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Title:
METHOD AND ARRANGEMENT FOR STARTING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/160744
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for starting an internal combustion engine of a motor vehicle by means of an electric machine, wherein the method comprises the following steps in order to increase the service life of a hydrodynamic plain bearing: a first step (12), in which a rotational speed increase of a crank shaft of the internal combustion engine up to a plateau rotational speed (13) of the crankshaft by means of the electric machine occurs, a second step (14), in which the rotational speed of the crankshaft is maintained within a range around the plateau speed (13) for a first duration (15) or a rotational speed increase by the electric machine that is significantly slowed compared to the first step (12) and a third step (16) occurs for the first duration (15), and the third step (16), in which the rotational speed of the crankshaft is further increased after the first duration (15) has expired.

Inventors:
ANSHELM DIETER (DE)
Application Number:
PCT/EP2011/002336
Publication Date:
December 29, 2011
Filing Date:
May 11, 2011
Export Citation:
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Assignee:
DAIMLER AG (DE)
ANSHELM DIETER (DE)
International Classes:
F02N11/08; F02D41/06; F02D31/00
Foreign References:
US6274943B12001-08-14
US20100031911A12010-02-11
EP1750008A22007-02-07
DE102005027728A12007-03-22
DE102007005240A12008-08-07
US20050252474A12005-11-17
DE102007005240A12008-08-07
DE102005027728A12007-03-22
US20050252474A12005-11-17
Other References:
MARTIN KOELLNER: "Hybridantrieb für Stadtbusse", VDI-FACHKONFERENZ GETRIEBE IN NUTZFAHRZEUGEN, 23 July 2010 (2010-07-23)
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Claims:
Daimler AG

Patentansprüche

1. Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors (2) eines Kraftfahrzeugs mittels einer elektrischen Maschine (3), welche mit einer Kurbelwelle (4) des

Verbrennungsmotors (2) gekoppelt ist oder koppelbar ist, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:

- einen ersten Verfahrensschritt (12), in welchem ein Hochdrehen des

Verbrennungsmotors (2) mittels der elektrischen Maschine (3) bis zu einer Plateaudrehzahl (13) der Kurbelwelle (4) erfolgt,

- einen zweiten Verfahrensschritt (14, 314), in welchem ein im Wesentlichen Konstanthalten der Drehzahl der Kurbelwelle (4) innerhalb eines Bereiches um die Plateaudrehzahl (13) für eine erste Zeitdauer (15) oder ein im Vergleich zu dem ersten Verfahrensschritt (12) und einem dritten Verfahrensschritt ( 6) deutlich verlangsamtes Hochdrehen durch eine Drehzahlregelung einer Leistungselektronik der elektrischen Maschine (3) für die erste Zeitdauer (15) erfolgt,

- dem dritten Verfahrensschritt (16), in welchem eine weitere Erhöhung der Drehzahl der Kurbelwelle (4) auf eine Zieldrehzahl (17) nach Ablauf der ersten Zeitdauer (15) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Verfahrensschritt (12), der zweite Verfahrensschritt (14, 314) und der dritte Verfahrensschritt ( 6) bei einem Normalstart oder Warmstart des

Verbrennungsmotors (2) erfolgen, bei welchen eine Temperatur des

Verbrennungsmotors (2) höher als -15 °C ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass - ein Beginn einer Kraftstoffeinspritzung und einer Kraftstoffverbrennung in dem Verbrennungsmotor (2) zu einem vorgegebenen Zeitpunkt (t2) während des zweiten Verfahrensschrittes (14, 314) erfolgt und

- die weitere Erhöhung der Drehzahl der Kurbelwelle (4) durch eine

Drehzahlregelung des Verbrennungsmotors (2) erfolgt.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

in dem zweiten Verfahrensschritt (14, 314) die erste Zeitdauer (15) und/oder eine Steigung des Hochdrehens von einer Umgebungstemperatur und/oder einer Temperatur des Verbrennungsmotors (2) und/oder einer Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors (2) und/oder einer Temperatur und/oder einer Spannung einer Batterie für die Stromversorgung der elektrischen Maschine (3) abhängt.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Hochdrehen des Verbrennungsmotors (2) bis zu der Plateaudrehzahl (13) in dem ersten Verfahrensschritt (12) und die weitere Erhöhung der Drehzahl bis zu der Zieldrehzahl (17) in dem dritten Verfahrensschritt (16) gemäß einem jeweils vorgegebenen im Wesentlichen linear steigenden zeitlichen Verlauf der Drehzahl erfolgt.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Aufrechterhalten der Drehzahl der Kurbelwelle (4) in dem zweiten

Verfahrensschritt (14, 314) in Form eines im Wesentlichen Konstanthaltens der Drehzahl durch die elektrische Maschine (3) erfolgt.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

die weitere Erhöhung der Drehzahl unter einem drehzahlgeregelten Einwirken der elektrischen Maschine (2) auf die Kurbelwelle (4) erfolgt.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Plateaudrehzahl (13) zwischen 200 und 900 U/min beträgt, vorzugsweise zwischen 350 und 700 U/min.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

die erste Zeitdauer (15) zwischen 100 und 700 ms beträgt, vorzugsweise zwischen 200 und 500 ms.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Zieldrehzahl (17) 700 bis 1400 U/min beträgt, vorzugsweise 1100 bis 1300 U/min.

11. Vorrichtung zum Starten eines Verbrennungsmotors (2) eines Kraftfahrzeugs,

aufweisend

- eine elektrische Maschine (3), welche mit einer Kurbelwelle (4) des

Verbrennungsmotors (2) gekoppelt oder koppelbar ist,

eine Leistungselektronik (6) zur Steuerung und Regelung der elektrischen Maschine (3), welche mit einer Vorrichtung (5) zur Bestimmung einer

Drehzahl der Kurbelwelle (4) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Leistungselektronik (6) mittels der elektrischen Maschine (3)

ein Hochdrehen des Verbrennungsmotors (2) bis zu einer Plateaudrehzahl (13) der Kurbelwelle (4) sowie

- ein im Wesentlichen Konstanthalten der Drehzahl der Kurbelwelle (4)

innerhalb eines Bereiches um die Plateaudrehzahl (13) für eine erste Zeitdauer (15) oder ein verlangsamtes Hochdrehen der Kurbelwelle (4) des Verbrennungsmotors (2) für die erste Zeitdauer (15)

bewirken kann.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Vorrichtung eine Motorsteuerung (7) zur Steuerung und Regelung des

Verbrennungsmotors (2) sowie Kommunikationsmittel (8) zum Austausch von Informationen zwischen Leistungselektronik (6) und Motorsteuerung (7) aufweist, wobei die Motorsteuerung (7)

- einen Beginn einer Kraftstoffeinspritzung und einer Kraftstoffverbrennung in dem Verbrennungsmotor während oder nach Ablauf der ersten Zeitdauer (15) sowie - eine weitere Erhöhung der Drehzahl der Kurbelwelle (4) durch eine Drehzahlregelung des Verbrennungsmotors (2) nach Ablauf der ersten Zeitdauer (15) auf eine Zieldrehzahl (17)

bewirken kann.

Description:
Daimler AG

Verfahren und Vorrichtung zum Starten eines Verbrennungsmotors

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Starten eines

Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.

Es ist bekannt, dass Elektromotoren und Generatoren, bzw. allgemein elektrische Maschinen, mittels einer Leistungselektronik drehzahlgeregelt betrieben werden können. Ebenfalls seit längerem ist in diesem Zusammenhang bekannt, dass

Verbrennungsmotoren mittels einer Leistungselektronik und einer elektrischen Maschine drehzahlgeregelt gestartet werden können.

In dem Vortrag„Hybridantrieb für Stadtbusse" (Martin Koellner:„Hybridantrieb für Stadtbusse", VDI-Fachkonferenz Getriebe in Nutzfahrzeugen, Friedrichshafen, 22. und 23. Juni 2010, Folie 15) wird ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors mittels einem Generator offenbart, bei welchem in einer ersten Startphase eine

Drehzahlregelung des Generators erfolgt, in einer zweiten Startphase eine Stromregelung eines Stators erfolgt. Ab der zweiten Startphase ergibt sich ein unregelmäßiger

Drehzahlverlauf, der stark von Betriebsbedingungen wie zum Beispiel einer

Motortemperatur abhängt. Nach einem Beenden des Starts durch den Generator beginnt eine Kraftstoffeinspritzung in den Verbrennungsmotor. Ziel war es zu prüfen, ob bei dem vorgestellten Verfahren im Vergleich mit einem konventionellen Verbrennungsmotorstart mit Hilfe eines 24-V-Starters keine größeren Drehzahlunregelmäßigkeiten auftreten. Ein Vergleich von Drehzahlverläufen bei dem Start mit einem 24-V-Starter einerseits und bei dem verfahrensgemäßen Start andererseits zeigte in etwa ein gleiches Maß an

Drehzahlschwankungen, so dass der verfahrensgemäße Start als nicht ruckeliger als der Start mit dem 24-V-Starter bewertet wurde. Ein Einfluss des Startverfahrens auf einen Verschleiß des Verbrennungsmotors wurde nicht untersucht. Die DE 10 2007 005 240 A1 offenbart ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs durch welches Verfahren ein Startkomfort deutlich erhöht werden soll. Dabei wird mittels einer elektrischen Maschine ein

Drehzahlistwert einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors auf einen Drehzahlsollwert gebracht und der Drehzahlistwert mittels der elektrischen Maschine auf den

Drehzahlsollwert geregelt. Dieses zeitweise näherungsweise Konstanthalten der Drehzahl erfolgt während dem Einsetzen von Einspritzung und Zündung des Verbrennungsmotors bis der Verbrennungsmotor angesprungen ist und einen stationären Arbeitspunkt erreicht hat, bei dem er den Drehzahlwert selbst regelt. Der Drehzahlsollwert ist dabei eine Leerlaufdrehzahl oder eine höher als die Leerlaufdrehzahl liegende Hochdrehzahl. Auf diese Weise können komfortbeeinträchtigende Drehzahlunregelmäßigkeiten,

insbesondere Drehzahlüberschwinger, wie sie bei einer einsetzenden Verbrennung im Verbrennungsmotor auftreten, durch ein gezieltes Aufbringen von positiven oder negativen Momenten auf die Kurbelwelle durch die elektrische Maschine stark reduziert werden. Durch dieses Verfahren werden, gegenüber einem Startverfahren mit einem konventionellen 24-V-Starter, störende Vibrationen verringert bzw. der Startkomfort erhöht.

Die DE 10 2005 027 728 A1 offenbart ein Verfahren zum Starten eines

Verbrennungsmotors, bei welchem der Verbrennungsmotor mittels einer elektrischen Maschine mit einem vorgegebenen Drehmoment der elektrischen Maschine gestartet wird.

Die US 2005/0252474 A1 offenbart ein Verfahren zum Starten eines

Verbrennungsmotors bei kalten Bedingungen. Dabei wird der Verbrennungsmotor mittels einer elektrischen Maschine so gestartet, dass durch die elektrische Maschine für eine gewisse Zeitdauer eine Mindestdrehzahl des Verbrennungsmotors sichergestellt wird. Ein Drehzahlhochlauf des Verbrennungsmotors wird dadurch erleichtert.

Verfahren, wie sie in der DE 10 2007 005 240 A1 beschrieben sind, sind zwar dafür geeignet, einen stetigen Drehzahlverlauf beim Start eines Verbrennungsmotors zu bewirken und damit ruckartige Drehverläufe, die sich komfortmindernd auf das gesamte Kraftfahrzeug übertragen, zu unterdrücken. Diese Verfahren zeigt sich allerdings nachteilig im Hinblick auf Materialabnutzungsprobleme, die sich bei heutigen

Kraftfahrzeugen, welche mit sogenannten Stopp-Start-Automatiksystemen ausgerüstet sind, ergeben. Bei derartigen Kraftfahrzeugen wird der Verbrennungsmotor zum Zwecke der Kraftstoffeinsparung unter bestimmten Betriebsbedingungen, bei denen keine Momentenabgabe des Verbrennungsmotors erforderlich ist, automatisch abgeschaltet und danach, bei einem Vortriebswunsch durch einen Fahrer, wieder angeschaltet. Die mit einem Motorstart aus dem Motorstillstand einhergehende Materialbelastung von

Verbrennungsmotor- und Startkomponenten ist bei einem solchen Kraftfahrzeug aufgrund der höheren Anzahl an Starts deutlich höher als bei einem Kraftfahrzeug ohne Stopp- Start-Automatiksystem. Derartige, die Lebensdauer vermindernde Belastungen wirken sich insbesondere auf hydrodynamische Gleitlager von Verbrennungsmotoren aus.

Was den Verschleiß von hydrodynamischen Gleitlagern betrifft, ist zum Beispiel aus der sogenannten Stribeck-Kurve bekannt, dass die Reibung in derartigen Lagern mit zunehmender Relativgeschwindigkeit in einem Schmierspalt des Lagers zunimmt.

Allerdings ist in einer Anfangsphase der Relativbewegungen eine Schmierflüssigkeit noch nicht gleichmäßig in dem Schmierspalt verteilt, so dass anfänglich eine Haftreibung oder eine Mischreibung zwischen den bewegten Teilen des Gleitlagers auftritt.

Angesichts dieser Gesichtspunkte ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die

Lebensdauer eines hydrodynamischen Gleitlagers eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mit einem Stopp-Start-Automatiksystem zu erhöhen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung zum Starten eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8.

Das Verfahren zum Starten des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs zeichnet sich dadurch aus, dass der Verbrennungsmotor durch eine Einwirkung einer elektrischen Maschine, welche mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt ist oder, nämlich über eine betätigbare Kupplung, koppelbar ist, in eine Drehbewegung gesetzt wird.

Erfindungsgemäß erfolgt das Starten des Verbrennungsmotors mit einem ganz bestimmten zeitlichen Verlauf einer Drehzahl der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors.

Ein gewünschter zeitlicher Verlauf der Drehzahl der Kurbelwelle kann durch einen skalierbaren Momentenaufbau der elektrischen Maschine in Verbindung mit einer Bestimmung der Drehzahl der Kurbelwelle bewirkt werden. Der skalierbare

Momentenaufbau kann mittels einer mit der elektrischen Maschine verbundenen Leistungselektronik erfolgen, welche über Mittel zur Bestimmung der Drehzahl der Kurbelwelle verfügt.

Das Verfahren zum Starten des Verbrennungsmotors mit dem gewünschten zeitlichen Verlauf der Drehzahl der Kurbelwelle weist dabei mindestens 3 Schritte auf.

- Ein erster Verfahrensschritt, in welchem die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors durch die elektrische Maschine aus ihrem Stillstand in Drehung versetzt und bis zu einer bestimmten Drehzahl hochgedreht wird. Die bestimmte Drehzahl wird im Folgenden Plateaudrehzahl genannt, da die Verlaufsgraphik der Drehzahl über der Zeit nach Erreichen dieser Drehzahl im Wesentlichen ein Plateau aufweist. Das Hochdrehen der Drehbewegung der Kurbelwelle bis zur Plateaudrehzahl weist dabei einen im Wesentlichen streng monoton steigenden Verlauf auf.

Ein zweiter Verfahrensschritt, in welchem für eine erste Zeitdauer nach Erreichen der Plateaudrehzahl mittels einer Drehzahlregelung durch die Leistungselektronik der elektrischen Maschine die Drehzahl der Kurbelwelle innerhalb eines Bereiches um die Plateaudrehzahl im Wesentlichen konstant gehalten wird. Alternativ dazu kann während des zweiten Verfahrensschrittes die Drehzahl weiter erhöht werden, jedoch im Vergleich zu der Drehzahlerhöhung im ersten und in einem dritten Verfahrensabschnitt mit einer deutlich verringerten Steigung der

Drehzahlerhöhung über der Zeit.

Der dritte Verfahrensschritt, in welchem eine weitere Erhöhung der Drehzahl erfolgt, wobei die weitere Erhöhung der Drehzahl nach Ablauf der ersten Zeitdauer erfolgt. Im Zuge der weiteren Erhöhung wird die Drehzahl bis zu einer Zieldrehzahl erhöht, wobei die Zieldrehzahl in der Regel einer Leerlaufdrehzahl des

Verbrennungsmotors entspricht. Dabei ist die Zieldrehzahl sinnvoller Weise von einer Motor- oder Kühlmitteltemperatur und/oder von einer Umgebungstemperatur und/oder von weiteren Parametern abhängig. Selbstverständlich kann im Zuge der weiteren Erhöhung der Drehzahl mindestens ein weiterer Verfahrensschritt erfolgen, in dem die Drehzahl bei einem höheren Wert als der Plateaudrehzahl nochmals für eine gewisse Zeitdauer konstant gehalten wird, bevor bis zur Zieldrehzahl erhöht wird.

Es hat sich gezeigt, dass mittels des genannten Ablaufs die Lebensdauer eines hydrodynamischen Gleitlagers bezogen auf eine feste Anzahl von Startvorgängen des Verbrennungsmotors um ein Vielfaches erhöht werden kann. Möglicherweise liegt dies daran, dass insbesondere während dem zweiten Verfahrensschritt eine vollkommene Verteilung eines Schmieröls auf den reibenden Flächen des Gleitlagers erfolgt, so dass bei den höheren Drehzahlen, die erst im dritten Verfahrensschritt erreicht werden, nur noch Gleitreibung und keine Misch- oder Haftreibung mehr erfolgt. Mischreibung wirkt sich umso zerstörerischer aus, je höher die Drehzahl ist. Ohne das durch die

Drehzahlregelung der Leistungselektronik der elektrischen Maschine erzwungene Konstanthalten der Drehzahl des Verbrennungsmotors würde insbesondere bei einem Warmstart die Drehzahl des Verbrennungsmotors sofort nach Kraftstoffeinspritzung stark ansteigen, ohne dass sich ein Drehzahlplateau bildet, weil ein Warmstart des

Verbrennungsmotors sehr schnell erfolgt. Andererseits würde bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors dessen Drehzahl sehr lange bei niedrigen Werten verharren, wenn die erste Zeitdauer nicht durch die Leistungselektronik der elektrischen Maschine, welche einen weiteren Drehzahlanstieg nach der ersten Zeitdauer erzwingt, begrenzt werden würde. Durch die Drehzahlregelung der Leistungselektronik der elektrischen Maschine wird sichergestellt, dass die erste Zeitdauer ausreichend lang für eine Ausbildung eines Schmierfilmes auf den Gleitlagern des Verbrennungsmotors ist und zugleich, dass die erste Zeitdauer so kurz wie möglich ist, so dass sich eine Startdauer des

Verbrennungsmotors nicht unnötig verlängert.

Mit der bei dem zweiten Verfahrensschritt im Wesentlichen konstant um die

Plateaudrehzahl gehaltenen Drehzahl des Verbrennungsmotors ist gemeint, dass die Drehzahl der Kurbelwelle nicht mehr als um 50 U/min von der Plateaudrehzahl abweicht, insbesondere nicht mehr als 10 U/min. Die höhere Toleranz von 50 U/min hat dabei den Vorteil, dass eine vereinfachte Regelung verwendet werden kann, jedoch ist die damit erzielbare Verschleißverringerung nicht so groß. Bei der kleineren Toleranz von 10 U/min lässt sich eine große Verschleißverringerung und ein gutes Komfortempfinden erreichen.

Mit der beim zweiten Verfahrensschritt genannten deutlich verringerten Steigung der Drehzahlerhöhung über der Zeit ist eine im Vergleich zum ersten und zweiten

Verfahrensschritt jeweils um mindestens 50 % verringerte Steigung gemeint. Bei einer derartig verringerten Steigung tritt bereits eine Verbesserung des Verschleißverhaltens des Gleitlagers ein, wenn auch nicht in dem Maße wie bei einer annähernden

Konstanthaltung der Drehzahl während des zweiten Verfahrensschrittes. Allerdings hat diese Alternative mit der lediglich verringerten Steigung den Vorteil, dass eine

Geschwindigkeit des Startvorgangs vergleichsweise erhöht wird, so dass der Start durch den Fahrer komfortabler erlebt wird. Ein Beginn einer Einspritzung beziehungsweise einer Verbrennung eines Kraftstoffes in dem Verbrennungsmotor kann prinzipiell während dem ersten oder dem zweiten oder dem dritten Verfahrensschritt erfolgen.

Eine erste Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass der erste, der zweite und der dritte Verfahrensschritt bei einem Normalstart oder Warmstart des Verbrennungsmotors erfolgen, wobei ein Normal- oder Warmstart insbesondere dann vorliegt, wenn eine Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors größer als -15 °C ist. Bei Temperaturen von größer als -15 °C erfolgt bei einem, gemäß dem Stand der Technik, ungebremsten Start des Verbrennungsmotors ein sehr schneller Drehzahlanstieg, welcher schnelle Drehzahlanstieg sich verschleißerhöhend auf die Gleitlager des Verbrennungsmotors auswirkt. Außerdem sind Normal- oder Warmstarts bei Kraftfahrzeugen mit Stopp-Start- Automatiksystemen viel häufiger als in konventionellen Fahrzeugen, wogegen eine Anzahl an Kaltstarts mit Kühlmitteltemperaturen von kleiner als -15 °C in konventionellen Fahrzeugen und in Fahrzeugen mit Stopp-Start-Automatiksystemen annähernd gleich ist. Insbesondere durch die Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte bei Normal- oder Warmstarts des Verbrennungsmotors lässt sich somit im Vergleich zu konventionellen Startverfahren eine hohe Verschleißreduktion erzielen.

Als besonders vorteilhaft hat sich eine weitere Weiterbildung des Verfahrens erwiesen, bei welcher der Beginn der Kraftstoffeinspritzung und der Kraftstoffverbrennung in dem Verbrennungsmotor während des zweiten Verfahrensschrittes erfolgt und bei welcher die weitere Erhöhung der Drehzahl allein durch die Kraft des Verbrennungsmotors, das heißt ohne eine Einwirkung der elektrischen Maschine, erfolgt. Auf diese Weise kann ein Gesamtverbrauch an elektrischer Energie auf das Nötige beschränkt werden.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, dass die erste Zeitdauer und/oder die jeweilige Steigung der Drehzahlerhöhung und/oder ein Zeitpunkt des Beginns der Kraftstoffeinspritzung und -Verbrennung von einer

Umgebungstemperatur und/oder einer Temperatur des Verbrennungsmotors und/oder einer Kühlmitteltemperatur und/oder einer Temperatur einer Batterie zur Stromversorgung der elektrischen Maschine und/oder einer Spannung der Batterie abhängt. Auf diese Weise kann der Umstand, dass die Mischreibung im Falle eines warmen Motors mit warmem Motorenöl schneller überwunden werden kann, vorteilhaft ausgenutzt werden. Im Falle eines warmen Motors wird in dieser Weiterbildung idealer Weise eine kürzere erste Zeitdauer oder auch ein weniger verlangsamtes Hochdrehen, das heißt eine weniger reduzierte Steigung des Hochdrehens, gewählt. Andererseits wird vorteilhafter Weise bei einer niedrigen Batterietemperatur oder einer niedrigen Batteriespannung eine möglichst batterieschonende Variante des Verfahrens durchgeführt, nämlich mit einem verkürzten Betrieb der elektrischen Maschine und einer vorgezogenen Einspritzung und Verbrennung im Verbrennungsmotor.

Eine andere Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, dass das Hochdrehen des Verbrennungsmotors im ersten Verfahrensschritt und auch die weitere Erhöhung der Drehzahl im dritten Verfahrensschritt jeweils gemäß einem jeweils vorgegebenen im Wesentlichen linear steigenden zeitlichen Verlauf der Drehzahl erfolgt. Auf diese Weise kann ein gleichmäßiger Drehzahlverlauf gewährleistet werden, der sich schonend auf die Komponenten des Verbrennungsmotors auswirkt.

Eine andere Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, dass die weitere Erhöhung der Drehzahl im dritten Verfahrensschritt unter einem Einwirken der elektrischen Maschine auf die Kurbelwelle erfolgt. Durch ein geregeltes Einwirken der elektrischen Maschine kann die Bewegung der Kurbelwelle vergleichmäßigt werden, was sich ebenfalls lebensdauererhöhend auf den Verbrennungsmotor auswirkt.

Eine andere Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, dass die Plateaudrehzahl zwischen 200 und 900 U/min beträgt, besonders bevorzugt zwischen 350 und 700 U/min sowie dass die erste Zeitdauer zwischen 100 und 700 ms beträgt, vorzugsweise zwischen 200 und 500 ms. Die Plateaudrehzahl und damit eine Einspritzdrehzahl liegt vorteilhafter Weise unterhalb einer üblichen Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors weil dadurch die höchste Verschleißverminderung bei dem Verbrennungsmotor erzielt wird.

Andererseits soll die Plateaudrehzahl aus Akustik- bzw. Vibrationsgründen nicht zu niedrig liegen. So hat sich bei Versuchen gezeigt, dass sich mit Plateaudrehzahlen zwischen 350 und 700 U/min sowie mit ersten Zeitdauern zwischen 100 und 700 ms Verbesserungen hinsichtlich der Lebensdauer des Gleitlagers um einen Faktor von circa 10 erzielen lassen gegenüber einem Startverfahren ohne eine geregelte Plateauphase. Plateaudrehzahlen zwischen 350 und 700 U/min sowie Zeitdauern zwischen 200 und 500 ms haben sich zudem als besonders wirksamen Kompromiss zwischen einer sehr deutlichen Lebensdauerverbesserung und gleichzeitig einer geringen Verschlechterung der Startzeiten des Verbrennungsmotors erwiesen.

Die Zieldrehzahl beträgt vorzugsweise eine Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors, zum Beispiel im Bereich von ca. 700 U/min, oder eine Drehzahl eines ersten Lastpunktes, welcher direkt aus dem Startverfahren des Verbrennungsmotors angefahren wird. Ist der Verbrennungsmotor Teil eines seriellen Hybridsystems, so entfällt üblicherweise eine Leerlaufregelung, und die Zieldrehzahl liegt in diesem Fall oder ähnlichen Fällen vorteilhafter Weise bei der Drehzahl des niedrigsten Lastpunktes, was einer Drehzahl von circa 1200 U/min entspricht.

Die Vorrichtung zum Starten eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs zeichnet sich durch eine elektrische Maschine, welche mit einer Kurbelwelle des

Verbrennungsmotors gekoppelt oder koppelbar ist sowie eine Leistungselektronik zur Steuerung und Regelung der elektrischen Maschine, welche mit einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Drehzahl der Kurbelwelle verbunden ist, aus. Erfindungsgemäß weist die Leistungselektronik Mittel zur Durchführung eines Verfahrens nach dem Anspruch 1 auf. Diese sind insbesondere Mittel zu einem Hochdrehen des Verbrennungsmotors bis zu einer Plateaudrehzahl der Kurbelwelle sowie Mittel zu einem Aufrechterhalten der Drehzahl der Kurbelwelle innerhalb eines Bereiches um die Plateaudrehzahl für eine erste Zeitdauer oder zu einem verlangsamten Hochdrehen der Kurbelwelle des

Verbrennungsmotors für die erste Zeitdauer.

In einer Weiterbildung dieser Vorrichtung weist diese weiterhin eine Motorsteuerung zur Steuerung und Regelung des Verbrennungsmotors sowie Kommunikationsmittel zum Austausch von Informationen zwischen der Leistungselektronik und der Motorsteuerung auf, wobei die Motorsteuerung

einen Beginn einer Kraftstoffeinspritzung und einer Kraftstoffverbrennung in dem Verbrennungsmotor während oder nach Ablauf der ersten Zeitdauer sowie - eine weitere Erhöhung der Drehzahl der Kurbelwelle durch eine Drehzahlregelung des Verbrennungsmotors nach Ablauf der ersten Zeitdauer

bewirken kann.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum

Starten eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs,

Fig. 2 ein Diagramm mit der Auftragung des zeitabhängigen Drehzahlverlaufs einer

Kurbelwelle des Verbrennungsmotors entsprechend dem erfindungsgemäßen

Verfahren sowie Fig. 3 ein Diagramm mit der Auftragung des zeitabhängigen Drehzahlverlaufs einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors entsprechend einer alternativen

Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Eine in Fig. 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Starten eines Verbrennungsmotors 2 eines nichtdargestellten Kraftfahrzeugs weist eine elektrische Maschine 3 auf, welche mit einer Kurbelwelle 4 des Verbrennungsmotors 2 verbunden ist. Die elektrische Maschine 3 kann die Kurbelwelle 4 antreiben, das heißt positive oder negative Drehmomente auf diese ausüben. Eine Drehzahl n der Kurbelwelle 4 wird durch einen Drehzahlsensor 5 erfasst und als Drehzahlistwert n, an eine

Motorsteuerung 7 übermittelt. Die Motorsteuerung 7 ist mit einer Leistungselektronik 6 über einen CAN-Bus 8 verbunden, so dass Informationen zwischen der Motorsteuerung 7 und der Leistungselektronik 6 ausgetauscht werden können. Über den CAN-Bus 8 erhält die Leistungselektronik 6 den Drehzahlistwert n,. Die Leistungselektronik 6 steuert und regelt die elektrische Maschine 3 und gibt ihrerseits einen Drehzahlsollwert n s für die elektrische Maschine 3 vor, wobei die Vorgabe des Drehzahlsollwert n s nach Maßgabe eines Software-Programmes in Abhängigkeit von der Zeit sowie unterschiedlicher Parameter, insbesondere der Parameter einer Umgebungstemperatur und/oder einer Temperatur des Verbrennungsmotors und/oder einer Kühlmitteltemperatur und/oder einer Temperatur einer Batterie zur Spannungsversorgung der elektrischen Maschine und/oder einer Spannung der Batterie erfolgt. Weicht der Drehzahlistwert n, von dem

Drehzahlsollwert n s ab, regelt die Leistungselektronik 6 die elektrische Maschine 3 so, dass der Kurbelwelle 4 der Drehzahlsollwert n s aufgeprägt wird.

Der Verbrennungsmotor 2 wird von einer Motorsteuerung 7 gesteuert und/oder geregelt. Eine Regelung der Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors 2 erfolgt in bekannter Weise, beispielsweise durch Verarbeitung geeigneter Messwerte, wie zum Beispiel des Drehzahlistwertes n, der Kurbelwelle und durch Einstellung geeigneter Größen am

Verbrennungsmotor 2, wie zum Beispiel eine eingespritzte Kraftstoffmenge M.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm mit einer zeitabhängigen Drehzahlkurve 11 eines

Drehzahlistwertes n t der Kurbelwelle 4 des Verbrennungsmotors 2 entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Ein erster Verfahrensschritt 12, in welchem ein Hochdrehen des Verbrennungsmotors 2 mittels der elektrischen Maschine 3 bis zu einer Plateaudrehzahl 3 der Kurbelwelle 4 erfolgt, spiegelt sich in einem Anstieg des Drehzahlistwertes n, der Kurbelwelle 4 bis zu der Plateaudrehzahl 3 von 600 U/min wieder. Der Drehzahlanstieg verläuft geregelt durch die Leistungselektronik 6 annähernd linear innerhalb von ca. 600 ms.

Bei Erreichen der Plateaudrehzahl 13 von 600 U/min beginnt zu einem Zeitpunkt t 0 ein zweiter Verfahrensschritt 14. Während des zweiten Verfahrensschrittes 14 wird, wiederum geregelt durch die Leistungselektronik 6, die Drehzahl der Kurbelwelle 4 annähernd konstant gehalten, so dass für den zweiten Verfahrensschritt ein gerader Kurvenabschnitt mit Steigung null bei einem Drehzahlistwert n, der Kurbelwelle 4 von 600 U/min resultiert. Der zweite Verfahrensschritt 14 endet zu einem Zeitpunkt bzw. nach einer ersten Zeitdauer 15, die sich von t 0 bis ti erstreckt. Die Plateaudrehzahl 13 von 600 U/min stellt dabei einen optimalen Kompromiss zwischen dem Erreichen einer hohen Verschleißminderung und eines niedrigen Vibrationsniveaus im Fahrzeug.

Vor dem Ende der ersten Zeitdauer 15 erfolgt zu einem Zeitpunkt t 2 (welcher somit vor liegt) eine Einspritzung von Kraftstoff in den Verbrennungsmotor 2. Der Drehzahlistwert n, der Kurbelwelle 4 bleibt jedoch auch nach dem Zeitpunkt t 2 zunächst bei der

Plateaudrehzahl 13 von 600 U/min, da in dem Maße, wie sich ein Drehmoment des Verbrennungsmotors auf die Kurbelwelle 4 durch eine einsetzende Verbrennung erhöht, das Drehmoment der elektrischen Maschine 3 durch deren Drehzahlregelung erniedrigt wird. Spätestens zum Zeitpunkt ist das von dem Verbrennungsmotor 2 auf die

Kurbelwelle 4 ausgeübte Drehmoment so groß, dass das von der elektrischen Maschine 3 auf die Kurbelwelle 4 ausgeübte Drehmoment null geworden ist.

Ab dem Zeitpunkt ti, an welchem ein dritter Verfahrensschritt 16 beginnt, erhöht sich die Drehzahl n der Kurbelwelle 4 weiter bis zu einer Zieldrehzahl 17, welche bei 1200 U/min liegt. Diese Drehzahlerhöhung erfolgt ohne Krafteinwirkung der elektrischen Maschine 3 allein durch eine Drehmomentregelung des Verbrennungsmotors 2.

Im dritten Verfahrensschritt 16 kann die Erhöhung der Drehzahl der Kurbelwelle 4 zusätzlich durch ein Einwirken der elektrischen Maschine 3 erfolgen. Auf diese Weise kann eine genauere Drehzahlregelung gewährleistet werden als dies durch die

Momentenregelung des Verbrennungsmotors 2 alleine möglich wäre. Dadurch können materialbelastende Ungleichförmigkeiten der Drehung der Kurbelwelle 4 ausgeglichen werden.

Der Verlauf der Drehzahlkurve 11 hängt vorteilhafter Weise von Fahrzeugparametern ab, welche einen Erwärmungszustand des Verbrennungsmotors 2 und/oder einen Zustand einer Batterie, welche zur Stromversorgung der elektrischen Maschine 3 dient, charakterisieren. Das heißt, dass die Leistungselektronik 6 und die Motorsteuerung 7 die elektrische Maschine 3 beziehungsweise den Verbrennungsmotor 2 auf eine Art und Weise steuern und regeln, dass zumindest eine der folgenden Regelgrößen

- Plateaudrehzahl 13,

- Zeitpunkt t 0 , an welchem der zweite Verfahrensschritt 14 beginnt,

- und damit auch die Steigung des Drehzahlanstieges im ersten

Verfahrensschritt 12,

- Zeitpunkt t 2 , an welchem die Einspritzung im Verbrennungsmotor 2 startet,

- Zeitpunkt ti (beziehungsweise die erste Zeitdauer 15), bei welchem der dritte Verfahrensschritt 16 startet,

- Zieldrehzahl 17 und die Steigung des Drehzahlanstieges im dritten

Verfahrensschritt 16

abhängig sind von zumindest einem der folgenden Parameter:

Umgebungstemperatur,

- Temperatur des Verbrennungsmotors,

Kühlmitteltemperatur,

- Temperatur und/oder Spannung der Batterie, welche zur

Spannungsversorgung der elektrischen Maschine 3 dient.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm mit der Auftragung des zeitabhängigen Drehzahlverlaufs einer Kurbelwelle 4 des Verbrennungsmotors 2 entsprechend einer alternativen

Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei dieser Ausführungsform wird in einer alternativen Form des zweiten Verfahrensschrittes 314 die Plateaudrehzahl 13 nicht konstant gehalten sondern über die ganze erste Zeitdauer 15 stetig erhöht, wobei die Steigung der Drehzahlerhöhung über der Zeit während des zweiten

Verfahrensschrittes 314 deutlich niedriger ist als die Steigung der Drehzahlerhöhung über der Zeit sowohl im ersten Verfahrensschritt 12 als auch im dritten Verfahrensschritt 16.

Eine Verbesserung der einer Lebensdauer eines hydrodynamischen Gleitlagers des Verbrennungsmotors (2) ist, wenn auch in geringerem Maße, auch dann noch auf erfindungsgemäße Art und Weise zu erreichen, wenn während des zweiten

Verfahrensschrittes kurzeitig eine leicht negative Steigung des Drehzahlverlaufs auftritt. Ein solcher negativer Verlauf kann zum Beispiel durch eine weniger komfortabel geregelte beginnende Einspritzung beim Verbrennungsmotor resultieren.




 
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