用于在具有自动变速器的机动车中在惯性运行阶段期间或之后自动关断和起动内燃机的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于在具有自动变速器或自动化的变速器的机动车中借助起停装置自动关断和起动内燃机的方法，所述起停装置在内燃机惯性运行阶段中导入内燃机的自动关断过程并且当存在至少一个接通要求时所述起停装置导入内燃机的自动起动过程。本发明的特征在于，为了在内燃机惯性运行阶段中关断内燃机，至少几乎禁止内燃机气缸的换气，并且同时控制在内燃机和变速器之间设置用于力传递的变矩器跨接离合器，使得变矩器跨接离合器至少几乎保持接合或进行接合。
【专利说明】用于在具有自动变速器的机动车中在惯性运行阶段期间或之后自动关断和起动内燃机的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的用于在具有自动变速器或自动化的变速器的机动车中自动关断和起动内燃机的方法和相应构造的装置。
【背景技术】
[0002]目前，在市场上大多数的车辆中借助点火钥匙由驾驶员手动关断内燃机。一个例外是DE10023331A1中所提出的方法。在此，代替点火钥匙评估制动踏板位置和制动踏板压力。在达到停车状态之后如制动踏板在其已被操作的位置中被更强地操作，则导入内燃机的关断过程。在这种方法中不利的是，仅机动车驾驶员负责内燃机关断。当前的驾驶行为分析表明，虽然环境意识增强并且燃料价格上涨，但内燃机的手动关断、例如在交通灯处、很少自主进行。
[0003]为了减少燃料消耗和污染物排放，目前正在研发这样的方法和系统并且已部分使用它们，所述方法和系统在一定前提下或在存在预定的关断条件时自动关断机动车内燃机并且在存在预定的起动条件时再次自动起动机动车内燃机。这类方法和系统或者说起停装置主要适合用于城市交通，以减少燃料消耗，因为在城市交通中车辆常常在交通灯处或因交通而停顿并且无需内燃机运行。
[0004]目前已可获得具有自动变速器和自动起停功能的车辆，其中，当制动踏板在停车状态中保持被踏下并且驾驶员安全带被系住或驾驶员车门关闭时，发动机从怠速被自动关断。一旦制动踏板被释放，则再次自动起动内燃机。在关断内燃机之前，从机动车先前的不发生燃烧的惯性运行起，在达到大于怠速转速的恢复转速阈值时，出于舒适原因并且为了可靠达到怠速转速，气缸再次开始燃烧。该内燃机停机前的燃烧(恢复喷油和点火)在小程度上不利地影响燃料消耗和二氧化碳排放。同时，为了避免内燃机关停，在内燃机和变速器之间设置用于力传递的变矩器跨接离合器最迟在达到怠速转速时脱开。
[0005]为了节省更多的燃料并且进一步减少二氧化碳的排放，已知这样的系统，在其中，内燃机已经在更高的速度下关断。例如DE2441827C2公开了一种用于关停和起动内燃机的装置，该装置已经在惯性运行中、即在达到停车状态之前自动关断内燃机。只有当转速明显小于怠速转速时，才允许重新起动内燃机。在此缺点主要在于，在非常长时间内不能导入起动过程。
[0006]为了在较高转速下或在车辆尚移动时能够重新起动，需要所谓的可逆转的起动系统，因为传统的小齿轮起动器只能在静止的发动机中进行起动。为了能够更早地进行起动，例如可使用构造为起动器发电机的可逆转的起动系统。
[0007]此外，为了在较高的车速下关断内燃机必须设置与起动器电池脱耦的第二电池和适合的脱耦和充电单元(如DC/DC转换器)，其在重新起动发动机时(尤其是在车辆还移动时)维持车载电网电压，从而使对安全而言关键的工作系统(例如DSC)保持运行。第二电池和起动器发电机的使用大大提高了必须由制造商或买家来承担的成本。
【发明内容】
[0008]现在本发明的任务是，提供一种用于自动关断和起动内燃机的方法和相应装置，其中，可低成本地在达到停车状态之前关断内燃机并且也可在达到发动机停机状态之前重新起动内燃机。该任务通过根据权利要求1的方法以及相应构造的根据权利要求7的装置得以解决。有利的扩展方案由从属权利要求给出。
[0009]原则上本发明基于一种已知的用于在具有自动变速器或自动化的变速器的机动车中借助起停装置自动关断和起动内燃机的方法，所述起停装置在内燃机惯性运行阶段中导入内燃机的自动关断过程，并且当存在至少一个接通要求时和可选地满足其它接通前提时所述起停装置导入内燃机的自动起动过程。
[0010]本发明的基本思想在于，内燃机在关断过程中被拖曳直至极低转速阈值、理想地小于预定的DSC干预阈值。据此按本发明规定，作为用于在内燃机惯性运行阶段中(在惯性运行阶段期间不发生燃烧，即不喷油且不点火)关断内燃机的第一措施:在内燃机惯性运行阶段中通过适的措施至少几乎禁止内燃机气缸内的换气。作为第二措施，在关断过程期间同时控制在内燃机和变速器之间用于力传递的变矩器跨接离合器，使得变矩器跨接离合器至少几乎保持接合或进行接合。无需如现有技术中所需的那样在达到所谓的恢复转速时恢复燃烧，即停止燃烧，直到存在接通要求和由此导入的起动过程。由此不仅通过早早地关断内燃机而且也基于没有在此期间的燃烧形成能耗优势。
[0011]有利的是，通过内燃机气缸的排气门(AV)的关闭和/或进气门的关闭禁止内燃机气缸内的换气。作为至少可关闭排气门的技术例如可使用已知的具有零行程能力或可切换摇臂的VVT系统，例如(全)可变气门机构。通过禁止气缸内的换气，拖曳扭矩明显减小，从而车辆能量可显著更好地转换为动能。另外不产生换气损耗并且避免了与换气有关的换气噪声以及基于压缩气缸充气产生的动力系统振动。
[0012]当在本发明的一种有利的方案中通过关闭排气门来禁止气缸内的换气时，有利的是可这样控制进气门，使得预定量的新鲜空气流入气缸中并且优选在气缸中不留有剩余气体。
[0013]有利的是，至少几乎禁止换气并且保持因惯性运行而停止的燃烧，直到内燃机完全停机(转速为零)和/或直到起动过程开始。
[0014]如上所示，作为第二必要措施，在关断过程期间，在防止气缸换气的同时这样控制在内燃机和变速器之间设置用于力传递的变矩器跨接离合器，使得变矩器跨接离合器至少几乎保持接合或进行接合。有利的是，这样控制变矩器跨接离合器，使得变矩器跨接离合器至少几乎保持接合直到达到或低于预定的转速阈值，所述预定的转速阈值显著小于怠速转速阈值。理想的是，变矩器跨接离合器保持接合直至尽可能低的转速界限值(如300?400转/分)。与当今的用于自动关断内燃机的方法相反，变矩器跨接离合器保持接合直到尽可能小的转速或以最小滑差运行，也就是说，内燃机保持固定耦合在变速器上直到车速极低。如设定变矩器跨接离合器的最小滑差，则还可消除极低转速下动力系统中的振动。
[0015]通过内燃机和变速器之间持久的力锁合连接，内燃机可在这段时间内随时响应要求再次无延迟地起动，无需起动器。如发动机在尽可能低的转速(约300转/分)关停，则关停时间显著减少，在该时间内不能用传统起动系统进行起动。[0016]有利的是，在惯性运行中自动关断过程的导入还与其它前提关联。例如可评估当前车速和/或制动踏板操作。理想的是，仅当车速小于预定车速(所述预定车速显著大于
O,如25km/h)时，和/或在惯性运行阶段中同时操作了制动踏板，才在惯性运行阶段中导入自动关断过程。
[0017]为了能够实施根据本发明的方法，有利的是，为此所需的起停装置包括用于在具有自动变速器或自动化的变速器的机动车中导入内燃机的自动的关断过程和起动过程的控制单元、用于检测机动车惯性运行阶段的第一检测装置、用于关断内燃机气缸换气的换气禁止单元和用于控制在内燃机和变速器之间设置用于力传递的变矩器跨接离合器的致动器。根据本发明，这样构造控制单元，即在检测到内燃机的惯性运行阶段时控制单元这样控制换气禁止单元，使得内燃机气缸内的换气至少几乎禁止。同时这样控制用于控制变矩器跨接离合器的致动器，使得变矩器跨接离合器至少几乎保持接合或进行接合。
[0018]有利的是，在此这样构造换气禁止单元，使得换气禁止单元为了禁止换气至少几乎关闭内燃机气缸的排气门和/或进气门。理想的是，为此可使用具有零行程能力或可切换摇臂的VVT系统，如(全)可变气门机构。由于在变速器转速较低时也必须确保变矩器跨接离合器的可控性，有利的是，用于控制在内燃机和变速器之间设置用于力传递的变矩器跨接离合器的致动器是电动的变速器油泵，或可切换的液压的变速器油泵，或液压的蓄压器。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]下面借助实施例再次详细说明根据本发明的方法。附图如下:
[0020]图1为用于示出本发明方法的一种特别有利的方案的流程图；
[0021]图2为在本发明方法用于关断内燃机时与第一种已知方法比较的转速曲线图；
[0022]图3为在本发明方法用于关断内燃机时与第二种已知方法比较的转速曲线图。
【具体实施方式】
[0023]图1示出一种用于在具有自动变速器的机动车中自动关断和自动起动内燃机的操作方法。在此在第一步骤100中，在是否存在惯性运行SB方面监控内燃机运行。当检测到惯性运行SB并且满足所有其它的关断条件(如发动机温度在预定的温度窗内、驾驶员在车内)时，在下一步骤200中通过相应控制可变气门机构关闭排气门AV以便禁止换气并且同时这样控制变矩器跨接离合器WK，使得保持内燃机与变速器之间的力锁合，但呈现预定的最小滑差。基于惯性运行SB本来就停止的燃烧不被重新开始。
[0024]随后，在下一步骤300中，将内燃机的转速DZ与预定的400转/分的转速界限值进行比较。只要转速DZ并未低于该预定界限值，在步骤320中就持续检查是否存在用于重新起动内燃机的接通要求EA。当(在低于转速界限值之前)检测到接通要求EA时，在下一步骤420中，重新起动内燃机，其方式是，在排气门AV关闭的情况下这样控制进气门EV，使得在气缸中出现预定的新鲜气体量，该新鲜气体量是重新起动内燃机所需的。此外，作为用于控制新鲜气体填充的输入参数使用发动机温度、集流室中的空气温度、发动机转速、转速梯度以及重新起动所需的扭矩维持量。通过随后的喷油和点火，起动内燃机。在此喷油可在即将达到点火上止点时进行。由此产生非常好的谐振时间。同时可选择有针对性地脱开变矩器跨接离合器WK，以避免前冲。一旦内燃机达到目标转速，车辆进入常规运行中。
[0025]但如果转速DZ下降到预定转速界限值(如400转/分)以下(步骤300)，在下一步骤350中，有针对性地脱开变矩器跨接离合器WK并且关停发动机。关停直至达到发动机停机状态的时间极短。现在如在步骤450中出现用于起动内燃机的接通要求EA，可借助传统的小齿轮起动器RS符合请求地起动发动机(步骤550)。无需昂贵的可逆转的起动系统，其也许具有必要的车载电网扩展以避免车载电网电压不允许地降低，从而对其它用电器产生不良影响。
[0026]图2借助转速曲线示出在自动关断内燃机时已知方法与本发明的比较。在此虚线显示的转速曲线MSA II基于已由现有技术公开的已经公知的方法产生并且实线显示的转速曲线NEU基于新方法产生。
[0027]首先，借助虚线显示的转速曲线MSA II再次说明现有技术。在此认为，车辆通过制动踏板操作被制动到停车状态。只要内燃机的转速大于恢复转速时，不进行燃烧(推力停机)，也就是说不消耗燃料。然而一旦达到恢复转速，为了实现可靠的怠速并且出于舒适原因，就必须重新开始燃烧一参见区段“燃烧”。在向怠速过渡时，变矩器跨接离合器WK脱开。燃烧必须维持直至内燃机实际关停。为了使驾驶员能够避免内燃机关断，内燃机并非从达到怠速或者说停车状态(或最小速度)起立即停机，而是在经过预定的时间间隔dt后停机一在该时间间隔内驾驶员可避免内燃机关断。扩展系统已放弃停车状态的该时间间隔。在使用低成本的小齿轮起动器作为起动系统时，在发动机关停期间、即在时间窗dtMSAII内不能进行重新起动。
[0028]与转速曲线MSA II相反，根据本发明的转速曲线NEU示出，从存在惯性运行起一在其中为了导入关断过程禁止气缸内的换气并且同时变矩器跨接离合器WK保持接合直到达到300?400转/分的最小转速界限值，转速持续下降。在该时间内可简单地通过喷油和点火来重新起动内燃机。当达到300?400转/分的最小转速界限值时，变矩器跨接离合器WK才脱开并且发动机关停。现在，内燃机相对快速地达到静止位置，从该位置起可借助传统起动系统再次起动内燃机，也就是说，不能借助小齿轮起动器进行起动的时间窗dtNEU明显小于已知系统MSA IIο
[0029]与图2不同，在图3中示出一种替换的已知方法所呈现的转速曲线MSA III。在此，内燃机在惯性运行中已在低于预定的例如25km/h的速度界限值(高于恢复转速)时被立即关断。由于发动机被过早关停，时间窗dtMSAIII非常长，在该时间窗中发动机只能借助昂贵的可逆转的起动系统起动。另外，由于在相对高的速度时关断内燃机，需要附加电池以维持车辆系统的运行。
[0030]通过根据本发明的方法以及相应的装置产生一系列优点，在此在此总结这些优点。通过防止在达到所谓的恢复转速时恢复燃烧可相对于已知方法节约大约2 %的能耗，在所述已知方法中，在怠速范围中必须在关断之前再次开始燃烧。由于内燃机保持耦合直到极低的转速，也减少了改变主意的情况(驾驶员想在内燃机惯性运行中重新起动内燃机)在其中不能借助传统的起动系统进行起动。由于在达到该最小转速阈值之前在没有起动器的情况下就可通过喷油和点火进行起动，可省却单独的第二电池以及昂贵的可逆转式起动的起动系统。此外，也减少了通过起动器起动发动机的次数。这降低了磨损并因此延长了起动器的使用寿命。[0031]目前正在研发这样的系统，其在高于恢复转速时关停发动机。这种系统在改变主意的情况下就需要昂贵的反射起动系统，以便能够在惯性运行中在高的发动机转速下截住发动机。另外，在行驶期间通过电机(起动器)起动发动机时需要昂贵的车载电网扩展以确保车载电网的稳定性(如第二电池和DC/DC转换器)。在此产生与图2中所描述的已知方法相比相同的优点。
[0032]另一优点在于气门的关闭，这可在惯性运行中减少新鲜气体通过量。由此防止了催化器冷却，这又对排放产生积极影响。
[0033]最后应当指出，禁止换气也可用于其它功能。由此出现的减小的拖曳扭矩也可在高速下允许空挡滑行功能。在此也不需要使发动机脱耦。相同的操作方法也可用于混合动力汽车中。
【权利要求】
1.用于在具有自动变速器或自动化的变速器的机动车中借助起停装置自动关断和起动内燃机的方法，所述起停装置在内燃机惯性运行阶段(SB)中导入内燃机的自动关断过程，并且当存在至少一个接通要求(EA)时所述起停装置导入内燃机的自动起动过程，其特征在于，为了在内燃机惯性运行阶段(SB)中关断内燃机，至少几乎禁止内燃机气缸的换气，并且同时控制在内燃机和变速器之间设置用于力传递的变矩器跨接离合器(WK)，使得变矩器跨接离合器(WK)至少几乎保持接合或进行接合。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，通过内燃机气缸的排气门(AV)的关闭和/或进气门(EV)的关闭，禁止内燃机气缸内的换气。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，在通过排气门(AV)的关闭来禁止气缸内的换气时，控制进气门(EV)，使得预定量的新鲜空气流入气缸中，从而在气缸中不留有剩余气体。
4.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，至少几乎禁止换气并且保持因惯性运行而停止的燃烧，直到内燃机在变矩器跨接离合器(WK)脱开的情况下停机和/或直到导入起动过程。
5.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，所述变矩器跨接离合器(WK)至少几乎保持接合，直到达到或低于预定的转速阈值(300?400转/分)，所述预定的转速阈值(300?400转/分)小于怠速转速阈值，优选小于500转/分。
6.用于实施根据上述权利要求之一的方法的起停装置，其包括用于在具有自动变速器或自动化的变速器的机动车中导入内燃机的自动关断过程和起动过程的控制单元、用于检测机动车惯性运行阶段(SB)的第一检测装置、用于禁止内燃机气缸换气的换气禁止单元和用于控制在内燃机和变速器之间设置用于力传递的变矩器跨接离合器(WK)的致动器，其特征在于，在检测到内燃机的惯性运行阶段(SB)时，控制单元控制换气禁止单元，使得内燃机气缸内的换气至少几乎被禁止，并且同时用于控制变矩器跨接离合器(WK)的致动器被控制，使得变矩器跨接离合器(WK)至少几乎保持接合或进行接合。
7.根据权利要求6的起停装置，其特征在于，为了禁止换气，换气禁止单元至少几乎关闭内燃机气缸的排气门(AV)和/或进气门(EV)。
8.根据权利要求6或7的起停装置，其特征在于，具有即使在最低变速器转速下也用于确保接合以及用于调节变矩器跨接离合器(WK)的措施。
【文档编号】F02N11/08GK103958942SQ201280059602
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年11月29日 优先权日:2011年12月7日
【发明者】B·克劳斯, J·特里布洛斯基, A·埃维德 申请人:宝马股份公司