgestaltungen ermöglichen. Das Steuergerät 255 ist mit einer Verbindungseinrichtung 309 (z. B. Kabel) mit der Brennkraftmaschine 210 verbunden, die beispielsweise die Übertragung von Signalen des Drehzahlsensors 300 zum Steuergerät 255 ermöglicht. Eine Verbindungseinrichtung 312 dient zum Ansteuern des Vorspuraktuators 16, nach dem eine geeignete Startzeit tStart ermittelt ist.
Die Drehbewegung der Antriebswelle 222 ist gemäß den vorstehenden
Ausführungsbeispielen von einem sehr dynamischen Verlauf geprägt. Makroskopisch sinkt die Drehzahl. Dieser Verlauf ist aber von relativen Minima im Bereich von oberen Totpunkten und relativen Maxima im Bereich von unteren Totpunkten geprägt. Des Weiteren weist der Verlauf somit positve (zwischen oberen und unteren Totpunkten) als auch negative (zwischen unteren und oberen Totpunkten) Steigungswerte auf.
Die Programmbefehle 306 (Computerprogrammprodukt) sind beispielsweise über eine Schnittstelle (z. B. Steckverbindung) in den Programmspeicher 303 ladbar.
Es ist somit ein Computerprogrammprodukt offenbart, das in zumindest einen
Programmspeicher 303 mit Programmbefehlen 306 ladbar ist, um eine Ausführung aller Schritte des Verfahrens nach einer der hier beschriebenen Ausgestaltungen zu ermöglichen, wenn das Programm in zumindest einem Steuergerät 255 ausgeführt wird.
Figur 12 zeigt ein Steuergerät 255 für einen Start- Stopp-Betrieb einer
Brennkraftmaschine 210 in einem Kraftfahrzeug 310 zum kurzfristigen Stoppen und Starten der Brennkraftmaschine 210, wobei die Brennkraftmaschine 210 mittels einer elektrischen Startvorrichtung 10 startbar ist, wobei das Steuergerät 255 einen Prozessor 313 mit einem Programmspeicher 303 aufweist. Der Prozessor 313 ist als Erfassungs-, Auswerte- und Steuereinrichtung ausgebildet ist, um die Startvorrichtung 10 definiert anzusteuern, wobei in den Programmspeicher 303 ein vorerwähntes Computerprogrammprodukt geladen ist, um ein Verfahren nach einem der zuvor beschriebenen Schritte auszuführen.
Es ist vorgesehen, die vorbeschriebenen Verfahrensschritte in einem
Kraftfahrzeug zu verwenden, das mit einer Start- Stopp- Betriebsweise
ausgestattet ist. Die Start- Stopp- Betriebsweise erlaubt ein automatisiertes
Einspuren des Andrehritzels 22 sobald das Steuergerät 255 ein Signal 316 von einer Auslöseeinrichtung 319 erhält, welches einen Wunsch des Fahrzeugführers repräsentiert mit dem Kraftfahrzeug weiterfahren zu wollen. Die
Auslöseeinrichtung 319 kann ein sogenanntes Kupplungspedal oder ein
Gaspedal oder ein Schaltungsbedienungsteil sein, welches bei Schaltgetrieben (Fahrgetriebe zwischen Kupplung und Antriebsrad oder -rädern) zum Wählen einer Getriebeüber- oder Untersetzung dient.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Ansteuern einer Startvorrichtung (10), wobei die Startvorrichtung (10) ein Andrehritzel (22) aufweist, welches dazu vorgesehen ist in einen Zahnkranz (25) einer Brennkraftmaschine (210) eingespurt zu werden, wobei die Brennkraftmaschine (210) eine Antriebswelle (222) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
a. zunächst eine Drehzahl (n, nl, n2, n3) der Antriebswelle (222) festgestellt wird,
b. diese Drehzahl (n, nl, n2, n3) mit einem vorgegebenen Drehzahlwert (nG) verglichen wird und
c. im Falle dessen, dass die Drehzahl (n, nl, n2, n3) kleinergleich dem
vorgegebenen Drehzahlwert (nG) ist, das Andrehritzel (22) in Richtung zum Zahnkranz (25) vorgespurt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die festgestellte Drehzahl (n, nl, n2, n3) eine Drehzahl (n, nl, n2, n3) der Antriebswelle (222) in einer zuvor bestimmten Position mit einem bestimmten Winkel (an, aOT, aUT) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (222) eine Kurbelwelle ist, die mittels eines Pleuels (231) mit einem Kolben (237) gekoppelt ist, wobei die Position (oc) der Antriebswelle (222) derart ist, dass ein Kolben (237) einen oberen Totpunkt (OT) oder einen unteren Totpunkt (UT) einnimmt.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Andrehritzel (22) nach dem Erreichen eines Ereignisses (nStart, tStart, aStart) in Richtung zum Zahnkranz (25) vorgespurt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ereignis (nStart, tStart, aStart) in Abhängigkeit zumindest einer Betriebsbedingung bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Auslaufes der Brennkraftmaschine die Drehzahl (n), der zugehörige Winkel (oc) der Antriebswelle (22) und ein zugehöriger Zeitpunkt (t) aufgezeichnet wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorgegebener Drehzahlwert (nG) von einer Temperatur (Kühlwassertemperatur, Öltemperatur, Außentemperatur), einer Motorreibung oder einem Druck abhängig ist.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Startwinkel (aStart) ein Winkel (oc) ist, bei dem die aktuelle Drehzahl (n) kleiner als eine zuvor festgelegte Drehzahl (nG) ist.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zuvor festgelegte Drehzahl (nG) eine Drehzahl ist, unterhalb derer nach dem Durchlaufen einer nächsten Winkelposition (oc) die Kurbelwelle KW eine Zieldrehzahl (nZ) einnehmen wird
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Startwinkel (aStart) in Abhängigkeit von einer Drehzahl (n) bei einem bestimmten Winkel (a) bestimmt wird, vorzugsweise in Abhängigkeit des Winkels (a), bei dem die Antriebswelle (22) den letzten oberen Totpunkt (OT) einnimmt.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Startwinkel (aStart) einem Kennfeld entnommen wird und der Startwinkel (aStart) in Abhängigkeit von einer Drehzahl (n) bei einem bestimmten Winkel (a) im Kennfeld gespeichert ist.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Erreichen der Startdrehzahl (nStart) das Andrehritzel (22) der
Startvorrichtung (10) in Richtung zum Zahnkranz (25) vorgespurt wird.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Startzeitpunkt (tStart) mit dem Beginn eines Stromflusses durch einen
Vorspuraktuator (16) zusammenfällt, der zu einer Schubbewegung eines
Magnetankers (168) im Vorspuraktuator (16) führt.
14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zieldrehzahl (nZ) eine Drehzahl der Antriebswelle (222) ist, zu der planmäßig das Andrehritzel (22) einspurt, wobei eine Ansteuerzeit (At) eine Zeitdifferenz zwischen einem Anliegezeitpunkt (tZ) und dem Startzeitpunkt ist.
15. Computerprogrammprodukt, das in zumindest einen Programmspeicher (303) mit Programmbefehlen (306) ladbar ist, um alle Schritte des Verfahrens nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche auszuführen, wenn das Programm in zumindest einem Steuergerät (255) ausgeführt wird.
16. Steuergerät für einen Start- Stopp- Betrieb einer Brennkraftmaschine (210) in einem Kraftfahrzeug (310 zum kurzfristigen Stoppen und Starten der Brennkraftmaschine (210), wobei die Brennkraftmaschine (210) mittels einer elektrischen Startvorrichtung (10) startbar ist, wobei das Steuergerät (255) einen Prozessor (313) mit einem Programmspeicher (303) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (313) als Erfassungs-, Auswerte- und Steuereinrichtung ausgebildet ist, um die
Startvorrichtung (10) definiert anzusteuern, wobei in den Programmspeicher (303) ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 16 geladen ist, um das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 auszuführen.
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