MÜLLER, Michael (Bergstrasse 20, Limbach-Oberfrohna, 09212, DE)
STÖMER, York (Rilkestrasse 19, Rimbach/Odenw., 64668, DE)
MUNTZ, Sabine (Kiesstrasse 14, Neustadt, 67434, DE)
WINDE, Knut (Liebenauerstrasse 20, Worms, 67549, DE)
BEAU, Simon (Klausenpfad 20, Heidelberg, 69121, DE)
MÜLLER, Michael (Bergstrasse 20, Limbach-Oberfrohna, 09212, DE)
STÖMER, York (Rilkestrasse 19, Rimbach/Odenw., 64668, DE)
MUNTZ, Sabine (Kiesstrasse 14, Neustadt, 67434, DE)
WINDE, Knut (Liebenauerstrasse 20, Worms, 67549, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zum Stoppen eines Verbrennungsmotors (2) eines Kraftfahrzeugs (16), welches Kraftfahrzeug (16) eine elektrische Maschine (5) sowie mindestens eine interne Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung (3) aufweist, wobei die elektrische Maschine (5) mit einer Kurbelwelle (4) des Verbrennungsmotors (2) gekoppelt ist oder koppelbar ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte (110, 170) aufweist, welche in der genannten Reihenfolge unmittelbar nacheinander oder zeitlich beabstandet erfolgen: - ein Schritt 1 (110), bei dessen Beginn eine Erfassung (120) eines Stopp-Signals (18) zum Stoppen des Verbrennungsmotors (2) erfolgt, und bei welchem nach der Erfassung (120) des Stopp-Signals (18) eine Kraftstoffeinspritzung (191 ) des Verbrennungsmotors (2) bei einer Abstelldrehzahlschwelle (nO) beendet wird und ein Abfall (21 ) einer Drehzahl (n) des Verbrennungsmotors (1 ) während des Schrittes 1 (120) erfolgt. - ein Schritt 2 (170), bei dem ab einem Erreichen einer ersten Drehzahlschwelle (n1 ) einer Drehzahl der Kurbelwelle (4) die elektrische Maschine (5) bremsend auf eine Bewegung der Kurbelwelle (4) des Verbrennungsmotors (2) einwirkt, in dem die elektrische Maschine (5) ein Bremsmoment (17) auf die Kurbelwelle (4) des Verbrennungsmotors (2) ausübt, und bei welchem Schritt 2 (170) zusätzlich ab einem Erreichen einer zweiten Drehzahlschwelle (n2) der Drehzahl der Kurbelwelle (4) die interne Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung (3) bremsend auf die Bewegung des Verbrennungsmotors (2) einwirkt, wobei die erste Drehzahlschwelle (n1 ) und die zweite Drehzahlschwelle (n2) größer als 300 U/min sind und die erste Drehzahlschwelle (n1 ) und die zweite Drehzahlschwelle (n2) kleiner als die Abstelldrehzahlschwelle (nO) sind. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drehzahlschwelle (n1 ) größer als die zweite Drehzahlschwelle (n2) ist, so dass während des Schrittes 2 (170) zunächst die elektrische Maschine (5) bremsend auf die Bewegung des Verbrennungsmotors (2) einwirkt, in dem die elektrische Maschine (5) ein Bremsmoment (17) auf die Kurbelwelle (4) des Verbrennungsmotors (2) ausübt, und danach die interne Verbrennungsmotor- Bremsvorrichtung (3) gemeinsam mit der elektrischen Maschine (5) bremsend auf die Bewegung des Verbrennungsmotors (2) einwirkt. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (16) eine Stopp-Start-Automatik-Funktion (13) aufweist und ein Auslösen des Stopp-Signals (18) durch die Stopp-Start-Automatik-Funktion (13) oder durch einen Fahrerwunsch festgelegt wird. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das von der elektrischen Maschine (5) auf die Kurbelwelle (4) ausgeübte Bremsmoment (17) so geregelt wird, dass während des Schrittes 2 (170) die Drehzahl (n) des Verbrennungsmotors (2) im Wesentlichen linear mit der Zeit (t) abnimmt. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die interne Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung (3) eine Konstantdrossel aufweist. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drehzahlschwelle (n1 ) und/oder die zweite Drehzahlschwelle (n2) und/oder die Abstelldrehzahlschwelle (nO) von Betriebsparametern (19) des Verbrennungsmotors (2) abhängen. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drehzahlschwelle (n1) und die zweite Drehzahlschwelle (n2) kleiner als 1300 U/min sind. 8. Stopp-Vorrichtung zum Stoppen eines Verbrennungsmotors (2) eines Kraftfahrzeugs (16), welches Kraftfahrzeug (16) eine elektrische Maschine (5), eine interne Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung (3) und ein Steuersystem (6) zum Steuern und Regeln des Verbrennungsmotors (2) und der elektrischen Maschine (5) aufweist, wobei die elektrische Maschine (5) mit einer Kurbelwelle (4) des Verbrennungsmotors (2) gekoppelt ist oder koppelbar ist, wobei das Steuersystem (6) Mittel aufweist, mittels derer die folgenden, in der genannten Reihenfolge nacheinander erfolgenden, Schritte durchführbar sind: - ein Schritt 1 (110), bei dessen Beginn eine Erfassung (120) eines Stopp-Signals (18) zum Stoppen des Verbrennungsmotors (2) erfolgt, und bei welchem nach der Erfassung (120) des Stopp-Signals (18) eine Kraftstoffeinspritzung (191 ) des Verbrennungsmotors (2) bei einer Abstelldrehzahlschwelle (nO) beendet wird und ein Abfall (21 ) einer Drehzahl (n) des Verbrennungsmotors (1 ) während des Schrittes 1 (120) erfolgt. - ein Schritt 2 (170), bei dem ab einem Erreichen einer ersten Drehzahlschwelle (n1 ) einer Drehzahl der Kurbelwelle (4) die elektrische Maschine (5) bremsend auf eine Bewegung der Kurbelwelle (4) des Verbrennungsmotors (2) einwirkt, in dem die elektrische Maschine (5) ein Bremsmoment (17) auf die Kurbelwelle (4) des Verbrennungsmotors (2) ausübt, und bei welchem Schritt 2 (170) zusätzlich ab einem Erreichen einer zweiten Drehzahlschwelle (n2) einer Drehzahl der Kurbelwelle (4) die interne Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung (3) bremsend auf die Bewegung des Verbrennungsmotors (2) einwirkt, , wobei die erste Drehzahlschwelle (n1 ) und die zweite Drehzahlschwelle (n2) größer als 300 U/min sind. |
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Stoppen eines
Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, welches eine elektrische Maschine zur Übertragung von einem Antriebsmoment auf eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors sowie eine interne Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung aufweist.
Aus der DE102008041535A1 ist ein Verfahren zum Stoppen eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei welchem durch eine Übertragung von Antriebsleistung von dem Verbrennungsmotor auf eine generatorisch betriebene elektrische Maschine ein schnelles Abbremsen des Verbrennungsmotors erfolgt.
Aus der JP2009024660A ist ein Verfahren zum Stoppen eines Verbrennungsmotors bekannt, bei welchem Vibrationsübertragungen von dem Verbrennungsmotor auf eine Fahrzeugkabine durch ein Abbremsen des Verbrennungsmotors mittels einer
Dekompressions-Motorbremse reduziert werden.
Aus der DE 10050170 A1 ist ein Verfahren zum Stoppen eines Verbrennungsmotors bekannt, bei welchem mittels bremsenden oder antreibenden Mitteln dafür gesorgt wird, dass eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in einer bestimmten Winkellage abgestellt wird. Als bremsende oder antreibende Mittel werden eine mit der Kurbelwelle in Wirkverbindung stehende elektrische Maschine, eine Verstellung der Drosselklappe oder eine Zuschaltung oder Verstellung einer Last eines Klimakompressors vorgeschlagen.
Aus der DE 102009047382 A1 ist ein Verfahren zur Beschleunigung des Abschaltens eines Verbrennungsmotors bekannt, bei welchem durch Einwirken eines
Widerstandsmoments auf den Verbrennungsmotor eine Zeit zum Stillsetzen des
Verbrennungsmotors verringert wird. Das Widerstandsmoment kann dabei ein steuerbares Widerstandsmoment eines über einen Drehmomentwandler mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Getriebes sein. Alternativ oder zusätzlich wird
vorgeschlagen, die Verbrennungsmotordrehzahl durch Erhöhen von Motorpumpverlusten, durch Schließen einer Drossel, durch Verwendung eines variablen Ventilhubs oder durch Verwendung einer variablen Ventilsteuerung auf null zu steuern.
Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere bei Kraftfahrzeugen, welche über ein an sich bekanntes Stopp-Start-System zum automatischen Stoppen und Starten eines Verbrennungsmotors verfügen, beide der genannten Verfahren hinsichtlich einem
Verschleiß von Komponenten eines Antriebsstranges keine befriedigenden Ergebnisse liefern.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stoppen eines Verbrennungsmotors vorzuschlagen, welche deutliche
Verbesserungen hinsichtlich eines Verschleißes von Komponenten des
Verbrennungsmotors bezogen auf eine Anzahl von Stoppvorgängen liefern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Stopp-Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das Verfahren zum Stoppen eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs zeichnet sich dadurch aus, dass das Kraftfahrzeug eine elektrische Maschine sowie mindestens eine interne Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung aufweist, wobei die elektrische Maschine mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt ist oder koppelbar ist. Dabei weist das Verfahren die folgenden, in der genannten Reihenfolge unmittelbar nacheinander oder zeitlich beabstandet erfolgenden, Schritte auf:
- ein Schritt 1 , bei dessen Beginn eine Erfassung eines Stopp-Signals zum
Stoppen des Verbrennungsmotors erfolgt, und bei welchem nach der Erfassung des Stopp-Signals eine Kraftstoffeinspritzung des Verbrennungsmotors bei einer Abstelldrehzahlschwelle beendet wird und ein Abfall einer Drehzahl des
Verbrennungsmotors während des Schrittes 1 erfolgt.
- ein Schritt 2, bei dem ab einem Erreichen einer ersten Drehzahlschwelle einer Drehzahl der Kurbelwelle die elektrische Maschine bremsend auf eine Bewegung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors einwirkt, in dem die elektrische
Maschine ein Bremsmoment auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ausübt, und bei welchem Schritt 2 zusätzlich ab einem Erreichen einer zweiten
Drehzahlschwelle der Drehzahl der Kurbelwelle die interne Verbrennungsmotor- Bremsvorrichtung bremsend auf die Bewegung des Verbrennungsmotors einwirkt, wobei die erste Drehzahlschwelle und die zweite Drehzahlschwelle größer als 300 U/min sind und die erste Drehzahlschwelle und die zweite Drehzahlschwelle kleiner als die Abstelldrehzahlschwelle sind.
Bei dem Schritt 1 des Verfahrens erfolgt ein Drehzahlabfall des Verbrennungsmotors allein aufgrund von Reibungsvorgängen an beweglichen Teilen des Verbrennungsmotors ohne eine Einwirkung zusätzlicher Bremsvorrichtungen wie im Schritt 2.
Zu Beginn des ersten Schrittes des Stopp-Vorganges liegt die Drehzahl des
Verbrennungsmotors zunächst bei einer Leerlaufdrehzahl oder einer höheren als der Leerlaufdrehzahl. In einem konventionellen Kraftfahrzeug, in dem der Verbrennungsmotor als Antriebsmotor fungiert, erfolgt der Stopp-Vorgang üblicherweise ausgehend von der Leerlaufdrehzahl. Ein Beispiel für ein System mit Stopp-Vorgängen ausgehend von einer höheren Drehzahl als der Leerlaufdrehzahl ist ein sogenanntes serielles Hybridsystem. Fahrzeuge, die mit solch einem seriellen Hybridsystem ausgestattet sind, werden durch einen Elektromotor angetrieben, und der Verbrennungsmotor ist zwar Teil des seriellen Hybridsystems des Kraftfahrzeugs, dient aber lediglich der Stromerzeugung. In einem solchen System wird der Verbrennungsmotor meist bei höheren Drehzahlen als der Leerlaufdrehzahl betrieben, somit wird bei einem Stopp-Vorgang auch ausgehend von höheren Drehzahlen gestoppt.
Ausgehend von solchen Drehzahlen erfolgt nach der Erfassung des Stopp-Signals und nach der Beendigung der Kraftstoffeinspritzung in den Verbrennungsmotor eine rasche Drehzahlabnahme ohne eine zusätzliche Bremsvorrichtung. Dies erfolgt durch
Reibmomente und Luftwiderstände des Verbrennungsmotors auf elastische Weise und damit Verschleiß schonend für die Komponenten des Verbrennungsmotors. Es hat sich gezeigt, dass bei einem bremsenden Eingriff von Bremsvorrichtungen bei hohen
Drehzahlen, nämlich Drehzahlen unmittelbar unterhalb der Abstelldrehzahlschwelle, der Verschleiß mancher Komponenten, insbesondere eines Turboladers, des
Verbrennungsmotors erhöht wird.
Die erfindungsgemäße Abfolge der Verfahrensschritte stellt ein Optimum an
Verschleißreduktion einer Vielzahl an Komponenten des Verbrennungsmotors dar.
Bei dem Schritt 2 des Verfahrens wirken zwei Vorrichtungen, nämlich die elektrische Maschine und die interne Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung gleichzeitig und/oder nacheinander bremsend auf die Bewegung des Verbrennungsmotors. Dabei ist die Art der bremsenden Einwirkung bei den beiden Vorrichtungen verschieden. Bei der elektrischen Maschine kann es sich um jede Art von Elektromotor handeln, welcher mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt ist. Die Kopplung kann zum Beispiel durch einen Riementrieb, eine Zahnradpaarung oder eine Kupplung anderer Art realisiert sein oder dadurch, dass ein Rotor der elektrischen Maschine konzentrisch auf der Kurbelwelle angeordnet ist.
Die elektrische Maschine kann ein hohes Bremsmoment ausüben und wirkt im
Wesentlichen unelastisch mit ihrer bremsenden Wirkung auf die Kurbelwelle ein.
Demgegenüber wirkt die interne Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung auf eine elastische Weise bremsend auf die Kurbelwelle ein. Bei der internen Verbrennungsmotor- Bremsvorrichtung kann es sich um eine bekannte Motor-Bremsvorrichtung oder um mehrere bekannte Motor-Bremsvorrichtungen handeln, wie zum Beispiel eine
Auspuffklappenbremse, eine Dekompressionsbremse, wie zum Beispiel eine
Konstantdrossel oder eine„Jake Brake". Darüber hinaus kann es sich um Vorrichtungen des Verbrennungsmotors handeln, welche bei spezieller Betätigung eine bremsende Wirkung auf die Bewegung des Verbrennungsmotors ausüben. Beispiele dafür sind ein Turbolader mit einer variablen Turbinengeometrie, bei welchem zur Erzeugung der bremsenden Wirkung der Ladedruck durch eine entsprechende Einstellung der
Turbinengeometrie erhöht wird, eine Ansaugklappe, die zur Erzeugung der bremsenden Wirkung geschlossen wird, oder eine Vorrichtung zur variablen Ventilverstellung, bei der zur Erzeugung der bremsenden Wirkung ein Auslassventil innerhalb eines zweiten und/oder dritten Taktes des Verbrennungsmotors geöffnet wird.
Allen diesen internen Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtungen ist gemeinsam, dass sie auf einen Luftpfad beziehungsweise auf einen Abgaspfad des Verbrennungsmotors einwirken. Auf Grund der Tatsache, dass Luft- und Abgaspfad komprimierbar
beziehungsweise dekomprimierbar sind, wirken die Verbrennungsmotor- Bremsvorrichtungen auf elastische Weise.
Die Kombination aus einer nicht elastischen Bremsvorrichtung, welche ein hohes
Bremsmoment ausüben kann, nämlich der elektrischen Maschine, mit einer elastischen internen Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung bewirkt, dass insgesamt ein hohes Bremsmoment auf elastische Weise auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ausgeübt wird. Versuche haben gezeigt, dass ein Verschleiß an Bauteilen des
Verbrennungsmotors sowie Komfort beeinträchtigende Vibrationen durch diese
Kombination deutlich stärker verringert werden können, als wenn jeweils nur die elektrische Maschine oder die interne Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung einzeln auf die Bewegung des Verbrennungsmotors bremsend einwirkt. Bauteile des
Verbrennungsmotors, die besonders von der Verschleißverringerung profitieren, sind die Kurbelwelle, insbesondere die Pleuel- und Hauptlagerzapfen, Kolben, insbesondere Bolzenbohrung, Kolbenringe, und die Nockenwelle, insbesondere die
Nockenwellenzapfen, -lager und -laufflächen.
Eine erste vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, dass nach dem Schritt 1 und vor dem Schritt 2 ein Zwischenschritt erfolgt, bei dem die elektrische Maschine ab der ersten Drehzahlschwelle bremsend auf die Bewegung des Verbrennungsmotors einwirkt, in dem die elektrische Maschine ein Moment auf die Kurbelwelle des
Verbrennungsmotors ausübt, und bei dem die interne Verbrennungsmotor- Bremsvorrichtung nicht bremsend auf die Bewegung des Verbrennungsmotors einwirkt. Das heißt, dass in dem Zwischenschritt die elektrische Maschine ohne die interne
Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung wirkt. Bei dieser Weiterbildung ist die erste Drehzahlschwelle größer als die zweite Drehzahlschwelle, so dass ein Zusammenwirken des Bremsmomentes der elektrischen Maschine mit der internen Verbrennungsmotor- Bremsvorrichtung erst in einem unteren Drehzahlbereich erfolgt.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass das Kraftfahrzeug ein automatisches Stopp-Start-System aufweist und ein Beginn des Schrittes 1 durch das automatische Stopp-Start -System oder einen Fahrerwunsch festgelegt werden kann. Insbesondere bei einem Kraftfahrzeug mit einem Stopp-Start-System oder auch bei einem Hybridfahrzeug-Betriebssystem, bei welchen der Verbrennungsmotor sehr häufig ab- und eingeschaltet wird, lohnt sich der Aufwand für das erfindungsgemäße Verfahren, da eine sehr große Reduzierung des Verschleißes von Komponenten des
Verbrennungsmotors gegenüber einem herkömmlichen Stopp des Verbrennungsmotors erzielt werden kann. Mit einem Beginn des Schrittes 1 durch einen Fahrerwunsch ist eine Betätigung einer Absteilvorrichtung des Verbrennungsmotors, wie zum Beispiel ein Zündschloss oder ein Abstellschalter, durch einen Fahrer des Kraftfahrzeuges gemeint. Üblicherweise ist eine zentrale Funktionseinheit eines Stopp-Start-Systems oder auch eines Hybridfahrzeug-Betriebssystem eine Stopp-Start-Automatik-Funktion, welche üblicherweise Teil eines Steuersystems zum Steuern und Regeln des
Verbrennungsmotors ist.
Es hat sich herausgestellt, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn das von der elektrischen Maschine auf die Kurbelwelle ausgeübte Bremsmoment so geregelt wird, dass während des Schrittes 2 die Drehzahl des Verbrennungsmotors im Wesentlichen linear mit der Zeit abnimmt. Im Vergleich zu einer nichtlinearen Abnahme der Drehzahl des Verbrennungsmotors ergibt sich eine besonders deutliche Reduzierung des
Verschleißes von Komponenten des Verbrennungsmotors. Außerdem wird diese Art des Stoppvorganges von einem Fahrer des Kraftfahrzeuges als ruckfrei und damit
komfortabel empfunden. Das von der elektrischen Maschine auf die Kurbelwelle ausgeübte Bremsmoment kann mittels einer Leistungselektronik für die elektrische Maschine geregelt werden. Zusätzlich kann die Bremswirkung von bestimmten internen Motorbremsvorrichtungen nach Maßgabe der Drehzahl geregelt werden, insbesondere gilt dies für die bereits genannten Vorrichtungen der variablen Ventilsteuerung und der variablen Turbinengeometrie eines Turboladers.
Vorteilhaft ist es, als interne Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung eine Konstantdrossel zu verwenden. Bei Einsatz der Konstantdrossel wird ein zusätzliches Ventil mit kleinem Querschnitt parallel zu Auslassventilen des Verbrennungsmotors eingebaut und während des gesamten Motorbremsbetriebs geöffnet. Dadurch erfolgt eine Bremswirkung durch eine kontinuierliche Dekompression. Auch in der Expansionsphase ist eine hohe
Motorbremswirkung vorhanden, da die Luft wieder gegen den Widerstand der
Konstantdrossel in den Zylinder einströmt.
Es hat sich dabei als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die erste und die zweite
Drehzahlschwelle im Bereich von Drehzahlen des Verbrennungsmotors zwischen 1600 U/min und 200 U/min liegen, besonders bevorzugt zwischen 1300 und 200 U/min. Ab circa 600 U/min zu niedrigeren Drehzahlen hin werden Auspendelschwingungen bei der Bewegung des Verbrennungsmotors signifikant und wirken sich negativ auf den
Verschleiß von Komponenten des Verbrennungsmotors aus. Diese
Auspendelschwingungen sind kurz vor dem Stillstand des Verbrennungsmotors, also um die Drehzahl null, besonders stark. Ungebremst kann kurz vor dem Stillstand des
Verbrennungsmotors auch kurzzeitig eine Drehrichtungsumkehr, d.h. negative
Drehzahlen, entstehen. Eine derartige Drehrichtungsumkehr kann durch das
erfindungsgemäße Verfahren besonders wirkungsvoll gedämpft oder ganz unterdrückt werden.
Die kombinierte Bremswirkung von elektrischer Maschine und interner
Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung reduziert die Auspendelschwingungen und die damit verbundenen Verschleiß- und Vibrationserscheinungen. Die erste Drehzahlschwelle liegt in besonders vorteilhafter Weise im Bereich von 600 bis 300 U/min und die zweite Drehzahlschwelle liegt besonders vorteilhafter Weise im Bereich von 500 bis 800 U/min. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste und zweite Drehzahlschwelle von
Betriebsparametern des Verbrennungsmotors abhängen, wie zum Beispiel von einer Motortemperatur oder von einer Abgastemperatur.
Eine weitere Verbesserung des Verfahrens ist erreichbar, wenn mehrere interne
Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtungen nacheinander oder gleichzeitig aktiviert werden und mindestens zeitweise gleichzeitig aktiv sind. Dadurch lässt sich die interne elastische Bremswirkung verstärken. Diesbezüglich besonders vorteilhafte Kombinationen sind eine Konstantdrossel und eine Abgasklappe oder auch eine variable Ventilsteuerung mit Öffnung eines Auslassventils im zweiten und/oder dritten Takt des Verbrennungsmotors mit einer Abgasklappe.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mittels einer Stopp-Vorrichtung zum Stoppen eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, welches Kraftfahrzeug eine elektrische Maschine, eine interne Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung und ein Steuersystem zum Steuern und Regeln des Verbrennungsmotors und der elektrischen Maschine aufweist, wobei die elektrische Maschine mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt ist oder koppelbar ist, wobei das Steuersystem Mittel aufweist, mittels derer die folgenden, in der genannten Reihenfolge nacheinander erfolgenden, Schritte
durchführbar sind:
- ein Schritt 1 , bei dessen Beginn eine Erfassung eines Stopp-Signals zum
Stoppen des Verbrennungsmotors erfolgt, und bei welchem nach der Erfassung des Stopp-Signals eine Kraftstoffeinspritzung des Verbrennungsmotors bei einer Abstelldrehzahlschwelle beendet wird und ein Abfall einer Drehzahl des
Verbrennungsmotors während des Schrittes 1 erfolgt,
- ein Schritt 2, bei dem ab einem Erreichen einer ersten Drehzahlschwelle einer Drehzahl der Kurbelwelle die elektrische Maschine bremsend auf eine Bewegung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors einwirkt, in dem die elektrische
Maschine ein Bremsmoment auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ausübt, und bei welchem Schritt 2 zusätzlich ab einem Erreichen einer zweiten
Drehzahlschwelle einer Drehzahl der Kurbelwelle die interne Verbrennungsmotor- Bremsvorrichtung bremsend auf die Bewegung des Verbrennungsmotors einwirkt, , wobei die erste Drehzahlschwelle und die zweite Drehzahlschwelle größer als 300 U/min sind. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Stopp-Vorrichtung zum
Stoppen eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Ablaufdiagramms sowie
Fig. 3 eine Darstellung von Verläufen von ausgewählten Verfahrens-Parametern anhand von vier Funktionsgraphen.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Stopp-Vorrichtung 1 zum Stoppen eines Verbrennungsmotors 2 eines Kraftfahrzeugs 16.
Die erfindungsgemäße Stopp-Vorrichtung 1 weist eine interne Verbrennungsmotor- Bremsvorrichtung 3 in Form einer Konstantdrossel sowie eine elektrische Maschine 5 in Form eines Hochvolttraktionsmotors auf, der koaxial auf einer Kurbelwelle 4 eines Verbrennungsmotors 2 angeordnet ist. Der Verbrennungsmotor 2 und die elektrische Maschine 5 werden von einem Steuersystem 6 gesteuert und geregelt, wobei das Steuersystem 6 ein Motorsteuergerät 7 zum Steuern und Regeln des
Verbrennungsmotors 2 sowie eine Leistungselektronik 8 zum Steuern und Regeln der elektrischen Maschine 5 aufweist.
Nicht näher dargestellte Sensoren und Aktoren des Verbrennungsmotors 2 sind über Leitungen 9 mit dem Motorsteuergerät 7 verbunden. Insbesondere ist das
Motorsteuergerät 7 mit einem Drehzahlsensor 10 zur Messung einer Drehzahl n der Kurbelwelle 4 des Verbrennungsmotors 2 verbunden. Ferner ist das Motorsteuergerät 7 mit einem Kraftstoffeinspritzsystem 1 für eine Kraftstoffeinspritzung 191 des
Verbrennungsmotors 2 verbunden. Die interne Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung 3 ist ebenfalls mit dem Motorsteuergerät 7 verbunden und kann durch das
Motorsteuergerät 7 aktiviert und deaktiviert werden.
Die elektrische Maschine 5 kann, geregelt durch die Leistungselektronik 8, wahlweise motorisch oder auch generatorisch betrieben werden. Zur Stromversorgung ist die elektrische Maschine 5 über ihre Leistungselektronik 8 mit einer nicht dargestellten Traktionsbatterie verbunden. Die Leistungselektronik 8 ist über Kommunikationsmittel 12 mit dem Motorsteuergerät 7 verbunden. Das Kommunikationsmittel 12 ist im Falle der Fig. 1 Teil einer nicht näher dargestellten CAN-Bus-Vernetzung. Das Motorsteuergerät 7 weist eine Stopp-Start-Automatik-Funktion 13 sowie eine Motor-Stopp-Funktion 14 in Form von jeweiligen Software-Modulen auf. Die Stopp-Start-Automatik-Funktion 13 ist Teil eines nicht näher dargestellten Stopp-Start-Automatik-Systems zum automatischen Stoppen und Starten des Verbrennungsmotors.
Die Motor-Stopp-Funktion 14 des Motorsteuergerätes 7 bewirkt ein Erfassen eines Stopp- Signals 18 zum Stoppen des Verbrennungsmotors 2, wobei das Stopp-Signal 18 von der Stopp-Start-Funktion 13 oder von einem Zündschloss-Signal oder von einer anderen Funktionalität wie zum Beispiel einer Sicherheitsfunktion herrühren kann. Die Motorstopp- Funktion 14 bewirkt mittels einem in Fig. 2 näher dargestellten erfindungsgemäßen Verfahren, dass
auf definierte Weise eine Kraftstoffeinspritzung (191 ) in den
Verbrennungsmotor (2) und/oder eine Zündung im Verbrennungsmotor (2) beendet wird,
- eine Motor-Stopp-Information an die Leistungselektronik (8) übertragen wird
- die interne Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung (3) in Abhängigkeit von der durch den Drehzahlsensor (10) erfassten Drehzahl n der Kurbelwelle 4 aktiviert wird, so dass eine bremsende Wirkung durch die interne
Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung (3) auf eine Bewegung des Verbrennungsmotors (2) erfolgt, wobei eine Art der Abhängigkeit von Betriebsparametern 19 des Verbrennungsmotors abhängt.
Die Leistungselektronik 8 ist mit dem Drehzahlsensor 10 verbunden und weist eine Verbrennungsmotor-Brems-Funktion 15 auf, durch welche die Motor-Stopp-Information von Seiten des Motorsteuergerätes 7 erfasst wird und in Abhängigkeit von der Drehzahl n der Kurbelwelle 4 ein Strom der elektrischen Maschine 5 so geregelt wird, dass in Abhängigkeit von der Drehzahl n ein Bremsmoment 17 auf die Kurbelwelle 4 gebracht wird. Das Bremsmoment 17 wird dabei so geregelt, dass ein linearer Abfall der Drehzahl n der Kurbelwelle 4 über der Zeit resultiert.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Ablaufdiagramms.
Ein Schritt 1 110 des Verfahrens beginnt mit der Erfassung 120 des Stoppsignals 18 durch die Motor-Stopp-Funktion 14. Bei einer Abstelldrehzahl nO erfolgt dann eine Beendigung der Kraftstoffeinspritzung in den Verbrennungsmotor. Daraufhin wird innerhalb einer ersten Vergleichsfunktion 130 der Wert der Drehzahl n der Kurbelwelle 4 mit einer ersten Drehzahlschwelle n1 verglichen. Wenn der Wert der Drehzahl n der Kurbelwelle 4 kleiner oder gleich der ersten Drehzahlschwelle n1 ist, so beginnt ein Schritt 2 des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei dem Schritt 2 170 erfolgt eine Aktivierung 150 des Bremsmomentes 17 der elektrischen Maschine 5 auf die Kurbelwelle 4 des Verbrennungsmotors 2. Das
Bremsmoment 17 wird dabei so geregelt, dass ein linearer Abfall der Drehzahl n der Kurbelwelle 4 über der Zeit resultiert. Innerhalb einer zweiten Vergleichsfunktion 160 wird der Wert der Drehzahl n der Kurbelwelle 4 nun mit einer zweiten Drehzahlschwelle n2 verglichen. Wenn der Wert der Drehzahl n der Kurbelwelle 4 kleiner oder gleich der zweiten Drehzahlschwelle n2 ist, so beginnt ein Aktivierungsschritt 180, bei welchem das Bremsmoment 17 der elektrischen Maschine 5 auf die Kurbelwelle 4 weiterhin aufrecht erhalten wird und bei dem zusätzlich eine Aktivierung der internen Verbrennungsmotor- Bremsvorrichtung 3 erfolgt. Das Bremsmoment 17 und/oder die bremsende Wirkung der Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung 3 werden dabei so geregelt, dass ein linearer Abfall der Drehzahl n der Kurbelwelle 4 über der Zeit resultiert. Eine Beendigung 200 des Schrittes 2 170 erfolgt, wenn die Drehzahl n den Wert 0 erreicht hat. In Folge der
Beendigung 200 erfolgt eine Deaktivierung des Bremsmomentes 17 und eine
Deaktivierung der internen Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung 3.
Fig. 3 zeigt eine Darstellung von Verläufen von ausgewählten Verfahrens-Parametern anhand von vier Funktionsgraphen 20, 30, 40, 50. Alle vier Funktionsgraphen 20, 30, 40, 50 haben die selbe Zeitachse als Abszisse.
Bei dem oben dargestellten ersten Funktionsgraphen 20 ist als Ordinate die Drehzahl n der Kurbelwelle 4 aufgetragen.
Bei dem zweiten Funktionsgraphen 30 sind auf der Ordinate Werte für einen
Aktivierungszustand des Kraftstoffeinspritzsystems aufgetragen, nämlich die Werte„1" für Einspritzung aktiv und„0" für Einspritzung nicht aktiv. Eine Rate der
Kraftstoffeinspritzung, das heißt eine Kraftstoffmenge pro Zeit bei aktiver Einspritzung, ist variabel regelbar, die Rate ist in Fig. 3 nicht dargestellt.
Bei dem dritten Funktionsgraphen 40 sind auf der Ordinate Werte für einen
Aktivierungszustand einer Bremswirkung der elektrischen Maschine 5 aufgetragen, nämlich die Werte„1" für Bremswirkung aktiv und„0" für Bremswirkung nicht aktiv. Ein Maß der Bremswirkung ist durch die Leistungselektronik 8 variabel regelbar, das Maß ist in Fig. 3 nicht dargestellt. Bei dem vierten Funktionsgraphen 50 sind auf der Ordinate Werte für einen
Aktivierungszustand einer Bremswirkung der internen Verbrennungsmotor- Bremsvorrichtung 3 in Form einer Konstantdrossel aufgetragen, nämlich die Werte„1 " für Bremswirkung aktiv und„0" für Bremswirkung nicht aktiv. Ein Maß der Bremswirkung der internen Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung 3 kann variabel regelbar sein, das Maß ist in Fig. 3 nicht dargestellt.
Zu einem Zeitpunkt tO erfolgt nach der Erfassung des Stopp-Signals 18 durch die Motor- Stopp-Funktion 14 des Motorsteuergerätes 7 eine Abschaltung der Kraftstoffeinspritzung 191 des Verbrennungsmotors 2. Gleichzeitig erfolgt die Übertragung der Motor-Stopp- Information von Seiten des Motorsteuergerätes 7 an die Verbrennungsmotor- Bremsfunktion 15 der Leistun ' gselektronik 8. Aufgrund der Tatsache, dass der
Verbrennungsmotor 2 nicht mehr befeuert wird, sinkt dessen Drehzahl n aufgrund von Reibmomenten im Verlauf eines ersten Drehzahlabfalls 21 bis zu der ersten
Drehzahlschwelle n1 ab. Nach der Erfassung des Motor-Stopp-Signals 18 in der
Verbrennungsmotor-Bremsfunktion 15 der Leistungselektronik 8 wird durch die
Verbrennungsmotor-Bremsfunktion 15 in der ersten Vergleichsfunktion 130 die
Bedingung beobachtet, ob die Drehzahl n der Kurbelwelle 4 kleiner oder gleich der ersten Drehzahlschwelle n1 ist, wobei n1 gleich 1200 U/min ist. Die erste Drehzahlschwelle n1 triggert eine Aktivierung der Bremswirkung der elektrischen Maschine 5 zu einem
Zeitpunkt t1. Die ab dem Zeitpunkt t1 aktivierte Bremswirkung der elektrischen Maschine 5 wird so geregelt, dass ein Drehzahlabfall 22 mit konstanter Steigung der Drehzahl n über der Zeit t resultiert. In der Motor-Stopp-Funktion 14 des Motorsteuergerätes 7 wird gleichzeitig die Bedingung beobachtet, ob die Drehzahl n der Kurbelwelle 4 kleiner oder gleich der zweiten Drehzahlschwelle n2 ist, wobei n2 gleich 600 U/min ist. Ein Erreichen der zweiten Drehzahlschwelle n2 löst zu einem Zeitpunkt t2 eine Aktivierung der internen Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung 3 aus. Somit wirken ab dem Zeitpunkt t2 sowohl die elektrische Maschine 5 als auch die interne Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung 3 bremsend auf die Bewegung des Verbrennungsmotors 2. Ein nach dem Zeitpunkt t2 erfolgender Drehzahlabfall 23 erfolgt durch eine entsprechende Regelung der
Bremswirkung bzw. des Bremsmomentes der elektrischen Maschine 5 mit der gleichen Steigung der Drehzahl n über der Zeit t wie während des Drehzahlabfalls 22. Der auf diese Weise abgebremste Verbrennungsmotor 2 kommt bei einem Zeitpunkt t3 zum Stillstand. Nach dem Zeitpunkt t3 werden die Bremswirkung der elektrischen Maschine 5 und die interne Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung 3 deaktiviert.
Next Patent: COMBUSTION METHOD FOR A RECIPROCATING INTERNAL COMBUSTION ENGINE