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Dokumentenidentifikation DE102004017496A1 17.02.2005
Titel Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine
Anmelder Toyota Jidosha K.K., Toyota, Aichi, JP
Erfinder Kojima, Susumu, Susono, Shizuoka, JP;
Masuda, Kei, Shizuoka, JP
Vertreter Tiedtke, Bühling, Kinne & Partner GbR, 80336 München
DE-Anmeldedatum 08.04.2004
DE-Aktenzeichen 102004017496
Offenlegungstag 17.02.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 17.02.2005
IPC-Hauptklasse F02N 17/00
Zusammenfassung 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.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Entscheidung dessen, ob die Brennkraftmaschine mit einer Unterstützung unter Verwendung eines Starters versehen werden soll.

Eine übliche Zylindereinspritz-Brennkraftmaschine (nachfolgend „Kraftmaschine") hat Zylinder mit Brennkammern. Um die ruhende Kraftmaschine zu starten, wird Kraftstoff in die Brennkammer eines Zylinders bei einem Expansionshub (nachfolgend „Expansionshubzylinder") eingespritzt und gezündet. Der Kraftstoff verbrennt und erzeugt eine Verbrennungsenergie. Die Verbrennungsenergie wird zum Erhalten der Leistung zum Starten der Kraftmaschine verwendet. Jedoch ist die Verbrennungsenergie alleine manchmal zum Starten der Kraftmaschine unzureichend. Verschiedene Lösungen wurden zum Lösen dieses Problems vorgeschlagen.

Die japanische Patentoffenlegungsschrift JP-2002-4985 offenbart eine herkömmliche Startvorrichtung. Bei der herkömmlichen Technik wird ein Expansionshubzylinder erfasst, und Kraftstoff wird in den Expansionshubzylinder eingespritzt und gezündet, wenn die Kraftmaschine ruht. Außerdem wird ein Motor zum Unterstützen des Kurbelvorgangs verwendet, um die Kraftmaschine zuverlässig zu starten, falls die Kraftmaschine aufgrund einer unzureichenden Verbrennungsenergie nicht startet.

Die japanische Patentoffenlegungsschrift JP-2002-39038 und die japanische Patentoffenlegungsschrift JP-2002-4929 offenbaren andere herkömmliche Techniken.

Somit wird der Kraftstoff herkömmlicher Weise in den Expansionshubzylinder eingespritzt und gezündet, und es wird bestimmt, ob die Kraftmaschine korrekt starten wird, und falls die Kraftmaschine nicht starten wird, dann wird ein Starter zum Unterstützen des Startvorganges der Kraftmaschine verwendet. Anders gesagt wird entschieden, ob der Starter verwendet wird, nachdem bestätigt wurde, dass die Kraftmaschine nicht starten wird.

Da jedoch entschieden wird, ob der Starter verwendet wird, nachdem bestätigt wurde, dass die Kraftmaschine nicht starten wird, wird eine Zeitverzögerung zwischen einer theoretischen Zeitgebung zum Starten des Starters und einer wirklichen Zeit zum Starten des Starters erzeugt. Infolgedessen startet die Kraftmaschine manchmal nicht.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zumindest die Probleme bei der herkömmlichen Technik zu lösen.

Eine Startvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist für eine Brennkraftmaschine, die Kraftstoff in einem Expansionshubzylinder zündet, der ein Zylinder bei einem Expansionshub auf einer Vielzahl Zylinder der Brennkraftmaschine zum Starten der Brennkraftmaschine ist. Die Startvorrichtung hat eine 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 einer Bewegung der Kurbelwelle auf der Grundlage des vorhergesagten Zustandes zu starten ist.

Ein Verfahren gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine, das ein Zünden von Kraftstoff in einem Expansionshubzylinder aufweist, der ein Zylinder bei einem Expansionshub aus einer Vielzahl Zylinder der Brennkraftmaschine zum Starten der Brennkraftmaschinen ist. Das Verfahren beinhaltet ein Vorhersagen eines Kurbelzustandes der Zylinder, falls der Kraftstoff in dem Expansionshubzylinder gezündet wird; und ein Bestimmen, ob ein Starter zum Unterstützen einer Bewegung der Kurbelwelle auf der Grundlage des vorhergesagten Zustandes zu starten ist.

Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden insbesondere aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung ersichtlich, wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird.

1 zeigt in einer grafischen Darstellung, wie sich das Kurbelmoment einer Kraftmaschine über die Wassertemperatur bei einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ändert;

2 zeigt in einer grafischen Darstellung, wie sich die Luftdichte über die Wassertemperatur bei dem ersten Ausführungsbeispiel ändert;

3 zeigt in einer grafischen Darstellung, wie sich der Drehwinkel einer Kurbelwelle bei einem Expansionshubzylinder bei einer anfänglichen Verbrennung über die Wassertemperatur bei dem ersten Ausführungsbeispiel ändert;

4 beschreibt die Faktoren, die zum Vorhersagen eines Drehwinkels der Kurbelwelle bei dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet werden;

5 beschreibt die Faktoren, die aus jenen Faktoren erhalten werden können, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel erfasst werden;

6 zeigt in einer grafischen Darstellung, wie sich bei einer jeweiligen Stoppposition B eine Seite von TDC bei B und eine Seite von BTDC von B des Drehwinkels einer Kurbelwelle über die Wassertemperatur bei dem ersten Ausführungsbeispiel ändern;

7 zeigt ein Flussdiagramm einer Prozessprozedur, die durch eine Startvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt wird;

8 beschreibt eine Startzeitgebung eines Starters bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

9 beschreibt eine vorrübergehende Änderung eines elektrischen Stroms, der durch den Starter hindurch tritt, wenn dieser mit der Kraftmaschine gekoppelt ist;

10 zeigt eine grafische Darstellung von verschiedenen Verhalten eines Startstroms und einer Drehung der Kurbelwelle bei der Startzeit bei einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und bei der herkömmlichen Technik; und

11 zeigt ein Funktionsblockdiagramm einer Startvorrichtung 110 gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Exemplarische Ausführungsbeispiele einer Startvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsbeispiele beschränkt.

Die vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen Betrieb einer Zylinderdirekteinspritz-Benzinkraftmaschine (nachfolgend „Kraftmaschine") durch direktes einspritzen von Kraftstoff in Zylinder der Kraftmaschine und durch Zünden des Kraftstoffes durch Erzeugen eines Funkens. Die Kraftmaschine wird in der folgenden Art und Weise gestartet. Wenn die Kraftmaschine ruht, dann wird eine Stoppposition (oder eine Drehwinkelposition) einer Kurbelwelle (oder einer Kurbelvorrichtung) in dem jeweiligen Zylinder erfasst, um zu entscheiden, ob der Zylinder ein Expansionshubzylinder ist und der Kraftstoff wird in den Expansionshubzylinder eingespritzt und der Kraftstoff wird gezündet, nachdem eine vorbestimmte Verdampfungsperiode verstrichen ist. Nachfolgend wird Kraftstoff in einen Zylinder (nachfolgend „Folgezylinder") eingespritzt, der den Expansionshubzylinder folgt, und der Kraftstoff wird gezündet, wenn ein Kolben des Folgezylinders einen oberen Totpunkt (nachfolgend „TDC") bei einem Verdichtungshub bei der anfänglichen Verbrennung in dem Expansionshubzylinder überschreitet. Nachfolgend wird der Kraftstoff in jenen Zylindern nacheinander gezündet, die dem Folgezylinder folgen. Dieser Prozess bewirkt das Zünden des Kraftstoffes in den Zylindern nacheinander und das Starten der Kraftmaschine.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird vor dem Start der Kraftmaschine ein Kurbelbetrag der Kurbelwelle aufgrund der Verbrennung des Kraftstoffes in dem Expansionshubzylinder (nachfolgend „anfängliche Verbrennung") aus einer Temperatur eines Kühlmittels in der Kraftmaschine (oder einem Luftzustand in dem Zylinder oder einer Luftdichte) und der Stoppposition (Stoppwinkel) der Kurbelwelle vorhergesagt. Falls außerdem der Kurbelbetrag derart ist, dass die anfängliche Verbrennung dazu unzureichend ist, dass der Kolben des Folgezylinders den TDC des Verdichtungshubs überschreitet, dann wird der Startermotor gestartet, nachdem die Kurbelwelle eine Drehung aufgrund der anfänglichen Verbrennung gestartet hat.

Die vorliegenden Erfindung nutzt die Tatsache, dass es zum Starten der Kraftmaschine ohne Unterstützung durch externe Leistung wesentlich ist, dass der Kolben des Folgezylinders den TDC des Verdichtungshubes bei der anfänglichen Verbrennung überschreitet, um eine Verbrennung des Kraftstoffes in dem Folgezylinder zu bewirken (nachfolgend „zweite Verbrennung") und um eine Verbrennung des Kraftstoffes bei den nachfolgenden Zylindern zu bewirken.

Ob der Kolben des Folgezylinders den TDC überschreiten wird, kann aus (1) einer Verbrennungsleistung und (2) einer Reibungskraft (oder einem Drehwiederstand) bestimmt werden. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die folgenden Erkenntnisse aus einer Reihe von Experimenten und harter Arbeit erhalten. Die Erkenntnisse werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 4 beschrieben.

(1) Verbrennungsleistung

Die erzeugte Verbrennungsleistung ist proportional zu der Sauerstoffmenge in dem Zylinder (siehe (1) in der 4). Die Sauerstoffmenge in dem Zylinder hängt von (a) einer Luftkapazität des Zylinders und (b) einer Luftdichte in dem Zylinder ab. Die Luftkapazität des Zylinders hängt von der Stoppposition der Kurbelwelle ab. Die Luftdichte in dem Zylinder kann auf einer Temperatur des Kühlmittels (nachfolgend „Wassertemperatur") in der Kraftmaschine erhalten werden. Falls die Wassertemperatur hoch ist, dann soll die Luftdichte in dem Zylinder klein sein. Bei einer bestimmten Stoppposition der Kurbelwelle ist die Sauerstoffmenge in dem Zylinder direkt proportional zu der Luftdichte in dem Zylinder, die Verbrennungsleistung ist direkt proportional zu der Sauerstoffmenge in dem Zylinder und die Luftdichte ist umgekehrt proportional zu der Wassertemperatur. Anders gesagt fällt die Verbrennungsleistung ab, wenn die Wassertemperatur ansteigt.

(2) Reibungskraft

Die Reibungskraft ist proportional zu (c) einer Reibung aufgrund einer Viskosität eines Schmieröls in der Kraftmaschine und (d) einer Verdichtungsarbeit in dem Folgezylinder (siehe (2) in der 4). Die Reibung aufgrund der Viskosität des Schmieröls ist hauptsächlich bei einem Ventilbetätigungssystem störend, und die Erfinder haben herausgefunden, dass eine spezifische Beziehung zwischen der Reibung aufgrund der Viskosität und der Temperatur des Öls in der Kraftmaschine vorhanden ist (welche im Allgemeinen gleich der Wassertemperatur ist). Die Erfinder haben auch herausgefunden, dass eine spezifische Beziehung zwischen der Verdichtungsarbeit in dem Folgezylinder und der Stoppposition der Kurbelwelle vorhanden ist.

Die 1 zeigt in einer grafischen Darstellung, wie sich das Kurbelmoment der Kraftmaschine über die Wassertemperatur ändert. Das zum Starten der Kraftmaschine erforderliche Kurbelmoment ist minimal, wenn die Wassertemperatur in einem halb aufgewärmten Zustand ist, wenn nämlich die Wassertemperatur ungefähr A °C beträgt. Das zum Starten der Kraftmaschine erforderliche Kurbelmoment ist größer, wenn die Wassertemperatur über oder unter A °C liegt.

Die Öltemperatur sinkt ab, falls die Wassertemperatur unter A °C ist, und dementsprechend erhöht sich die Viskosität des Öls (Viskositätskoeffizient). Wenn das ÖL eine höhere Viskosität hat, dann übt es jedoch eine Reibung aus, so dass sich das Kurbelmoment erhöht. Falls die Wassertemperatur unter A °C liegt, dann ist somit ein größeres Kurbelmoment zum Starten der Kraftmaschine erforderlich.

Die Viskosität des Öls fällt ab, wenn die Wassertemperatur über A °C ansteigt, so dass sich eine Schmierfläche von einer Fluidphase zu einer Festphase (Ölfilmbruch) ändert, und dadurch erhöht sich die Reibung. Falls die Wassertemperatur über A °C liegt, dann ist somit erneut ein größeres Kurbelmoment zum Starten der Kraftmaschine erforderlich.

Die 1 zeigt einen Fall, wenn die Drehzahl der Kurbelwelle kleiner ist als jene während eines normalen Betriebs (d. h. wenn die Kraftmaschine betrieben wird). Eine derartige Bedingung ist erfüllt, wenn die Kraftmaschine ruht oder nahezu ruht. Da sich die vorliegenden Erfindung auf den Startvorgang der Kraftmaschine bezieht, ist jener Fall von der vorliegenden Erfindung abgedeckt, auf dem sich die 1 bezieht. Während des normalen Betriebs ist die Drehzahl so hoch, dass ein Ölfilmbruch auftritt, wenn die Wassertemperatur über A °C liegt. Eine grafische Darstellung, die zeigt, wie sich das Kurbelmoment der Kraftmaschine über die Wassertemperatur während des normalen Betriebes ändert, kann dadurch erhalten werden, dass die Kurve in der 1 horizontal nach rechts verschoben wird.

Da sich die vorliegende Erfindung auf den Startvorgang einer Kraftmaschine bezieht, und sich die Kraftmaschine beim Starten langsamer als während des normalen Betriebes dreht, bezieht sich die grafische Darstellung in der 1 auf die vorliegende Erfindung. Wenn sich die Kraftmaschine langsam dreht, dann ist das Schmieröl so hart, dass es zwischen den Flächen des Zylinders und des Kolbens derart gleitet, dass ein Ölfilmbruch auftritt, wenn die Wassertemperatur ungefähr A °C beträgt.

Die 2 zeigt in einer grafischen Darstellung, wie sich die Luftdichte in dem Zylinder über die Wassertemperatur ändert. Die Luftdichte ist umgekehrt proportional zu der Wassertemperatur. Die Sauerstoffmenge in der Luft verringert sich, wenn sich die Luftdichte verringert, und die Verbrennungsleistung verringert sich, wenn sich die Sauerstoffmenge in der Luft verringert. Anders gesagt verringert sich die Verbrennungsleistung, wenn die Wassertemperatur über A °C ansteigt.

Die 3 zeigt in einer grafischen Darstellung von experimentellen Ergebnissen, wie sich der Drehwinkel der Kurbelwelle bei dem Expansionshubzylinder bei einer anfänglichen Verbrennung über die Wassertemperatur ändert. Anders gesagt zeigt die 3 anhand von experimentellen Ergebnissen, wie sich der Drehwinkel der Kurbelwelle (°CA) bei dem Expansionshubzylinder ändert, wenn die Wassertemperatur aufgrund der anfänglichen Verbrennung bei dem Expansionshubzylinder ansteigt.

Die in der 3 gezeigte Charakteristik wird aufgrund der Änderung der Reibung erhalten, was unter Bezugnahme auf die 1 beschrieben ist, und aufgrund der Änderung der Verbrennungsleistung, was unter Bezugnahme auf die 2 beschrieben ist.

Daten über die Wassertemperatur und den Drehwinkel der Kurbelwelle wurden bei jeweiligen Stopppositionen der Kurbelwelle im Voraus gewonnen und als Abbildung gespeichert.

Die Daten für den Drehwinkel der Kurbelwelle beinhalten Daten hinsichtlich der Verbrennungsleistung und der Reibungskraft. Anders gesagt wurden Daten für den Drehwinkel der Kurbelwelle, der Verbrennungsleistung und der Reibungskraft experimentell gewonnen. Wenn die Kraftmaschine gestartet werden soll, dann wird unter Bezugnahme auf die Abbildung aus der Stoppposition der Kurbelwelle und der Wassertemperatur bestimmt, ob die Kraftmaschine ohne Unterstützung des Starters starten wird.

Bei dem Experiment wurde eine Sechszylinder-Reihenkraftmaschine betrachtet, bei der Kurbelwinkel von angrenzenden Zylindern um 120 °CA relativ zueinander verschoben wurden. In der 3 bedeutet eine Stoppposition B einen Winkel der Kurbelwelle bei einem Expansionshubzylinder, d. h. eine Stoppposition der Kurbelwelle.

Die 3 entspricht jenem Fall, bei dem eine Stoppposition des Expansionshubzylinders die Stoppposition B ist. Folglich ist die Stoppposition der Kurbelwelle des Folgezylinders (B – 120) Grad, der um 120 Grad hinsichtlich des Expansionshubzylinders verschoben ist. Anders gesagt, um die Bedingung zu erfüllen, dass der Kolben des Folgezylinders den TDC des Verdichtungshubs überschreitet, muss der Drehwinkel der Kurbelwelle bei dem Expansionshubzylinder aufgrund der anfänglichen Verbrennung bei dem Expansionshubzylinder (120 – B) Grad oder größer sein. Ob der Drehwinkel der Kurbelwelle bei dem Expansionshubzylinder aufgrund der anfänglichen Verbrennung (120 – B) Grad oder größer beträgt, wird unter Bezugnahme auf die Abbildung (3) bestimmt. Aus der Abbildung kann hergeleitet werden, dass der Drehwinkel der Kurbelwelle bei dem Expansionshubzylinder aufgrund der anfänglichen Verbrennung (120 – B) Grad oder mehr beträgt, wenn die Wassertemperatur zwischen C °C und 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.

Falls die Wassertemperatur der Kraftmaschine zwischen C °C und D °C liegt, dann wird daher bestimmt, dass die Kraftmaschine ohne den Starter gestartet werden kann. Falls die Wassertemperatur andererseits kleiner als C °C oder größer als D °C ist, dann wird bestimmt, dass der Starter zum Unterstützen des Startvorgangs der Kraftmaschine erforderlich ist.

Der 3 kann entnommen werden, dass sich der Drehwinkel der Kurbelwelle schnell verringert, wenn die Wassertemperatur ungefähr D °C beträgt. Dies ist dadurch begründet, dass der Kolben des Folgezylinders den TDC des Verdichtungshubs überschreitet, wenn die Wassertemperatur ungefähr D °C beträgt. Wenn die Wassertemperatur ungefähr D °C beträgt, dann bewirkt selbst eine kleine Änderung der Verbrennungsleistung und der Reibungskraft eine plötzliche Änderung des Drehwinkels der Kurbelwelle. Um eine Sicherheitsspanne zu gewährleisten, kann daher bestimmt werden, dass der Starter zum Unterstützen des Startvorgangs der Kraftmaschine nicht erforderlich ist, falls die Wassertemperatur ein wenig kleiner als D °C ist.

Somit wird bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Stoppposition der Kurbelwelle des Folgezylinders aus der Stoppposition der Kurbelwelle des Expansionshubzylinders erhalten, und aus der erhaltenen Stoppposition wird der Drehwinkel der Kurbelwelle des Expansionshubzylinders erhalten, der hinsichtlich des Kolbens des Folgezylinders erforderlich ist, um den TDC des Verdichtungshubs zu überschreiten (zum Starten der Kraftmaschine ohne Unterstützung von externer Leistung).

Experimente wurden mit einer Kraftmaschine durchgeführt, um die in der 3 gezeigte grafische Darstellung im Vorfeld zu erhalten, und zwar bei jeden Stopppositionen der Kurbelwelle (6) bei jedem Zylinder, und die Daten wurden als Abbildung gespeichert. Unter Bezugnahme auf die Abbildung kann der Drehwinkel der Kurbelwelle bei der anfänglichen Verbrennung bei dem Expansionshubzylinder auf der Grundlage der Stoppposition der Kurbelwelle für den Expansionshubzylinder und der Wassertemperatur erhalten werden. Der Drehwinkel der Kurbelwelle, d. h. ein vorhergesagter Drehwinkel der Kurbelwelle durch die anfängliche Verbrennung bei dem Expansionshubzylinder wird unter Bezugnahme auf die Abbildung erhalten. Falls der Drehwinkel der Kurbelwelle größer ist als der Drehwinkel der Kurbelwelle, der für den Kolben bei dem Folgezylinder zum Überschreiten TDC des Verdichtungshubs erforderlich ist, dann wird bestimmt, dass die Kraftmaschine ohne externe Unterstützung gestartet werden kann.

Falls im Gegensatz dazu der vorhergesagte Drehwinkel der Kurbelwelle durch die anfängliche Verbrennung bei dem Expansionshubzylinder kleiner als der Drehwinkel der Kurbelwelle ist, der für den Kolben bei dem Folgezylinder zum Überschreiten des TDC des Verdichtungshubs erforderlich ist, dann wird bestimmt, dass die externe Unterstützung zum Starten der Kraftmaschine erforderlich ist.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel kann auch vor dem Starten der Kraftmaschine bestimmt werden, ob der vorhergesagte Drehwinkel kleiner oder größer als jener Drehwinkel der Kurbelwelle ist, der für den Kolben bei dem Folgezylinder zum Überschreiten des TDC des Verdichtungshubs erforderlich ist, so dass der Starter bei einer optimalen Zeitgebung gestartet werden kann.

Falls die Stopppositionen der Kurbelwelle, die die Luftkapazität des Zylinders darstellt, und die Verdichtungsarbeit in dem Folgezylinder einander gleich sind (4 und 5), dann kann der Drehwinkel der Kurbelwelle aufgrund der anfänglichen Verbrennung durch die Wassertemperatur, die die Luftdichte darstellt, und durch die Ölviskosität vorhergesagt werden. 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 Wassertemperatur konzentrieren.

Falls sich die Stoppposition der Kurbelwelle ändert, dann ändern sich der Betrag der Verdichtungsarbeit in dem Folgezylinder und die Luftkapazität in dem Zylinder, so dass der Drehwinkel der Kurbelwelle durch die anfängliche Verbrennung geändert wird.

Die 6 zeigt eine grafische Darstellung von Daten in jenen Fällen, bei denen die Stopppositionen der Kurbelwelle die Stoppposition B, die TDC-Seite der Stoppposition B und die Seite vor dem oberen Todpunkt (BTDC) der Stoppposition B sind. Eine Beziehung zwischen der Wassertemperatur und dem Drehwinkel der Kurbelwelle gemäß dem jeweiligen Stopppositionen der Kurbelwelle wird im Vorfeld gemessen, um eine Abbildung vorzubereiten. Der Drehwinkel der Kurbelwelle kann auf der Grundlage der Wassertemperatur und der Stoppposition der Kurbelwelle unter Bezugnahme auf die Abbildung vorhergesagt werden. Es ist dadurch möglich, vorherzusagen, ob der Kolben des Folgezylinders den TDC des Verdichtungshubs ausschließlich durch die anfängliche Verbrennung überschreiten kann, und zwar auf der Grundlage des vorhergesagten Drehwinkels der Kurbelwelle.

Wie dies in der 6 gezeigt ist, erfordern unterschiedliche Stopppositionen der Kurbelwelle unterschiedliche Schwellwerte (Wassertemperatur).

Auch wenn hier gesagt wird, dass die Luftdichte und die Ölviskosität aus der Wassertemperatur erhalten werden, wie dies in der 4 und der 5 gezeigt ist, können die Luftdichte und die Ölviskosität unter Verwendung eines anderen Parameters oder unter Verwendung von anderen Parametern erhalten werden, oder sie können unter Verwendung der Wassertemperatur und eines anderen Parameters bzw. anderen Parametern erhalten werden.

Zum Beispiel beinhalten die anderen Parameter zum Beispiel die Zeitdauer (nachfolgend „Haltezeit"), in der die Kraftmaschine in einem Stoppzustand ist. Die Temperaturverteilung unmittelbar nach dem Stopp der Kraftmaschine ist eng, da ein Kühlmittel entlang einer Wassergalerie der Kraftmaschine zirkuliert, so dass die Temperatur in den Zylinder (Zylindertemperatur) sich nicht stark von der Temperatur des Kühlmittels (Kühlmitteltemperatur) unterscheidet, die durch einen Temperatursensor gemessen wird. Jedoch unterscheidet sich die Zylindertemperatur aufgrund der Wärmeabstrahlung von der Kühlmitteltemperatur während der Haltezeit. Außerdem ändert sich die Luftdichte aufgrund der Verdampfung von verbleibenden Kraftstoff während der Haltezeit auch über die Haltezeit.

Auch wenn die durch den Temperatursensor der beiden Kraftmaschinen erfassten Wassertemperaturen gleich sind, sind daher aber die Luftdichten und die Ölviskositäten unterschiedlich, wenn sich die Haltezeiten unterscheiden. Um bessere Ergebnisse zu erhalten, ist es daher vorzuziehen, dass Daten für jede Haltezeit gemessen und als Abbildung gespeichert werden. Andererseits können die Daten durch eine Proportionalitätskonstante multipliziert werden, die von der Haltezeit abhängt, um so Daten zu erhalten, die der Haltezeit entsprechen.

Die 7 zeigt ein Flussdiagramm eines Betriebs des ersten Ausführungsbeispiels. Bei einem Schritt S1 wird bestimmt, ob ein Kraftstoffdruck eines vorbestimmten Wert oder mehr (Kraftstoffdruck: Restdruck) an der Seite eines Förderrohrs (Kraftstoffkanal) aufweist.

Ein Druck wird auf den Kraftstoff durch eine Elektropumpe bei den Anschlusseinspritzkraftmaschinen aufgebracht. Jedoch ist es schwierig, den Kraftstoff in einen Zylinder durch Verwendung des Druckes durch die Elektropumpe einzuspritzen, so dass eine mechanische Pumpe bei Direkteinspritzkraftmaschinen (Zylindereinspritz-Brennkraftmaschinen) verwendet wird. Die mechanische Pumpe wird als Reaktion auf den Startvorgang der Kraftmaschine gestartet, um den Druck auf den Kraftstoff aufzubringen. Anders gesagt wird bei den Direkteinspritzkraftmaschinen kein Druck auf den Kraftstoff aufgebracht, wenn die Kraftmaschine ruht.

Wenn die Kraftmaschine für eine kurze Zeit wie zum Beispiel bei einem Leerlaufstopp bei einem Ölfahrtsystem gestoppt wird, dann wird andererseits bei dem ersten Ausführungsbeispiel angenommen, dass der Restdruck in dem Förderrohr verbleibt. Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist es nur dann möglich, wenn der Kraftstoffdruck bei der Direkteinspritzkraftmaschine verbleibt, den Kraftstoff durch den Kraftstoffdruck zu fördern und den Kraftstoff in den Expansionshubzylinder einzuspritzen. Bei dem Schritt 1 wird nämlich bestimmt, ob der Restdruck vorhanden ist oder fehlt.

Falls bestimmt wird, dass der Restdruck kleiner ist als der vorbestimmte Wert („Nein" bei dem Schritt S1), dann wird die Kraftmaschine ausschließlich unter Verwendung des Starters gestartet, d. h. ohne Durchführung der Kraftstoffeinspritzung und -zündung bei dem Expansionshubzylinder (Schritt S2). Wenn der Restdruck in dem Expansionshubzylinder unzureichend ist, ist es nämlich unmöglich, die Kurbelwelle hinreichend zu drehen, auch wenn die Kraftstoffeinspritzung und -zündung durchgeführt werden.

Falls bestimmt wird, dass der Restdruck gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist („Ja" bei dem Schritt S1), dann schreitet die Systemsteuerung zu einem Schritt S3.

Bei dem Schritt S3 wird der Drehwinkel der Kurbelwelle durch die anfängliche Verbrennung in den Expansionshubzylinder auf der Grundlage der Wassertemperatur und der Stoppposition der Kurbelwelle unter Verwendung der Abbildung vorhergesagt, wobei die Daten gemäß der 6 darin enthalten sind.

Bei einem Schritt S4 wird bestimmt, ob die Wassertemperatur zwischen E °C und F °C liegt. Falls die Wassertemperatur zu niedrig ist, d. h. kleiner als E °C, oder falls die Wassertemperatur zu hoch ist, d. h. größer als F °C, dann kann sich die Kurbelwelle nicht hinreichend drehen, auch wenn die Kraftstoffeinspritzung und -zündung bei dem Expansionshubzylinder durchgeführt werden.

Falls die Wassertemperatur nicht zwischen E °C und F °C („Nein" bei dem Schritt S4) liegt, dann wird die Kraftmaschine ausschließlich unter Verwendung des Starters gestartet, d. h. ohne Durchführung der Kraftstoffeinspritzung und -zündung bei dem Expansionshubzylinder (Schritt S2).

Falls die Wassertemperatur zwischen E °C und F °C liegt („Ja" bei dem Schritt S4), dann schreitet die Systemsteuerung zu einem Schritt S 5 weiter.

Die grafische Darstellung in der 3 kann grob in drei Bereiche eingeteilt werden. Ein erster Bereich entspricht einem Fall, bei dem die Wassertemperatur nicht zwischen E °C und F °C liegt. Ein zweiter Bereich entspricht einem Fall, bei dem die Wassertemperatur zwischen E °C und F °C liegt, aber der Drehwinkel der Kurbelwelle kurz ist, obwohl die Kurbelwelle durch die anfängliche Verbrennung so gedreht wird, dass eine Unterstützung des Starters erforderlich ist. Ein dritter Bereich entspricht einem Fall, bei dem die Wassertemperatur zwischen E °C und F °C liegt und sich die Kurbelwelle dreht, bis der Kolben in dem Folgezylinder den TDC des Verdichtungshubs ausschließlich durch die anfängliche Verbrennung überschreitet, so dass eine Unterstützung des Starters nicht erforderlich ist.

Bei einem Schritt S5 wird vorher gesagt, ob der Kolben in dem Folgezylinder den TDC des Verdichtungshubs ausschließlich durch die anfängliche Verbrennung bei dem Expansionshubzylinder überschreitet. Diese Vorhersage wird auf der Grundlage des Drehwinkels der Kurbelwelle, der bei dem Schritt S3 vorhergesagt ist, und dem Drehwinkel der Kurbelwelle durchgeführt, der für den Kolben bei dem Folgezylinder erforderlich ist, was aus der Stoppposition der Kurbelwelle erfasst wird, um den TDC des Verdichtungshubs zu überschreiten.

Falls der Kolben in dem Folgezylinder den TDC des Verdichtungshubs ausschließlich durch die anfängliche Verbrennung bei dem Expansionshubzylinder überschreiten kann („Ja" bei dem Schritt S5), dann wird die Kraftmaschine ausschließliche durch Durchführung der Kraftstoffeinspritzung und -zündung bei dem Expansionshubzylinder gestartet, d. h. ohne Verwendung des Starters (Schritt S 7).

Falls der Kolben in dem Folgezylinder den TDC des Verdichtungshubs ausschließlich durch die anfängliche Verbrennung in dem Expansionshubzylinder nicht überschreiten kann („Nein" bei dem Schritt S5), dann wird die Kraftmaschine sowohl durch Durchführung der Kraftstoffeinspritzung und -zündung in dem Expansionshubzylinder als auch unter Verwendung des Starters gestartet (Schritt S 6).

Es ist auch möglich, die Drehzahl der Kraftmaschine im Voraus zu messen, die durch die anfängliche Verbrennung in den Expansionshubzylinder bewirkt wird, und auf die Änderungen der Drehzahl, um diese als eine Abbildung in der gleichen Art und Weise wie den Drehwinkel der Kurbelwelle vorzubereiten. Daher ist es möglich, die Drehzahl und die Änderungen der Drehzahl auf der Grundlage der Stoppposition der Kurbelwelle und der Wassertemperatur vorherzusagen. Eine derartige Abbildung wird später als ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Somit ist es möglich, zu bestimmen, ob der Kolben in dem Folgezylinder den TDC des Verdichtungshubs durch die anfängliche Verbrennung überschreitet, d. h. ob eine Unterstützung des Starters erforderlich ist, indem die Wassertemperatur und die Stoppposition der Kurbelwelle erfasst werden, bevor die Kraftmaschine gestartet wird. Dieses Schema bietet die folgenden Vorteile.

Der Startermotor erfordert im Allgemeinen einen großen elektrischen Strom zum Starten, und daher wird der Startermotor nicht direkt erregt, sondern ein Magnetschalter wird durch ein Startrelais eingeschaltet, um den Startermotor zu erregen. Folglich wird der Startermotor beim Startvorgang stark verzögert (Ansprechverzögerung). Die Verzögerung beim Startvorgang 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 Reaktion auf das Ergebnis der Bestimmung gestartet wird, dann kann die optimale Startzeitgebung fehlen.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist es jedoch möglich, zu entscheiden, ob der Starter erforderlich ist, bevor die Kraftmaschine gestartet wird. Daher kann der Starter bei der optimalen Zeitgebung gestartet werden (der Starter wird erregt), indem die Verzögerungszeit berücksichtigt wird, auch wenn der Starter eine bestimmte Verzögerung beim Startvorgang aufweist. Somit ist es möglich, die Startfunktion durch die anfängliche Verbrennung in dem Expansionshubzylinder zu verbessern.

Da darüber hinaus der Drehwinkel der Kurbelwelle und/oder die Drehzahl der Kraftmaschine sowie die Änderungen der Drehzahl vor dem Start der Kraftmaschine vorhergesagt werden, kann der Starter dementsprechend gestartet werden. Daher ist es möglich, den Starter optimal zu steuern.

Falls außerdem bestimmt wird, dass der Starter zum Starten erforderlich ist, dann wird der Starter zum Starten der Kraftmaschine nicht aktiviert, wenn diese ruht, uns zwar anders als bei der herkömmlichen Art und Weise, aber sie wird aktiviert, um die Kraftmaschine weiter zu beschleunigen, die sich durch die anfängliche Verbrennung in dem Expansionshubzylinder bereits dreht. Daher wird der elektrische Stromverbrauch reduziert. Dies wurde bei dem Test gemäß der 10 bestätigt, was später beschrieben wird.

Es wurde vorstehend beschrieben, dass sowohl auf der Grundlage der Verbrennungsleistung und der Reibungskraft bestimmt wird, ob der Kolben in dem Folgezylinder den TDC des Verdichtungshubs durch die anfängliche Verbrennung überschreitet. Falls jedoch die Verbrennungsleistung ausreichend größer ist, dann kann die Bestimmung ausschließlich auf der Grundlage der Größe der Verbrennungsleistung durchgeführt werden.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wurde die Direkteinspritzkraftmaschine beschrieben, aber die vorliegenden Erfindung ist ebenso auf eine Anschlusseinspritzkraftmaschine anwendbar. Zum Kurbeln der Anschlusseinspritzkraftmaschine wird Kraftstoff im Voraus in einen Einlasskrümmer eingespritzt, wenn die Kurbelwelle stockt, und bei dem nachfolgenden Schritt ist ausschließlich eine Zündung erforderlich, um die Kurbelwelle zu drehen. Wie dies vorstehend zum Starten der Anschlusseinspritzkraftmaschine beschrieben ist, wird der Kraftstoff in den Einlasskrümmer eingespritzt, wenn die Anschlusseinspritzkraftmaschine ruht, und eine Elektropumpe wird zur Kraftstoffzufuhr verwendet. Daher wird der Schritt zum Überprüfen des Kraftstoffdruckes (Schritt S1) in der 7 nicht durchgeführt, aber der Kraftmaschinenstatus wird auf der Grundlage der Wassertemperatur und der Stoppposition der Kurbelwelle vorhergesagt, die Wassertemperatur wird überprüft, und es wird auf der Grundlage des vorhergesagten Drehwinkels der Kurbelwelle unter Bezugnahme auf die Abbildung bestimmt, ob der Starter gestartet werden muss (Schritte S 3 bis S 5).

Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 8 beschrieben.

Der folgende Betrieb wird auf der Grundlage des Betriebs des ersten Ausführungsbeispieles durchgeführt. Es werden nämlich Daten (nicht gezeigt) für die Wassertemperatur, die Drehzahl der Kraftmaschine durch die anfängliche Verbrennung in dem Expansionshubzylinder und von den Änderungen der Drehzahl im Vorfeld bei jeder Stoppposition der Kurbelwelle gewonnen, und die gewonnenen Daten werden als Abbildung gespeichert.

Falls bestimmt wird, dass der Starter in der gleichen Art und Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel gestartet werden soll, dann wird eine Startzeitgebung des Startermotors zum Starten der Kraftmaschine unter Bezugnahme auf die Abbildung erhalten, die bei dem zweiten Ausführungsbeispiel vorbereitet ist.

Bevor die Kraftmaschine gestartet wird, werden die Drehzahl der Kraftmaschine durch die anfängliche Verbrennung in dem Expansionshubzylinder und die Änderungen der Drehzahl auf der Grundlage der Wassertemperatur und der Stoppposition der Kurbelwelle unter Bezugnahme auf die Abbildung vorhergesagt. Auf der Grundlage des Ergebnisses der Vorhersage wird die Betriebsstartzeitgebung des Startermotors so festgelegt, dass der Startermotor und die Kraftmaschine in einer Periode miteinander gekoppelt sind, während der die Drehung der Kraftmaschine durch die anfängliche Verbrennung beschleunigt wird.

Es ist wünschenswert, dass der Startermotor und die Kraftmaschine miteinander gekoppelt sind, wenn eine Differenz zwischen ihren Drehzahlen klein ist. Dies ist dadurch begründet, dass Lärm reduziert werden kann, der durch die Kopplung zwischen Zahnrädern von den beiden und durch Abrasion von den Zahnrädern erzeugt wird. Die Betriebsstartzeitgebung des Starters wird so gesteuert (manchmal werden sogar die Drehzahlen gesteuert), dass die Zeitgebung der Kopplung der entsprechenden Zahnrädern synchronisiert wird, d. h. um die Drehzahl des Starters gleichzeitig identisch mit der Drehzahl der Kraftmaschine zu machen oder um die Differenz zwischen den Drehzahlen zu verkleinern.

Der Starter ist mit der Kraftmaschine gekoppelt, während der Starter beschleunigt wird. Daher ist es wünschenswert, dass die Kraftmaschine auch mit dem Starter gekoppelt ist, wenn die Drehung der Kraftmaschine durch die anfängliche Verbrennung beschleunigt wird.

Die 8 zeigt eine grafische Darstellung einer vorrübergehenden Änderung der Kurbelwellendrehzahl durch die anfängliche Verbrennung bei dem Expansionshubzylinder und der Starterdrehzahl. Die Drehzahl ist an der y-Achse aufgetragen, und die Zeit ist an der x-Achse aufgetragen.

Die Drehzahl der Kurbelwelle, die durch eine Kurve 10 angegeben ist, wird durch die anfängliche Verbrennung beschleunigt, um eine vorbestimmte Drehzahl zu erreichen, und danach fällt sie ab. Die Daten für die Änderungen der Drehzahl der Kurbelwelle, die durch die Kurve 10 angegeben ist, werden in der Abbildung durch vorherige Messungen gespeichert.

Wie dies in der 8 gezeigt ist, ist eine Periode, während der die Kurbelwellendrehzahl erhöht wird, eine Beschleunigungsperiode 11, und eine Periode, während der sie verringert wird, ist eine Verzögerungsperiode 12.

Gestrichelte Linien 13a bis 13c (Linien 13a bis 13c) in der 8 geben jeweils Drehzahlen des Startermotors an. Die Linien 13a bis 13c haben ausschließlich bei einer Startzeitgebung des Startermotors voneinander unterschiedliche Punkte.

Wie dies vorstehend beschrieben ist, werden der Starter und die Kraftmaschine in wünschenswerter Weise miteinander gekoppelt, wenn eine Differenz zwischen ihren Drehzahlen klein ist. Daher werden die Kurbelwelle und der Starter miteinander gekoppelt (Zahnräder von den beiden werden miteinander gekoppelt), wenn die Drehzahl der Kurbelwelle, die durch die Kurve 10 angegeben ist, gleich den jeweiligen Drehzahlen des Starters ist, die durch die verschiedenen Linien 13a bis 13c angegeben sind.

Nachdem der Starter mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, wir die Kurbelwelle durch den Starter beschleunigt, da die Drehzahl des Starter schneller ist. Anders gesagt ändert sich die Drehzahl der Kurbelwelle, wie dies durch eine dicke Linie 11a gezeigt ist, falls die Kurbelwelle mit dem Starter gekoppelt ist, die bei der Zeitgebung gestartet wird, die durch die Linie 13a angegeben ist. Falls die Kurbelwelle in ähnlicher Weise mit dem Starter gekoppelt ist, die bei der Zeitgebung gestartet wird, die durch die Linie 13b angegeben ist, dann ändert sich die Drehzahl der Kurbelwelle, wie dies durch eine dicke Linie 11b angegeben ist. Falls die Kurbelwelle darüber hinaus mit dem Starter gekoppelt ist, der bei der Zeitgebung gestartet wird, die durch die Linie 13c angegeben ist, dann ändert sich die Drehzahl der Kurbelwelle, wie dies durch eine dicke Linie 11c angegeben ist.

Falls die Änderung (Beschleunigung) der Drehzahl der Kurbelwelle vor und nach der Koppelung mit dem Starter kleiner ist, dann ist der durch die Koppelung hervorgerufene Stoß schwächer, und Lärm und Abrasion sind geringer, die durch die Kopplung der Zahnräder hervorgerufen werden. Von den durch die dicken Linien 11a bis 11c angegeben Änderungen bewirkt 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.

Der Starter ist mit der Kraftmaschine gekoppelt, während der Starter beschleunigt wird. Daher ist der Starter in wünschenswerter Weise mit der Kraftmaschine gekoppelt, wenn die Drehung der Kraftmaschine durch die anfängliche Verbrennung beschleunigt wird (die Beschleunigungsperiode 11), da der durch die Kopplung hervorgerufene Stoß reduziert ist.

Wie dies vorstehend beschrieben ist, muss die Zeitgebung zum Starten des Starters gemäß der Zeitgebung zum Starten der Kraftmaschine durch die anfängliche Verbrennung gesteuert werden. Um jedoch eine Verzögerung beim Starten des Starters zu verhindern, ist es erforderlich, ein Signal zum Starten des Starters zu erzeugen, bevor die Kraftmaschine durch die anfängliche Verbrennung gestartet wird. Bei der herkömmlichen Technik wird bestimmt, ob die Unterstützung des Starters erforderlich ist, nachdem die Kraftmaschine gestartet wurde. Daher kann der Starter nicht bei der optimalen Zeitgebung gestartet werden.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Erregungszeit des Startermotors bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel mit einem minimalen Betrag bestimmt, der für den Kolben eines Folgezylinders erforderlich ist, der jenem Zylinder folgt, bei dem die anfängliche Verbrennung durchgeführt wird (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 daher wird die Erregungszeit dementsprechend festgelegt.

Wenn die Zündung bei dem Folgezylinder durchgeführt wird, dann wird eine neue Traktion erzeugt, wodurch es möglich ist, die Unterstützung des Starters zu stoppen. Bei dem Beispiel ist es angemessen, dass die Unterstützung des Starters nur dann aufrecht erhalten wird, bis die Kurbelwelle bei dem Folgezylinder um (120-B)° bewirkt wird und den TDC des Verdichtungshubs überschreitet. Daher wird die Erregungszeit des Startermotors auf einen Betrag entsprechend dem Betrag der Unterstützung des Starters festgelegt. Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist es möglich, zu bestimmen, ob die Unterstützung des Starters gestoppt werden soll, und zwar auf der Grundlage der Position der Kurbelwelle, nämlich ob die Kurbelwelle um (120-B)° gedreht wurde.

Die 9 zeigt eine graphische Darstellung einer vorübergehenden Änderung eines elektrischen Stromes (Starterstrom), der durch den Startermotor hindurchtritt, wenn der Starter die Kraftmaschine startet, wenn die Kraftmaschine ruht, wie dies in herkömmlicher Weise durchgeführt wird.

Wie dies in der 9 gezeigt ist, bewirkt die Kopplung des Starters mit der Kraftmaschine eine Verzögerung des Startermotors, und dadurch fällt der Starterstrom plötzlich ab und erhöht sich geringfügig direkt nach dem Abfall (Bereich P).

Nach der Kopplung mit der Kraftmaschine schwingt der Starterstrom mehrmals vertikal wie eine Welle. Wenn der Starterstrom erhöht wird, dann bedeutet dies, dass die Kraftmaschine in dem Verdichtungshub ist, sodass die Last erhöht wird (Bereich Q). Wenn sich der Starterstrom verringert, dann bedeutet dies, dass der Kolben den TDC des Verdichtungshub überschreitet, sodass sich die Last verringert (Bereich R). In dem Bereich R ist die Kraftmaschine in dem Expansionshub, und die Kraftmaschine wird durch die Verbrennungsleistung beschleunigt, damit sie einmal von dem Starter entkoppelt wird, und dementsprechend werden die Zahnräder entkoppelt.

In einem Bereich S, in dem sich der Starterstrom auf das niedrige Niveau verringert hat und eine erneute Erhöhung beginnt, tritt die Kraftmaschine in den Verdichtungshub ein, sodass sich die Kraftmaschinendrehzahl verringert. Infolgedessen wird die Kraftmaschine erneut mit dem Starter gekoppelt.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel werden die Kraftstoffeinspritzung und -zündung bei dem Expansionshubzylinder durchgeführt, damit die Drehung der Kurbelwelle beginnt, und der Starter wird mit der Kurbelwelle gekoppelt, während der Starter beschleunigt wird. Dieser Punkt unterscheidet sich von dem herkömmlichen Verfahren zum Koppeln des Starters mit der Kurbelwelle, wenn diese ruht, und zum Starten der Drehung der Kurbelwelle. Wie dies in der 9 gezeigt ist, ist jedoch die vorübergehende Änderung des Starterstroms, nachdem die Startervorrichtung mit der Kraftmaschine gekoppelt wurde (die Kurve nach dem Bereich P) gleich wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel.

Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird die Erregungszeit des Startermotors so festgelegt, dass die Unterstützung des Starters durchgeführt wird, bis der Kolben in dem Folgezylinder den TDC des Verdichtungshubs überschreitet, aber sie wird nicht durchgeführt, nachdem der Kolben den TDC überschritten hat. Daher kann bei dem dritten Ausführungsbeispiel die Erregung des Starters bei einem Zeitpunkt T1 gestoppt werden, bei dem der elektrische 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 vorstehend beschrieben ist, ist es möglich, zu bestimmen, wann die Unterstützung des Starters zu stoppen ist, und zwar auf der Grundlage der vorübergehenden Änderung des Starterstroms.

Die 10 zeigt eine graphische Darstellung von Verhalten des Starterstroms und der Drehung der Kurbelwelle während des Startvorgangs der Kraftmaschine.

Das Bezugszeichen 21 bezeichnet eine vorübergehende Änderung des Drehwinkels der Kurbelwelle bei dem dritten Ausführungsbeispiel, und das Bezugszeichen 22 bezeichnet eine vorübergehende Änderung des Drehwinkels der herkömmlichen Kurbelwelle. Das Bezugszeichen 22 bezeichnet eine vorübergehende Änderung von Stromstärken des Starterstroms bei dem dritten Ausführungsbeispiel, und das Bezugszeichen 24 bezeichnet vorübergehende Änderungen von Stromstärken des Starterstroms bei der herkömmlichen Technik.

Herkömmlicherweise bewirkt die Startervorrichtung eine Drehung der Kurbelwelle zum Starten, wenn diese ruht (Punkt 22a), nachdem das Fließen des Stroms durch den Starter gestartet wurde (Punkt 22s). Die ansteigende Flanke an dem Punkt 22a stimmt mit dem Zeitpunkt eines Spitzenwertes 24a einer Linie 24 überein. Dadurch wird angegeben, dass die Zahnräder miteinander gekoppelt sind, damit die Drehung der Kurbelwelle zum Starten bewirkt wird. Bei diesem Zeitpunkt tritt vorübergehend ein großer Strom durch den Starter hindurch. Ein Bereich 24b gibt an, dass die Last so groß ist, dass der Kolben den TDC des Verdichtungshubs überschreitet und ein Bereich 24c gibt an, dass die Last aufgrund des Expansionshubes klein ist. Ein Bereich 24d gibt an, dass die Last aufgrund eines nächsten Verdichtungshubes groß ist.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel beginnt das Fließen des 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, dass die Größe der Stromstärke, die durch den Starter hindurch zu strömen beginnt, gleich ist wie bei der herkömmlichen Technik (Punkte 22s und 23s).

Da der Starter mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, die während der Beschleunigung der Startvorrichtung beschleunigt wird, ist die auf den Starter während der Koppelung aufgebrachte Last überhaupt nicht groß. Dies verhindert das Fließen eines übermäßigen Stromes durch den Starter.

Ein Punkt 23e gibt einen Zeitpunkt an, bei dem die Erregung des Starters gestoppt wird. Vor dem Punkt 23e gibt es einen Abschnitt, der angibt, dass sich die Last in dem Verdichtungshub erhöht, und dass sich die Stromstärke erhöht und dass dann der TDC des Verdichtungshubs überschritten wird, und dass sich die Last verringert und eine Verringerung der Stromstärke beginnt. Der Punkt 23e ist ein Zeitpunkt, bei dem eine Verringerung des Starterstroms beginnt. Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird bestimmt, ob die Unterstützung des Starters gestoppt wird, und zwar auf der Grundlage der vorübergehenden Änderung des Starterstroms.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist der Starter mit der Kurbelwelle gekoppelt, die während der Beschleunigung des Starters beschleunigt wird, und daher liegt der Zeitpunkt, bei dem der Kolben den TDC überschreitet, früher (Punkt 23e und Bereich 24b) als bei dem herkömmlichen Verfahren. Unter der gleichen Bedingung ist die Erregungszeit des herkömmlichen Starters geringfügig kürzer als eine Sekunde, während die Erregungszeit des Starters bei dem dritten Ausführungsbeispiel auf &agr; Sekunden (23e) unterdrückt werden kann.

Wie dies vorstehend beschrieben ist, gibt es zwei Verfahren das Verfahren zum Bestimmen des Stoppvorgangs auf der Grundlage der Position der Kurbelwelle und das Verfahren zum Bestimmen des Stoppvorgangs auf der Grundlage der Änderung der Stromstärke, die durch den Starter hindurch tritt. Zusätzlich kann die Erregungszeit als eine vorbestimmte Zeit nach dem Start des Starters festgelegt werden, wobei berücksichtigt wird, dass der Startvorgang des Starter verzögert werden kann, wenn diese ruht. Anders gesagt wird zunächst erfasst, dass die Kurbelwelle in einem vorbestimmten Winkel (120-B)° positioniert ist, und dann wird der Starter gestoppt, wenn auf der Grundlage der Position der Kurbelwelle bestimmt wird, dass der Starter gestoppt werden soll. Es ist zu beachten, dass der Starter nach einer Verzögerungszeit des Startvorgangs tatsächlich gestoppt wird, die nach jenem Zeitpunkt verstreicht, wenn ein Stoppsignal zu dem Starter gesendet wird. Bei diesem Verfahren kann eine tatsächliche Erregungszeit manchmal die geforderte minimale Zeit überschreiten.

Daher wird der Drehwinkel der Kurbelwelle entsprechend de Erregungszeit des Starters im Voraus gemessen, um die Ergebnisse der Messung als eine Abbildung zu erhalten. Bei dem Beispiel wird anders gesagt eine Erregungszeit des Starter aus der Abbildung erhalten, um den Drehwinkel der Kurbelwelle bei (120-B)° zu erhalten. Daher ist es durch Erregen des Starters ausschließlich während dieser Zeit möglich, die Erregungszeit auf das geforderte Minimum ohne einen Einfluss der Verzögerung bei dem Startvorgang zu unterdrücken.

Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Erregungszeit des Starters auf eine geforderte minimale Zeit zu reduzieren, und die Leistungsaufnahme zu reduzieren.

Falls die Verbrennung in dem Folgezylinder einen Fehler aufweist oder falls die Verbrennungsleistung der Verbrennung in dem Folgezylinder nicht angemessen ist, dann kann keine Verbrennung in dem Zylinder danach stattfinden, und dadurch ist es manchmal unmöglich, die Kraftmaschine zu starten.

Bei einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Startermotor gestartet, wenn unter Verwendung der Technik des ersten bis dritten Ausführungsbeispiels bestimmt wird, dass der Kolben in einem Zylinder (nachfolgend "dritter Zylinder"), der dem Folgezylinder folgt, den TDC des Verdichtungshubs nicht überschreitet, nachdem der Kolben in dem Folgezylinder, der dem Zylinder mit der anfänglichen Verbrennung folgt, den TDC des Verdichtungshubs überschritten hat.

Konkret wird bestimmt, ob der Kolben in dem dritten Zylinder den TDC des Verdichtungshubs überschreitet, indem die Drehgeschwindigkeit oder die Drehzahl der Kraftmaschine oder die Drehbeschleunigung der Kraftmaschine erfasst wird.

Zwei Fälle können betrachtet werden, bevor der Startermotor gestartet wird, damit der dritte Zylinder den TDC des Verdichtungshubs überschreitet. Bei einem Fall überschreitet der Kolben in dem Folgezylinder, der dem Zylinder mit der anfänglichen Verbrennung folgt, den TDC des Verdichtungshubs ausschließlich durch die anfängliche Verbrennung ohne Starten des Starters. Bei einem zweiten Fall überschreitet der Kolben in dem Folgezylinder den TDC des Verdichtungshubs durch Unterstützung der anfänglichen Verbrennung durch den Starter.

Bei dem vierten Ausführungsbeispiel wird die Erregung des Starters einmal gestoppt, wenn der Kolben des Folgezylinders den TDC des Verdichtungshubs überschritten hat, wie dies insbesondere bei dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Falls jedoch danach bestimmt wird, dass der Kolben des dritten Zylinders den TDC des Verdichtungshubs nicht überschreitet, dann wird der Startermotor erneut gestartet.

Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel kann die Kraftmaschine auch dann gestartet werden, falls keine Verbrennung in dem Folgezylinder auftritt oder falls die Verbrennungsleistung nicht angemessen ist.

Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel kann darüber hinaus die Erregungszeit des Starters auf eine minimale Zeit reduziert werden, die eine Reduzierung der Leistungsaufnahme ermöglicht, wenn dies mit dem herkömmlichen Startverfahren verglichen wird, bei dem der Starter weiterhin erregt wird, bis der Startvorgang abgeschlossen ist.

Bei dem vierten Ausführungsbeispiel wird der Startermotor für den dritten Zylinder während einer Drehung der Kurbelwelle gestartet, und die Erregungszeit des Startermotors wird als ein erforderlicher Betrag für den Kolben in dem dritten Zylinder zum Überschreiten des TDC des Verdichtungshubes bestimmt. Bei einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird dieses in der gleichen Art und Weise wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel verwirklicht.

Das fünfte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat die nachfolgend beschriebenen Vorteile.

Es wird ein kleinerer Strom verbraucht, da die Startrichtung mit der sich drehenden Kraftmaschine gekoppelt wird.

Es wird ein schwächerer Stoß hervorgerufen, wenn die Zahnräder miteinander gekoppelt werden, und daher werden sowohl Lärm als auch Abrasion auf ein niedriges Niveau gehalten.

Es ist eine Reduzierung der Leistungsaufnahme möglich, da die Erregungszeit des Starters auf ein Minimum reduziert werden kann.

Bei einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der jeweilige Betrieb des vierten und des fünften Ausführungsbeispiels durchgeführt, bis die Kraftmaschine ohne Unterstützung durch externe Leistung durch sich selbst betrieben werden kann. Bei einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Bestimmung durchgeführt, indem die Drehgeschwindigkeit oder die Drehzahl der Kraftmaschine oder die Drehbeschleunigung der Kraftmaschine erfasst wird.

Das sechste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat die nachfolgend beschriebenen Vorteile.

Die Kraftmaschine kann auch dann gestartet werden, falls keine Verbrennung in dem dritten Zylinder und den nachfolgenden Zylindern stattfindet.

Die Erregungszeit des Starters wird auf ein Minimum reduziert, was eine reduzierte Leistungsaufnahme ermöglicht, wenn dies mit dem herkömmlichen Startverfahren verglichen wird, bei dem der Starter erregt bleibt, bis der Startvorgang abgeschlossen ist.

Die 11 zeigt ein Funktionsblockdiagramm einer Startvorrichtung 110 gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Startvorrichtung 110 hat eine Vorhersageeinheit 100, eine Bestimmungseinheit 105, eine Startersteuervorrichtung 103, einen Starter 104 und eine Speichereinheit 105. Die Startvorrichtung 110 steuert eine Kraftmaschine 102. Die Kraftmaschine 102 hat eine Vielzahl Zylinder 102a und eine Kurbelwelle 102b, die Kolben (nicht gezeigt) im Inneren der Zylinder bewegt. Verschiedene Sensorarten (nicht gezeigt) messen vielfältige physikalische Eigenschaften der Kraftmaschine. Zum Beispiel misst ein Temperatursensor (nicht gezeigt) eine Temperatur des Wassers in der Kraftmaschine.

Die Speichereinheit 105 speichert die vorstehend erwähnten vielen Abbildungen. Die Vorhersageeinheit 100 sagt einen Zustand der Kurbelwelle 102b auf der Grundlage von vielfältigen Parametern (zum Beispiel der Kurbelwellenposition und der Wassertemperatur) und den Abbildungen voraus, die in der Speichereinheit 105 gespeichert sind. Die Bestimmungseinheit bestimmt, ob die Kraftmaschine 102 direkt durch die Verbrennungsleistung starten wird, oder ob der Starter 104 zum Starten der Kraftmaschine 102 erforderlich ist. Falls der Starter erforderlich ist, dann sendet die Bestimmungseinheit 101 ein Signal (nicht gezeigt) zu der Startersteuervorrichtung 103. Die Startersteuervorrichtung 103 sieht eine Steuerung zum Starten des Starters 104 vor.

Gemäß der Startvorrichtung für die Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Starter bei einer optimalen Zeitgebung gestartet, welche eine Verbesserung des Startvermögens zum Zünden ermöglicht, der dem Expansionshubzylinder zugeführt wird.

Auch wenn die Erfindung hinsichtlich eines spezifischen Ausführungsbeispieles zur vollständigen und klaren Offenbarung beschrieben ist, sind die beigefügten Ansprüche nicht darauf beschränkt, sondern sie können Abwandlungen und alternative Aufbauten abdecken, die ein Fachmann aus der hierbei dargestellten technischen Lehre erkennt.

Eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine (102) sagt voraus, ob ein Starter (104) eine Kurbelwelle (102b) der Kraftmaschine (102) unterstützen muss, bevor Kraftstoff in einen Zylinder bei einem Expansionshub gezündet wird, und sie startet den Starter (104) vor dem Zünden des Kraftstoffes in einem Zylinder bei einem Expansionshub, falls entschieden wird, dass der Starter (104) erforderlich ist.


Anspruch[de]
  1. Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine (102), die Kraftstoff in einem Expansionshubzylinder zündet, welcher ein Zylinder bei einem Expansionshub aus einer Vielzahl Zylinder (102a) der Brennkraftmaschine (102) ist, um die Brennkraftmaschine (102) zu starten, mit:

    einer Vorhersageeinheit (100), die einen Zustand einer Kurbelwelle (102b) der Zylinder (102a) vorhersagt, wenn der Kraftstoff in dem Expansionshubzylinder gezündet wird; und

    einer Bestimmungseinheit (101), die auf der Grundlage des vorhergesagten Zustandes bestimmt, ob ein Starter (104) zum Unterstützen einer Bewegung der Kurbelwelle (102b) zu starten ist.
  2. Startvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei

    die Vorhersageeinheit (100) einen Zustand der Kurbelwelle (102b) vorhersagt, bevor eine erste Zündung in dem Expansionshubzylinder durchgeführt wird, und

    die Bestimmungseinheit (101) bestimmt, ob der Starter (104) zu starten ist, bevor die erste Zündung in dem Expansionshubzylinder durchgeführt wird.
  3. Startvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die 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 bis 3, wobei die Vorhersageeinheit (100) eine Verbrennungsleistung schätzt, die dann erzeugt wird, wenn der Kraftstoff in dem Expansionshubzylinder gezündet wird, und den Zustand der Kurbelwelle (102b) auf der Grundlage der geschätzten Verbrennungsleistung vorhersagt.
  5. Startvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Vorhersageeinheit (100) eine Sauerstoffmenge in dem Expansionshubzylinder schätzt und die Verbrennungsleistung auf der Grundlage der geschätzten Sauerstoffmenge schätzt.
  6. Startvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Vorhersageeinheit (100) die Sauerstoffmenge auf der Grundlage einer Stoppposition der Kurbelwelle (102b) entsprechend einer Luftkapazität in dem Expansionshubzylinder schätzt.
  7. Startvorrichtung gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei die Vorhersageeinheit (100) eine Luftdichte in dem Expansionshubzylinder schätzt und die Sauerstoffmenge auf der Grundlage der geschätzten Luftdichte schätzt.
  8. Startvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Vorhersageeinheit (100) die Luftdichte auf der Grundlage der Wassertemperatur in der Brennkraftmaschine (102) schätzt.
  9. Startvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die Vorhersageeinheit (100) eine Reibungskraft schätzt, die dann erzeugt wird, wenn der Kraftstoff in dem Expansionshubzylinder gezündet wird, und den Zustand der Kurbelwelle (102b) sowohl auf der Grundlage der geschätzten Reibungskraft als auch auf der Grundlage der geschätzten Verbrennungsleistung vorhersagt.
  10. Startvorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die Vorhersageeinheit (100) die Reibungskraft auf der Grundlage der Reibung schätzt, die dann 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 Stoppposition der Kurbelwelle (102b) schätzt, die der Verdichtungsarbeit in dem Folgezylinder entspricht.
  12. Startvorrichtung gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei die Vorhersageeinheit (100) eine Ölviskosität entsprechend der Reibung schätzt und die Reibungskraft auf der Grundlage der geschätzten Ölviskosität schätzt.
  13. Startvorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei die Vorhersageeinheit (100) die Ölviskosität auf der Grundlage der Wassertemperatur in der Brennkraftmaschine (102) schätzt.
  14. Startvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Zustand der Kurbelwelle (102b) entweder ein Drehwinkel der Kurbelwelle (102b) oder eine Drehzahl der Brennkraftmaschine (102) ist.
  15. Startvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, des weiteren mit einer Startersteuervorrichtung (103), die den Starter (104) beim Aufnehmen eines Triggersignals von der Bestimmungseinheit (101) steuert, wenn die Bestimmungseinheit (101) bestimmt, dass der Starter (104) zu starten ist, wobei die Startersteuervorrichtung (103) eine Steuerung zum Starten des Starters (104) vorsieht, nachdem der Kraftstoff in dem Expansionshubzylinder gezündet wurde.
  16. Startvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, des weiteren mit einer Startersteuervorrichtung (103), die den Starter (104) beim Aufnehmen eines Triggersignals von der Bestimmungseinheit (101) steuert, wenn die Bestimmungseinheit (101) bestimmt, dass der Starter (104) zu starten ist, wobei die Startersteuervorrichtung (103) eine Steuerung zum Starten des Starters (104) bei einer Zeitgebung dergestalt vorsieht, 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 bis 16, des weiteren mit einer Startersteuervorrichtung (103), die den Starter (104) beim Aufnehmen eines Triggersignals von der Bestimmungseinheit (101) steuert, wenn die Bestimmungseinheit (101) bestimmt, dass der Starter (104) zu starten ist, wobei die Startersteuervorrichtung (103) eine Steuerung zum Zuführen eines Stroms in den Starter (104) dergestalt vorsieht, dass der zugeführte Strom eine minimale Größe aufweist, die für einen Kolben in einem Folgezylinder, der dem Expansionshubzylinder folgt, zum Überschreiten eines oberen Totpunktes eines Verdichtungshubes erforderlich ist.
  18. Startvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, des weiteren mit einer Startersteuervorrichtung (103), die den Starter (104) beim Aufnehmen eines Triggersignals von der Bestimmungseinheit (101) steuert, wenn die Bestimmungseinheit (101) bestimmt, dass der Starter (104) zu starten ist, wobei die Startersteuervorrichtung (103) eine Steuerung zum Starten des Starters (104) bei einer Zeitgebung dergestalt vorsieht, dass, wenn der Starter (104) gestartet wird und nach einer bestimmten Zeit gestoppt wird, aber ein zweites Mal gestartet wird, da bestimmt wird, dass der Drehzustand der Kurbelwelle (102b) den Starter (104) erneut starten muss, eine Startzeitgebung beim zweiten Mal so eingestellt ist, dass der Starter (104) während einer Drehung der Kurbelwelle (102b) mit der Brennkraftmaschine (102) gekoppelt wird.
  19. Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine, das ein Zünden von Kraftstoff in einem Expansionshubzylinder aufweist, der ein Zylinder bei einem Expansionshub aus einer Vielzahl Zylinder der Brennkraftmaschine ist, um die Brennkraftmaschine zu starten, mit:

    Vorhersagen eines Zustands einer Kurbelwelle des Zylinders, wenn der Kraftstoff in dem Expansionshubzylinder gezündet wird; und

    Bestimmen, ob ein Starter zum Unterstützen einer Bewegung der Kurbelwelle zu starten ist, und zwar auf der Grundlage des vorhergesagten Zustandes.
  20. Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei

    das Vorhersagen durchgeführt wird, bevor eine erste Zündung in dem Expansionshubzylinder durchgeführt wird, und

    das Bestimmen durchgeführt wird, bevor die erste Zündung in dem Expansionshubzylinder durchgeführt wird.
Es folgen 7 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
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H Elektrotechnik

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