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    Eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine (102) sagt vorher, ob ein Starter (104) zum Unterstützen einer Kurbelwelle (102b) der Kraftmaschine (102) erforderlich ist, bevor Kraftstoff in einem Zylinder bei einem Expansionshub gezündet wird, und startet den Starter (104) vor dem Zünden des Kraftstoffes in einem Zylinder bei einem Expansionshub, falls entschieden wird, dass der Starter (104) erforderlich ist.
    公开号:DE102004017496A1
    申请号:DE200410017496
    申请日:2004-04-08
    公开日:2005-02-17
    发明作者:Susumu Susono Kojima；Kei Masuda
    申请人:Toyota Motor Corp；
    IPC主号:F02D41-18
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine. Insbesonderebezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Entscheidung dessen,ob die Brennkraftmaschine mit einer Unterstützung unter Verwendung einesStarters versehen werden soll.
    [0002] Eine übliche Zylindereinspritz-Brennkraftmaschine(nachfolgend „Kraftmaschine") hat Zylinder mitBrennkammern. Um die ruhende Kraftmaschine zu starten, wird Kraftstoffin die Brennkammer eines Zylinders bei einem Expansionshub (nachfolgend „Expansionshubzylinder") eingespritzt undgezündet. DerKraftstoff verbrennt und erzeugt eine Verbrennungsenergie. Die Verbrennungsenergiewird zum Erhalten der Leistung zum Starten der Kraftmaschine verwendet.Jedoch ist die Verbrennungsenergie alleine manchmal zum Startender Kraftmaschine unzureichend. Verschiedene Lösungen wurden zum Lösen diesesProblems vorgeschlagen.
    [0003] Diejapanische Patentoffenlegungsschrift JP-2002-4985 offenbart eineherkömmlicheStartvorrichtung. Bei der herkömmlichenTechnik wird ein Expansionshubzylinder erfasst, und Kraftstoff wirdin den Expansionshubzylinder eingespritzt und gezündet, wenndie Kraftmaschine ruht. Außerdemwird ein Motor zum Unterstützendes Kurbelvorgangs verwendet, um die Kraftmaschine zuverlässig zustarten, falls die Kraftmaschine aufgrund einer unzureichenden Verbrennungsenergienicht startet.
    [0004] Diejapanische Patentoffenlegungsschrift JP-2002-39038 und die japanischePatentoffenlegungsschrift JP-2002-4929 offenbaren andere herkömmlicheTechniken.
    [0005] Somitwird der Kraftstoff herkömmlicherWeise in den Expansionshubzylinder eingespritzt und gezündet, undes wird bestimmt, ob die Kraftmaschine korrekt starten wird, undfalls die Kraftmaschine nicht starten wird, dann wird ein Starterzum Unterstützendes Startvorganges der Kraftmaschine verwendet. Anders gesagt wirdentschieden, ob der Starter verwendet wird, nachdem bestätigt wurde, dassdie Kraftmaschine nicht starten wird.
    [0006] Dajedoch entschieden wird, ob der Starter verwendet wird, nachdembestätigtwurde, dass die Kraftmaschine nicht starten wird, wird eine Zeitverzögerung zwischeneiner theoretischen Zeitgebung zum Starten des Starters und einerwirklichen Zeit zum Starten des Starters erzeugt. Infolgedessen startetdie Kraftmaschine manchmal nicht.
    [0007] Esist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zumindest die Problemebei der herkömmlichenTechnik zu lösen.
    [0008] EineStartvorrichtung gemäß einemAspekt der vorliegenden Erfindung ist für eine Brennkraftmaschine,die Kraftstoff in einem Expansionshubzylinder zündet, der ein Zylinder beieinem Expansionshub auf einer Vielzahl Zylinder der Brennkraftmaschinezum Starten der Brennkraftmaschine ist. Die Startvorrichtung hateine Vorhersageeinheit, die einen Kurbelzustand der Zylinder vorhersagt,falls der Kraftstoff in dem Expansionshubzylinder gezündet wird;und eine Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob ein Starter zum Unterstützen einerBewegung der Kurbelwelle auf der Grundlage des vorhergesagten Zustandeszu starten ist.
    [0009] EinVerfahren gemäß einemanderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Starteneiner Brennkraftmaschine, das ein Zünden von Kraftstoff in einemExpansionshubzylinder aufweist, der ein Zylinder bei einem Expansionshubaus einer Vielzahl Zylinder der Brennkraftmaschine zum Starten derBrennkraftmaschinen ist. Das Verfahren beinhaltet ein Vorhersageneines Kurbelzustandes der Zylinder, falls der Kraftstoff in demExpansionshubzylinder gezündetwird; und ein Bestimmen, ob ein Starter zum Unterstützen einer Bewegungder Kurbelwelle auf der Grundlage des vorhergesagten Zustandes zustarten ist.
    [0010] AndereZiele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden insbesondereaus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung ersichtlich,wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungengelesen wird.
    [0011] 1 zeigt in einer grafischenDarstellung, wie sich das Kurbelmoment einer Kraftmaschine über dieWassertemperatur bei einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegendenErfindung ändert;
    [0012] 2 zeigt in einer grafischenDarstellung, wie sich die Luftdichte über die Wassertemperatur beidem ersten Ausführungsbeispiel ändert;
    [0013] 3 zeigt in einer grafischenDarstellung, wie sich der Drehwinkel einer Kurbelwelle bei einem Expansionshubzylinderbei einer anfänglichenVerbrennung überdie Wassertemperatur bei dem ersten Ausführungsbeispiel ändert;
    [0014] 4 beschreibt die Faktoren,die zum Vorhersagen eines Drehwinkels der Kurbelwelle bei dem erstenAusführungsbeispielverwendet werden;
    [0015] 5 beschreibt die Faktoren,die aus jenen Faktoren erhalten werden können, die bei dem ersten Ausführungsbeispielerfasst werden;
    [0016] 6 zeigt in einer grafischenDarstellung, wie sich bei einer jeweiligen Stoppposition B eine Seitevon TDC bei B und eine Seite von BTDC von B des Drehwinkels einerKurbelwelle überdie Wassertemperatur bei dem ersten Ausführungsbeispiel ändern;
    [0017] 7 zeigt ein Flussdiagrammeiner Prozessprozedur, die durch eine Startvorrichtung gemäß dem erstenAusführungsbeispieldurchgeführtwird;
    [0018] 8 beschreibt eine Startzeitgebungeines Starters bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegendenErfindung;
    [0019] 9 beschreibt eine vorrübergehende Änderungeines elektrischen Stroms, der durch den Starter hindurch tritt,wenn dieser mit der Kraftmaschine gekoppelt ist;
    [0020] 10 zeigt eine grafischeDarstellung von verschiedenen Verhalten eines Startstroms und einer Drehungder Kurbelwelle bei der Startzeit bei einem dritten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung und bei der herkömmlichen Technik; und
    [0021] 11 zeigt ein Funktionsblockdiagrammeiner Startvorrichtung 110 gemäß einem siebten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung.
    [0022] ExemplarischeAusführungsbeispieleeiner Startvorrichtung gemäß der vorliegendenErfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungenim einzelnen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht aufdie folgenden Ausführungsbeispielebeschränkt.
    [0023] Dievorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen Betrieb einer Zylinderdirekteinspritz-Benzinkraftmaschine(nachfolgend „Kraftmaschine") durch direkteseinspritzen von Kraftstoff in Zylinder der Kraftmaschine und durchZündendes Kraftstoffes durch Erzeugen eines Funkens. Die Kraftmaschine wirdin der folgenden Art und Weise gestartet. Wenn die Kraftmaschineruht, dann wird eine Stoppposition (oder eine Drehwinkelposition)einer Kurbelwelle (oder einer Kurbelvorrichtung) in dem jeweiligenZylinder erfasst, um zu entscheiden, ob der Zylinder ein Expansionshubzylinderist und der Kraftstoff wird in den Expansionshubzylinder eingespritztund der Kraftstoff wird gezündet,nachdem eine vorbestimmte Verdampfungsperiode verstrichen ist. Nachfolgend wirdKraftstoff in einen Zylinder (nachfolgend „Folgezylinder") eingespritzt, derden Expansionshubzylinder folgt, und der Kraftstoff wird gezündet, wennein Kolben des Folgezylinders einen oberen Totpunkt (nachfolgend „TDC") bei einem Verdichtungshubbei der anfänglichenVerbrennung in dem Expansionshubzylinder überschreitet. Nachfolgend wirdder Kraftstoff in jenen Zylindern nacheinander gezündet, diedem Folgezylinder folgen. Dieser Prozess bewirkt das Zünden desKraftstoffes in den Zylindern nacheinander und das Starten der Kraftmaschine.
    [0024] Beieinem ersten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung wird vor dem Start der Kraftmaschineein Kurbelbetrag der Kurbelwelle aufgrund der Verbrennung des Kraftstoffesin dem Expansionshubzylinder (nachfolgend „anfängliche Verbrennung") aus einer Temperatureines Kühlmittelsin der Kraftmaschine (oder einem Luftzustand in dem Zylinder odereiner Luftdichte) und der Stoppposition (Stoppwinkel) der Kurbelwellevorhergesagt. Falls außerdemder Kurbelbetrag derart ist, dass die anfängliche Verbrennung dazu unzureichendist, dass der Kolben des Folgezylinders den TDC des Verdichtungshubs überschreitet,dann wird der Startermotor gestartet, nachdem die Kurbelwelle eineDrehung aufgrund der anfänglichenVerbrennung gestartet hat.
    [0025] Dievorliegenden Erfindung nutzt die Tatsache, dass es zum Starten derKraftmaschine ohne Unterstützungdurch externe Leistung wesentlich ist, dass der Kolben des Folgezylindersden TDC des Verdichtungshubes bei der anfänglichen Verbrennung überschreitet,um eine Verbrennung des Kraftstoffes in dem Folgezylinder zu bewirken(nachfolgend „zweiteVerbrennung") undum eine Verbrennung des Kraftstoffes bei den nachfolgenden Zylindernzu bewirken.
    [0026] Obder Kolben des Folgezylinders den TDC überschreiten wird, kann aus(1) einer Verbrennungsleistung und (2) einer Reibungskraft (odereinem Drehwiederstand) bestimmt werden. Die Erfinder der vorliegendenErfindung haben die folgenden Erkenntnisse aus einer Reihe von Experimentenund harter Arbeit erhalten. Die Erkenntnisse werden nachfolgendunter Bezugnahme auf die 4 beschrieben.
    [0027] Dieerzeugte Verbrennungsleistung ist proportional zu der Sauerstoffmengein dem Zylinder (siehe (1) in der 4).Die Sauerstoffmenge in dem Zylinder hängt von (a) einer Luftkapazität des Zylindersund (b) einer Luftdichte in dem Zylinder ab. Die Luftkapazität des Zylindershängt vonder Stoppposition der Kurbelwelle ab. Die Luftdichte in dem Zylinderkann auf einer Temperatur des Kühlmittels(nachfolgend „Wassertemperatur") in der Kraftmaschine erhaltenwerden. Falls die Wassertemperatur hoch ist, dann soll die Luftdichtein dem Zylinder klein sein. Bei einer bestimmten Stoppposition derKurbelwelle ist die Sauerstoffmenge in dem Zylinder direkt proportionalzu der Luftdichte in dem Zylinder, die Verbrennungsleistung istdirekt proportional zu der Sauerstoffmenge in dem Zylinder und dieLuftdichte ist umgekehrt proportional zu der Wassertemperatur. Andersgesagt fälltdie Verbrennungsleistung ab, wenn die Wassertemperatur ansteigt.
    [0028] DieReibungskraft ist proportional zu (c) einer Reibung aufgrund einerViskositäteines Schmieröls inder Kraftmaschine und (d) einer Verdichtungsarbeit in dem Folgezylinder(siehe (2) in der 4).Die Reibung aufgrund der Viskosität des Schmieröls ist hauptsächlich beieinem Ventilbetätigungssystem störend, unddie Erfinder haben herausgefunden, dass eine spezifische Beziehungzwischen der Reibung aufgrund der Viskosität und der Temperatur des Öls in derKraftmaschine vorhanden ist (welche im Allgemeinen gleich der Wassertemperaturist). Die Erfinder haben auch herausgefunden, dass eine spezifischeBeziehung zwischen der Verdichtungsarbeit in dem Folgezylinder undder Stoppposition der Kurbelwelle vorhanden ist.
    [0029] Die 1 zeigt in einer grafischenDarstellung, wie sich das Kurbelmoment der Kraftmaschine über dieWassertemperatur ändert.Das zum Starten der Kraftmaschine erforderliche Kurbelmoment ist minimal,wenn die Wassertemperatur in einem halb aufgewärmten Zustand ist, wenn nämlich dieWassertemperatur ungefährA °C beträgt. Daszum Starten der Kraftmaschine erforderliche Kurbelmoment ist größer, wenndie Wassertemperatur überoder unter A °Cliegt.
    [0030] Die Öltemperatursinkt ab, falls die Wassertemperatur unter A °C ist, und dementsprechend erhöht sichdie Viskositätdes Öls(Viskositätskoeffizient).Wenn das ÖLeine höhereViskositäthat, dann übtes jedoch eine Reibung aus, so dass sich das Kurbelmoment erhöht. Fallsdie Wassertemperatur unter A °Cliegt, dann ist somit ein größeres Kurbelmomentzum Starten der Kraftmaschine erforderlich.
    [0031] DieViskositätdes Ölsfällt ab,wenn die Wassertemperatur überA °C ansteigt,so dass sich eine Schmierflächevon einer Fluidphase zu einer Festphase (Ölfilmbruch) ändert, unddadurch erhöhtsich die Reibung. Falls die Wassertemperatur über A °C liegt, dann ist somit erneutein größeres Kurbelmomentzum Starten der Kraftmaschine erforderlich.
    [0032] Die 1 zeigt einen Fall, wenndie Drehzahl der Kurbelwelle kleiner ist als jene während einesnormalen Betriebs (d. h. wenn die Kraftmaschine betrieben wird).Eine derartige Bedingung ist erfüllt, wenndie Kraftmaschine ruht oder nahezu ruht. Da sich die vorliegendenErfindung auf den Startvorgang der Kraftmaschine bezieht, ist jenerFall von der vorliegenden Erfindung abgedeckt, auf dem sich die 1 bezieht. Während desnormalen Betriebs ist die Drehzahl so hoch, dass ein Ölfilmbruchauftritt, wenn die Wassertemperatur über A °C liegt. Eine grafische Darstellung,die zeigt, wie sich das Kurbelmoment der Kraftmaschine über dieWassertemperatur währenddes normalen Betriebes ändert,kann dadurch erhalten werden, dass die Kurve in der 1 horizontal nach rechts verschoben wird.
    [0033] Dasich die vorliegende Erfindung auf den Startvorgang einer Kraftmaschinebezieht, und sich die Kraftmaschine beim Starten langsamer als während desnormalen Betriebes dreht, bezieht sich die grafische Darstellungin der 1 auf die vorliegendeErfindung. Wenn sich die Kraftmaschine langsam dreht, dann ist dasSchmierölso hart, dass es zwischen den Flächendes Zylinders und des Kolbens derart gleitet, dass ein Ölfilmbruchauftritt, wenn die Wassertemperatur ungefähr A °C beträgt.
    [0034] Die 2 zeigt in einer grafischenDarstellung, wie sich die Luftdichte in dem Zylinder über die Wassertemperatur ändert. DieLuftdichte ist umgekehrt proportional zu der Wassertemperatur. Die Sauerstoffmengein der Luft verringert sich, wenn sich die Luftdichte verringert,und die Verbrennungsleistung verringert sich, wenn sich die Sauerstoffmengein der Luft verringert. Anders gesagt verringert sich die Verbrennungsleistung,wenn die Wassertemperatur überA °C ansteigt.
    [0035] Die 3 zeigt in einer grafischenDarstellung von experimentellen Ergebnissen, wie sich der Drehwinkelder Kurbelwelle bei dem Expansionshubzylinder bei einer anfänglichenVerbrennung überdie Wassertemperatur ändert.Anders gesagt zeigt die 3 anhandvon experimentellen Ergebnissen, wie sich der Drehwinkel der Kurbelwelle(°CA) beidem Expansionshubzylinder ändert,wenn die Wassertemperatur aufgrund der anfänglichen Verbrennung bei demExpansionshubzylinder ansteigt.
    [0036] Diein der 3 gezeigte Charakteristikwird aufgrund der Änderungder Reibung erhalten, was unter Bezugnahme auf die 1 beschrieben ist, und aufgrund der Änderungder Verbrennungsleistung, was unter Bezugnahme auf die 2 beschrieben ist.
    [0037] Daten über dieWassertemperatur und den Drehwinkel der Kurbelwelle wurden bei jeweiligen Stopppositionender Kurbelwelle im Voraus gewonnen und als Abbildung gespeichert.
    [0038] DieDaten fürden Drehwinkel der Kurbelwelle beinhalten Daten hinsichtlich derVerbrennungsleistung und der Reibungskraft. Anders gesagt wurdenDaten fürden Drehwinkel der Kurbelwelle, der Verbrennungsleistung und derReibungskraft experimentell gewonnen. Wenn die Kraftmaschine gestartetwerden soll, dann wird unter Bezugnahme auf die Abbildung aus derStoppposition der Kurbelwelle und der Wassertemperatur bestimmt,ob die Kraftmaschine ohne Unterstützung des Starters startenwird.
    [0039] Beidem Experiment wurde eine Sechszylinder-Reihenkraftmaschine betrachtet,bei der Kurbelwinkel von angrenzenden Zylindern um 120 °CA relativzueinander verschoben wurden. In der 3 bedeuteteine Stoppposition B einen Winkel der Kurbelwelle bei einem Expansionshubzylinder,d. h. eine Stoppposition der Kurbelwelle.
    [0040] Die 3 entspricht jenem Fall,bei dem eine Stoppposition des Expansionshubzylinders die StopppositionB ist. Folglich ist die Stoppposition der Kurbelwelle des Folgezylinders(B – 120)Grad, der um 120 Grad hinsichtlich des Expansionshubzylinders verschobenist. Anders gesagt, um die Bedingung zu erfüllen, dass der Kolben des Folgezylinders denTDC des Verdichtungshubs überschreitet,muss der Drehwinkel der Kurbelwelle bei dem Expansionshubzylinderaufgrund der anfänglichenVerbrennung bei dem Expansionshubzylinder (120 – B) Grad oder größer sein.Ob der Drehwinkel der Kurbelwelle bei dem Expansionshubzylinderaufgrund der anfänglichenVerbrennung (120 – B)Grad oder größer beträgt, wirdunter Bezugnahme auf die Abbildung (3)bestimmt. Aus der Abbildung kann hergeleitet werden, dass der Drehwinkelder Kurbelwelle bei dem Expansionshubzylinder aufgrund der anfänglichenVerbrennung (120 – B)Grad oder mehr beträgt, wenndie Wassertemperatur zwischen C °Cund D °C liegt.Anders gesagt, falls die Wassertemperatur zwischen C °C und D °C liegt,dann soll der Kolben des Folgezylinders den TDC des Verdichtungshubs überschreiten.
    [0041] Fallsdie Wassertemperatur der Kraftmaschine zwischen C °C und D °C liegt,dann wird daher bestimmt, dass die Kraftmaschine ohne den Startergestartet werden kann. Falls die Wassertemperatur andererseits kleinerals C °Coder größer alsD °C ist, dannwird bestimmt, dass der Starter zum Unterstützen des Startvorgangs derKraftmaschine erforderlich ist.
    [0042] Der 3 kann entnommen werden,dass sich der Drehwinkel der Kurbelwelle schnell verringert, wenndie Wassertemperatur ungefährD °C beträgt. Diesist dadurch begründet,dass der Kolben des Folgezylinders den TDC des Verdichtungshubs überschreitet,wenn die Wassertemperatur ungefähr D °C beträgt. Wenndie Wassertemperatur ungefähr D °C beträgt, dannbewirkt selbst eine kleine Änderungder Verbrennungsleistung und der Reibungskraft eine plötzliche Änderungdes Drehwinkels der Kurbelwelle. Um eine Sicherheitsspanne zu gewährleisten,kann daher bestimmt werden, dass der Starter zum Unterstützen desStartvorgangs der Kraftmaschine nicht erforderlich ist, falls dieWassertemperatur ein wenig kleiner als D °C ist.
    [0043] Somitwird bei dem ersten Ausführungsbeispieldie Stoppposition der Kurbelwelle des Folgezylinders aus der Stopppositionder Kurbelwelle des Expansionshubzylinders erhalten, und aus dererhaltenen Stoppposition wird der Drehwinkel der Kurbelwelle desExpansionshubzylinders erhalten, der hinsichtlich des Kolbens desFolgezylinders erforderlich ist, um den TDC des Verdichtungshubszu überschreiten(zum Starten der Kraftmaschine ohne Unterstützung von externer Leistung).
    [0044] Experimentewurden mit einer Kraftmaschine durchgeführt, um die in der 3 gezeigte grafische Darstellungim Vorfeld zu erhalten, und zwar bei jeden Stopppositionen der Kurbelwelle(6) bei jedem Zylinder,und die Daten wurden als Abbildung gespeichert. Unter Bezugnahmeauf die Abbildung kann der Drehwinkel der Kurbelwelle bei der anfänglichenVerbrennung bei dem Expansionshubzylinder auf der Grundlage derStoppposition der Kurbelwelle fürden Expansionshubzylinder und der Wassertemperatur erhalten werden.Der Drehwinkel der Kurbelwelle, d. h. ein vorhergesagter Drehwinkelder Kurbelwelle durch die anfänglicheVerbrennung bei dem Expansionshubzylinder wird unter Bezugnahmeauf die Abbildung erhalten. Falls der Drehwinkel der Kurbelwellegrößer istals der Drehwinkel der Kurbelwelle, der für den Kolben bei dem Folgezylinderzum ÜberschreitenTDC des Verdichtungshubs erforderlich ist, dann wird bestimmt, dassdie Kraftmaschine ohne externe Unterstützung gestartet werden kann.
    [0045] Fallsim Gegensatz dazu der vorhergesagte Drehwinkel der Kurbelwelle durchdie anfängliche Verbrennungbei dem Expansionshubzylinder kleiner als der Drehwinkel der Kurbelwelleist, der fürden Kolben bei dem Folgezylinder zum Überschreiten des TDC des Verdichtungshubserforderlich ist, dann wird bestimmt, dass die externe Unterstützung zum Startender Kraftmaschine erforderlich ist.
    [0046] Beidem ersten Ausführungsbeispielkann auch vor dem Starten der Kraftmaschine bestimmt werden, obder vorhergesagte Drehwinkel kleiner oder größer als jener Drehwinkel derKurbelwelle ist, der fürden Kolben bei dem Folgezylinder zum Überschreiten des TDC des Verdichtungshubserforderlich ist, so dass der Starter bei einer optimalen Zeitgebunggestartet werden kann.
    [0047] Fallsdie Stopppositionen der Kurbelwelle, die die Luftkapazität des Zylindersdarstellt, und die Verdichtungsarbeit in dem Folgezylinder einander gleichsind (4 und 5), dann kann der Drehwinkelder Kurbelwelle aufgrund der anfänglichen Verbrennungdurch die Wassertemperatur, die die Luftdichte darstellt, und durchdie Ölviskosität vorhergesagtwerden. Es ist zu beachten, dass die Informationen in der 5 aus der Beziehung in der 4 umgeschrieben wurden,die sich auf die Stoppposition der Kurbelwelle und der Wassertemperaturkonzentrieren.
    [0048] Fallssich die Stoppposition der Kurbelwelle ändert, dann ändern sichder Betrag der Verdichtungsarbeit in dem Folgezylinder und die Luftkapazität in demZylinder, so dass der Drehwinkel der Kurbelwelle durch die anfänglicheVerbrennung geändertwird.
    [0049] Die 6 zeigt eine grafische Darstellung vonDaten in jenen Fällen,bei denen die Stopppositionen der Kurbelwelle die StopppositionB, die TDC-Seite der Stoppposition B und die Seite vor dem oberenTodpunkt (BTDC) der Stoppposition B sind. Eine Beziehung zwischender Wassertemperatur und dem Drehwinkel der Kurbelwelle gemäß dem jeweiligenStopppositionen der Kurbelwelle wird im Vorfeld gemessen, um eineAbbildung vorzubereiten. Der Drehwinkel der Kurbelwelle kann aufder Grundlage der Wassertemperatur und der Stoppposition der Kurbelwelleunter Bezugnahme auf die Abbildung vorhergesagt werden. Es ist dadurchmöglich,vorherzusagen, ob der Kolben des Folgezylinders den TDC des Verdichtungshubsausschließlichdurch die anfänglicheVerbrennung überschreitenkann, und zwar auf der Grundlage des vorhergesagten Drehwinkelsder Kurbelwelle.
    [0050] Wiedies in der 6 gezeigtist, erfordern unterschiedliche Stopppositionen der Kurbelwelle unterschiedlicheSchwellwerte (Wassertemperatur).
    [0051] Auchwenn hier gesagt wird, dass die Luftdichte und die Ölviskosität aus derWassertemperatur erhalten werden, wie dies in der 4 und der 5 gezeigtist, könnendie Luftdichte und die Ölviskosität unterVerwendung eines anderen Parameters oder unter Verwendung von anderenParametern erhalten werden, oder sie können unter Verwendung der Wassertemperaturund eines anderen Parameters bzw. anderen Parametern erhalten werden.
    [0052] ZumBeispiel beinhalten die anderen Parameter zum Beispiel die Zeitdauer(nachfolgend „Haltezeit"), in der die Kraftmaschinein einem Stoppzustand ist. Die Temperaturverteilung unmittelbarnach dem Stopp der Kraftmaschine ist eng, da ein Kühlmittelentlang einer Wassergalerie der Kraftmaschine zirkuliert, so dassdie Temperatur in den Zylinder (Zylindertemperatur) sich nicht starkvon der Temperatur des Kühlmittels(Kühlmitteltemperatur)unterscheidet, die durch einen Temperatursensor gemessen wird. Jedochunterscheidet sich die Zylindertemperatur aufgrund der Wärmeabstrahlungvon der Kühlmitteltemperaturwährendder Haltezeit. Außerdem ändert sichdie Luftdichte aufgrund der Verdampfung von verbleibenden Kraftstoffwährendder Haltezeit auch überdie Haltezeit.
    [0053] Auchwenn die durch den Temperatursensor der beiden Kraftmaschinen erfasstenWassertemperaturen gleich sind, sind daher aber die Luftdichten unddie Ölviskositäten unterschiedlich,wenn sich die Haltezeiten unterscheiden. Um bessere Ergebnisse zuerhalten, ist es daher vorzuziehen, dass Daten für jede Haltezeit gemessen undals Abbildung gespeichert werden. Andererseits können die Daten durch eine Proportionalitätskonstantemultipliziert werden, die von der Haltezeit abhängt, um so Daten zu erhalten,die der Haltezeit entsprechen.
    [0054] Die 7 zeigt ein Flussdiagrammeines Betriebs des ersten Ausführungsbeispiels.Bei einem Schritt S1 wird bestimmt, ob ein Kraftstoffdruck eines vorbestimmtenWert oder mehr (Kraftstoffdruck: Restdruck) an der Seite eines Förderrohrs(Kraftstoffkanal) aufweist.
    [0055] EinDruck wird auf den Kraftstoff durch eine Elektropumpe bei den Anschlusseinspritzkraftmaschinenaufgebracht. Jedoch ist es schwierig, den Kraftstoff in einen Zylinderdurch Verwendung des Druckes durch die Elektropumpe einzuspritzen,so dass eine mechanische Pumpe bei Direkteinspritzkraftmaschinen(Zylindereinspritz-Brennkraftmaschinen) verwendet wird. Die mechanischePumpe wird als Reaktion auf den Startvorgang der Kraftmaschine gestartet,um den Druck auf den Kraftstoff aufzubringen. Anders gesagt wirdbei den Direkteinspritzkraftmaschinen kein Druck auf den Kraftstoffaufgebracht, wenn die Kraftmaschine ruht.
    [0056] Wenndie Kraftmaschine füreine kurze Zeit wie zum Beispiel bei einem Leerlaufstopp bei einem Ölfahrtsystemgestoppt wird, dann wird andererseits bei dem ersten Ausführungsbeispielangenommen, dass der Restdruck in dem Förderrohr verbleibt. Wie diesvorstehend beschrieben ist, ist es nur dann möglich, wenn der Kraftstoffdruckbei der Direkteinspritzkraftmaschine verbleibt, den Kraftstoff durchden Kraftstoffdruck zu fördernund den Kraftstoff in den Expansionshubzylinder einzuspritzen. Beidem Schritt 1 wird nämlichbestimmt, ob der Restdruck vorhanden ist oder fehlt.
    [0057] Fallsbestimmt wird, dass der Restdruck kleiner ist als der vorbestimmteWert („Nein" bei dem SchrittS1), dann wird die Kraftmaschine ausschließlich unter Verwendung desStarters gestartet, d. h. ohne Durchführung der Kraftstoffeinspritzungund -zündungbei dem Expansionshubzylinder (Schritt S2). Wenn der Restdruck indem Expansionshubzylinder unzureichend ist, ist es nämlich unmöglich, die Kurbelwellehinreichend zu drehen, auch wenn die Kraftstoffeinspritzung und-zündungdurchgeführt werden.
    [0058] Fallsbestimmt wird, dass der Restdruck gleich oder größer als der vorbestimmte Wertist („Ja" bei dem SchrittS1), dann schreitet die Systemsteuerung zu einem Schritt S3.
    [0059] Beidem Schritt S3 wird der Drehwinkel der Kurbelwelle durch die anfänglicheVerbrennung in den Expansionshubzylinder auf der Grundlage der Wassertemperaturund der Stoppposition der Kurbelwelle unter Verwendung der Abbildungvorhergesagt, wobei die Daten gemäß der 6 darin enthalten sind.
    [0060] Beieinem Schritt S4 wird bestimmt, ob die Wassertemperatur zwischenE °C undF °C liegt. Fallsdie Wassertemperatur zu niedrig ist, d. h. kleiner als E °C, oder fallsdie Wassertemperatur zu hoch ist, d. h. größer als F °C, dann kann sich die Kurbelwelle nichthinreichend drehen, auch wenn die Kraftstoffeinspritzung und -zündung beidem Expansionshubzylinder durchgeführt werden.
    [0061] Fallsdie Wassertemperatur nicht zwischen E °C und F °C („Nein" bei dem Schritt S4) liegt, dann wirddie Kraftmaschine ausschließlichunter Verwendung des Starters gestartet, d. h. ohne Durchführung derKraftstoffeinspritzung und -zündungbei dem Expansionshubzylinder (Schritt S2).
    [0062] Fallsdie Wassertemperatur zwischen E °C undF °C liegt(„Ja" bei dem SchrittS4), dann schreitet die Systemsteuerung zu einem Schritt S 5 weiter.
    [0063] Diegrafische Darstellung in der 3 kann grobin drei Bereiche eingeteilt werden. Ein erster Bereich entsprichteinem Fall, bei dem die Wassertemperatur nicht zwischen E °C und F °C liegt.Ein zweiter Bereich entspricht einem Fall, bei dem die Wassertemperaturzwischen E °Cund F °Cliegt, aber der Drehwinkel der Kurbelwelle kurz ist, obwohl dieKurbelwelle durch die anfänglicheVerbrennung so gedreht wird, dass eine Unterstützung des Starters erforderlichist. Ein dritter Bereich entspricht einem Fall, bei dem die Wassertemperaturzwischen E °Cund F °Cliegt und sich die Kurbelwelle dreht, bis der Kolben in dem Folgezylinderden TDC des Verdichtungshubs ausschließlich durch die anfänglicheVerbrennung überschreitet,so dass eine Unterstützungdes Starters nicht erforderlich ist.
    [0064] Beieinem Schritt S5 wird vorher gesagt, ob der Kolben in dem Folgezylinderden TDC des Verdichtungshubs ausschließlich durch die anfängliche Verbrennungbei dem Expansionshubzylinder überschreitet.Diese Vorhersage wird auf der Grundlage des Drehwinkels der Kurbelwelle,der bei dem Schritt S3 vorhergesagt ist, und dem Drehwinkel derKurbelwelle durchgeführt,der fürden Kolben bei dem Folgezylinder erforderlich ist, was aus der Stoppposition derKurbelwelle erfasst wird, um den TDC des Verdichtungshubs zu überschreiten.
    [0065] Fallsder Kolben in dem Folgezylinder den TDC des Verdichtungshubs ausschließlich durchdie anfänglicheVerbrennung bei dem Expansionshubzylinder überschreiten kann („Ja" bei dem SchrittS5), dann wird die Kraftmaschine ausschließliche durch Durchführung derKraftstoffeinspritzung und -zündungbei dem Expansionshubzylinder gestartet, d. h. ohne Verwendung desStarters (Schritt S 7).
    [0066] Fallsder Kolben in dem Folgezylinder den TDC des Verdichtungshubs ausschließlich durchdie anfänglicheVerbrennung in dem Expansionshubzylinder nicht überschreiten kann („Nein" bei dem SchrittS5), dann wird die Kraftmaschine sowohl durch Durchführung derKraftstoffeinspritzung und -zündungin dem Expansionshubzylinder als auch unter Verwendung des Startersgestartet (Schritt S 6).
    [0067] Esist auch möglich,die Drehzahl der Kraftmaschine im Voraus zu messen, die durch dieanfänglicheVerbrennung in den Expansionshubzylinder bewirkt wird, und auf die Änderungender Drehzahl, um diese als eine Abbildung in der gleichen Art und Weisewie den Drehwinkel der Kurbelwelle vorzubereiten. Daher ist es möglich, dieDrehzahl und die Änderungender Drehzahl auf der Grundlage der Stoppposition der Kurbelwelleund der Wassertemperatur vorherzusagen. Eine derartige Abbildung wirdspäterals ein zweites Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung beschrieben.
    [0068] Somitist es möglich,zu bestimmen, ob der Kolben in dem Folgezylinder den TDC des Verdichtungshubsdurch die anfänglicheVerbrennung überschreitet,d. h. ob eine Unterstützungdes Starters erforderlich ist, indem die Wassertemperatur und die Stopppositionder Kurbelwelle erfasst werden, bevor die Kraftmaschine gestartetwird. Dieses Schema bietet die folgenden Vorteile.
    [0069] DerStartermotor erfordert im Allgemeinen einen großen elektrischen Strom zumStarten, und daher wird der Startermotor nicht direkt erregt, sondernein Magnetschalter wird durch ein Startrelais eingeschaltet, umden Startermotor zu erregen. Folglich wird der Startermotor beimStartvorgang stark verzögert(Ansprechverzögerung).Die Verzögerung beimStartvorgang ist im Bereich von ungefähr 0,1 bis ungefähr 0,3 Sekunden.Falls bestimmt wird, dass der Starter zum Starten erforderlich ist,nachdem die Kraftmaschine gestartet wurde, und der Starter als Reaktionauf das Ergebnis der Bestimmung gestartet wird, dann kann die optimaleStartzeitgebung fehlen.
    [0070] Beidem ersten Ausführungsbeispielist es jedoch möglich,zu entscheiden, ob der Starter erforderlich ist, bevor die Kraftmaschinegestartet wird. Daher kann der Starter bei der optimalen Zeitgebung gestartetwerden (der Starter wird erregt), indem die Verzögerungszeit berücksichtigtwird, auch wenn der Starter eine bestimmte Verzögerung beim Startvorgang aufweist.Somit ist es möglich,die Startfunktion durch die anfänglicheVerbrennung in dem Expansionshubzylinder zu verbessern.
    [0071] Dadarüberhinaus der Drehwinkel der Kurbelwelle und/oder die Drehzahl derKraftmaschine sowie die Änderungender Drehzahl vor dem Start der Kraftmaschine vorhergesagt werden,kann der Starter dementsprechend gestartet werden. Daher ist esmöglich,den Starter optimal zu steuern.
    [0072] Fallsaußerdembestimmt wird, dass der Starter zum Starten erforderlich ist, dannwird der Starter zum Starten der Kraftmaschine nicht aktiviert, wenndiese ruht, uns zwar anders als bei der herkömmlichen Art und Weise, abersie wird aktiviert, um die Kraftmaschine weiter zu beschleunigen,die sich durch die anfänglicheVerbrennung in dem Expansionshubzylinder bereits dreht. Daher wirdder elektrische Stromverbrauch reduziert. Dies wurde bei dem Testgemäß der 10 bestätigt, was später beschriebenwird.
    [0073] Eswurde vorstehend beschrieben, dass sowohl auf der Grundlage derVerbrennungsleistung und der Reibungskraft bestimmt wird, ob derKolben in dem Folgezylinder den TDC des Verdichtungshubs durch dieanfänglicheVerbrennung überschreitet. Fallsjedoch die Verbrennungsleistung ausreichend größer ist, dann kann die Bestimmungausschließlich aufder Grundlage der Größe der Verbrennungsleistungdurchgeführtwerden.
    [0074] Beidem ersten Ausführungsbeispielwurde die Direkteinspritzkraftmaschine beschrieben, aber die vorliegendenErfindung ist ebenso auf eine Anschlusseinspritzkraftmaschine anwendbar.Zum Kurbeln der Anschlusseinspritzkraftmaschine wird Kraftstoffim Voraus in einen Einlasskrümmereingespritzt, wenn die Kurbelwelle stockt, und bei dem nachfolgendenSchritt ist ausschließlicheine Zündungerforderlich, um die Kurbelwelle zu drehen. Wie dies vorstehendzum Starten der Anschlusseinspritzkraftmaschine beschrieben ist,wird der Kraftstoff in den Einlasskrümmer eingespritzt, wenn dieAnschlusseinspritzkraftmaschine ruht, und eine Elektropumpe wird zurKraftstoffzufuhr verwendet. Daher wird der Schritt zum Überprüfen desKraftstoffdruckes (Schritt S1) in der 7 nichtdurchgeführt,aber der Kraftmaschinenstatus wird auf der Grundlage der Wassertemperaturund der Stoppposition der Kurbelwelle vorhergesagt, die Wassertemperaturwird überprüft, undes wird auf der Grundlage des vorhergesagten Drehwinkels der Kurbelwelleunter Bezugnahme auf die Abbildung bestimmt, ob der Starter gestartetwerden muss (Schritte S 3 bis S 5).
    [0075] Daszweite Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme aufdie 8 beschrieben.
    [0076] Derfolgende Betrieb wird auf der Grundlage des Betriebs des erstenAusführungsbeispieles durchgeführt. Eswerden nämlichDaten (nicht gezeigt) fürdie Wassertemperatur, die Drehzahl der Kraftmaschine durch die anfänglicheVerbrennung in dem Expansionshubzylinder und von den Änderungender Drehzahl im Vorfeld bei jeder Stoppposition der Kurbelwellegewonnen, und die gewonnenen Daten werden als Abbildung gespeichert.
    [0077] Fallsbestimmt wird, dass der Starter in der gleichen Art und Weise wiebei dem ersten Ausführungsbeispielgestartet werden soll, dann wird eine Startzeitgebung des Startermotorszum Starten der Kraftmaschine unter Bezugnahme auf die Abbildung erhalten,die bei dem zweiten Ausführungsbeispiel vorbereitetist.
    [0078] Bevordie Kraftmaschine gestartet wird, werden die Drehzahl der Kraftmaschinedurch die anfänglicheVerbrennung in dem Expansionshubzylinder und die Änderungender Drehzahl auf der Grundlage der Wassertemperatur und der Stoppposition derKurbelwelle unter Bezugnahme auf die Abbildung vorhergesagt. Aufder Grundlage des Ergebnisses der Vorhersage wird die Betriebsstartzeitgebungdes Startermotors so festgelegt, dass der Startermotor und die Kraftmaschinein einer Periode miteinander gekoppelt sind, während der die Drehung der Kraftmaschinedurch die anfänglicheVerbrennung beschleunigt wird.
    [0079] Esist wünschenswert,dass der Startermotor und die Kraftmaschine miteinander gekoppeltsind, wenn eine Differenz zwischen ihren Drehzahlen klein ist. Diesist dadurch begründet,dass Lärmreduziert werden kann, der durch die Kopplung zwischen Zahnrädern vonden beiden und durch Abrasion von den Zahnrädern erzeugt wird. Die Betriebsstartzeitgebungdes Starters wird so gesteuert (manchmal werden sogar die Drehzahlengesteuert), dass die Zeitgebung der Kopplung der entsprechendenZahnrädernsynchronisiert wird, d. h. um die Drehzahl des Starters gleichzeitigidentisch mit der Drehzahl der Kraftmaschine zu machen oder um dieDifferenz zwischen den Drehzahlen zu verkleinern.
    [0080] DerStarter ist mit der Kraftmaschine gekoppelt, während der Starter beschleunigtwird. Daher ist es wünschenswert,dass die Kraftmaschine auch mit dem Starter gekoppelt ist, wenndie Drehung der Kraftmaschine durch die anfängliche Verbrennung beschleunigtwird.
    [0081] Die 8 zeigt eine grafische Darstellungeiner vorrübergehenden Änderungder Kurbelwellendrehzahl durch die anfängliche Verbrennung bei dem Expansionshubzylinderund der Starterdrehzahl. Die Drehzahl ist an der y-Achse aufgetragen,und die Zeit ist an der x-Achse aufgetragen.
    [0082] DieDrehzahl der Kurbelwelle, die durch eine Kurve 10 angegebenist, wird durch die anfängliche Verbrennungbeschleunigt, um eine vorbestimmte Drehzahl zu erreichen, und danachfällt sieab. Die Daten fürdie Änderungender Drehzahl der Kurbelwelle, die durch die Kurve 10 angegebenist, werden in der Abbildung durch vorherige Messungen gespeichert.
    [0083] Wiedies in der 8 gezeigtist, ist eine Periode, währendder die Kurbelwellendrehzahl erhöht wird,eine Beschleunigungsperiode 11, und eine Periode, während dersie verringert wird, ist eine Verzögerungsperiode 12.
    [0084] GestrichelteLinien 13a bis 13c (Linien 13a bis 13c)in der 8 geben jeweilsDrehzahlen des Startermotors an. Die Linien 13a bis 13c habenausschließlichbei einer Startzeitgebung des Startermotors voneinander unterschiedlichePunkte.
    [0085] Wiedies vorstehend beschrieben ist, werden der Starter und die Kraftmaschinein wünschenswerterWeise miteinander gekoppelt, wenn eine Differenz zwischen ihrenDrehzahlen klein ist. Daher werden die Kurbelwelle und der Startermiteinander gekoppelt (Zahnrädervon den beiden werden miteinander gekoppelt), wenn die Drehzahlder Kurbelwelle, die durch die Kurve 10 angegeben ist,gleich den jeweiligen Drehzahlen des Starters ist, die durch die verschiedenenLinien 13a bis 13c angegeben sind.
    [0086] Nachdemder Starter mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, wir die Kurbelwelledurch den Starter beschleunigt, da die Drehzahl des Starter schnellerist. Anders gesagt ändertsich die Drehzahl der Kurbelwelle, wie dies durch eine dicke Linie 11a gezeigtist, falls die Kurbelwelle mit dem Starter gekoppelt ist, die beider Zeitgebung gestartet wird, die durch die Linie 13a angegebenist. Falls die Kurbelwelle in ähnlicher Weisemit dem Starter gekoppelt ist, die bei der Zeitgebung gestartetwird, die durch die Linie 13b angegeben ist, dann ändert sichdie Drehzahl der Kurbelwelle, wie dies durch eine dicke Linie 11b angegeben ist.Falls die Kurbelwelle darüberhinaus mit dem Starter gekoppelt ist, der bei der Zeitgebung gestartet wird,die durch die Linie 13c angegeben ist, dann ändert sichdie Drehzahl der Kurbelwelle, wie dies durch eine dicke Linie 11c angegebenist.
    [0087] Fallsdie Änderung(Beschleunigung) der Drehzahl der Kurbelwelle vor und nach der Koppelungmit dem Starter kleiner ist, dann ist der durch die Koppelung hervorgerufeneStoß schwächer, und Lärm und Abrasionsind geringer, die durch die Kopplung der Zahnräder hervorgerufen werden. Vonden durch die dicken Linien 11a bis 11c angegeben Änderungenbewirkt jene Änderung,die durch die dicke Linie 11a angegeben ist, den schwächsten Stoß, während jene Änderung,die durch die dicke Linie 11c angegeben ist, den stärksten Stoß bewirkt.
    [0088] DerStarter ist mit der Kraftmaschine gekoppelt, während der Starter beschleunigtwird. Daher ist der Starter in wünschenswerterWeise mit der Kraftmaschine gekoppelt, wenn die Drehung der Kraftmaschinedurch die anfänglicheVerbrennung beschleunigt wird (die Beschleunigungsperiode 11),da der durch die Kopplung hervorgerufene Stoß reduziert ist.
    [0089] Wiedies vorstehend beschrieben ist, muss die Zeitgebung zum Startendes Starters gemäß der Zeitgebungzum Starten der Kraftmaschine durch die anfängliche Verbrennung gesteuertwerden. Um jedoch eine Verzögerungbeim Starten des Starters zu verhindern, ist es erforderlich, einSignal zum Starten des Starters zu erzeugen, bevor die Kraftmaschine durchdie anfänglicheVerbrennung gestartet wird. Bei der herkömmlichen Technik wird bestimmt,ob die Unterstützungdes Starters erforderlich ist, nachdem die Kraftmaschine gestartetwurde. Daher kann der Starter nicht bei der optimalen Zeitgebunggestartet werden.
    [0090] Beieinem dritten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung wird eine Erregungszeit des Startermotorsbei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispielmit einem minimalen Betrag bestimmt, der für den Kolben eines Folgezylinderserforderlich ist, der jenem Zylinder folgt, bei dem die anfängliche Verbrennungdurchgeführtwird (Expansionshubzylinder), um den TDC des Verdichtungshubs zu überschreiten.Falls der Kolben des Folgezylinders den TDC des Verdichtungshubs überschreitet,dann besteht kein Bedarf mehr an einer Unterstützung des Starters, und daherwird die Erregungszeit dementsprechend festgelegt.
    [0091] Wenndie Zündungbei dem Folgezylinder durchgeführtwird, dann wird eine neue Traktion erzeugt, wodurch es möglich ist,die Unterstützungdes Starters zu stoppen. Bei dem Beispiel ist es angemessen, dassdie Unterstützungdes Starters nur dann aufrecht erhalten wird, bis die Kurbelwellebei dem Folgezylinder um (120-B)° bewirktwird und den TDC des Verdichtungshubs überschreitet. Daher wird dieErregungszeit des Startermotors auf einen Betrag entsprechend demBetrag der Unterstützung desStarters festgelegt. Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist esmöglich,zu bestimmen, ob die Unterstützungdes Starters gestoppt werden soll, und zwar auf der Grundlage derPosition der Kurbelwelle, nämlichob die Kurbelwelle um (120-B)° gedrehtwurde.
    [0092] Die 9 zeigt eine graphischeDarstellung einer vorübergehenden Änderungeines elektrischen Stromes (Starterstrom), der durch den Startermotor hindurchtritt,wenn der Starter die Kraftmaschine startet, wenn die Kraftmaschineruht, wie dies in herkömmlicherWeise durchgeführtwird.
    [0093] Wiedies in der 9 gezeigtist, bewirkt die Kopplung des Starters mit der Kraftmaschine eine Verzögerung desStartermotors, und dadurch fälltder Starterstrom plötzlichab und erhöhtsich geringfügig direktnach dem Abfall (Bereich P).
    [0094] Nachder Kopplung mit der Kraftmaschine schwingt der Starterstrom mehrmalsvertikal wie eine Welle. Wenn der Starterstrom erhöht wird,dann bedeutet dies, dass die Kraftmaschine in dem Verdichtungshubist, sodass die Last erhöhtwird (Bereich Q). Wenn sich der Starterstrom verringert, dann bedeutet dies,dass der Kolben den TDC des Verdichtungshub überschreitet, sodass sich dieLast verringert (Bereich R). In dem Bereich R ist die Kraftmaschinein dem Expansionshub, und die Kraftmaschine wird durch die Verbrennungsleistungbeschleunigt, damit sie einmal von dem Starter entkoppelt wird,und dementsprechend werden die Zahnräder entkoppelt.
    [0095] Ineinem Bereich S, in dem sich der Starterstrom auf das niedrige Niveauverringert hat und eine erneute Erhöhung beginnt, tritt die Kraftmaschinein den Verdichtungshub ein, sodass sich die Kraftmaschinendrehzahlverringert. Infolgedessen wird die Kraftmaschine erneut mit demStarter gekoppelt.
    [0096] Beidem dritten Ausführungsbeispielwerden die Kraftstoffeinspritzung und -zündung bei dem Expansionshubzylinderdurchgeführt,damit die Drehung der Kurbelwelle beginnt, und der Starter wird mitder Kurbelwelle gekoppelt, währendder Starter beschleunigt wird. Dieser Punkt unterscheidet sich vondem herkömmlichenVerfahren zum Koppeln des Starters mit der Kurbelwelle, wenn dieseruht, und zum Starten der Drehung der Kurbelwelle. Wie dies in der 9 gezeigt ist, ist jedochdie vorübergehende Änderungdes Starterstroms, nachdem die Startervorrichtung mit der Kraftmaschinegekoppelt wurde (die Kurve nach dem Bereich P) gleich wie bei demdritten Ausführungsbeispiel.
    [0097] Wiedies vorstehend beschrieben ist, wird die Erregungszeit des Startermotorsso festgelegt, dass die Unterstützungdes Starters durchgeführtwird, bis der Kolben in dem Folgezylinder den TDC des Verdichtungshubs überschreitet,aber sie wird nicht durchgeführt,nachdem der Kolben den TDC überschrittenhat. Daher kann bei dem dritten Ausführungsbeispiel die Erregungdes Starters bei einem Zeitpunkt T1 gestoppt werden, bei dem derelektrische Strom einen Spitzenwert des Stroms in dem Bereich Q überschreitet,der angibt, dass der Kolben den TDC des Verdichtungshubs gemäß der 9 überschreitet. Wie dies vorstehendbeschrieben ist, ist es möglich,zu bestimmen, wann die Unterstützungdes Starters zu stoppen ist, und zwar auf der Grundlage der vorübergehenden Änderungdes Starterstroms.
    [0098] Die 10 zeigt eine graphischeDarstellung von Verhalten des Starterstroms und der Drehung derKurbelwelle währenddes Startvorgangs der Kraftmaschine.
    [0099] DasBezugszeichen 21 bezeichnet eine vorübergehende Änderung des Drehwinkels derKurbelwelle bei dem dritten Ausführungsbeispiel,und das Bezugszeichen 22 bezeichnet eine vorübergehende Änderungdes Drehwinkels der herkömmlichenKurbelwelle. Das Bezugszeichen 22 bezeichnet eine vorübergehende Änderungvon Stromstärkendes Starterstroms bei dem dritten Ausführungsbeispiel, und das Bezugszeichen 24 bezeichnetvorübergehende Änderungenvon Stromstärkendes Starterstroms bei der herkömmlichenTechnik.
    [0100] Herkömmlicherweisebewirkt die Startervorrichtung eine Drehung der Kurbelwelle zumStarten, wenn diese ruht (Punkt 22a), nachdem das Fließen desStroms durch den Starter gestartet wurde (Punkt 22s). Dieansteigende Flanke an dem Punkt 22a stimmt mit dem Zeitpunkteines Spitzenwertes 24a einer Linie 24 überein.Dadurch wird angegeben, dass die Zahnräder miteinander gekoppelt sind,damit die Drehung der Kurbelwelle zum Starten bewirkt wird. Beidiesem Zeitpunkt tritt vorübergehendein großer Stromdurch den Starter hindurch. Ein Bereich 24b gibt an, dassdie Last so groß ist,dass der Kolben den TDC des Verdichtungshubs überschreitet und ein Bereich 24c gibtan, dass die Last aufgrund des Expansionshubes klein ist. Ein Bereich 24d gibtan, dass die Last aufgrund eines nächsten Verdichtungshubes groß ist.
    [0101] Beidem dritten Ausführungsbeispielbeginnt das Fließendes Stroms durch den Starter (Punkt 23s) bei jenem Zeitpunkt,bei dem die Kurbelwelle ihre Drehung startet (Punkt 21a),und die Beschleunigung wurde gestartet. Es ist zu beachten, dassdie Größe der Stromstärke, diedurch den Starter hindurch zu strömen beginnt, gleich ist wiebei der herkömmlichenTechnik (Punkte 22s und 23s).
    [0102] Dader Starter mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, die während derBeschleunigung der Startvorrichtung beschleunigt wird, ist die aufden Starter währendder Koppelung aufgebrachte Last überhaupt nichtgroß.Dies verhindert das Fließeneines übermäßigen Stromesdurch den Starter.
    [0103] EinPunkt 23e gibt einen Zeitpunkt an, bei dem die Erregungdes Starters gestoppt wird. Vor dem Punkt 23e gibt es einenAbschnitt, der angibt, dass sich die Last in dem Verdichtungshuberhöht, unddass sich die Stromstärkeerhöhtund dass dann der TDC des Verdichtungshubs überschritten wird, und dasssich die Last verringert und eine Verringerung der Stromstärke beginnt.Der Punkt 23e ist ein Zeitpunkt, bei dem eine Verringerungdes Starterstroms beginnt. Wie dies vorstehend beschrieben ist, wirdbestimmt, ob die Unterstützungdes Starters gestoppt wird, und zwar auf der Grundlage der vorübergehenden Änderungdes Starterstroms.
    [0104] Beidem dritten Ausführungsbeispielist der Starter mit der Kurbelwelle gekoppelt, die während derBeschleunigung des Starters beschleunigt wird, und daher liegt derZeitpunkt, bei dem der Kolben den TDC überschreitet, früher (Punkt 23e undBereich 24b) als bei dem herkömmlichen Verfahren. Unter dergleichen Bedingung ist die Erregungszeit des herkömmlichenStarters geringfügigkürzerals eine Sekunde, währenddie Erregungszeit des Starters bei dem dritten Ausführungsbeispielauf α Sekunden (23e)unterdrücktwerden kann.
    [0105] Wiedies vorstehend beschrieben ist, gibt es zwei Verfahren das Verfahrenzum Bestimmen des Stoppvorgangs auf der Grundlage der Position der Kurbelwelleund das Verfahren zum Bestimmen des Stoppvorgangs auf der Grundlageder Änderungder Stromstärke,die durch den Starter hindurch tritt. Zusätzlich kann die Erregungszeitals eine vorbestimmte Zeit nach dem Start des Starters festgelegtwerden, wobei berücksichtigtwird, dass der Startvorgang des Starter verzögert werden kann, wenn diese ruht.Anders gesagt wird zunächsterfasst, dass die Kurbelwelle in einem vorbestimmten Winkel (120-B)° positioniertist, und dann wird der Starter gestoppt, wenn auf der Grundlageder Position der Kurbelwelle bestimmt wird, dass der Starter gestopptwerden soll. Es ist zu beachten, dass der Starter nach einer Verzögerungszeitdes Startvorgangs tatsächlichgestoppt wird, die nach jenem Zeitpunkt verstreicht, wenn ein Stoppsignalzu dem Starter gesendet wird. Bei diesem Verfahren kann eine tatsächlicheErregungszeit manchmal die geforderte minimale Zeit überschreiten.
    [0106] Daherwird der Drehwinkel der Kurbelwelle entsprechend de Erregungszeitdes Starters im Voraus gemessen, um die Ergebnisse der Messung als eineAbbildung zu erhalten. Bei dem Beispiel wird anders gesagt eineErregungszeit des Starter aus der Abbildung erhalten, um den Drehwinkelder Kurbelwelle bei (120-B)° zu erhalten.Daher ist es durch Erregen des Starters ausschließlich während dieser Zeitmöglich,die Erregungszeit auf das geforderte Minimum ohne einen Einflussder Verzögerungbei dem Startvorgang zu unterdrücken.
    [0107] Gemäß dem drittenAusführungsbeispielist es möglich,die Erregungszeit des Starters auf eine geforderte minimale Zeitzu reduzieren, und die Leistungsaufnahme zu reduzieren.
    [0108] Fallsdie Verbrennung in dem Folgezylinder einen Fehler aufweist oderfalls die Verbrennungsleistung der Verbrennung in dem Folgezylindernicht angemessen ist, dann kann keine Verbrennung in dem Zylinderdanach stattfinden, und dadurch ist es manchmal unmöglich, dieKraftmaschine zu starten.
    [0109] Beieinem vierten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung wird der Startermotor gestartet, wennunter Verwendung der Technik des ersten bis dritten Ausführungsbeispielsbestimmt wird, dass der Kolben in einem Zylinder (nachfolgend "dritter Zylinder"), der dem Folgezylinderfolgt, den TDC des Verdichtungshubs nicht überschreitet, nachdem der Kolbenin dem Folgezylinder, der dem Zylinder mit der anfänglichenVerbrennung folgt, den TDC des Verdichtungshubs überschritten hat.
    [0110] Konkretwird bestimmt, ob der Kolben in dem dritten Zylinder den TDC desVerdichtungshubs überschreitet,indem die Drehgeschwindigkeit oder die Drehzahl der Kraftmaschineoder die Drehbeschleunigung der Kraftmaschine erfasst wird.
    [0111] ZweiFälle können betrachtetwerden, bevor der Startermotor gestartet wird, damit der dritteZylinder den TDC des Verdichtungshubs überschreitet. Bei einem Fall überschreitetder Kolben in dem Folgezylinder, der dem Zylinder mit der anfänglichen Verbrennungfolgt, den TDC des Verdichtungshubs ausschließlich durch die anfänglicheVerbrennung ohne Starten des Starters. Bei einem zweiten Fall überschreitetder Kolben in dem Folgezylinder den TDC des Verdichtungshubs durchUnterstützungder anfänglichenVerbrennung durch den Starter.
    [0112] Beidem vierten Ausführungsbeispielwird die Erregung des Starters einmal gestoppt, wenn der Kolbendes Folgezylinders den TDC des Verdichtungshubs überschritten hat, wie diesinsbesondere bei dem dritten Ausführungsbeispiel beschriebenist. Falls jedoch danach bestimmt wird, dass der Kolben des drittenZylinders den TDC des Verdichtungshubs nicht überschreitet, dann wird derStartermotor erneut gestartet.
    [0113] Gemäß dem viertenAusführungsbeispiel kanndie Kraftmaschine auch dann gestartet werden, falls keine Verbrennungin dem Folgezylinder auftritt oder falls die Verbrennungsleistungnicht angemessen ist.
    [0114] Gemäß dem viertenAusführungsbeispiel kanndarüberhinaus die Erregungszeit des Starters auf eine minimale Zeit reduziertwerden, die eine Reduzierung der Leistungsaufnahme ermöglicht,wenn dies mit dem herkömmlichenStartverfahren verglichen wird, bei dem der Starter weiterhin erregtwird, bis der Startvorgang abgeschlossen ist.
    [0115] Beidem vierten Ausführungsbeispielwird der Startermotor fürden dritten Zylinder währendeiner Drehung der Kurbelwelle gestartet, und die Erregungszeit desStartermotors wird als ein erforderlicher Betrag für den Kolbenin dem dritten Zylinder zum Überschreitendes TDC des Verdichtungshubes bestimmt. Bei einem fünften Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung wird dieses in der gleichen Art und Weisewie bei dem dritten Ausführungsbeispielverwirklicht.
    [0116] DasfünfteAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung hat die nachfolgend beschriebenen Vorteile.
    [0117] Eswird ein kleinerer Strom verbraucht, da die Startrichtung mit dersich drehenden Kraftmaschine gekoppelt wird.
    [0118] Eswird ein schwächererStoß hervorgerufen,wenn die Zahnrädermiteinander gekoppelt werden, und daher werden sowohl Lärm als auchAbrasion auf ein niedriges Niveau gehalten.
    [0119] Esist eine Reduzierung der Leistungsaufnahme möglich, da die Erregungszeitdes Starters auf ein Minimum reduziert werden kann.
    [0120] Beieinem sechsten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung wird der jeweilige Betrieb des viertenund des fünftenAusführungsbeispielsdurchgeführt,bis die Kraftmaschine ohne Unterstützung durch externe Leistungdurch sich selbst betrieben werden kann. Bei einem sechsten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung wird die Bestimmung durchgeführt, indem dieDrehgeschwindigkeit oder die Drehzahl der Kraftmaschine oder dieDrehbeschleunigung der Kraftmaschine erfasst wird.
    [0121] Dassechste Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung hat die nachfolgend beschriebenen Vorteile.
    [0122] DieKraftmaschine kann auch dann gestartet werden, falls keine Verbrennungin dem dritten Zylinder und den nachfolgenden Zylindern stattfindet.
    [0123] DieErregungszeit des Starters wird auf ein Minimum reduziert, was einereduzierte Leistungsaufnahme ermöglicht,wenn dies mit dem herkömmlichenStartverfahren verglichen wird, bei dem der Starter erregt bleibt,bis der Startvorgang abgeschlossen ist.
    [0124] Die 11 zeigt ein Funktionsblockdiagrammeiner Startvorrichtung 110 gemäß einem siebten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung. Die Startvorrichtung 110 hateine Vorhersageeinheit 100, eine Bestimmungseinheit 105,eine Startersteuervorrichtung 103, einen Starter 104 undeine Speichereinheit 105. Die Startvorrichtung 110 steuert eineKraftmaschine 102. Die Kraftmaschine 102 hat eineVielzahl Zylinder 102a und eine Kurbelwelle 102b,die Kolben (nicht gezeigt) im Inneren der Zylinder bewegt. VerschiedeneSensorarten (nicht gezeigt) messen vielfältige physikalische Eigenschaften derKraftmaschine. Zum Beispiel misst ein Temperatursensor (nicht gezeigt)eine Temperatur des Wassers in der Kraftmaschine.
    [0125] DieSpeichereinheit 105 speichert die vorstehend erwähnten vielenAbbildungen. Die Vorhersageeinheit 100 sagt einen Zustandder Kurbelwelle 102b auf der Grundlage von vielfältigen Parametern (zumBeispiel der Kurbelwellenposition und der Wassertemperatur) undden Abbildungen voraus, die in der Speichereinheit 105 gespeichertsind. Die Bestimmungseinheit bestimmt, ob die Kraftmaschine 102 direktdurch die Verbrennungsleistung starten wird, oder ob der Starter104 zum Starten der Kraftmaschine 102 erforderlich ist.Falls der Starter erforderlich ist, dann sendet die Bestimmungseinheit 101 einSignal (nicht gezeigt) zu der Startersteuervorrichtung 103.Die Startersteuervorrichtung 103 sieht eine Steuerung zumStarten des Starters 104 vor.
    [0126] Gemäß der Startvorrichtungfür dieBrennkraftmaschine gemäß der vorliegendenErfindung wird der Starter bei einer optimalen Zeitgebung gestartet,welche eine Verbesserung des Startvermögens zum Zünden ermöglicht, der dem Expansionshubzylinderzugeführtwird.
    [0127] Auchwenn die Erfindung hinsichtlich eines spezifischen Ausführungsbeispieleszur vollständigenund klaren Offenbarung beschrieben ist, sind die beigefügten Ansprüche nichtdarauf beschränkt,sondern sie könnenAbwandlungen und alternative Aufbauten abdecken, die ein Fachmannaus der hierbei dargestellten technischen Lehre erkennt.
    [0128] EineStartvorrichtung füreine Brennkraftmaschine (102) sagt voraus, ob ein Starter(104) eine Kurbelwelle (102b) der Kraftmaschine(102) unterstützenmuss, bevor Kraftstoff in einen Zylinder bei einem Expansionshubgezündetwird, und sie startet den Starter (104) vor dem Zünden desKraftstoffes in einem Zylinder bei einem Expansionshub, falls entschiedenwird, dass der Starter (104) erforderlich ist.
    权利要求:
    Claims (20)
    [1] Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine (102),die Kraftstoff in einem Expansionshubzylinder zündet, welcher ein Zylinderbei einem Expansionshub aus einer Vielzahl Zylinder (102a)der Brennkraftmaschine (102) ist, um die Brennkraftmaschine (102)zu starten, mit: einer Vorhersageeinheit (100), dieeinen Zustand einer Kurbelwelle (102b) der Zylinder (102a)vorhersagt, wenn der Kraftstoff in dem Expansionshubzylinder gezündet wird;und einer Bestimmungseinheit (101), die auf der Grundlagedes vorhergesagten Zustandes bestimmt, ob ein Starter (104)zum Unterstützeneiner Bewegung der Kurbelwelle (102b) zu starten ist.
    [2] Startvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei dieVorhersageeinheit (100) einen Zustand der Kurbelwelle (102b)vorhersagt, bevor eine erste Zündungin dem Expansionshubzylinder durchgeführt wird, und die Bestimmungseinheit(101) bestimmt, ob der Starter (104) zu startenist, bevor die erste Zündungin dem Expansionshubzylinder durchgeführt wird.
    [3] Startvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobeidie Vorhersageeinheit (100) den Zustand der Kurbelwelle(102b) auf der Grundlage einer Stoppposition der Kurbelwelle(102b) und einer Wassertemperatur in der Brennkraftmaschine(102) schätzt.
    [4] Startvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis3, wobei die Vorhersageeinheit (100) eine Verbrennungsleistungschätzt,die dann erzeugt wird, wenn der Kraftstoff in dem Expansionshubzylinder gezündet wird,und den Zustand der Kurbelwelle (102b) auf der Grundlageder geschätztenVerbrennungsleistung vorhersagt.
    [5] Startvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Vorhersageeinheit(100) eine Sauerstoffmenge in dem Expansionshubzylinderschätztund die Verbrennungsleistung auf der Grundlage der geschätzten Sauerstoffmengeschätzt.
    [6] Startvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Vorhersageeinheit(100) die Sauerstoffmenge auf der Grundlage einer Stopppositionder Kurbelwelle (102b) entsprechend einer Luftkapazität in demExpansionshubzylinder schätzt.
    [7] Startvorrichtung gemäß Anspruch 5 oder 6, wobeidie Vorhersageeinheit (100) eine Luftdichte in dem Expansionshubzylinderschätztund die Sauerstoffmenge auf der Grundlage der geschätzten Luftdichteschätzt.
    [8] Startvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Vorhersageeinheit(100) die Luftdichte auf der Grundlage der Wassertemperaturin der Brennkraftmaschine (102) schätzt.
    [9] Startvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis8, wobei die Vorhersageeinheit (100) eine Reibungskraftschätzt,die dann erzeugt wird, wenn der Kraftstoff in dem Expansionshubzylindergezündet wird,und den Zustand der Kurbelwelle (102b) sowohl auf der Grundlageder geschätztenReibungskraft als auch auf der Grundlage der geschätzten Verbrennungsleistungvorhersagt.
    [10] Startvorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die Vorhersageeinheit(100) die Reibungskraft auf der Grundlage der Reibung schätzt, diedann erzeugt wird, wenn sich die Kurbelwelle (102b) dreht,und auf der Grundlage einer Verdichtungsarbeit in einem Folgezylinder,der dem Expansionshubzylinder folgt.
    [11] Startvorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die Vorhersageeinheit(100) die Reibungskraft auf der Grundlage der Stopppositionder Kurbelwelle (102b) schätzt, die der Verdichtungsarbeitin dem Folgezylinder entspricht.
    [12] Startvorrichtung gemäß Anspruch 10 oder 11, wobeidie Vorhersageeinheit (100) eine Ölviskosität entsprechend der Reibungschätztund die Reibungskraft auf der Grundlage der geschätzten Ölviskosität schätzt.
    [13] Startvorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei die Vorhersageeinheit(100) die Ölviskosität auf der Grundlageder Wassertemperatur in der Brennkraftmaschine (102) schätzt.
    [14] Startvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis13, wobei der Zustand der Kurbelwelle (102b) entweder einDrehwinkel der Kurbelwelle (102b) oder eine Drehzahl derBrennkraftmaschine (102) ist.
    [15] Startvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis14, des weiteren mit einer Startersteuervorrichtung (103),die den Starter (104) beim Aufnehmen eines Triggersignalsvon der Bestimmungseinheit (101) steuert, wenn die Bestimmungseinheit(101) bestimmt, dass der Starter (104) zu startenist, wobei die Startersteuervorrichtung (103) eine Steuerung zumStarten des Starters (104) vorsieht, nachdem der Kraftstoffin dem Expansionshubzylinder gezündetwurde.
    [16] Startvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis15, des weiteren mit einer Startersteuervorrichtung (103),die den Starter (104) beim Aufnehmen eines Triggersignalsvon der Bestimmungseinheit (101) steuert, wenn die Bestimmungseinheit(101) bestimmt, dass der Starter (104) zu startenist, wobei die Startersteuervorrichtung (103) eine Steuerung zumStarten des Starters (104) bei einer Zeitgebung dergestaltvorsieht, dass der Starter (104) und die Brennkraftmaschine(102) miteinander gekoppelt werden, wenn die Kurbelwelle(102b) in einem Beschleunigungszustand ist.
    [17] Startvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis16, des weiteren mit einer Startersteuervorrichtung (103),die den Starter (104) beim Aufnehmen eines Triggersignalsvon der Bestimmungseinheit (101) steuert, wenn die Bestimmungseinheit(101) bestimmt, dass der Starter (104) zu startenist, wobei die Startersteuervorrichtung (103) eine Steuerung zumZuführeneines Stroms in den Starter (104) dergestalt vorsieht,dass der zugeführteStrom eine minimale Größe aufweist,die füreinen Kolben in einem Folgezylinder, der dem Expansionshubzylinderfolgt, zum Überschreiteneines oberen Totpunktes eines Verdichtungshubes erforderlich ist.
    [18] Startvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis17, des weiteren mit einer Startersteuervorrichtung (103),die den Starter (104) beim Aufnehmen eines Triggersignalsvon der Bestimmungseinheit (101) steuert, wenn die Bestimmungseinheit(101) bestimmt, dass der Starter (104) zu startenist, wobei die Startersteuervorrichtung (103) eine Steuerung zumStarten des Starters (104) bei einer Zeitgebung dergestaltvorsieht, dass, wenn der Starter (104) gestartet wird undnach einer bestimmten Zeit gestoppt wird, aber ein zweites Mal gestartetwird, da bestimmt wird, dass der Drehzustand der Kurbelwelle (102b) denStarter (104) erneut starten muss, eine Startzeitgebungbeim zweiten Mal so eingestellt ist, dass der Starter (104)während einerDrehung der Kurbelwelle (102b) mit der Brennkraftmaschine(102) gekoppelt wird.
    [19] Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine,das ein Zündenvon Kraftstoff in einem Expansionshubzylinder aufweist, der einZylinder bei einem Expansionshub aus einer Vielzahl Zylinder der Brennkraftmaschineist, um die Brennkraftmaschine zu starten, mit: Vorhersageneines Zustands einer Kurbelwelle des Zylinders, wenn der Kraftstoffin dem Expansionshubzylinder gezündetwird; und Bestimmen, ob ein Starter zum Unterstützen einer Bewegungder Kurbelwelle zu starten ist, und zwar auf der Grundlage des vorhergesagtenZustandes.
    [20] Verfahren gemäß Anspruch19, wobei das Vorhersagen durchgeführt wird, bevor eine erste Zündung indem Expansionshubzylinder durchgeführt wird, und das Bestimmendurchgeführtwird, bevor die erste Zündungin dem Expansionshubzylinder durchgeführt wird.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JP4158583B2|2008-10-01|
    US6981481B2|2006-01-03|
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    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
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