CN102765382B - 混合动力装置的内燃机启动方法和启动内燃机的控制单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及混合动力装置的内燃机启动方法和启动内燃机的控制单元。在用于启动混合动力装置的内燃机（16）尤其带有直喷装置的内燃机（16）的方法中，混合动力装置具有内燃机（16）和电机（14）以用于提供驱动功率，其中内燃机（16）借助直接启动通过燃料到内燃机（16）的活塞气缸机构的至少一个气缸（40、42）内的喷射以及由此在气缸（40、42）内产生的燃料‑氧气混合物的点火而启动，其中内燃机（16）的曲轴（20）能借助离合器（26）与电机（14）连接，以及其中直接启动通过离合器（26）的闭合得到电机（14）的支持。

Description

混合动力装置的内燃机启动方法和启动内燃机的控制单元

技术领域

本发明涉及一种用于启动混合动力装置的内燃机尤其带有直喷装置的内燃机的方法，其中混合动力装置具有内燃机和电机以用于提供驱动功率，其中内燃机借助直接启动通过将燃料喷射到内燃机的活塞气缸机构的至少一个气缸中以及对由此在气缸中产生的燃料-氧气混合物的点火而启动，其中内燃机的曲轴可以借助离合器与电机连接。

此外本发明还涉及一种用于启动混合动力装置的内燃机的控制单元，其中混合动力装置具有内燃机和电机以用于提供驱动功率，其中控制单元构造用于实施上述方法。

最后，本发明涉及一种带有内燃机和电机的汽车动力系，内燃机和电机构成了混合动力装置，其中内燃机的曲轴可以借助离合器与电机连接，该汽车传动系还带有上述类型的控制单元。

背景技术

在汽车驱动技术领域，通常公知的是，电机和内燃机一起用作混合动力装置。电机在此用于提供驱动功率以及在回收运行时将动能转化成电能，从而能将电能储存在汽车的电池中。倘若储存在电池中的电功率不再足以驱动汽车或低于预定的值，那么就启动内燃机，以便提供额外的驱动功率以及通过电机给电池充电。

在混合动力车辆中，在纯用电行驶期间，需要在不对车辆所需的驱动力矩有明显影响的情况下启动内燃机。为此例如所谓的直接启动被证明是适用的。

为了启动内燃机尤其带有直喷装置的内燃机，例如在DE 103 51 891 A1中公开了实施直接启动，在直接启动时，在气缸的活塞的预定的静止位置中将燃料喷入气缸以及点燃这样产生的空燃混合物，以便驱动在气缸内的活塞。在此，在直接启动前不久，相应的活塞/气缸沿着回程方向运动，以便在点火点或止点之前达到最佳位置，从而可以通过相应的点火可靠地完成重新启动。

例如可以考虑的是，借助直接启动来启动内燃机，其中，首先将燃料喷入气缸以及将燃料通过点火逆着驱动方向驱动，以便在第二气缸中实现对空燃混合物的压缩以及在对第二气缸点火后沿着驱动方向驱动曲轴。

在此缺陷在于，其内完成第一点火的气缸在前进运动时不能点火，因为在燃烧室内仅有第一点火的燃烧气体。由于活塞必须没有相应点火地运动超过这个点火点，所以以此方式无法可靠地启动内燃机。

发明内容

按照本发明，由此改善前述方法，即，直接启动通过闭合离合器得到电机的支持。在此，电机14的马达轴在闭合期间转动，以便将扭矩传递到曲轴。

此外，按照本发明提供一种用于启动混合动力装置的内燃机的控制单元，其中，混合动力装置具有内燃机和电机以用于提供驱动功率，以及其中，控制单元被构造用于实施上述方法。

最后，本发明提供一种带有内燃机和电机的汽车驱动系，内燃机和电机共同构成混合动力装置，其中，内燃机的曲轴可以借助离合器与电机连接，并且驱动系具有上述类型的控制单元。

通过本发明，直接启动可以在电驱动期间通过闭合离合器不会明显影响驱动力矩地得到支持。

按本发明用于启动混合动力装置的内燃机的方法用于在纯粹电驱动时启动内燃机，以便将内燃机用作附加的驱动机或以便转化成纯粹内燃机式运行。在此，通过将燃料喷射到至少一个气缸中以及点燃空燃混合物进行驱动，以及可以通过离合器的暂时闭合或通过离合器的暂时运行在滑动运行时个性化且按需地给予支持，其中，这种暂时的和/或轻微的驱动功率的导出不会引起由电机提供的驱动力矩的明显减小。

由此可以在接通内燃机时利用混合动力装置和直接启动的优点，从而可以提高混合动力装置的行驶舒适度。

此外，为了内燃机的必需的启动不必维持电机的扭矩储备或者说仅在基本上比传统启动所需更小的范围内维持，或者说在整个直接启动通过电机用扭矩支持的时候。

在此，直接启动指的是内燃机的起动，此时气缸中的燃料-氧气混合物被点火，而不会贯穿气缸的整个压缩行程。

优选在电运行或混合动力装置驱动期间启动内燃机，由此使内燃机可以通过简单地导出扭矩或电机的转速而被启动。

电机优选驱动曲轴作向前转动。

由此可以直接利用电机的旋转以及使电机的扭矩与在直接启动期间出现的内燃机的扭矩叠加。

还优选的是，在用于直接启动的第一点火后，电机驱动曲轴。

由此仅需要电机的很小的附加的扭矩，因为已经有扭矩通过内燃机的第一点火被施加给曲轴。

还特别优选的是，电机在第二气缸内的第二点火后驱动曲轴。

由此可以由内燃机通过直接启动向曲轴提供更大的扭矩，因而降低电机所需的附加的扭矩。

在此优选的是，电机在超过用于直接启动的气缸的活塞的上止点期间支持直接启动。

由此在关键时刻支持内燃机，此时减小曲轴的转速和施加的扭矩。

在此优选的是，电机在超过气缸的活塞的上止点期间支持直接启动，其中在该气缸内进行第一点火。

由此可以克服其内进行第一点火的气缸的点火的中断。

此外还优选的是，在第一气缸内的第一点火引起曲轴的向后转动以及由此引起在第二气缸内的压缩，其中在第二气缸内进行第二点火。

由此可以特别迅速和有效地进行直接启动。

在此特别优选的是，第二点火引起曲轴的向前转动以及所述向前转动通过闭合离合器得到电机的支持。

由此使向前转动的曲轴引起另外气缸内的压缩以及因而确保可靠的启动。

在此特别有利的是，在超过第一气缸的上止点期间，向前转动受到支持。

由此可以回避第一气缸的未进行的点火并且尽管如此仍能实现可靠的直接启动。

附图说明

图1示意性示出了带有混合动力系的汽车，混合动力系具有内燃机和电机；

图2a至2d示意性示出了在直接启动的不同时间点期间内燃机的组件；并且

图3示出用于阐释曲轴位置、发动机转速和在内燃机的两个气缸内的压缩的图表。

具体实施方式

图1中示意性示出了汽车并总体用附图标记10对其标注。汽车10具有动力系12，该动力系在当前情形下包含电机14和内燃机16以用于提供驱动功率。电机14和内燃机16在当前情况下形成平行混合动力装置。动力系12用于驱动车辆10的被动轮18L、18R。

内燃机16通过曲轴20与电机14连接或能连接，其中，内燃机16和电机14在输出轴22上提供扭矩t，该输出轴以能调整的转速转动。输出轴22与传动单元24连接或能连接，以便将扭矩t传递给被动轮18R、18L。曲轴20和输出轴22在当前分别具有离合器26、28，以便将内燃机16与电机14或电机14与传动单元24连接起来。

曲轴20借助离合器26与电机14的转子连接或能连接，以便将转速或扭矩传递给电机14。电机14的转子与输出轴22连接，以便将扭矩t传递给传动单元24。扭矩t在此通过由内燃机16和电机14提供的各个扭矩的总和构成。

在用发动机运行时，电机14产生驱动力矩，该驱动力矩例如在加速阶段支持内燃机16。在用发电机运行或回收运行时，电机14产生电能，电能通常可供车辆10使用。

内燃机16由燃料箱30供应燃料。

电机14可以构造成单相的或多相的并且借助功率电子器件32或转换器32触发以及被提供电能。功率电子器件32与车辆10的供能单元34如直流电压供应装置34（例如蓄电池或电池）连接，并且用于将由供能单元34提供的电压通常转化成交流电流或转化成一定数量的用于电机14的相的相电流。供能单元34与电池控制器36连接，该电池控制器构造用于通过功率电子器件32控制电机14的供能以及控制供能单元34的加载状态。功率电子器件32还构造用于在电机14的回收运行中通过由电机14产生的电能给供能单元34充电。

此外，内燃机16与控制单元38连接，该控制单元控制喷射阀和内燃机16的火花塞并且总体上构造用于导入或控制内燃机16的直接启动。控制单元38还构造用于为直接启动而暂时闭合离合器26以及由此驱动内燃机16的曲轴20。

在图2a至2d中，为清楚起见只示出了内燃机16的两个气缸，其用于阐释按本发明的方法。在图2a中示出了气缸40、42，它们分别具有处在中间位置的活塞44、46。此外在图2a中还示意性示出了曲轴20的旋转。在图2a所示的活塞44、46的中间位置中，直接启动不是最佳实现的。为了导入相应的最佳的直接启动，活塞44、46之一必须位于上止点或上点火点附近。为了让活塞44、46运动到这样的位置中，曲轴20朝前进方向旋转，如48所示那样。曲轴20的角位置在图2a-d中分别用箭头49表示。

为了使气缸40的活塞44运动到一个接近上止点的位置并且由此实现最佳的直接启动，曲轴20可以通过暂时闭合离合器26旋转。

在图2b中，气缸40的活塞44已经运动进入接近上止点的位置，其中，活塞46已运动进入相反的下方位置。在此，曲轴20仅旋转少于90°，如图2a和2b中箭头49的不同的角位置所示那样。在气缸44的这个位置中，能通过对气缸40中的空燃混合物点火实现直接启动。

直接启动通过在此未示出的燃料到气缸40的喷射以及紧接着对这样产生的空燃混合物或燃料-氧气混合物的点火而实现。

在图2c中示意性示出了对燃料-氧气混合物的点火。通过这种燃烧，活塞44在气缸40中向下运动并且曲轴被朝着与驱动方向相反的方向驱动，如50所示那样。通过曲轴20的这种旋转，活塞46在气缸42中向上运动，由此实现对气缸42中的燃料-氧气混合物的压缩。

当达到气缸42中活塞46的上点火点或上止点时，压缩后的燃料-氧气混合物被相应地点火，由此使活塞46向下运动以及使曲轴20的转动方向发生反转。向下运动和曲轴20的转动方向的反转与点火一起在图2d中示出。通过曲轴20沿驱动方向48的运动，活塞44朝着上止点的方向运动。在这个工作行程中在气缸40内无法进行压缩和相应的点火，因为在气缸40中仅有剩余气体51或者说在先前的点火中已经燃烧后的混合物51。

在有多于两个气缸的内燃机中，于是在具有先前的压缩的第二气缸中导入相应的点火。

为了让活塞44越过上止点，如图2d所示那样，以及为了能可靠地实施直接启动，必须为了越过上止点而暂时用附加力矩通过曲轴20驱动内燃机16。这通过离合器26的暂时闭合实现，由此暂时地或将一个很小的扭矩从电机14传递给曲轴20。由此可以没有明显影响地将驱动力矩传递给曲轴20，以便实现可靠的直接启动。

在图3中示意性示出了曲轴位置、内燃机16的转速，也就是说曲轴转速以及在按本发明的直接启动期间的基于时间的燃烧室压力。

在图3中曲轴位置用52标注以及发动机转速用54标注。气缸40中的各个燃烧室压力用虚线示出，气缸42中则用点线示出以及在其它的气缸中用点划线示出。

如图3可知那样，转速直至时间点t0 = 0保持不变，以及曲轴位置52保持不变。在时间点t0，燃料被喷入气缸40以及被点火，因而气缸40内的燃烧室压力上升，如56所示那样。由此引起曲轴20的回程运动50。曲轴位置52在该图中相应地下降，这同时表示逆着驱动方向的旋转。在回程运动50的同时，气缸42内的燃烧室压力上升，如58所示那样。在时间点t1，对气缸42中压缩后的燃料-氧气混合物点火，因此气缸42内的燃烧室压力剧烈上升，如60所示那样。由此引起的曲轴20的转动方向的反转通过曲轴位置的变化表示，如62所示那样。曲轴20的转速54时间延迟地突然上升，也就是说朝着驱动方向48。

通过曲轴20朝驱动方向48的旋转，在气缸40内发生压缩，如64所示那样。但这种压缩不伴随燃烧，因为在气缸40中仅有剩余气体51。活塞44在时间点t2通过上止点，但此时由于缺少点火，转速在经过上止点后再次下降。

在时间点t3，离合器26在时间间隔Δt内被闭合，以便防止转速54剧烈下降以及引起其他气缸的压缩，如66所示那样。通过闭合离合器26，电机14的旋转的轴与曲轴20连接，由此使曲轴相应地旋转或被驱动。

通过另外气缸在t4时的另外点火，曲轴20的转速大幅提高，因此基本上完成直接驱动。

通过暂时闭合离合器26从而可以防止在经过活塞42的上止点后转速54的下降以及因而导入气缸的另外的压缩。由此通过扭矩不易察觉地传递给曲轴20而实现内燃机16可靠的直接启动。

Claims (13)

1.用于启动混合动力装置的内燃机（16）的方法，其中混合动力装置具有内燃机（16）和电机（14）以用于提供驱动功率，其中内燃机（16）借助直接启动通过燃料到内燃机（16）的活塞气缸机构的至少一个气缸（40、42）内的喷射以及由此在气缸（40、42）内产生的燃料-氧气混合物的点火而启动，其中内燃机（16）的曲轴（20）能借助离合器（26）与电机（14）连接，其特征在于，如果所述电机（14）在转动，那么直接启动通过离合器（26）的暂时闭合或者通过离合器（26）在滑动运行中的暂时运行得到所述电机（14）的支持。

2.按权利要求1所述的方法，其中，内燃机（16）在混合动力装置的电运行期间启动。

3.按权利要求1或2所述的方法，其中，电机（14）驱动曲轴（20）向前转动（48）。

4.按权利要求1所述的方法，其中，电机（14）在用于直接启动的第一点火后驱动曲轴（20）。

5.按权利要求1所述的方法，其中，电机（14）在第二气缸（42）内的第二点火后驱动曲轴（20）。

6.按权利要求1所述的方法，其中，电机（14）在超过用于直接启动的气缸（40、42）的活塞（44、46）的上止点期间支持直接启动。

7.按权利要求6所述的方法，其中，电机（14）在超过气缸（40）的活塞（44）的上止点期间支持直接启动，在该气缸内进行第一点火。

8.按权利要求1所述的方法，其中，在第一气缸（40）内的第一点火引起曲轴（20）的向后转动（50）以及由此引起第二气缸（42）内的压缩，在第二气缸内进行第二点火。

9.按权利要求8所述的方法，其中，第二点火引起曲轴（20）的向前转动（48）以及向前转动（48）通过离合器（26）的闭合得到电机（14）的支持。

10.按权利要求9所述的方法，其中，在超过第一气缸（40）的上止点期间支持向前转动（48）。

11.按权利要求1所述的方法，其中，所述内燃机（16）是带有直喷装置的内燃机（16）。

12.用于启动混合动力装置的内燃机（16）的控制单元（38），其中混合动力装置具有内燃机（16）和电机（14）以用于提供驱动功率，其中控制单元（38）构造用于实施按权利要求1至11之一所述的方法。

13.汽车动力系（12），带有形成混合动力装置的内燃机（16）和电机（14），其中内燃机（16）的曲轴（20）能借助离合器（26）与电机（14）连接，并且该汽车动力系带有按权利要求12所述的控制单元（38）。