(57)【要約】  本発明は、スタータ（８）としての電気機械によって始動される内燃機関（１）を短時間ストップし、またスタートするための自動車における内燃機関（１）のスタート・ストップモードの制御方法に関する。検出装置によってクランク軸（２）の位置および回転数が内燃機関（１）の運転中、また内燃機関（１）の停止動作後、例えば短時間のストップ時に検出される。内燃機関（１）の停止動作後のクランク軸（２）の回転数の経過が予め能動的かつ新規に算出される。
2011530036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタータ（８）としての電気機械によって始動される内燃機関（１）を短時間ストップし、またスタートするための自動車における内燃機関（１）のスタート・ストップモードの制御方法であって、
検出装置によってクランク軸（２）の位置および回転数が前記内燃機関（１）の運転中、また前記内燃機関（１）の停止動作後、例えば短時間のストップ時に検出される、内燃機関のスタート・ストップモードの制御方法において、
前記内燃機関（１）の停止動作後の前記クランク軸（２）の回転数の経過を予め能動的かつ新規に算出することを特徴とする、内燃機関のスタート・ストップモードの制御方法。
【請求項２】
前記内燃機関（１）の前記クランク軸（２）の角速度を、前記クランク軸（２）の特徴的な位置、例えば回帰的な位置において、前記内燃機関（１）の惰性運転中に検出および算出する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記クランク軸（２）の角速度を点火可能な上死点（ＺＯＴ）において検出および算出する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
点火可能な上死点（ＺＯＴ）での角速度の少なくとも２つの値から、後続の点火可能な上死点（ＺＯＴ３）に関する少なくとも１つの第３の値を算出する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
点火順序の組み合わせとしての内燃機関の２つのシリンダの第１のシリンダの減圧段階のエネルギ損失と、第２のシリンダの圧縮段階のエネルギ損失とからなる補正係数、例えば平均化された補正係数を算出および考慮し、将来の上死点における角速度を算出する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
高速時の回転数経過をあるサンプリングレートでもって前記内燃機関（１）におけるセンサ装置によって検出し、求められた値を停止直前の低回転数を予測するために評価する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記クランク軸（２）の角速度を事前に算出し、算出された角速度に基づき、始動するスタータ（８）のための同期回転数を検出し、続いて、前記スタータ（８）のスタータピニオン（９）を、惰性運転中で回転数が低下していく前記内燃機関（１）のリングギヤ（６）に実質的に同期された回転数で噛み合わせる、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
リングギヤにスタータピニオン（９）が噛み合わされている前記クランク軸（２）の角速度を事前に算出し、事前に算出された、前記クランク軸（２）が停止すると予測される位置に依存して、前記スタータ（８）に短時間の適切な給電を行い、前記クランク軸（２）の振り戻しを回避する、および／または、例えば、６シリンダ内燃機関において次の点火可能な上死点（ＺＯＴ）の手前の６０°より大きい角度、殊に有利には約８０°〜１００°の角度、非常に有利には約９０°の角度を有するエンジン固有の好適な位置まで前記クランク軸（２）を回転させる、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
コンピュータプログラムが制御部において実行される場合に、請求項１から８までの少なくとも１項記載の方法の全てのステップを実施するためにプログラム命令と共にプログラムメモリ（１７）にロードされる、コンピュータプログラム製品。
【請求項１０】
スタータ（２）としての電気機械によって始動される内燃機関（１）を短時間ストップし、またスタートするための車両における内燃機関（１）のスタート・ストップモードのための制御部であって、
前記制御部がプログラムメモリを備えたマイクロコンピュータ（１６）を有している、制御部において、
前記マイクロコンピュータ（１６）が、始動装置を所期のように駆動制御するために、検出装置、評価装置および制御装置として構成されており、例えば、前記プログラムメモリ（１７）に請求項９記載のコンピュータプログラム製品がロードされ、殊に有利には請求項１から８までのいずれか１項記載の方法が実施されることを特徴とする、制御部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出装置によってクランク軸の位置および回転数が内燃機関の運転中、また内燃機関の停止動作後、殊に短時間のストップ時に検出される、スタータとしての電気機械によって始動される内燃機関を短時間ストップし、またスタートするための自動車における内燃機関のスタート・ストップモードの制御方法および制御装置に関する。さらに本発明は、コンピュータプログラム製品ならびにプログラムメモリを備えたマイクロコンピュータを有する制御部に関する。
【０００２】
燃料を節約し、また内燃機関の排ガスエミッションを削減するために、例えば信号待ちの際、または短時間のストップを強制する他の交通障害において、機関制御部が所定の停止条件にしたがい、殊に所定の時間の経過後に、車両における内燃機関の停止動作を行うことが公知である。通常の場合、内燃機関はそのリングギヤに噛み合わされるスタータピニオンを有するスタータを用いて始動される。スタータピニオンを用いて始動される内燃機関のその種の構造の場合、内燃機関の再始動に関して、内燃機関を再び始動できるようになるまでに待機しなければならない最小時間が存在する。
【０００３】
スタータピニオンを内燃機関の惰性運転中に既にリングギヤに噛み合わせ、始動時間を短縮している発明もある。これに関しては以下のような従来技術が公知である。
【０００４】
DE 10 2006 011 644 A1からは、内燃機関のリングギヤおよびスタータピニオンを備えた装置、またその種の装置の作動方法が公知であり、この発明ではリングギヤの回転数およびスタータピニオンの回転数が求められ、スタータピニオンは内燃機関の停止動作後に、内燃機関の惰性運転時の回転数と実質的に同じ回転数で噛み合わされる。同期された噛み合わせを行うための回転数を求めるために、制御装置の特性マップからの値が対応付けられている。
【０００５】
DE 10 2006 039 112 A1には、自動車の内燃機関のためのスタータの回転数を検出するための方法が記載されている。さらにこの刊行物には、スタータが固有のスタータ制御装置を有し、このスタータ制御装置によってスタータの回転数が算出され、回転数の低下に起因して内燃機関がそれ自体でもはや始動できない場合に、スタータ・ストップモードにおいてスタータのピニオンは差し当たり噛み合わせることなく加速されることが記載されている。ピニオンは惰性運転している内燃機関のリングギヤの回転数と同期されてリングギヤに噛み合わされる。
【０００６】
DE 10 2005 004 326には、噛み合わせ過程と始動過程が別個に行われる、内燃機関のための始動装置が記載されている。このためにスタート装置は制御ユニットを有し、この制御ユニットはスタータピニオンを噛み合わせるための調整素子とスタータモータを別個に駆動制御する。ドライバによって新規の始動要求が発せられる前に、制御ユニットによって車両の始動過程前にピニオンをリングギヤに噛み合わせることができる。この場合、噛み合いリレーとしての調整素子が内燃機関の惰性運転中に既に駆動制御される。噛み合い装置の摩耗を可能な限り少なくするために、回転数閾値は機関のアイドリング回転数を大幅に下回る。スタータモータの非常に高い始動電流による搭載電源網での電圧降下を回避するために、制御部によって例えばスタータ電流をクロック制御することによって円滑な始動が達成される。搭載電源網の出力がバッテリ状態の分析によって監視され、相応にスタータモータがクロック制御される、もしくはスタータモータに電流が供給される。さらにこの刊行物には、始動時間を短縮するために、内燃機関の停止状態に達する直前または停止状態に達した直後にクランク軸を位置決めできることが記載されている。
【０００７】
DE 10 2005 021 227 A1には、スタート・ストップ運転ストラテジに関して、制御ユニット、スタータリレー、スタータピニオンおよびスタータモータを備えた、自動車における内燃機関の始動装置が記載されている。
【０００８】
本発明の課題は、車両の快適性を改善するために、内燃機関の再始動を著しく早く実施することができる、冒頭で述べたような方法、コンピュータプログラム製品およびスタート・ストップ制御部を提供することである。
【０００９】
発明の概要
本発明によれば、この課題は、請求項１，９および１０の特徴部分に記載されている構成によって解決される。有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【００１０】
本発明が基礎とする着想は、内燃機関の停止動作が行われた際のクランク軸の速度経過が極端に不均一であり、したがって大まかな平均値を形成するだけでは大まかな制動遅延値しか得られず、この大まかな制動遅延値は許容帯域が大きいことから、内燃機関のリングギヤへのスタータの噛み合わせにとって不利であるということである。したがって、本発明の着想によれば、クランク軸の低減していく回転数の回転数経過がその都度その時点において、個別的かつ固有に算出される。
【００１１】
上記の課題は、内燃機関の停止動作が行われた後のクランク軸の回転数経過が事前に能動的かつ新規に算出される方法によって解決される。したがって、リングギヤの回転速度に関する非常に精確な予測を事前に行うことができる。何故ならば、その時点における周辺条件、例えば温度、その時点における摩擦トルクおよび制動トルクが測定結果および計算も考慮されるからである。すなわち「能動的」な算出とは、予めファイルされている特性曲線から予測値を調べて導出する必要なく、新たな測定値に基づいてその時点において算出を行うことと解される。
【００１２】
本発明の１つの実施形態によれば、内燃機関のクランク軸の角速度が、クランク軸の特徴的で、殊に回帰的な位置において、内燃機関の惰性運転中に検出および算出される。このことは、全体として不均一な速度経過を分析し、大まかな平均値を形成することに比べて、測定および分析すべきデータ量が非常に少なくて済むという利点を有する。それと同時に、有利には、角速度ないし角速度勾配に影響を及ぼす外部条件、例えば機関温度、エンジンオイルの品質、機関の経年劣化、内部摩擦トルク、また、他のユニットによる付加的な制動トルクなどがその時点において検出される。これによってクランク軸の回転数の経過に関して、非常に特徴的であり、また従来から公知の手法に比べて遙かに正確な予測を行うことができる。従来技術から公知の手法では、大まかな平均値を形成することによって例えば制御部にファイルされている特性曲線から値が確認されている。
【００１３】
本発明の１つの実施形態によれば、クランク軸の角速度が点火可能な上死点において検出および算出される。有利には本発明によれば、内燃機関の点火可能な上死点においては、角速度が他の位置に比べて短時間だがやや低くなっている特徴的な回転数経過が表れるという状況が利用される。したがって、僅かなデータ量で速度経過をその時点において瞬時に検出し、クランク軸の将来の角速度に関する予測を行うために、上死点（ＺＯＴ）は信頼性の高いデータを供給することができる。
【００１４】
有利には、点火可能な上死点（ＺＯＴ）の角速度の少なくとも２つの値から、それに続く将来の点火可能な上死点（ＺＯＴ３）に関する少なくとも１つの第３の値が算出される。したがって、次の特徴的な値を予め算出するために、僅かな個数の値から角速度勾配を求めることができる。
【００１５】
内燃機関における複数のシリンダの影響も一緒に考慮できるようにするために、点火順序の組み合わせとしての内燃機関の２つのシリンダの第１のシリンダの減圧段階のエネルギ損失と、第２のシリンダの圧縮段階のエネルギ損失とからなる、殊に平均化された補正係数が算出および考慮され、将来の上死点における角速度が算出される。したがって回転数の経過は、内燃機関におけるシリンダの個数に依存して、個別の点火順序の組み合わせも数ミリ秒後のクランク軸の回転数の予測において考慮することができる。基本的には、点火順序の組み合わせは内燃機関の構造によって決まっている。つまり、反復的な点火順序の組み合わせを将来の上死点の算出に関して非常に正確に考慮することができる。
【００１６】
本発明によれば、高速時の回転数経過があるサンプリングレートで内燃機関におけるセンサ装置によって検出され、求められた値が停止直前の低回転数を予測するために評価される。これによって、費用を掛けずに、内燃機関のクランク軸の従来のセンサ装置を使用することができる。従来のセンサ装置のサンプリングレートは通常の場合、１回転につき５０〜１００の信号に制限されている。車両において既に予定されているサンプリングレートでもって、実際に検出できる僅かな個数のサポート点の他に仮のサポート点を低速時にミリ秒の範囲で形成するために、高速領域に由来する複数の測定値から低速領域の値が推測される。したがって将来の角速度を導出することができる。
【００１７】
別の有利な方法によれば、クランク軸の角速度が事前に算出され、算出された角速度に基づき、始動するスタータのための同期回転数が検出され、続いて、スタータのスタータピニオンが、惰性運転中で回転数が低下していく内燃機関のリングギヤに実質的に同期された回転数で噛み合わされる。同期された噛み合わせとは、スタータピニオンの回転数と内燃機関のリングギヤの回転数が実質的に一致するとき、すなわち、スタータピニオンの回転数とリングギヤの回転数の差が十分に小さいときの回転数および時点で行われる噛み合わせであると解される。角速度を個別に予測することによって、個別の噛み合わせ時点を検出することができる。スタータピニオンの回転数は、スタート・ストップモードのために構成されている制御部の駆動制御によって、所定の噛み合わせ時点における内燃機関の事前に算出された回転数に合わせられる。したがって、スタータピニオンの回転数と内燃機関の回転数を非常に正確に同期させることができる。これによって摩耗も減少するので、したがってノイズの発生も低減されている。噛み合わせ時点以降であれば、内燃機関を再始動することができる。
【００１８】
別の有利な方法によれば、リングギヤにスタータピニオンが噛み合わされているクランク軸の角速度が事前に算出され、事前に算出された、クランク軸が停止すると予測される位置に依存して、スタータには短時間の適切な給電が行われ、クランク軸の振り戻しが回避される、および／または、次の上死点の手前の殊に６０°より大きい角度、殊に有利には約８０°〜１００°の角度、非常に有利には約９０°の角度を有するエンジン固有の好適な位置までクランク軸が回転される。角度値は例示的なものに過ぎず、またここでは、例えば６シリンダ内燃機関について例示的に示したものに過ぎない。したがって、内燃機関を早期に始動できる最適な角度にクランク軸を回転させるために、上述の方法をスタート・ストップモードに関して２回使用することができる。
【００１９】
前述の課題は、コンピュータプログラムが制御部において実行される場合に、上述の方法の全てのステップを実施するためにプログラム命令と共にプログラムメモリにロードされるコンピュータプログラム製品によっても解決される。
【００２０】
コンピュータプログラム製品は、車両内の付加的な構成要素を必要とせずに、車両内に既に設けられている制御部においてモジュールとして実施することができる。コンピュータプログラム製品を例えば機関制御部、別個の固有の制御部またはスタータ制御部内に設けることができる。コンピュータプログラム製品は、個別に特定の顧客要望に容易に適合させることができ、また修正された経験値によって、もしくは、車両に別個に設けられている値によって運転ストラテジを改善することができるという別の利点も有する。
【００２１】
前述の課題は制御部によっても以下のようにして解決される。すなわち、制御部内のマイクロコンピュータが検出装置、評価装置および制御装置として構成されており、プログラムメモリ内に上述のコンピュータプログラム製品がロードされ、上述の方法が実施される。スタート・ストップモードのための制御部を機関制御部内に構成することができるか、または、別個の制御部内、例えばスタータを駆動制御するためのスタータ制御部内に構成することができるか、または、他の制御部と離して構成することができる。制御部はバスシステムを介して少なくとも機関制御部と情報を交換する。
【００２２】
情報伝達経路を可能な限り短くするため、したがって損失時間を可能な限り短くするために、制御部は例えば機関制御部内に構成されている。損失時間を同様に最小値に低減するため、したがってスタータの高速な駆動制御ならびにスタータピニオンの噛み合わせを達成するために、制御部を有利にはスタータ制御部内に収容することもできる。これら２つの実施形態は、例えば他の機能も設けられているハードウェアの本質的な部分を本発明による方法の実施に使用できるという利点を有する。
【００２３】
上記において説明した特徴、また下記において説明する特徴はそれぞれの記載した組み合わせのみで使用されるのではなく、他の組み合わせにおいても使用できるものであると解される。
【００２４】
以下では、添付の図面を参照しながら、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による方法を実施するための駆動コンポーネントの概略的なブロック回路図を示す。
【図２】本発明による方法のフローチャートを示す。
【図３】内燃機関の惰性運転が終了する際の回転数と時間との関係を表すダイヤグラムを示す。
【図４】比較的長い期間にわたる回転数と時間の関係を表すダイヤグラムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、スタート・ストップ運転ストラテジを実施するための駆動コンポーネントの簡略化されたブロック回路図を示す。内燃機関１は複数のシリンダ１１，１２，１３，１４を有するように構成されている。シリンダ１１〜１４内のピストンはクランク軸２を駆動させる。内燃機関１を正確に駆動制御し、シリンダ１１〜１４内のピストンの位置を検出するために、クランク軸２には歯車３が取り付けられており、歯車３は一般的に５０〜１００の歯および溝を有している。歯車３における１つの位置には、比較的大きい溝が同期マークとして構成されている。センサ４は同期マーク、ならびに連続する歯および溝を検出し、検出した値を機関制御部５へと伝送する。
【００２７】
内燃機関１を始動させるために、クランク軸２の歯車３側とは反対側の端部にはリングギヤ６が取り付けられている。リングギヤ６は内燃機関１の始動時に始動装置７によって回転される。始動装置７はスタータ８を有し、このスタータ８の軸にはスタータピニオン９が軸方向に移動可能に支承されている。スタータピニオン９はスタータリレー１０によってリングギヤ６に噛み合わせることができ、またリングギヤ６から外すことができる。スタート・ストップモードを実施できるようにするために、始動装置７はスタータ制御部１５を有する。スタータ制御部１５は、プログラムメモリ１７を備えたマイクロコンピュータ１６を有する。スタータ制御部１５によって、スタータリレー１０およびスタータ８を別個に所期のように駆動制御することができる。マイクロコンピュータ１６はさらにタイマ１８を有する。マイクロコンピュータ１６はバスシステム、例えばＣＡＮバス１９を介して、情報を供給するように機関制御部５と接続されている。機関制御部５は情報を交換するために、内燃機関１の複数のセンサおよびアクチュエータと接続されている。センサ４はバスシステム２０を介して機関制御部５に情報を供給し、センサからの値に基づきアクチュエータは駆動制御される。
【００２８】
マイクロコンピュータ１６は図２に示す方法を実施する。この方法においては、クランク軸２のクランク軸位置および角速度が機関制御部５からマイクロコンピュータ１６に伝送される。
【００２９】
図２は殊に有利な方法のフローチャートを示す。ステップＳ１においては、予めクランク軸２のクランク軸位置および回転数が測定され、機関制御部５に伝送された後に内燃機関１が始動される。クランク軸２の回転数ｎおよびクランク軸２の位置は、歯車３およびセンサ４を含むセンサ装置によって継続的に測定される。検査および補正のためにこれらの情報が機関制御部５に伝送される。
【００３０】
ステップＳ３においては、機関制御部５が、同一のバスシステム、すなわちＣＡＮバス１９を介して伝送されるか、別個のバスシステムを介して伝送される停止条件に基づき内燃機関１を短時間ストップするための停止信号を受信する。停止条件は例えば車両の速度および／またはペダル位置および／またはギヤ選択から生じる。
【００３１】
機関制御部５またはスタート・ストップモードのために設けられている他の制御装部によって１つの運転ストラテジが選択され、この選択された運転ストラテジにしたがい、ドライバの運転に関する要求が変更された際に内燃機関１を可能な限り早く使用できるようにするために、内燃機関１および始動装置７が所期のように制御される。
【００３２】
通常の場合、ストップ信号の受信後にはスタート・ストップ運転ストラテジに基づき内燃機関の停止動作が行われる。
【００３３】
内燃機関１は停止動作が行われた後、例えば燃料供給の遮断後に即座に停止するのではなく、特徴的に惰性運転する。燃焼系が接続されている個々のシリンダ１１〜１４における点火可能な上死点ＺＯＴでは、その時点におけるシステム全体の運動エネルギを特徴付ける角速度が生じる。
【００３４】
本発明によればステップＳ４において、この上死点ＺＯＴでの角速度が測定され、運動エネルギが算出される。本発明の着想によれば、この角速度から、１つ前のサイクルまたは数サイクル前に生じていた角速度との比較により、次のサイクルにおいて期待される角速度に関して予測を行うことができる。
【００３５】
次の上死点ＺＯＴについての角速度および時点の予測は以下の方式にしたがい行われる。
【００３６】
角速度ωn（ここでｎはｎ番目の上死点ＺＯＴを表す）は、点火可能な上死点（ＺＯＴ）に相当する、クランク軸２の所定の特徴的な位置の範囲内で検出される。惰性運転の間に求められた２つの値から角速度勾配が検出され、それとともに次の上死点また後続の複数の上死点も検出される。これによって、マイクロ秒の範囲のどの時点において、またどれ程の速度で次の上死点を通過するかについての非常に正確で非常に厳密な予測を行うことができる。
【００３７】
内燃機関の惰性運転中にその回転方向とは反対方向に作用する制動トルクＭBremsは一次近似で一定と見なされる。この制動トルクは、殊に、内部摩擦トルク、熱損失、流動損失、また、一緒に動作するユニットに起因する損失よりなる。
【００３８】
したがって、一定の角加速度αBremsが生じる。その勾配は図３および図４に示されており、内燃機関の回転数ｎの線形の低下が時間にわたりプロットされている。すなわち、次式の関係が成り立つものとする：
ω（ｔ）＝αBrems＊ｔ＋ω0  ただしαBremsは一定である。
【００３９】
この場合、ｎ番目の上死点については次式が成り立つ：
ωn＝αBrems＊ｔn＋ω0
αBrems＝（ωn-1−ωn）／（ｔn-1−ｔn）
【００４０】
ωnを２乗することによって、この時点における運動エネルギに比例する値を形成することができる。比例定数Ｋはシステム全体の慣性トルクＪの半分の値に実質的に対応している：
Ｅrot＝Ｋ＊ω2＝１／２＊Ｊ＊ω2
【００４１】
上死点から上死点（ZOT zu ZOT）の運動エネルギを除去するために次式が成り立つ：
ＭBrems＝一定、かつ、φZOT zu ZOT＝一定（φZOT zu ZOTはシリンダの個数に依存する）なので、
ＥBrems ZOT zu ZOT＝ＭBrems＊φ＝一定
【００４２】
Ｅrot n＝Ｅrot n-1−ＥBrems ZOT zu ZOT
ただし等価エネルギＥBrems ZOT zu ZOT＝Ｋ＊ωBrems ZOT zu ZOT2
すなわち：ωn2＝ωn-12−ωBrems ZOT zu ZOT2
【００４３】
この関係から、先ず２つの上死点を通過する際に
ωBrems ZOT zu ZOT2＝ωn-12−ωn2
および
αBrems＝（ωn-1−ωn）／（ｔn-1−ｔn）
が検出される。
【００４４】
後続の上死点における速度についての予測として一般的に次式が成り立つ：
ωn+12＝ωn2−ωBrems ZOT zu ZOT2
【００４５】
後続の上死点の時点の予測として一般的に次式が成り立つ：
ｔn+1＝（ωn+1−ωn）／αBrems＋ｔn
【００４６】
図４においては、６シリンダ内燃機関に関する上死点の典型的な位置が、時間と角速度の関係を表すダイヤグラムもしくは時間と回転数の関係を表すダイヤグラムで示されている。
【００４７】
上述の方法によれば、これまでは内燃機関の惰性運転中の速度勾配が一定であることを基礎としていた。複数のシリンダを備えた内燃機関においては、非常に多くの原因に起因すると考えられる差異が生じる。考えられる要因の１つとして、あるシリンダの圧縮特性／減圧特性、および／または、圧縮中／減圧中の熱損失および流動損失が他のシリンダのものと異なる点が挙げられる。
【００４８】
したがってステップＳ５においては、内燃機関における複数のシリンダに基づき補正係数が付加的に算出され、またその補正係数に基づき後続のＺＯＴが検出される。
【００４９】
図４においては、６シリンダ内燃機関に関するシリンダ毎の偏差の補正係数を用いない角速度が細い直線Ｎによって表されている。補正係数はシリンダ固有の偏差を含み、この偏差が太い特性曲線Ｎkによって表されている。特性曲線Ｎkでは、上死点２および上死点４についての値は細い直線Ｎよりも若干上に示されており、上死点３についての値は細い直線Ｎよりも下に示されている。
【００５０】
シリンダ毎に生じる異なるエネルギ損失によって、圧縮段階中に圧縮された気柱内に蓄積され、続く減圧段階中に運動エネルギとして再び放出されるエネルギ量がシリンダ毎に異なる結果となる。目下圧縮段階にあるシリンダに応じて、点火順序固有の付加的な補正係数が採用される。この付加的な補正係数は上記のシリンダ毎の差異を考慮するので、次に上死点を通過する時点に関するより正確な予測が得られ、またこの上死点において生じる角速度に関する正確な予測も得られる。
【００５１】
補正係数は、最後の減圧段階中の損失と後続の圧縮段階中の損失とから形成される。
【００５２】
上死点は図５に示されているような順番で、すなわちＺＯＴ１，ＺＯＴ２，ＺＯＴ３，ＺＯＴ４，ＺＯＴ５〜ＺＯＴｎの順番で通過していくものとする。
【００５３】
内燃機関における点火順序は決まっているので、関連する減圧／圧縮の組み合わせはただ１つしか存在しない。すなわち、上死点毎のエネルギ損失を特徴付ける点火順序の組み合わせは以下の組み合わせとなる：（減圧１／圧縮２）、（減圧２／圧縮３）、（減圧３／圧縮４）、（減圧４／圧縮５）〜（減圧ｎ／圧縮ｎ＋１）。
【００５４】
この場合、次式が成り立つ：
ＥZOT_n+1＝Ｅrot_n+1＋ＥKomp_n+1＝Ｅrot_n+1＋ＥKomp_n−ＥVerlust_Paarung(n/n+1)
【００５５】
内燃機関の惰性運転中に回転方向とは反対方向に作用する総トルク、すなわち制動トルクは一次近似で一定と見なされる。これは図３および図４の直線Ｎに表れている。制動トルクは、内部摩擦トルク、熱損失、流動損失、また、一緒に動作するユニットに起因する損失よりなる。
【００５６】
ステップＳ５においては、内燃機関および内燃機関の目下の状態に関して、個々の点火順序の組み合わせのそれぞれについての個別の典型的な補正係数が考慮される。典型的な補正係数は新たに算出されたものであるか、内燃機関の惰性運転中に、時間軸にわたり上死点において測定された複数の速度が線形に降下する線Ｎによって平均化された「学習された」補正係数である。その都度の上死点における個々の速度の線形化された曲線から偏差を評価することによって、それぞれの点火順序の組み合わせについての補正係数が得られる。内燃機関の惰性運転が非常に短い場合には、必要に応じて内燃機関の連続する複数回の惰性運転が分析され、相応に評価される。複数回の補正係数の決定にわたる平均化は補正の精度を高める。
【００５７】
すなわち、内燃機関の個々の惰性運転の各々について角速度勾配が評価される。したがって従来技術とは異なり、後続の上死点を予測するために、記憶されている特性マップから値は使用されない。何故ならば、速度経過は均一ではなく、また許容帯域が広いので、固有の予測を行うことができないからである。
【００５８】
さらに本発明による方法は、後続の上死点を通過する時点、またその際の角速度に関する予測値が、場合によっては突然生じる外部条件、または、大きい時定数でもって変化する外部条件に依存しないという利点を有する。
【００５９】
ステップＳ４およびＳ５において測定および分析すべきデータ量は少ない。測定の手間および計算の手間が少なくっているにもかかわらず、将来、すなわち後続の上死点についての非常に正確な予測を行うことができる。
【００６０】
したがって、予測が行われる許容帯域について狭い許容帯域が得られる。何故ならば、内燃機関の状態、例えば、補正予測の測定時点および決定時点に表される内燃機関の状態は毎回新たに検出されるからである。これによって予測の精度は高くなる。
【００６１】
すなわち本発明によれば、将来についての予測を行うために、位置に依存する、クランク軸の速度測定が行われる。
【００６２】
制御部がステップＳ５において、スタータピニオン９とリングギヤ６とを同じ回転数で同時に噛み合わせることができる、予測される所定の時点が求められると、ステップＡ１においては、その時点に達しているか否かが判定される。この時点にまだ達していない場合には、制御部はステップＳ４およびＳ５を繰り返し、ミリ秒の範囲で後続の上死点に関する速度経過を検出し、算出し、補正する。予測された時点に達すると、制御部は、最新の予測と、内燃機関の目下調節されている回転数と、スタータピニオンの期待される回転数とに基づいて、噛み合わせ時点の（精確な）補正が実施されるか否かを検査する。必要に応じて補正されるこの噛み合わせ時点と共に、制御部はステップＳ６に進む。
【００６３】
ステップＳ６においては、スタータピニオン９が所定の時点において、スタータリレー１０によって、スタータ８の軸上で軸方向に移動されてリングギヤ６に噛み合わされる。スタータ８は運転ストラテジに応じて、内燃機関１の停止動作が行われる前、内燃機関１の停止動作と同時に、またはステップＳ４およびＳ５の実施中に始動され、ステップＳ５において制御部によって検出された回転数ｎへと加速される。これによって、スタータピニオン９を非常に精確な許容帯域内で、近似的に同期された回転数で噛み合わせることができる。スタータピニオン９はリングギヤ６に噛み合わされた状態にとどまり、運転ストラテジが変更されない限り、もしくは、運転要求の変更が機関制御部５に伝送されない限り、内燃機関１と共に惰性走行する。
【００６４】
ステップＳ７においては、制御部がステップＳ４およびＳ５について説明した方法に応じて、クランク軸はどの位置で停止したかを検査する。
【００６５】
後続の判定ステップＡ２においては、内燃機関１を可能な限り早く始動できるようにするためにクランク軸２は理想的な位置で停止しているか否か、すなわち、クランク軸は上死点について、例えば次の上死点の手前の約９０°の好適な角度で停止しているかが検査される。肯定の場合、方法は制御部において終了する。
【００６６】
判定ステップＡ２において、次の上死点について好適でないクランク軸角度が検出された場合、または、クランクシャフトの振り戻しが予測される場合には、内燃機関１を可能な限り早く、また理想的な状態から始動できるようにするために、ステップＳ８において、スタータ８にはミリ秒の範囲で所期のように給電が行われ、クランク軸２は正確に規定された位置にまで回転される。このステップＳ８において、スタータ８はスタータ制御部８と共にサーボモータとして、または調整駆動部として機能する。クランク軸の位置はさらに検出され、必要に応じてスタータ８には再び短時間の給電が行われることによって、クランク軸２は次の上死点について所定の角度で停止する。続いて方法が終了する。終了時には、機関制御部５からの内燃機関１を始動させるための始動パルスが待機される。
【００６７】
図３は、図２ならびにステップＳ４およびＳ５について説明したのと同様に、例えば内燃機関１の停止動作が行われた後に内燃機関１が惰性運転する際のクランク軸２の特性曲線Ｋ1に特徴的な位置が表されたものを示す。複数の上死点ＺＯＴ（ＺＯＴ１，ＺＯＴ２，ＺＯＴ３，ＺＯＴ４，ＺＯＴ５）にはそれぞれ特徴的な点が表れており、それらの点においては回転数経過が個々のシリンダ１１〜１４の動作段階前の圧縮特性に基づき先ず急激に低下する。それらの上死点ＺＯＴにおいては、減圧段階中の速度上昇に起因して、回転数経過が局所的な最小値、もしくは、比較的平坦な角速度勾配を有する領域を示す。時間ｔにわたる角速度勾配が線形の特性曲線Ｎでもって表されている。
【００６８】
図４は複数の上死点値の位置を図３よりも長い時間領域にわたり示したものであり、この図４において、一方ではシリンダ毎の差異を補正しないものが特性曲線Ｎによって表されており、他方では上述の補正係数が考慮されたものが特性曲線Ｎkによって表されている。
【００６９】
全ての図面は概略的に示されたものに過ぎず、縮尺通りには示されていない。その他の点では、殊に、本発明にとって重要なもののみが示されている。
【図１】
2011530036.tif 000003
【図２】
2011530036.tif 000004
【図３】
2011530036.tif 000005
【図４】
2011530036.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月25日(2011.3.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタータ（８）としての電気機械によって始動される内燃機関（１）を短時間ストップし、またスタートするための自動車における内燃機関（１）のスタート・ストップモードの制御方法であって、
クランク軸（２）の位置および回転数が前記内燃機関（１）の運転中、または前記内燃機関（１）の停止動作後の短時間の停止時に検出される、内燃機関のスタート・ストップモードの制御方法において、
前記内燃機関（１）の停止動作後の前記クランク軸（２）の回転速度の経過を予め能動的かつ新規に算出することを特徴とする、内燃機関のスタート・ストップモードの制御方法。
【請求項２】
前記クランク軸（２）の回転速度の経過が、前記クランク軸（２）の角速度の経過であって、前記内燃機関（１）の前記クランク軸（２）の角速度を、前記クランク軸（２）の所定の位置において、前記内燃機関（１）の惰性運転中に検出し、該検出後の角速度の変化を、前記検出した角速度に基づき予測する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記所定の位置で検出した、異なる検出時期の角速度の少なくとも２つの値（ＺＯＴ１，ＺＯＴ２）から、後続の所定の位置に関する少なくとも１つの第３の値を算出して予測する、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記所定の位置が点火可能な上死点（ＺＯＴ）である、請求項２または３記載の方法。
【請求項５】
点火順序の組み合わせとしての前記内燃機関（１）の２つのシリンダの第１のシリンダの減圧段階のエネルギ損失と、第２のシリンダの圧縮段階のエネルギ損失とからなる補正係数を算出し、該補正係数を用いて将来の上死点（ＺＯＴ３）における角速度を算出して予測する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記クランク軸（２）の角速度を事前に算出して予測し、前記算出された角速度に基づき、始動するスタータ（８）のための同期回転数を算出し、続いて、前記スタータ（８）のスタータピニオン（９）を、惰性運転中で回転数が低下していく前記内燃機関（１）のリングギヤ（６）に同期された回転数で噛み合わせる、請求項３から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
リングギヤにスタータピニオン（９）が噛み合わされている前記クランク軸（２）の角速度を事前に算出して予測し、前記事前に算出された、前記クランク軸（２）が停止すると予測される位置に依存して、前記クランク軸（２）の振り戻しを回避するために、前記スタータ（８）に短時間の給電を行う、請求項３から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
６シリンダ内燃機関において次の点火可能な上死点（ＺＯＴ）の手前の６０°より大きい角度である、エンジン固有のクランク軸の振り戻しを回避する角度まで前記クランク軸（２）を回転させる、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記角速度を前記内燃機関（１）におけるセンサ装置によって検出し、その際、前記クランク軸（２）の高速回転時のサンプリングレートで、停止直前の低速回転数を検出する、請求項２から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
スタータ（８）としての電気機械によって始動される内燃機関（１）を短時間ストップし、またスタートするための車両における内燃機関（１）のスタート・ストップモードのための制御装置であって、
前記制御装置は、少なくとも、マイクロコンピュータ（１６）と、回転数検出装置とを有し、
前記内燃機関（１）の停止動作後の前記クランク軸（２）の回転速度の経過が予め能動的かつ新規に算出されることを特徴とする、内燃機関のスタート・ストップモードのための制御装置。
【請求項１１】
前記クランク軸（２）の回転速度の経過が、前記クランク軸（２）の角速度の経過であって、前記角速度が、前記回転数検出装置によって、前記クランク軸（２）の所定の位置において、前記内燃機関（１）の惰性運転中に検出され、該検出後の角速度の変化が、前記検出した角速度に基づき予測される、請求項１０記載の制御装置。
【請求項１２】
前記所定の位置で検出した、異なる検出時期の角速度の少なくとも２つの値（ＺＯＴ１，ＺＯＴ２）から、後続の所定の位置に関する少なくとも１つの第３の値が算出されて予測される、請求項１１記載の制御装置。
【請求項１３】
前記所定の位置が点火可能な上死点（ＺＯＴ）である、請求項１１または１２記載の制御装置。
【請求項１４】
点火順序の組み合わせとしての前記内燃機関（１）の２つのシリンダの第１のシリンダの減圧段階のエネルギ損失と、第２のシリンダの圧縮段階のエネルギ損失とからなる補正係数が算出され、該補正係数を用いて将来の上死点（ＺＯＴ３）における角速度が算出されて予測される、請求項１０から１３までのいずれか１項記載の制御装置。
【請求項１５】
前記クランク軸（２）の角速度が事前に算出されて予測され、前記算出された角速度に基づき、始動するスタータ（８）のための同期回転数が算出され、続いて、前記スタータ（８）のスタータピニオン（９）が、惰性運転中で回転数が低下していく前記内燃機関（１）のリングギヤ（６）に同期された回転数で噛み合わされる、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の制御装置。
【請求項１６】
リングギヤにスタータピニオン（９）が噛み合わされている前記クランク軸（２）の角速度が事前に算出されて予測され、前記事前に算出された、前記クランク軸（２）が停止すると予測される位置に依存して、前記クランク軸（２）の振り戻しを回避するために、前記スタータ（８）に短時間の給電が行われる、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の制御装置。
【請求項１７】
６シリンダ内燃機関において次の点火可能な上死点（ＺＯＴ）の手前の６０°より大きい角度である、エンジン固有のクランク軸の振り戻しを回避する角度まで前記クランク軸（２）を回転させる、請求項１６記載の制御装置。
【請求項１８】
前記制御装置はセンサ装置を有し、前記角速度は前記センサ装置によって検出され、その際、前記クランク軸の高速回転時のサンプリングレートで、停止直前の低速回転数が検出される、請求項１１から１７までのいずれか１項記載の制御装置。
【請求項１９】
スタータ（８）としての電気機械によって始動される内燃機関（１）を短時間ストップし、またスタートするための車両における内燃機関（１）のスタート・ストップモードを制御するマイクロコンピュータ（１６）に、前記内燃機関（１）の停止動作後の前記クランク軸（２）の回転速度の経過を予め能動的かつ新規に算出するステップを実行させることを特徴とする、コンピュータプログラム。
【請求項２０】
さらに、所定の位置において検出された角速度に基づき、検出した後の角速度の変化を予測するステップを実行させる、請求項１９記載のコンピュータプログラム。
【請求項２１】
前記所定の位置で検出された、異なる検出時期の角速度の少なくとも２つの値（ＺＯＴ１，ＺＯＴ２）から、後続の所定の位置に関する少なくとも１つの第３の値を算出して予測する、請求項２０記載のコンピュータプログラム。
【国際調査報告】
2011530036.tif 000007
2011530036.tif 000008
2011530036.tif 000009
2011530036.tif 000010
2011530036.tif 000011
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