VERBRENNUNGSKRAFTMASCHINE

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrenn ungskraft- maschine. Das Verfahren kann in einem Kraftfahrzeug durchgeführt wer- den.

Verbrennungskraftmaschinen können mit einem Starter-Generator gekop- pelt sein. Ein Starter-Generator vereint die Funktionen von Anlasser und Lichtmaschine in einer einzigen elektrischen Maschine. Er kann damit so- wohl den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs beschleunigen (Start- betrieb), als auch bei laufendem Motor elektrischen Strom erzeugen (Ge- neratorbetrieb). Moderne, leistungsstarke Starter-Generatoren können z. B. in Hybridelektrokraftfahrzeugen Energie sparen, indem sie beim Ab- bremsen des Fahrzeugs elektrische Energie in die Fahrzeugbatterie zu- rückspeisen und diese Energie später verwenden, um den Verbren- nungsmotor zu entlasten oder zu unterstützen, wenn besonders viel Ener- gie benötigt wird, beispielsweise beim Beschleunigen.

Als Starter-Generatoren kommen riemengetriebene Starter-Generatoren und Kurbelwellen-Starter-Generatoren zum Einsatz.

Riemengetriebene Starter-Generatoren oder Riemen-Starter-Generatoren (RSG, englisch: Belt-Driven Starter Generator (BSG), oder Belt-Driven Integrated Starter Generator (B-ISG)) werden, wie eine herkömmliche Lichtmaschine, mittels Riementrieb mit dem Verbrennungsmotor gekop- pelt.

Kurbelwellen-Starter-Generatoren (KSG, englisch: Crankshaft-Mounted Integrated Starter Generator (C-ISG)) sitzen zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe direkt auf der Kurbelwelle. Die übertragbare Leistung ist im Wesentlichen nur durch die Leistungsfähigkeit des Startergenerators oder des Umrichters begrenzt.

Starter-Generatoren kommen unter anderem auch in Betriebsbereichen der Verbrennungskraftmaschine zum Einsatz, in denen ein Start/Stopp- Betrieb vorliegt und eine Abschaltung der Verbrennungskraftmaschine erfolgt ist, wobei eine Drosselklappe einer Einlassseite der Verbrennungs- kraftmaschine geschlossen ist und eine aktuelle Drehzahl der Verbren- nungskraftmaschine größer null ist und abnimmt. Erfolgt in diesem Be- triebsbereich eine Anforderung zum erneuten Start der Verbrennungs- kraftmaschine, können, ausgehend von einer hohen Drehzahl und hin zu einer geringeren Drehzahl, bestimmte Randbedingungen in folgender Rei- henfolge berücksichtigt werden:

Oberhalb einer ersten Drehzahlgrenze kann ein Start der Verbren- nungskraftmaschine und Betrieb der Verbrennungskraftmaschine über eine Drehzahlregelung erfolgen. Hier kann ein Starter- Generator zum Antrieb der Verbrennungskraftmaschine als Unter- stützung eingesetzt werden. Der Starter-Generator kann dabei zeit- gleich mit der Verbrennungskraftmaschine angesteuert werden.

Ausgehend bzw. unterhalb von der ersten Drehzahlgrenze und oberhalb einer zweiten Drehzahlgrenze kann ein Betrieb eines Star- ter-Generators ausgeschlossen sein und die Verbrennungskraftma- schine wird alleine bzw. autark betrieben. In diesem Drehzahlfens- ter kann es Vorkommen, dass z. B. ein Zweimassenschwungrad in ungewünschter Weise aufschwingt und dadurch beschädigt wird.

Ausgehend bzw. unterhalb von der zweiten Drehzahlgrenze und oberhalb einer dritten Drehzahlgrenze kann ein Start der Verbren- nungskraftmaschine und zeitgleich eine Ansteuerung des Starter- Generators erfolgen.

Ausgehend bzw. unterhalb von der dritten Drehzahlgrenze und bis zu einer Drehzahl von null Umdrehungen pro Minute wird ein Still stand der Verbrennungskraftmaschine abgewartet und nach Erken- nen des Stillstands ein Antrieb der Verbrennungskraftmaschine al- leine über den Starter-Generator eingeleitet.

Es ist nun beobachtet worden, dass eine Ansteuerung des Starter- Generators bei einer aktuellen Drehzahl, die (knapp) oberhalb der ersten Drehzahlgrenze liegt, zu Startabbrüchen (also Wiederabschaltung der Verbrennungskraftmaschine) und Schädigungen des Zweimassen- schwungrads führen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik angeführten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbe- sondere soll ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen werden, durch das in dem genannten Betriebsbereich Startabbrüche und Schädigungen von Komponenten eines Antriebsstran- ges eines Kraftfahrzeuges verhindert werden können.

Zur Lösung dieser Aufgaben trägt ein Verfahren mit den Merkmalen ge- mäß Patentanspruch 1 bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Be- schreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei wei- tere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden. Es wird ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine vor- geschlagen, wobei die Verbrennungskraftmaschine über einen Starter- Generator antreibbar bzw. mit einem Starter-Generator gekoppelt ist. Das Verfahren wird in zumindest einem Betriebsbereich der Verbrennungs- kraftmaschine durchgeführt, wobei in diesem Betriebsbereich ein

Start/Stopp-Betrieb (also ein automatisches - nicht ausschließlich durch einen Fahrer initiiertes - Abschalten und ggf. Neustarten der Verbren- nungskraftmaschine) vorliegt und eine Abschaltung der Verbrennungs- kraftmaschine (gerade) erfolgt ist. In diesem Betriebsbereich ist eine Dros- selklappe geschlossen und eine aktuelle Drehzahl der Verbrennungs- kraftmaschine (also einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine) ist größer null und nimmt ab. Die aktuelle Drehzahl ist größer als ein Dreh- zahlfenster (also insbesondere größer als ein oberer Grenzwert davon bzw. eine erste Drehzahlgrenze), in dem ein Antrieb der Verbrennungs- kraftmaschine über den Starter-Generator zum Schutz der Verbrennungs- kraftmaschine ausgeschlossen ist.

Das Verfahren weist zumindest die folgenden Schritte auf:

a) Feststellen des Vorliegens des Betriebsbereichs;

b) Feststellen einer Anforderung zum Antrieb der Verbrennungskraft- maschine;

c) zunächst erste Ansteuerung des Starter-Generators bis der Starter- Generator zum Antrieb der Verbrennungskraftmaschine eine Dreh- momentschwelle zumindest erreicht hat; und

d) dann zweite Ansteuerung der Verbrennungskraftmaschine.

Die Verbrennungskraftmaschine wird insbesondere über Selbstzündung (z. B. Dieselmotor) oder Fremdzündung (z. B. Benzinmotor) angetrieben. Der Start/Stopp-Betrieb dient der Einsparung von Kraftstoff und der damit verbundenen Reduzierung von Schadstoffen. Dabei wird die Verbren- nungskraftmaschine während eines Schubbetriebs des Kraftfahrzeuges abgeschaltet (Stopp) und Zündvorgänge werden eingestellt. Insbesondere wird dazu eine die Luftzufuhr zu den Brennkammern regulierende Dros- selklappe geschlossen, so dass keine Luft den Brennkammern zugeführt wird.

Im Gegensatz zu bekannten Verfahren, bei denen oberhalb der ersten Drehzahlgrenze die Verbrennungskraftmaschine gestartet und gleichzeitig der Starter-Generator angesteuert wird (und damit ein Drehmoment zum Antrieb der Verbrennungskraftmaschine bzw. der Kurbelwelle übertragen wird), wird hier vorgeschlagen, zunächst ausschließlich den Starter- Generator zum Antrieb der Verbrennungskraftmaschine einzusetzen. Erst zu einem späteren Zeitpunkt wird dann die Verbrennungskraftmaschine angesteuert und gestartet (d. h. es werden erst dann Zündvorgänge ein- geleitet).

Die erste Ansteuerung des Startgenerators und die zweite Ansteuerung der Verbrennungskraftmaschine erfolgen zeitlich versetzt. Die zweite An- steuerung ist also der ersten Ansteuerung nachfolgend, wobei ggf. eine unmittelbar anschließende oder um einen Verzögerungszeitraum verspä- tete Einleitung der zweiten Ansteuerung erfolgen kann. Insbesondere wird während Schritt d) und nach dem Start der Verbren- nungskraftmaschine ein Antrieb der Verbrennungskraftmaschine durch den Starter-Generator (wieder) beendet. Bevorzugt wird die Drosselklappe erst in Schritt d) (wieder) geöffnet, so dass Luft mindestens einer Brennkammer der Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden kann. Bevorzugt ist die aktuelle Drehzahl höchstens 5 %, insbesondere höchs- tens 2 %, größer als eine höchste Drehzahl des Drehzahlfensters.

Insbesondere kann bei einer aktuellen Drehzahl, die um mehr als 5 % größer als die höchste Drehzahl des Drehzahlfensters ist, eine zeitgleiche Ansteuerung von Verbrennungskraftmaschine und Starter-Generator er- folgen.

Insbesondere ist der Starter-Generator ein Riemen-Starter-Generator. Gerade bei einem Riemen-Starter-Generator können die eingangs be- schriebenen Probleme aufgrund einer mechanischen Entkopplungseinheit (Decoupler) auftreten. Die Übertragung eines Drehmoments zum Antrieb der Verbrennungskraftmaschine vom Riemen-Starter-Generator auf die Verbrennungskraftmaschine erfolgt, insbesondere aufgrund der mechani- sehen Entkopplung über den Decoupler, zeitlich verzögert. Weiter wird bei paralleler Ansteuerung der Verbrennungskraftmaschine die Drosselklappe geöffnet und zumindest eine Brennkammer mit Luft gefüllt. Aufgrund der in die Brennkammer eingebrachten Luft wird die aktuelle Drehzahl schneller reduziert. Während der zeitlichen Verzögerung bei der Übertragung des Drehmoments von dem Riemen-Starter-Generator kann die aktuelle Dreh- zahl aber weiter in das Drehzahlfenster hinein absinken (und die erste Drehzahlgrenze bzw. die höchste Drehzahl unterschreiten). Erfolgt erst zu diesem Zeitpunkt dann die Übertragung des Drehmoments, kann ein Auf- schwingen des Zweimassenschwungrads erfolgen und eine Schädigung von Komponenten der Verbrennungskraftmaschine auftreten.

Insbesondere ist in dem Drehzahlfenster ein Antrieb der Verbrennungs- kraftmaschine über den Starter-Generator aufgrund einer Möglichkeit ei- ner Schwingungsanregung eines Zweimassenschwungrads ausgeschlos- sen.

Es wird weiter ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine, einem Starter-Generator zum Antrieb der Verbrennungskraftmaschine so- wie einer Steuereinheit vorgeschlagen. Insbesondere ist in einer Luft- Zuleitung der Verbrennungskraftmaschine eine Drosselklappe angeordnet. Insbesondere umfasst die Verbrennungskraftmaschine ein Zweimassen- schwungrad. Die Steuereinheit ist zur Durchführung des vorstehend be- schriebenen Verfahrens (vorgesehen und) eingerichtet bzw. das Verfah- ren kann mit der Steuereinheit durchgeführt werden.

Die Ausführungen zu dem Verfahren gelten gleichermaßen für das Kraft- fahrzeug und umgekehrt.

Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleicharti- gen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht be- schrän kt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkennt- nissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestell- ten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:

Fig. 1 : ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine; und

Fig. 2: ein Diagramm, in dem eine Drehzahl und ein Drehmoment über der Zeit aufgetragen sind.

Die Figur 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 15 mit einer Verbrennungskraftmaschi- ne 1 , einem Starter-Generator 2 zum Antrieb der Verbrennungskraftma- schine 1 sowie einer Steuereinheit 16. In einer Luft-Zuleitung der Verbren- nungskraftmaschine 1 ist eine Drosselklappe 5 angeordnet. Die Verbren- nungskraftmaschine 1 umfasst ein Zweimassenschwungrad 14.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm, in dem eine Drehzahl 6 und ein Drehmoment 17 (auf den vertikalen Achsen) über der Zeit 18 (horizontale Achse) aufge- tragen sind. Die erste Kurve 19 zeigt den Verlauf einer aktuellen Drehzahl 6 während eines Start/Stopp-Vorgangs. Die zweite Kurve 20 zeigt den Verlauf des Drehmoments 17, der von dem Starter-Generator 2 auf die Verbrennungskraftmaschine übertragen wird.

Das Verfahren wird in einem Betriebsbereich 3 der Verbrennungskraftma- schine 1 durchgeführt, wobei in diesem Betriebsbereich 3 ein Start/Stopp- Betrieb vorliegt und eine Abschaltung 4 der Verbrennungskraftmaschine 1 erfolgt ist. In diesem Betriebsbereich 3 ist eine Drosselklappe 5 geschlos- sen und eine aktuelle Drehzahl 6 der Verbrennungskraftmaschine 1 ist größer null und nimmt weiter ab. Die aktuelle Drehzahl 6 ist größer als ein Drehzahlfenster 7 (also größer als eine erste Drehzahlgrenze bzw. als ei- ne höchste Drehzahl 13 des Drehzahlfensters 7), in dem ein Antrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 über den Starter-Generator 2 zum Schutz der Verbrennungskraftmaschine 1 ausgeschlossen ist.

In einem Schritt a) erfolgt das Feststellen des Vorliegens des Betriebsbe- reichs 3. In einem Schritt b) erfolgt das Feststellen einer Anforderung 8 zum Antrieb der Verbrennungskraftmaschine 1. In einem Schritt c) erfolgt zunächst eine erste Ansteuerung 10 des Starter-Generators 2, bis der Starter-Generator 2 zum Antrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 eine Drehmomentschwelle 11 zumindest erreicht hat. In einem auf den Schritt c) folgenden Schritt d) erfolgt eine zweite Ansteuerung 12 der Verbren- nungskraftmaschine 1.

Während Schritt d) und nach dem Start 9 der Verbrennungskraftmaschine 1 wird ein Antrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 durch den Starter- Generator 2 wieder beendet.

Bezugszeichenliste

1 Verbrennungskraftmaschine

2 Starter-Generator

3 Betriebsbereich

4 Abschaltung

5 Drosselklappe

6 Drehzahl

7 Drehzahlfenster

8 Anforderung

9 Start

10 erste Ansteuerung

11 Drehmomentschwelle

12 zweite Ansteuerung

13 höchste Drehzahl

14 Zweimassenschwungrad

15 Kraftfahrzeug

16 Steuereinheit

17 Drehmoment

18 Zeit

19 erste Kurve

20 zweite Kurve