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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Steuereinheit zum Betrieb eines Ölkreislaufs eines Verbrennungsmotors, insbesondere zur Schwingungsdämpfung und/oder Bremsung des Motorauslaufs des Verbrennungsmotors während eines Motorstopps.
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Ein Fahrzeug, insbesondere ein Straßenkraftfahrzeug, weist heute meist einen Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor auf. Der Verbrennungsmotor kann im Betrieb des Fahrzeugs wiederholt gestoppt werden, z.B. im Rahmen einer Motor-Stopp-Automatik, insbesondere um den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors zu reduzieren. In Reaktion auf einen Stopp des Verbrennungsmotors läuft der Motor bis zum Stillstand der Kurbelwelle des Motors aus. Während des Motorauslaufs kann es zu Schwingungen des Verbrennungsmotors, insbesondere der Kurbelwelle, kommen. Des Weiteren kann der Motorauslauf einen relativ langen Zeitraum in Anspruch nehmen, wobei die Zeitdauer des erforderlichen Zeitraums für den Motorauslauf relativ stark variieren kann.
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Der Motorauslauf kann zusätzlich zu der inneren Reibung des Verbrennungsmotors durch Aktivierung eines Peripheriegerätes und/oder eines Getriebes des Fahrzeugs gebremst werden, um die Zeitdauer des Motorauslaufs zu verkürzen. Ein Peripheriegerät und/oder das Getriebe unterliegen jedoch typischerweise begrenzten Betriebsbedingungen und den jeweils beim Motorauslauf vorliegenden Umgebungsbedingungen, und sind somit typischerweise nur eingeschränkt für die Abbremsung des Motorauslaufs einsetzbar. Insbesondere sind typischerweise eine Steuerung und/oder Regelung der Abbremsung des Motorauslaufs nur eingeschränkt möglich.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine verbesserte Schwingungsdämpfung und/oder Abbremsung der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors während eines Motorauslaufs zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird durch jeden der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
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Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zum Betrieb eines Ölkreislaufs eines Verbrennungsmotors beschrieben. Der Verbrennungsmotor kann z.B. einen MehrZylinder (z.B. einen Vier-, Sechs- oder Acht-Zylinder) Motor, insbesondere einen Ottomotor oder Dieselmotor, umfassen. Dabei kann der Verbrennungsmotor eine Kurbelwelle aufweisen, die bei Betrieb des Verbrennungsmotors angetrieben wird. Der Ölkreislauf kann ein oder mehrere mit Öl zu schmierende Komponenten des Verbrennungsmotors umfassen. Beispielhafte zu schmierende Komponenten des Verbrennungsmotors sind: zumindest ein Kurbelwellenlager; zumindest ein Pleuellager; zumindest ein Zylinderkopf; zumindest ein Kolben; und/oder zumindest ein Bolzen.
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Des Weiteren umfasst der Ölkreislauf eine Ölpumpe, die eingerichtet ist, Öl durch den Ölkreislauf zu pumpen. Insbesondere kann durch die Ölpumpe Öl an und/oder durch zu schmierende Komponenten des Verbrennungsmotors gepumpt werden. Dabei kann durch den Betrieb der Ölpumpe der Öldruck in ein oder mehreren der zu schmierenden Komponenten des Verbrennungsmotors erhöht werden. Eine Erhöhung des Öldrucks führt typischerweise zu einer erhöhten inneren Reibung an den ein oder mehreren zu schmierenden Komponenten des Verbrennungsmotors. Alternativ oder ergänzend kann durch den Betrieb der Ölpumpe das Schleppmoment für den Verbrennungsmotor erhöht werden.
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Das Verfahren umfasst das Bestimmen, dass der Verbrennungsmotor gestoppt wird, und dass die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors infolge des Stopps des Verbrennungsmotors (frei) ausläuft oder auslaufen wird. Dabei kann der Auslauf der Kurbelwelle derart erfolgen, dass die Kurbelwelle von dem Antriebsstrang des Fahrzeugs, in dem sich der Verbrennungsmotor befindet, entkoppelt ist.
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Beispielsweise kann zum Bestimmen, dass ein Motorstopp des Verbrennungsmotors erfolgt, erkannt werden, dass der Verbrennungsmotor durch eine Motor-Stopp-Automatik (z.B. an einer Ampel oder beim sogenannten Segeln) gestoppt wird. Alternativ oder ergänzend kann erkannt werden, dass ein Fahrer des Fahrzeugs einen Motorstopp verursacht hat (z.B. durch Betätigung eines Motorstopp-Schalters bzw. Tasters).
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Außerdem umfasst das Verfahren, in Reaktion auf das Bestimmen, dass ein Motorstopp erfolgt, das Betreiben der Ölpumpe des Ölkreislaufs, um zumindest zeitweise (oder durchgängig) während des Auslaufs der Kurbelwelle ein Brems- und/oder ein Verzögerungsmoment auf die Kurbelwelle zu erhöhen. Mit anderen Worten, die Ölpumpe des Ölkreislaufs kann betrieben werden, um die Kurbelwelle abzubremsen.
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Dabei kann die Ölpumpe des Ölkreislaufs derart betrieben werden, dass ein Maß an Schwingungen der Kurbelwelle und/oder des Verbrennungsmotors während des Auslaufs der Kurbelwelle im Vergleich zu einem Auslauf der Kurbelwelle ohne Betrieb der Ölpumpe reduziert wird. Alternativ oder ergänzend kann die Ölpumpe des Ölkreislaufs derart betrieben werden, dass eine Zeitdauer des Auslaufs der Kurbelwelle im Vergleich zu einem Auslauf der Kurbelwelle ohne Betrieb der Ölpumpe reduziert wird.
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Der Ölkreislauf eines Verbrennungsmotors kann somit in effizienter und flexibler Weise dazu genutzt werden, Schwingungen bei einem Motorauslauf zu dämpfen und/oder die Zeitdauer des Motorauslaufs zu reduzieren.
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Insbesondere kann die Ölpumpe betrieben werden, um den Druck des Öls in dem Ölkreislauf, z.B. den Druck des Öls in ein oder mehreren mit dem Öl geschmierten Komponenten des Verbrennungsmotors, zu erhöhen. So kann die innere Reibung des Verbrennungsmotors erhöht werden, um Schwingungen zu dämpfen und/oder um den Motorauslauf zu beschleunigen.
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Die Ölpumpe kann eingerichtet sein, die Pumpleistung an Öl über der Zeit zu verändern. Die Pumpleistung der Ölpumpe kann dann während des Auslaufs der Kurbelwelle gesteuert und/oder geregelt werden. Insbesondere kann die Pumpleistung während des Zeitraums des Auslaufs der Kurbelwelle (ggf. mehrfach und/oder kontinuierlich) verändert werden. Der Zeitraum des Auslaufs der Kurbelwelle kann sich dabei von einem Anfangszeitpunkt bis zu einem Endzeitpunkt erstrecken, wobei die Kurbelwelle an dem Anfangszeitpunkt eine Anfangsdrehzahl (z.B. eine Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors) aufweist und wobei die Kurbelwelle an dem Endzeitpunkt eine Enddrehzahl (z.B. die Drehzahl Null) aufweist. Bevorzugt wird das beschriebene Verfahren für Motorstopps durchgeführt, die bis zum Stillstand der Kurbelwelle durchgeführt werden. Das beschriebene Verfahren kann aber auch vorteilhaft für Motorstopps durchgeführt werden, bei denen die Kurbelwelle bei Motorneustart eine Enddrehzahl aufweist, die größer als Null ist.
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Zur Anpassung der Pumpleistung der Ölpumpe kann im Rahmen des Verfahrens Schwingungs-Information in Bezug auf Schwingungen des Verbrennungsmotors während des Auslaufs der Kurbelwelle ermittelt werden. Die Schwingungs-Information kann z.B. mittels eines Drehzahlsensors und/oder mittels eines Schwingungs- bzw. Beschleunigungssensors ermittelt werden.
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Die Pumpleistung der Ölpumpe während des Auslaufs der Kurbelwelle kann dann in Abhängigkeit von der Schwingungs-Information gesteuert und/oder geregelt werden, insbesondere um eine Amplitude und/oder ein Ausmaß der Schwingungen des Verbrennungsmotors zu reduzieren. Durch eine Veränderung der Pumpleistung während des Auslaufs der Kurbelwelle kann somit die Dämpfung von Schwingungen weiter verbessert werden.
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Die Ölpumpe kann hydro-mechanisch mit der Kurbelwelle gekoppelt sein. Alternativ oder ergänzend kann die Ölpumpe durch ein von der Kurbelwelle während des Auslaufs der Kurbelwelle bewirktes Drehmoment betrieben werden. So kann in besonders effektiver Weise durch den Betrieb der Ölpumpe des Ölkreislaufs des Verbrennungsmotors ein zusätzliches Brems- und/oder Verzögerungsmoment auf die Kurbelwelle bewirkt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Steuereinheit zum Betrieb eines Ölkreislaufs eines Verbrennungsmotors beschrieben. Die Steuereinheit ist eingerichtet, zu bestimmen, dass der Verbrennungsmotor gestoppt wird, und eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors infolge des Stopps des Verbrennungsmotors ausläuft oder auslaufen wird. Des Weiteren ist die Steuereinheit eingerichtet, in Reaktion darauf, eine Ölpumpe des Ölkreislaufs zu betreiben, um zumindest zeitweise während des Auslaufs der Kurbelwelle ein Bremsmoment auf die Kurbelwelle zu erhöhen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug, insbesondere ein Straßenkraftfahrzeug (etwa ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben. Das Fahrzeug umfasst einen Verbrennungsmotor, der eingerichtet ist, das Fahrzeug anzutreiben. Außerdem umfasst das Fahrzeug einen Ölkreislauf mit einer Ölpumpe, wobei der Ölkreislauf eingerichtet ist, Öl zu zu schmierenden Komponenten des Verbrennungsmotors zu führen. Des Weiteren umfasst das Fahrzeug die in diesem Dokument beschriebene Steuereinheit.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
- 1 ein beispielhaftes Antriebssystem für ein Fahrzeug;
- 2 einen beispielhaften Ölkreislauf eines Verbrennungsmotors;
- 3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Beeinflussung des Motorauslaufs eines Verbrennungsmotors; und
- 4 beispielhafte zeitliche Verläufe der Motordrehzahl während eines Motorauslaufs.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Steuerung und/oder Regelung des Motorauslaufs eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs (z.B. im Rahmen einer Motor-Stopp-Automatik). In diesem Zusammenhang zeigt 1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Antriebssystems 100 eines Fahrzeugs. Das Antriebssystem 100 umfasst einen Verbrennungsmotor 102 (z.B. einen Ottomotor oder einen Dieselmotor), der eingerichtet ist, eine Kurbelwelle 103 des Verbrennungsmotors 102 anzutreiben. Die Kurbelwelle 103 kann (z.B. über ein Getriebe) mit ein oder mehreren Antriebsrädern des Fahrzeugs gekoppelt sein.
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Des Weiteren umfasst das Antriebssystem 100 eine Ölpumpe 105, die eingerichtet ist, Öl zu unterschiedlichen Komponenten des Verbrennungsmotors 102 zu pumpen, um die Komponenten des Verbrennungsmotors 102 zu schmieren. 2 zeigt einen beispielhaften Ölkreislauf 200 eines Verbrennungsmotors 100. Die Ölpumpe 105 ist eingerichtet, Öl 205 aus einer Ölwanne 204 (die z.B. im unteren Bereich des Kurbelwellengehäuses des Verbrennungsmotors 102 angeordnet sein kann) in den Ölkreislauf 200 zu pumpen. Insbesondere kann Öl 205 in Kurbelwellenlager 203 der Kurbelwelle 103 gepumpt werden, wobei die Kurbelwellenlager 203 als Gleitlager ausgebildet sein können. Des Weiteren kann Öl 205 in Pleuellager, zu den Kolben, zu den Bolzen und/oder zu den Zylinderköpfen 202 des Verbrennungsmotors 102 gepumpt werden. Das Öl 205 kann dann (ggf. indirekt über ein Ölfilter und/oder eine Ölkühlung 201) in die Ölwanne 204 fließen. Alternativ oder ergänzend kann das Öl 205 durch das Ölfilter und/oder die Ölkühlung 201 gepumpt werden, bevor das Öl 205 zu den Komponenten 202, 203 des Verbrennungsmotors 102 geführt wird.
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2 zeigt beispielhaft einen Ölkreislauf 200 nach dem Prinzip der Druckumlaufschmierung. Es sei darauf hingewiesen, dass die beschriebenen Maßnahmen auch für andere Typen von Ölkreisläufen 200 anwendbar sind, insbesondere bei einem Trockensumpfschmierungssystem, bei dem das Öl 205 nicht aus der Ölwanne 204 sondern aus einem separaten Ölbehältnis gepumpt wird.
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Eine Steuereinheit 101 des Antriebssystems 100 kann eingerichtet sein, zu bestimmen, dass der Verbrennungsmotor 102 gestoppt werden soll (z.B. infolge eines Befehls einer Motor-Stopp-Automatik oder eines Fahrers des Fahrzeugs). In Reaktion darauf kann eine Kraftstoffzufuhr zu dem Verbrennungsmotor 102 unterbunden werden. Als Folge daraus, kann die Kurbelwelle 103 frei auslaufen, wobei sich die Drehzahl der Kurbelwelle 103 aufgrund der internen Reibung in dem Antriebssystem 100 und insbesondere in dem Verbrennungsmotor 102 relativ langsam reduziert. Die progressive Reduktion der Drehzahl während eines Motorauslaufs ist durch den zeitlichen Verlauf 401 der Drehzahl der Kurbelwelle 103 in 4 veranschaulicht.
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Die Steuereinheit 101 kann ferner eingerichtet sein, die Ölpumpe 105 des Ölkreislaufs 200 des Verbrennungsmotors 102 zu betreiben, um eine zusätzliche Verzögerung bzw. Bremsung der Kurbelwelle 103 zu bewirken. Insbesondere kann die Ölpumpe 105 betrieben werden, um den Druck des Öls 205 in dem Ölkreislauf 200, insbesondere in ein oder mehreren der Komponenten 202, 203 des Verbrennungsmotors 103, zu erhöhen. Durch den erhöhten Öldruck steigt die Reibung an den geschmierten Komponenten 202, 203 des Verbrennungsmotors 103, was zu einer zusätzlichen Verzögerung bzw. Bremsung der Kurbelwelle 103 führt.
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Des Weiteren wirkt der zusätzliche Betrieb der Ölpumpe 105 als zusätzliche Last für den Verbrennungsmotor 102. Dies gilt insbesondere bei Verwendung einer hydro-mechanischen Ölpumpe 105, die durch das Drehmoment der Kurbelwelle 103 betrieben wird, um Öl 205 durch den Ölkreislauf 200 zu pumpen.
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Es kann somit der Ölkreislauf 200 eines Verbrennungsmotors 102 gezielt in die Steuerung und/oder Regelung des Motorauslaufs einbezogen werden. Insbesondere kann ein gezieltes Zuschalten der Ölpumpe 105 während eines Motorstopps (insbesondere eines Motorstopps der Motor-Stopp-Automatik) erfolgen. So kann der Öldruck während des Zeitraumes des Motorstopps, d.h. während des Motorauslaufs, erhöht werden. Als Folge daraus kann die innere Reibung des Verbrennungsmotors 102 erhöht werden. Des Weiteren wird die zusätzliche Antriebsleistung für die Ölpumpe 105 typischerweise durch den Verbrennungsmotor 102 aufgebracht, was zu einer zusätzlichen Abbremsung der Kurbelwelle 103 führt. Durch das Anheben des Druckniveaus der Ölpumpe 105 bei einem Motorstopp kann somit einerseits das Schleppmoment der Ölpumpe 105 erhöht, und andererseits der Öldruck in weitreichenden Teilen des Ölkreislaufs 200 angehoben werden. So können Schwingungen beim Abstellen des Motors 102 verringert und die Auslaufzeit verkürzt werden.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 300 zum Betrieb eines Ölkreislaufs 200 eines Verbrennungsmotors 102. Das Verfahren 300 kann durch eine Steuereinheit 101 des Verbrennungsmotors 102 ausgeführt werden. Das Verfahren 300 umfasst das Bestimmen 301, dass der Verbrennungsmotor 102 gestoppt wird, und eine Kurbelwelle 103 des Verbrennungsmotors 102 infolge des Stopps des Verbrennungsmotors 102 ausläuft oder auslaufen wird. Dabei kann sich der Verbrennungsmotor 102 während des Auslaufs der Kurbelwelle 103 im Leerlauf befinden. Insbesondere kann die Kurbelwelle 103 von Antriebsrädern des Fahrzeugs, das den Verbrennungsmotor 103 umfasst, entkoppelt sein.
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Des Weiteren umfasst das Verfahren 300, in Reaktion darauf, dass bestimmt wurde, dass der Verbrennungsmotor 102 gestoppt wird, das Betreiben 302 einer Ölpumpe 105 des Ölkreislaufs 200, um zumindest zeitweise während des Auslaufs der Kurbelwelle 103 ein Brems- bzw. Verzögerungsmoment auf die Kurbelwelle 103 zu erhöhen. Die Ölpumpe 105 des Ölkreislaufs 200 kann somit dazu verwendet werden, Schwingungen während eines Auslaufs der Kurbelwelle 103 zu dämpfen und/oder den Auslauf der Kurbelwelle 103 zu beschleunigen.
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Durch die beschriebenen Maßnahmen kann somit in effizienter und präziser Weise ein (zusätzliches) Abbremsen eines Verbrennungsmotors 102 bewirkt werden. Bei Verwendung einer regelbaren Ölpumpe 105 können regel- bzw. steuerbare Eingriffe in die Verzögerung der Welle 103 des Verbrennungsmotors 102 bewirkt werden. Des Weiteren können durch eine direkte hydro-mechanische Verbindung zwischen Verbrennungsmotor 102 und Ölkreislauf 200 Abstellschwingungen des Motors 102 zuverlässig gedämpft werden. So können schwingungsreduzierte Motorstopps mit verkürzten Abstellzeiten bewirkt werden. Dies ist beispielhaft durch den zeitlichen Verlauf 402 der Drehzahl der Kurbelwelle 103 eines Verbrennungsmotors 102 in 4 dargestellt. Insbesondere ist aus 4 zu entnehmen, dass durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen, der Motorauslauf eines Verbrennungsmotors 102 zuverlässig beschleunigt werden kann.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.