CN102187083A - 内燃机起动-停止-控制的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明介绍一种控制汽车中的内燃机的起动—停止—运行方法，其中，控制装置触发具有起动机（8）和啮合装置（10）的起动装置（7），以起动内燃机（1）和执行起动—停止运行，其中，借助探测器装置（4）检测内燃机（1）的曲轴（2）的转速和位置。为了改进在起动—停止—运行中的汽车舒适性，并且以降低噪音和减少磨损地实现起动小齿轮（9）啮合到具有惯性运行转速的齿环（6）中，在关闭内燃机（1）后确定啮合到惯性运行的内燃机（1）的齿环（6）中的时刻。

Description

内燃机起动-停止-控制的方法和装置

现有技术

本发明涉及汽车中内燃机的起动-停止-运行的控制方法，其中，控制器触发具有起动机和啮合装置的起动装置，以起动内燃机和执行起动-停止运行，其中，借助探测器装置检测内燃机的曲轴的转速和位置。此外，本发明还涉及计算机程序产品以及用于汽车中内燃机的起动-停止-运行的控制器，其中，内燃机借助一个作为起动机的电机可以起动，并且该控制器具有一个带有程序存储器的微型计算机，以便按规定触发起动机和用于将起动小齿轮啮合到内燃机的齿环中的啮合装置。

为了节省燃油和减少排放已公开例如在信号灯处，或者在其它的交通障碍物处-这些交通障碍物迫使汽车短暂停止车—必须按照一定的停止机条件，特别是按照一定的时间期限通过发动机控制器关闭汽车中的内燃机。通常是借助一个可由起动机驱动的起动小齿轮起动内燃机，所述起动小齿轮啮合到内燃机的齿环中。对于借助起动小齿轮起动的内燃机的这种结构来说在重新起动方面有直到内燃机可再次起动所必须等待的最小时间。

DE 10 2006 011 644 A1公开了一种具有起动小齿轮和内燃机的齿环的装置的运行方法，其中，得出齿环和起动小齿轮的转速，为的是在内燃机关机之后以基本相同的转速在内燃机和惯性运行时啮合起动小齿轮。直到内燃机起动起动小齿轮保持一种齿合状态。

DE 10 2006 039 112 A1描述了一种用于确定汽车内燃机的起动机的转速的方法。此外，该文献还描述，起动机包括一个自己的起动机控制器，以计算起动机的转速，并且在起动-停止运行时，当由于转速的下降内燃机不再能自我起动时首先无啮合地加速起动小齿轮。起动小齿轮以同步的转速接合到惯性运行的内燃机的齿环中。

EP 1 041 275 B1描述借助一个可由起动机驱动的起动小齿轮起动内燃机的齿环的起动装置。为了避免起动小齿轮或者齿环的相互作用的单个的齿的过载危险在开始啮合之后首先关闭起动机，并且在足够深的啮合之后首先用部分载荷驱动起动机，紧接着用全载荷驱动起动机。

本发明的任务是如此地继续发展前面所述类型的方法、计算机程序产品和控制器，以改进起动-停止-运行时的汽车行驶舒适性，并且以降低的噪音和磨损实现起动小齿轮啮合到具有惯性运行转速的齿环中。

发明内容

根据本发明这一任务通过权利要求1、9和10的内容得以完成。从从属权利要求可以得到一些有利的改进方案。

本发明构思是为了将起动小齿轮啮合到内燃机的齿环中考虑内燃机惯性运行时的特性转速曲线，并且因此在啮合时产生的噪音较小，并且磨损较小。此外肯定能成功地完成啮合过程。

这个任务是通过下述措施完成的，即在内燃机关机后确定啮合到惯性运行的内燃机的齿环中的时刻。在关掉内燃机以后有一个特性惯性运行特征，按照这个特征有。一些有利的啮合时刻，因为从时间上看转速变化并不快，并且又有一定的时间间隔，在这些时间间隔中转速下降地变化得很快，并且因此使啮合时刻不利。

因此，根据本发明在关掉内燃机后确定一个用于啮合的时刻。在这个时刻中内燃机具有一个在某个公差范围内是恒定的惯性运行转速。因此减小噪音的发生并且使啮合时的磨损最小化。

根据一种进一步发展本发明的方法，从至少两个优选的表示特性的，特别是在内燃机的气缸的可点火的上死点上的转速数值在内燃机惯性运行前计算出预定的啮合时刻的转速。这样就考虑到了影响到内燃机的惯性运行特性的现在的影响，例如温度或者变化的摩擦系数。通过根据表示特征的转速数值预先计算转速可借助一种简单的方法和少量的数据值就可以确定用于内燃机的啮合的预定时刻的转速，并且如此地触发起动机，即可使起动小齿轮和齿环之间的转速差最小化地小。

根据另一优选的方法，将靠近地在内燃机的可点燃的上死点前和后的公差范围考虑为起动小齿轮的啮合时刻，在其中内燃机的转速在这个时间上有基本上小的变化。在靠近地在上死点的前和后的一定的时间窗中在一定的公差范围内这样一种所述的平台阶段具有惯性运行的内燃机的小的转速变化。因此，在平台阶段的这个时间窗中的啮合时刻是优选的。当活塞到达上点火死点（ZOT）时，内燃机的气缸中的活塞使它的速度最小化，因为气缸中的空气被压缩。当越过死点之后通过压缩的空气使活塞又加速，这样，转速稍微增加，或者下降速度不那么快，在某个公差范围内这个时间长度可视为是恒定的，并且可叫做平台。

优选地现在如此地给起动机通以电流，即在这个平台的时刻中起动机被加速到一个预先确定的转速，并且因此起动小齿轮可在一个预定的时刻进行啮合。

根据进一步发展本发明的方法，为了尽可能可靠地啮合起动小齿轮将内燃机的最后可点燃的上死点之一，特别是倒数第二个可点燃的上死点，并且特别优选地是内燃机的那个最后可点燃的上死点预先地计算为起动机小齿轮啮合的时刻，并在这些时刻中的一个时刻起动小齿轮同时地啮合。

通过这一措施根据本发明的方法具有如下优点，即那些最后可点燃的上死点具有一个特别长的时间和一个基本恒定的转速窗口。随着转速的降低在这些最后可点燃的上死点中时间越来越延长。这样，以起动小齿轮和环齿的以基本相同的圆周速度的啮合的安全性越来越好。这样就最简单地在内燃机的最后可点燃的上死点那一时刻进行啮合。

为了节省电能，并且不使车载电网负载太重，根据另一优选的方法，在时间上在时刻t₁—这个时刻相应于内燃机的关机—之后为了在时刻t₂进行啮合给起动机通以电流，并且加速到一个预先计算的转速。

根据另一优选的方法，在内燃机的一个时间—转速—窗口中啮合起动小齿轮，其办法是内燃机的转速在时间—转速特性曲线场中形成一个平台。如上所述，这种做法有如下优点，即由起动机驱动的起动小齿轮的转速可得到更好的补偿，并且内燃机的转速也可和起动机的已加速的转速并行加速，当规定紧跟着可点燃的上死点之后就进行啮合时。

此外优选地在时刻t₃给啮合装置通以电流，为的是以基本相同的旋转速度在具有内燃机的一个转速平台的时间—转速窗口中使起动小齿轮啮合到齿环中。时刻t₃是预先计算的。

为了使应用范围尽可能地宽广，根据一个替代的方法，当内燃机的转速在最后一个平台时位于起动机的最大转速之上时确定一个新的时刻t₄₀，在这一时刻起动小齿轮以一种规定的转速啮合到内燃机的齿环中。这样，这个时刻和起动机的转速相适配，为的是使起动小齿轮啮合到内燃机的一个旋转的且惯性运行的齿环中。通过起动小齿轮啮合到惯性运行的内燃机的齿环中在起动—停止—运行中能更快地给出起动内燃机的可用性。

这个任务也通过一种计算机程序产品得以完成。这个产品可用程序指令加载到控制器的一个程序存储器中，用当该计算机程序产品在控制器中被执行时执行上述方法的所有步骤。

这个计算机程序产品具有下述优点，即它在汽车中不需要附加的组件，而是可作模块转变为在汽车中已设置的控制器。计算机程序产品可以作为半导体存储器形式的实体介质设置在例如发动机控制器中，单独的自己的控制器中，或者起动控制器中。该计算机程序产品还有另一优点，即它可容易地和一定的单个的用户愿望相适配，从而通过改进的经验数值能改进运行策略。

在任务也用一种控制器通过下述措施得以完成，即将微型计算机设计成分析和控制装置，为的是根据内燃机的转速的表示特性的惯性运行特性按照规定地触发起动装置，其中，上述的计算机程序产品特别是可加载到程序存储器中，为的是特别优选地实施上述方法。这个控制器可或者是在发动机控制器中，或者是在一个单独的控制器中例如设计为一个起动控制器。这个控制器通过一个总线系统或者另一合适的连接和发动机控制器处于信息接触之中，为的是得到实际的转速数值。该控制器还有另一优点，即主要是为了实施起动—停止—运行在汽车中已经设置了这种控制器，因此通过稍加改动就可用于实施本发明。

当然，前面已提到的，并且下面还将说明的特征不仅可在分别已说明的组合中应用，而且也可在其它一些组合中应用。

附图说明

下面借助一个实施例，并参考附图对本发明进行更加详细的说明。这些附图是：

图1：用于执行根据本发明的方法的驱动装置部件的连接简图。

图2：根据本发明的方法的流程图。

图3：根据本发明的方法的时间—转速—曲线图。

具体实施方式

图1示出了用于执行根据本发明的方法的所有重要的驱动装置部件的连接简图。装有气缸11、12、13、14的内燃机1具有一个曲轴2。借助这个曲轴起动内燃机1。为了确定曲轴2的转速和位置，非对称地在曲轴2的一个端部上设置有一个齿轮3，这个齿轮设有齿并且设置至少一个用作同步标记的空缺，为的能是用一个固定安装的探测器装置4检测曲轴位置和转速。这个探测器装置4和发动机控制器5连接。这个发动机控制器5在内燃机1上具有其它的执行元件和传感器，以便按规定触发内燃机1。

内燃机1借助一个固定在曲轴2上的齿环6由起动装置7起动。起动装置7包括一个起动机8。这个起动机8具有在其上可运动的且用于啮合到齿环6中的起动小齿轮9。起动小齿轮9在起动机8的一个起动轴线上在一个设计为啮合继电器的啮合装置10中轴向地移动。啮合装置10和起动机8由起动装置15按照规定进行触发。起动控制器15可和起动机8的通电情况无关地通过电子功率无关和无关一个开关继电器按照规定触发啮合装置10。

控制器15包括一个具有程序存储器17的微型计算机16，方式是根据本发明的计算机程序产品例如以半导体存储器的形式存储。起动控制器15通过一个常规的总线系统19和微型计算机16保持信息接触，以得到例如有关执行起动—停止—运行的信息。

图2示出了根据本发明的方法的运行流程图。在步骤S1中根据由发动机控制器5确定的关闭条件关闭内燃机1。这些关闭条件通过传统的总线系统通知具有微型计算机16的起动控制器15。

在步骤S2中发动机控制器得到起动控制、内燃机的转速和曲轴位置，即在步骤S3中根据计算算法它计算和确定用于使起动小齿轮9啮合到内燃机1的齿环6中的合适的时刻。转速优选地是从少数几个数据，特别是表示特征的数据，例如在惯行运行状态中的内燃机1的可点燃的上死点ZOT中测量出来的。根据本发明从这些数值的至少两个数值中选择一个可点燃的上死点ZOT，以便将起动小齿轮9啮合到齿环6中。优选地选择可点燃的上死点ZOT稍后的那个时刻，大约在公差范围中的一个时间窗的中间，在这个公差范围中内燃机1的转速在这个例如为5毫秒的时间段内的变化是很小的，并且甚至在这个大约为5毫秒的范围中转速稍有提高。这个范围也叫做转速的平台。

在询问步骤A1中任选地继续测量和询问曲轴位置和转速，并且必要时修正啮合的时刻。

在步骤S4中在时刻t₂给起动机8通以电流，为的是能在规定的时刻t₄以基本相同的旋转速度W能将起动小齿轮9啮合到内燃机1的齿环中。

任选地在询问步骤A2中继续询问转速和曲轴位置，预先计算的时刻还是否正确，并且在必要时和新测量的数值相匹配。

在步骤S5中必要时检查起动机1的转速，并且在必要时进行适配。

在步骤S6中在时刻t₃给啮合装置10通以电流，为的是在啮合装置的事前确定的啮合时间或者反应时间中，在预先计算的啮合时刻t₄，在所希望的公差范围内，以曲轴2的减小的惯性运行速度的小变化将起动小齿轮9啮合到齿环6中。

在询问步骤A0中检查，发动机控制器5是否探测了起动愿望。若情况是这样，则在步骤S7中起动内燃机1。在这个步骤中给起动机8通以更强的电流，在必要时使用最大的起动电流。

当没有探测到起动愿望时起动机8在啮合状态时和内燃机1继续惯性运行，直到必要时停止下来。本方法重新返回到询问步骤A0，并且在循环中重复，直到确定有起动愿望，如是在短暂停止的基础上重新起动内燃机。

图3示出了内燃机1的曲轴2的时间—转速—特性曲线K2和起动机8的转速。在时刻t₁关闭内燃机。根据图3，曲轴的转速根据一条很具特色的特性曲线以很大的时间分辨率延伸。产生了时间间隔越来越大的大的阶梯。在这些阶梯中转速由于在可点燃的上死点ZOT中单个气缸中的活塞的经过首先是被制动的，然后当气缸中的空气压缩之后又重新加速。如图3所示，将预先计算的啮合时刻t₄设置在大约为5毫秒的一个时间窗Z1和大约为每分钟10圈的转速公差区域D1的最后之一，优选地最后的平台D1中。在时刻t₂给起动机8通以电流，并且用一种按照特性曲线S8的和时间成比例的转速加速。在时刻t₃啮合之前给啮合装置10通以电流，为的是及时地在所述的转速平台P1中的时间和转速窗Z1、D1中啮合起动小齿轮8。因此啮合时的噪音和磨损特别地低。用于重新起动内燃机的可用性在时间上明显地在曲轴2停止前较早。此外，可以很大的可靠性啮合起动小齿轮9，并且不会由于例如转速差别太大通过齿对齿的位置与啮合装置10的驱动方向相反地被撞回。此外，图3还示出了当内燃机8的转速S8在通过箭头S8-N表示的内燃机1的转速平台D1开始时和时刻t₅时转速台阶结束时的可能的转速差，当内燃机转速又强烈下降时。通过箭头S8+N表示起动机8和内燃机1的转速差。在这个特别的实施形式中时刻t₂和时刻t₃和转速平台P1的开始是重叠的。所有附图都是简图，尺寸不是成比例的。此外特别主要是参考本发明的这些附图。

Claims (10)

1.用于汽车中的内燃机的起动—停止—运行的控制的方法，其中，控制装置触发具有起动机（8）和啮合装置（10）的起动装置（7），以起动内燃机（1）和执行起动—停止—运行，其中，借助探测器装置（4）检测内燃机（1）的曲轴（2）的转速和位置，其特征在于，在关闭内燃机（1）之后确定啮合到惯性运行的内燃机（1）的齿环（6）中的时刻。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，从至少两个，优选地表示特性的，特别是在气缸（11、12、13、14）的可点火的上死点（ZOTs）上的转速数值中在惯性运行的内燃机之前计算预定的啮合时刻的转速。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将靠近地在内燃机（1）的可点燃的上死点（ZOT）前和后的公差范围作为起动机小齿轮（9）啮合的时刻被计算，其中，内燃机（1）的转速在这段时间内有基本上小的转速变化。

4.按照权利要求1至3的任一项所述的方法，其特征在于，将内燃机（1）的最后可点燃的上死点（ZOT）之一，特别是倒数第二个可点燃的上死点（ZOT），特别优选地内燃机最后一个可点燃的上死点（ZOT）预先作为起动机小齿轮（9）的啮合时刻被计算，并且起动机小齿轮（9）在这些时刻中的一个时刻及时地啮合。

5.按照权利要求1至4的任一项所述的方法，其特征在于，起动机（8）在时间上在一个相应于内燃机关机的时刻t₁之后在确定的时刻t₂通以电流并且加速到预先计算的转速，用于啮合。

6.按照权利要求1至5的任一项所述的方法，其特征在于，起动机小齿轮（9）按照内燃机（1）的时间—转速—特性曲线族啮合，其做法是内燃机（1）的转速在时间—转速-特性曲线族中形成平台。

7.按照权利要求1至6的任一项所述的方法，其特征在于，在时刻t₃给啮合装置（10）通以电流，为的是以基本相同的旋转速度在具有内燃机（1）的转速平台的时间转速窗口中将起动小齿轮（9）啮合到齿环（6）中。

8.按照权利要求1至7的任一项所述的方法，其特征在于，当内燃机（1）的转速以最后平台位于起动机（8）的最大转速之上时确定新的时刻t₄₀，在这个时刻起动小齿轮（9）以规定的转速啮合到内燃机（1）的齿环（6）中。

9.计算机程序产品，该程序产品可用具有程序指令的控制器加载到程序存储器（17）中，为的是当该程序在控制器中被执行时执行按照权利要求1至8的至少任一项所述的方法的所有步骤。

10.用于在汽车中的内燃机（1）的起动—停止—运行的控制器，其中，借助电机作为起动机（8）可起动内燃机（1），并且该控制器具有带有程序存储器（17）的微型计算机（16），为的是按照规定地触发具有起动机（8）和用于将起动小齿轮（9）啮合到内燃机（1）的齿环（6）中的啮合装置（10）的起动装置（7），其特征在于，将微型计算机（16）设计为分析和控制装置，以便按规定地触发起动装置（7），其中，特别是按照权利要求9所述的计算机程序产品可加载到程序存储器（17）中，为的是特别优选地执行按照权利要求1至8的任一项所述的方法。

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