CN105386917B - 用于通过传动带传动的起动机发电机来起动内燃机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过起动机发电机（100）来起动内燃机（300）的方法，起动机发电机和内燃机借助于具有起动机发电机（100）的传动带轮（11）、所述内燃机（300）的传动带轮（301）和将这些传动带轮在传递转矩的情况下连接起来的传动带（301）的传动带传动装置连接，其中，如此运行所述起动机发电机（100），使得其被输出给所述起动机发电机的传动带轮（11）的驱动力矩具有确定的驱动力矩曲线，从而暂时地在所述内燃机（300）的传动带轮（301）上产生一从动力矩，所述从动力矩在考虑到所述传动带传动装置的传动比的情况下高于所述起动机发电机（100）的驱动力矩。

Description

用于通过传动带传动的起动机发电机来起动内燃机的方法

技术领域

本发明涉及一种用于通过传动带传动的起动机发电机来起动内燃机的方法以及用于执行所述方法的一种计算单元和一种计算机程序。

背景技术

电机在机动车中可以用作所谓的起动机发电机，用于一方面在所述电机的马达式运行中起动所述内燃机并且另一方面在所述电机的发电机式运行中产生用于车用电路并且用于给机动车电池充电的电流。起动机发电机可以通过传动带传动装置与所述内燃机或者说曲轴连接。

尤其他激的交流电同步电机适合于用作传动带传动的起动机电动机（RSG），因为它的马达式力矩能够特别好地调整。预期的转矩可以通过对于转子绕组（励磁线圈）和/或定子绕组（常见的比如是三个或者五个定子相位）的相应的操控来调节。转矩的随时间调制可能是优选的，以便实现尽可能噪声少并且振动少的起动过程。

为了起动所述内燃机，将所述起动机发电机的驱动力矩通过所述传动带来传递给所述内燃机的曲轴，用于使所述曲轴加速到最低转速。如果达到了所述最低转速，则在所限定的时刻点燃燃烧室中的可点燃的混合物。

为了起动所述内燃机必须使用有工作能力的、大而重并且昂贵的起动机发电机。因此值得追求的是，节省位置空间、重量和成本。

发明内容

以这种现有技术为出发点，现在介绍一种用于通过传动带传动的起动机发电机来起动内燃机的方法，其中通过预先给定用于由所述起动机发电机输出的驱动力矩的、确定的驱动力矩曲线（也就是驱动力矩与时间的相关性）可以在所述曲轴上产生有效的从动力矩，所述从动力矩暂时地高于所述起动机发电机的所转换（也就是在考虑到所述传动带传动装置的传动比的情况下）的驱动力矩。有利的设计方案是以下说明的主题。

本发明允许在所述曲轴上产生一从动力矩，该从动力矩暂时地大于所述起动机发电机的被转换的驱动力矩，优选至少比其大了10%、20%、30%、40%、50%或60%。如果所述驱动力矩相当于峰值力矩（也就是最大的短时转矩），那么可以相应地在所述曲轴上产生一从动力矩，该从动力矩暂时地大于所述起动机发电机的被转换的峰值力矩，并且尤其可以用于克服所述内燃机的始动力矩（Losbrechmoment）。所必需的、用于起动内燃机的转矩一方面取决于所谓的始动力矩并且另一方面取决于为了克服所述内燃机的压缩而需要的压缩力矩。所述始动力矩在所述曲轴上产生，因为在将静止的系统转换为旋转的系统时必须克服静摩擦。已经知道，所述静摩擦通常大于所述滑动摩擦。如果克服了所述静摩擦，那么所述曲轴就“始动”（因此始动力矩）并且紧随其后地所需要的、用于进一步使所述曲轴加速的力矩下降。

借助于本发明可以通过对于所述传动带传动装置的动态特性的充分利用来使所述曲轴上的从动力矩超过所述起动机发电机的被转换的峰值力矩。由此，如果仅仅所述起动机发电机的被转换的峰值力矩不够，那也可以克服所述曲轴的始动力矩。通过具有较小的峰值力矩的起动机发电机的使用可以节省位置空间、重量和成本。

以超过被转换的驱动力矩的方式被扩大的从动力矩通过如下方式实现：在起动时用确定的驱动力矩曲线来使所述起动机发电机加速。优选根据所述传动带传动装置的第一固有频率或者第一固有周期持续时间预先给定所述驱动力矩曲线，尤其如此，使得所述加速持续时间至多相当于双倍、单倍的或者一半的第一固有周期持续时间，其中，在所述加速持续时间里将在所述起动机发电机的传动带轮上的驱动力矩从零提高到所期望的驱动力矩值。

DE 10 2012 203 374 A1说明了一种用于在起动之前将传动带预紧的方法，其中，所述起动机发电机逐渐地并且不是如平常那样猛然地形成转矩。但是，与本发明相反，在该专利文件中没有如此预先给定所述转矩曲线，使得所述从动力矩大于被转换的驱动力矩。更确切地说如此进行加速，使得所述传动带逐渐张紧。

优选地，所述转矩曲线至少区段地基本上（也就是说在常见的公差的范围内）为线性，也就是说拥有确定的转矩梯度（也就是所述转矩在每时间单位上的变化）或跟随着一转矩斜坡（Drehmomentrampe）。特别优选的是，所述转矩曲线全部、也就是说在零与所期望的驱动力矩值之间基本上为线性。

一种按本发明的计算单元、比如机动车的控制仪，尤其在程序技术上被设立用于执行按本发明的方法。

以软件的形式来实施所述方法也是有利的，因为这会引起特别低的成本，尤其如果实施用的控制仪还用于其它任务并因此本来就存在。适当的、用于提供所述计算机程序的数据载体尤其是光盘、硬盘、闪存盘、EEPROMs、CD-ROMs、DVDs以及类似更多的数据载体。也可以通过计算机网络（互联网、局域网等等）来下载程序。

本发明的其它优点和设计方案从说明书和附图中获得。

不言而喻，前面所提到的以及下面还要解释的特征不仅能够在相应所说明的组合中使用，而且也能够在其它的组合中或者单独地使用，而不离开本发明的范围。

附图说明

本发明借助于一种实施例在附图中示意性地示出并且下面参照附图进行详细描述。

图1示意性示出由内燃机、传动带传动的起动机发电机和车用电路构成的、如可以作为本发明的基础那样的组件；

图2示出一种示范性的、由所述起动器发电机在所述起动机发电机的传动带轮上产生的驱动力矩曲线；

图3示出从开始起动经过所述曲轴的始动直至随后的加速过程的、在所述内燃机的曲轴或者传动带轮上的、一种示范性的从动力矩曲线；

图4示出在所述内燃机的曲轴或者传动带轮上的、对于不同的驱动力矩曲线来说所获得的、不同的从动力矩曲线。

具体实施方式

在图1中示意性地示出了一种由内燃机300、作为电机的传动带传动的起动机发电机100以及车用电路30所构成的组件200，借助于该组件来对本发明的一种优选的实施方式进行解释。

所述起动机发电机具有发电机部件10和整流器部件20。所述整流器部件在该机器的按发电机方式的运行中通常作为整流器来运行，在按马达方式的运行中作为逆变器来运行。

所述内燃机300在其曲轴301上配备了传动带轮302并且通过传动带310与所述起动机发电机100的传动带轮11连接，其中，在这里设置了一个构造为摆式传动带张紧系统320的（可选的）传动带张紧器，该传动带张紧器可以在运行中与力矩方向无关地将所述传动带310张紧。具有传动带轮301、传动带轮11和通常构造为楔形传动带或者楔形筋条传动带的传动带11的传动带传动装置根据所述传动带轮的周长来提供相应的传动比i。与之相应地，也将由所述起动机发电机输出给所述传动带轮11的驱动力矩M₀转换为由所述传动带轮302输出给所述曲轴31的从动力矩M₁=M₀*i并且反之亦可。

为了起动所述内燃机300，以马达方式来运行所述起动机发电机100。所述起动机发电机的电的驱动力矩M₀（参见图2）在此划分为用于克服旋转元件（所述发电机的转子以及所述传动带传动装置的被连接在所述发电机转子上的传动带轮11）的惯性的加速力矩以及通过所述传动带轮11加入到所述传动带310中的力矩。直至所述曲轴301的始动，所述传动带310通过其弹性被张紧并且所述曲轴301保持静止。如果所述具有传动带轮11的转子不再接收加速功，那就如在图3中所示出的那样产生所述从动力矩M₁的过冲，因为所述旋转元件的惯性现在本身将力矩加入到所述系统中。

在图2中在一张图表中描绘了所述起动机发电机100的驱动力矩M₀的示范性的线性曲线。在时刻t₀将所述驱动力矩M₀线性地直至时刻t₁提高到所期望的最大驱动力矩值M_max。所期望的驱动力矩值M_max在这里是所述峰值力矩，但是也可以是最大的连续力矩。斜率、也就是转矩梯度如在图3中所示出的那样确定了所述从动力矩M₁的过冲的高度。

在图3中在一张图表中描绘了在所述内燃机300的曲轴301上的被标准化到被转换的最大驱动力矩i*M_max的从动力矩M₁的示范性曲线。所述从动力矩M₁从时刻0（相应于图2中的t₀）开始上升。在这里大致在t=0.01时达到所述最大驱动力矩M_max。但是，由于所述传动带传动装置的动力学，所述从动力矩继续上升并且一直过冲到被转换的驱动力矩（i*M_max）的大约1.6倍。这足以使所述曲轴始动并且加速。所述从动力矩相应地重又减小并且与所述系统（传动带传动装置加上内燃机）的阻尼相关地逐渐消失。

在图4中关于标准化到所述传动带传动装置的第一固有周期持续时间T₀的时间t绘示出被标准化到被转换的最大驱动力矩i*M_max的从动力矩M₁的三条曲线401、402和403。在此，所述曲线401相应于M_max/（0.2T₀）的转矩梯度，所述曲线402相应于M_max/（0.5T₀）的转矩梯度并且所述曲线403相应于M_max/（1.5T₀）的转矩梯度。可以清楚地看出，所述过冲的高度随着所述转矩梯度而减小，也就是说，加速越剧烈，能够实现的峰值从动力矩就越高。尤其地，对于线性的驱动力矩曲线来说，所述转矩梯度因此至少应该为M_max/（0.5T₀）。优选的最大转矩梯度比如可以用M_max/（0.5μs）来说明，因为对于还更加剧烈的加速来说不会希望所述峰值从动力矩的显著增加，并且还能够更加剧烈地加速的马达必须比较耐用，这又导致空间位置需求及成本的提高。此外，这样突然的加速可能阻止优选使用的传动带张紧器的再次张紧并且由此导致所述楔形筋条传动带的“滑转”进而导致所述楔形筋条传动带的提前的磨损。

所述超高（Überhöhung）取决于所述传动带传动装置的不同的参量，在预先给定所述驱动力矩曲线的情况下、也就是说在操控所述起动机发电机的情况下有意义地考虑到这些不同的参量。

影响所述超高的主要影响参量是：

-起动机发电机100与曲轴301之间的传动带回行段的长度L_R；

-所使用的传动带的抗拉强度（Dehnsteifigkeit）E*A，其中，E相应于所述传动带的弹性模数并且A相应于其横截面面积；

-所述起动机发电机的具有传动带轮11的转子的惯性矩J_RSG；以及

-所述驱动力矩的梯度M_max/（t₁-t₀）。

在本发明的一种设计方案中适用：所述加速持续时间（t₁-t₀）应该小于或者等于所述传动带传动装置的第一固有频率的周期持续时间T₀的双倍。用于所述加速持续时间（t₁-t₀）的下极限比如可以如上面所提到的那样是5μs。

所述传动带传动装置的第一固有频率取决于所述传动带传动装置的上述参数。

所述曲轴的或者所述内燃机的惯性矩不用加以考虑，因为仅仅对直至所述曲轴始动的时间加以研究。

为了获知所述固有频率，在忽略阻尼效应的情况下提出所述传动带传动装置的微分方程式：

其中

r_RSG：传动带轮11的半径

α_RSG：角加速度

所述固有频率f₀从中以如下方式来获得：

如果按照作为替代方案的实施方式在所述传动带传动装置中布置了其它的部件、比如水泵或者空调压缩机，那么这可以通过项2L_R的适配来加以考虑。这个项比如可以与空载回行段的回行段长度和负荷回行段的回行段长度的总和适配。这在许多应用情况中几乎相当于所述传动带的总长。

Claims (10)

1.用于通过起动机发电机（100）来起动内燃机（300）的方法，所述起动机发电机和所述内燃机借助于传动带传动装置连接，所述传动带传动装置具有所述起动机发电机（100）的传动带轮（11）、所述内燃机（300）的传动带轮（301）和将这些传动带轮在传递转矩的情况下连接起来的传动带（310），其中，如此地运行所述起动机发电机（100），使得它的被输出给所述起动机发电机的传动带轮（11）的驱动力矩具有确定的驱动力矩曲线，从而使得暂时地在所述内燃机（300）的传动带轮（301）上产生一从动力矩，所述从动力矩在考虑到所述传动带传动装置的传动比的情况下高于所述起动机发电机（100）的驱动力矩。

2.按权利要求1所述的方法，其中，如此地运行所述起动机发电机（100），使得在所述内燃机（300）的传动带轮（301）上的从动力矩在考虑到所述传动比的情况下以大于10%、20%、30%、40%或者50%的幅度暂时超过所述起动机发电机（100）的驱动力矩。

3.按权利要求1或2所述的方法，其中，如此地运行所述起动机发电机（100），使得它的被输出给所述起动机发电机的传动带轮（11）的驱动力矩在确定的加速持续时间里从零力矩上升到所期望的驱动力矩值。

4.按权利要求3所述的方法，其中，根据所述传动带传动装置的第一固有周期持续时间来预先给定所述加速持续时间。

5.按权利要求4所述的方法，其中，所述加速持续时间至多相当于所述传动带传动装置的双倍的、单倍的或者一半的第一固有周期持续时间。

6.按权利要求3所述的方法，其中，所述加速持续时间至少为0.5μs。

7.按权利要求1或2所述的方法，其中，所述驱动力矩曲线至少区段或者全部为线性。

8.按权利要求1或2所述的方法，其中，根据至少一个参量来预先给定所述确定的驱动力矩曲线，所述参量从包括以下参量的组中选出：在所述起动机发电机（100）的传动带轮（11）与所述内燃机（300）的传动带轮（301）之间的传动带回行段的长度（L_R）；所述传动带（310）的抗拉强度；所述起动机发电机（100）的旋转元件的以及所述起动机发电机（100）的传动带轮（11）的惯性矩；以及所述起动机发电机（100）的传动带轮（11）的半径。

9.机动车的控制仪，其被设立用于执行按前述权利要求中任一项所述的方法。

10.机器可读的存储介质，具有被保存在其上的计算机程序，该计算机程序促使一计算单元执行按权利要求1到8中任一项所述的方法，如果该计算机程序在所述计算单元上实施的话。