CN105443293A - 用于启动机动车的内燃机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于启动机动车的内燃机的方法，其中，内燃机（100）借助第一启动装置（110、120）从第一转速起被用第一扭矩加载，以及其中，内燃机（100）借助第二启动装置（120、130）从高于第一转速的第二转速起被用第二扭矩加载。

Description

用于启动机动车的内燃机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于尤其在所谓的滑行运行中启动机动车的内燃机的方法。
背景技术
在机动车中，内燃机，例如汽油机或柴油机的应用很常见。但内燃机可能无法自己启动，而是必须先借助恰当的启动装置才开始转动。直到从一定的转速起内燃机才通过喷油和燃烧过程保持转动。
可以使用不同的系统作为启动装置。一种可行方案例如是传统的启动器或起动器，也就是说电机，其被作为电动机运行且仅被设置用于使内燃机开始转动，也就是说启动内燃机。
在这期间也在机动车中安装所谓的启动器发电机，也就是说既能作为电动机也能作为发电机被运行的电机。这些启动器发电机也可以被用于启动内燃机。
另一个可行方案是使用还要更大的电机，其也可以被用于再生，也就是说回收制动能。然后就谈到了所谓的再生机。这种更大的电机被越来越多地被使用在所谓的混合动力车辆的框架内。
最后也存在这样的可行方案，即，当车辆处于运动中时，通过闭合内燃机经由其与变速器以及因此与被驱动的车轮传力连接地连接的离合器，来启动内燃机。为此尤其关注被电气地控制的离合器。为此无需像在电机中那样需要电能，因为所需的能量从车辆的速度中获得。不过在这种情况下仅在正在运动的，或者滚动的车辆中特别是仅在高于一定的最小速度时才能实现内燃机的启动。
在减少机动车中能量和有害物质排放的框架内可以在内燃机正好不被需要时关掉这个内燃机。例如在停车时（例如在等红绿灯时）或也在所谓的滑行运行中，也就是说当车辆缓缓滑行（例如下坡）时，就是这样的情形。因此在这些情况下有必要在需要时再次启动内燃机。
但在此特别是在所谓的滑行运行中出现了问题，即，应当使用现有的启动装置中的哪一个。内燃机的启动可以通过闭合离合器达到，这就能量而言是有意义的，但伴随舒适性损失，尤其是当车辆的速度越低时，因为用于启动内燃机的能量是从动能中，也就是说从车辆的速度中获取的。除此之外，如已经提到的那样，这种启动仅在高于一定的最小速度时，也就是说倘若有足够的动能可用的话，才可行。
因此低于这个最小速度时内燃机可以借助电机启动，但为此必须从电蓄能器，例如车辆电池中提取能量。尤其在围绕这个最小速度的一定的范围内，离合器启动对车辆的驾驶员来说意味着一定的舒适性损失。此外，不是始终都能识别进行了哪种类型的启动，这可能会造成驾驶员一定的不确定性或发怒。
为了启动正在运动的车辆的内燃机，人们可以在车辆的一个保持恒定不变的速度上停车，尤其在离合器启动时通过电机来平衡所提取的扭矩。
为了启动内燃机，人们可以先是通过变速器升挡将电机带到一个更低的转速以及然后将电机用于启动内燃机。
发明内容
因此值得追求的是给出一种可行方案，即，当不能将一种本身优选的启动装置用于启动时，也尽可能能量有效地以及使机动车的驾驶员舒适地启动机动车的内燃机。
按照本发明，建议了一种有权利要求1的特征的方法。有利的设计方案是从属权利要求和接下来的说明的主题。
按本发明的方法被用于启动机动车的内燃机。在此，内燃机借助第一启动装置从第一转速起被用第一扭矩加载，以及借助第二启动装置从高于第一转速的第二转速起被用第二扭矩加载。
以这种方式将两个启动装置相互组合起来。首先，借助一个例如就能量而言更为不利的启动装置用扭矩来加载内燃机，也就是说让内燃机开始转动，倘若内燃机之前处于静止状态的话。紧接着使用另一个例如在能量上更为有利但不能从内燃机的静止状态起使用的启动装置，来进一步执行内燃机的启动过程。因此例如不必使用就能量而言更为不利的启动装置用于整个启动过程，而是仅使用到就能量而言更为有利的和/或本身优选的启动装置能够执行或进一步进行启动过程为止。
在此的另一个优势在于，正好必须将单个的启动装置设计得这样强大，使得它可以和另一个启动装置一起启动内燃机。
在此还要指出的是，第一转速尤其为零，也就是说，借助第一启动装置的启动过程从内燃机的静止状态起开始。但也可以考虑的是，例如当内燃机还处于惯性运行不过已经应当重新启动时，第一转速大于零。
优选使用电机作为第一启动装置以及使用离合器作为第二启动装置，借助离合器建立起了在机动车的内燃机和变速器之间的传力连接。这种组合方式可以尤其被使用在机动车的所谓的滑行运行中。这意味着，如上面已经提到的那样，内燃机被停止，而车速大于零且离合器是打开的。低于根据车辆的不同例如处在25和60km/h之间的一定的最小速度时，离合器启动就不可行，因为不存在为此所需的动能。离合器启动在围绕这个最小速度或仅略高于这个最小速度的范围内虽然是可行的，但对车辆乘客来说极为不舒适，因为约2至4km/h的速度会丢失，这可以作为明显的颠簸被感受到。
现在通过先借助电机用扭矩加载内燃机，就可以使内燃机达到一个转速，在当前为第二转速，从这个第二转速起，现有的动能足以执行对车辆乘客来说舒适的离合器启动。以这种方式可以使用本身期望的、就能量而言有利的、否则就不可行的离合器启动。离合器启动也有助于车载电网的稳定性，因为为了借助电机起动内燃机要很高的电流以及相应地会使电压供应受到妨碍。在此例如使用传统的启动器作为电机，但也可以使用另一种本文开头提到的电机。特别是在如再生机-倘若存在的话-一样较大的电机中，收益也特别大。
作为备选，使用两个不同的电机作为第一启动装置和作为第二启动装置。这些电机例如可以是传统的启动器和也被用来再生的电机。这种组合可以在内燃机的起动和拖曳力矩过高时尤其被使用在内燃机的所谓的冷启动中，以便用再生机达到起动和拖曳力矩。在此先是用传统的启动器启动，一旦达到了足够高的转速，就用再生机继续。
在此要注意的是，所提到的两种有利的实施形式都能使用在同一辆机动车中，倘若存在相应的启动装置的话，不过分别用在不同的情形中。
有利的是，内燃机借助第一启动装置用第一扭矩加载直至达到第二转速。因此分别使用了两个启动装置中的仅一个，这实现了一种尽可能能量有效且磨损很小的运行。
作为备选，内燃机被借助第一启动装置用第一扭矩加载直至达到高于第二转速的第三转速。在此，尤其在第二转速和第三转速之间降低第一扭矩的高度和/或提高第二扭矩的高度。换句话说，有待施加的总扭矩尤其被连续地从第一启动装置传递给第二启动装置。以这种方式可以尤为舒适地设计内燃机的启动。
有利的是，根据机动车的当前的或在启动过程开始时所支配的速度和/或内燃机的温度来选择第二转速。通过顾及到机动车的速度，可以例如有针对性地在有待达到舒适度方面来选择例如时间点或转速，在这个时间点上或在这个转速下应当发生从第一启动装置到第二启动装置的转化。视当前的和/或最初的速度的不同，可能例如需要更高的或更低的第二转速，在第二转速下才使用第二启动装置。对发动机温度的顾及尤其就提到的冷启动而言是合理的，以便能够判断从何时起可以或应当切换到第二启动装置。不过对发动机温度的顾及也在其它的启动中也是有益的。
有利的是，内燃机借助至少一个第三启动装置用至少一个第三扭矩被加载。倘若存在多于两个的启动装置，那么因此也可以将多于两个的启动装置组合起来。例如可以考虑先是用一个传统的启动器，然后用一个再生机以及然后用离合器。从第一启动装置到第二启动装置的相应的转换或切换时间点可以与上述想法类似地被选择。
进一步有利的是，在顾及到各启动装置的能量平衡和/或二氧化碳平衡的情况下来选择各启动装置的扭矩和/或用各扭矩加载内燃机的持续时间。通过多个启动装置的组合，可以由此来尽可能少能量和少有害物质地设计整个启动过程，即，相应地选择转移或转化时间。但在此应当始终顾及到一种可能的舒适度获取。
按本发明的计算单元，例如机动车的控制器，尤其在编程技术上被设置成，执行按本发明的方法。
形式为软件的所述方法的实施也是有利的，因为这造成了特别低的成本，尤其是当执行的控制器还能用于其它的任务以及因此总归是存在时。用于提供计算机程序的合适的数据载体特别是磁盘、硬盘、闪存、EEPROM、CD-ROM、DVD等。也可以通过计算机网络（英特网、局域网等）下载程序。
本发明的其它的优势和设计方案由说明书和附图得出。
当然，之前提到的以及接下来还要阐释的特征不仅可以使用在各所说明的组合中，而且也可以使用在其它的组合中或被单独使用，而不脱离本发明的框架。
附图说明
本发明借助实施例在附图中被示意性地示出且在下文中参考附图加以详细说明。
附图中：
图1示意性地示出了内燃机和相关的启动装置的一种布置，该布置适用于按本发明的方法；
图2a和2b在图表中示出了机动车的各一条速度变化曲线和相关的内燃机的针对内燃机在现有技术中公知的借助离合器或电机的启动过程的转速；
图3在图表中示出了机动车在滑行运行中的时间-速度变化曲线；
图4在图表中示出了机动车的速度变化曲线和相关的内燃机的针对内燃机在一种优选的实施形式中的按本发明的启动过程的转速；
图5示出了在一种优选的实施形式中执行内燃机的按本发明的启动过程时在速度损失和持续时间之间的相关性。
具体实施方式
在图1中示意性且经简化地示出了机动车的传动系，传动系适用于执行按本发明的方法。内燃机100与构造成启动器的电机110连接。启动器110是一种所谓的传统的启动器或起动器（特别是小齿轮启动器），其可以被使用在机动车的内燃机中。
内燃机100在其曲轴101上进一步在所示的设计方案中通过一种皮带传动装置105与构造成再生机的另一个电机120连接。此外，曲轴101通过离合器130与变速器140连接或能与变速器140连接。变速器140又通过驱动轴150与机动车的被驱动的车轮连接。电机120也可以直接被安装在曲轴上，这被称为集成式启动器发电机。
离合器130涉及一种能被电控制的离合器，其允许了在内燃机100和变速器140之间即使没有通过驾驶员的操纵也能建立起一种传力连接。为此，通过一种被构造成控制器的计算单元160来规定控制。在当前，控制器160同时也还用于控制两个电机110和120以及内燃机100。但也可以考虑的是，借助多个相应地相互连接的控制器来控制这些设备。
为此要注意的是，两个电机110和120以及离合器130可以用作针对按本发明的方法的启动装置，其中，视实施形式的不同例如使用电机120和离合器130或使用两个电机110和120。倘若仅使用启动装置中的两个，那么至少对相应的方法来说，第三个所示的启动装置不是必需的。
此外要提到的是，在车辆中也可以仅存在两个电机的其中一个，但尽管如此仍能执行按本发明的方法。
为免赘述，就借助三个所示的启动装置中的其中一个的启动过程而言，可以参考上述实施方案。
在图2a和2b中示出了图表，它们表示在执行内燃机的启动过程时，滚动的机动车的速度v相对时间t的变化曲线。此外还绘出了内燃机的转速n，其中，为清楚起见，在顾及到相应的传动比和换算比的情况下将转速n根据车辆的速度v标准化。
在图2a中示出了借助离合器，尤其是电离合器的启动过程。由速度变化曲线v可知，机动车滚动，其中，速度基于空气阻力和滚动阻力而下降。在时间点tK,0上开始了借助离合器的启动过程，也就是说，开始建立起在内燃机和通过机动车的滚动运动旋转的变速器之间的传力连接。
在此，转速n从零开始上升以及接近车辆的速度v（在此顾及到了相应的换算）。因为如上面提到的那样，内燃机的启动过程所需的能量从机动车的动能中获取，所以随着启动过程的开始，机动车的速度v剧烈下降。在时间点tK,1上结束启动过程，也就是说，内燃机自动运行且达到了转速n，这个转速对应机动车的当前的速度v。
在此，机动车在时间点tK,0和时间点tK,1之间的时间间隔内丢失了速度ΔvK。在此，针对速度损失的典型的值约为2至4km/h以及针对时间间隔的典型的值约为0.5至1.0s。
在图2b中示出了借助电机，在当前为制动-再生机的启动过程。如由速度变化曲线v可知，机动车滚动，其中，速度基于空气阻力和滚动阻力下降。在时间点tB,0上开始了借助制动-再生机的启动过程，也就是说，开始向内燃机（或其曲轴）施加扭矩。
在此，转速n从零开始上升以及接近车辆的速度v（在此顾及到了相应的换算）。内燃机的启动过程所需的能量在此从蓄能器，例如车辆电池中获取。在启动过程期间，机动车的速度v基本上进一步仅基于空气阻力和滚动阻力而下降。在时间点tB,1上结束启动过程，也就是说，内燃机自动运行且达到了一个对应机动车的当前的速度v的转速n。
在此，机动车在时间点tB,0和时间点tB,1之间的时间间隔内丢失了速度ΔvB。在此，针对速度损失的典型的值约为0.1至0.3km/h以及针对时间间隔的典型的值约为0.25至0.75s。
在图3中在一张图表中示出了相对时间t的机动车的速度v，机动车处于所谓的滑动运行中，也就是说，机动车滚动。如已经提到的那样，在滑动运行中，内燃机停止运行且离合器被打开。与此相应的是由于机动车的空气阻力和滚动阻力而产生了速度变化。
在此，属于时间点tX的速度vX指的是上面已经提到的最小速度，低于这个速度就不再能够或至少不再能在没有针对驾驶员的较大的舒适度损失下借助离合器来启动内燃机。速度vX在此视机动车的不同可能处在例如25和60km/h之间的范围内。
因此迄今为止内燃机在低于速度vX时借助一个电机，特别是再生机启动，在高于速度vX时则借助离合器启动。因此尤其在一个围绕速度vX的范围中，机动车的驾驶员并不知道要使用哪个启动过程。由此造成驾驶员一定程度的不确定性或会引起发怒。
在图4中在一张图表中示出了滚动的机动车的相对时间t的速度变化曲线v，在该图表中，内燃机的启动过程借助按本发明的方法在一种优选的实施形式中被执行。
在时间点tN,0上开始了内燃机借助电机，在当前为再生机的启动过程。换句话说，内燃机借助第一启动装置被用在当前由电机提供的第一扭矩加载。在此要注意的是，机动车在时间点tN,0上的速度v已经低于参考图3加以详细阐释的最小速度vX。
从时间点tN,1起，继续进行内燃机现在借助离合器的启动过程。换句话说，内燃机借助第二启动装置用在当前从机动车的动能中获得的第二扭矩被加载。在时间点tN,2上结束启动过程，也就是说，内燃机自动运行且达到了对应机动车的当前的速度v的转速n。
在此，机动车在时间点tN,0和tN,2之间的时间间隔内丢失了速度ΔvN。在此，这个速度损失ΔvN由在时间点tN,1之前基于空气阻力和滚动阻力的第一速度损失以及在时间点tN,1之后基于用于离合器启动的能量提取的第二速度损失组成。
此外还示出了速度差ΔvN,K，其对应在时间点tN,1上机动车的速度v和内燃机的转速n之间的差（如已经提到的那样，内燃机的转速n在此被相应地换算成速度）。速度差ΔvN,K在此进一步对应这样一个速度差，从该速度差起能够实现内燃机的离合器启动，特别是舒适的离合器启动。
与此相应地这样来选择时间点tN,1，也就是说借助电机的启动过程的持续时间，即，使内燃机的转速n上升直至达到所需的或所期望的速度差ΔvN,K。这一点可以例如取决于机动车当前的或在时间点tN,0上的速度。
此外还要注意的是，在图4中示出的范例中，在时间点tN,1上就从电机切换到离合器，也就是说从第一启动装置切换到第二启动装置。但视期望的舒适性的不同也可能发生交叠，也就是说，在一定的时间间隔内两种启动装置都可以是活跃的。在这个时间间隔期间然后由两个启动装置一起施加了总体上所需的用于启动内燃机的扭矩。为了进一步提高舒适性，在此也可以实现有待提供的扭矩从第一启动装置向第二启动装置的转交。例如由电机提供的扭矩也可以缓慢地递减，而通过离合器提供的扭矩则相应地递增。
在图5中示出了一种由驾驶员感受到的在针对启动过程的速度损失Δv和持续时间Δt之间的相关性。用B,B和K,K标注的运行点在此表示借助电机或离合器的纯启动过程。现在借助按本发明的方法可以随两个启动过程的期望的或需要的份额的不同而使运行点处在在运行点B,B和K,K之间的线上。因此视情况的不同可以找出尽可能最佳的运行点。

Claims (12)

1.用于启动机动车的内燃机（100）的方法，
其中内燃机（100）借助第一启动装置（110、120）从第一转速起被用第一扭矩加载，并且
其中内燃机（100）借助第二启动装置（120、130）从高于第一转速的第二转速起被用第二扭矩加载。
2.按权利要求1所述的方法，其中，电机（120）被用作第一启动装置且离合器（130）被用作第二启动装置，借助离合器建立起在机动车的内燃机（100）和变速器（140）之间的传力连接。
3.按权利要求1所述的方法，其中，使用两个不同的电机（110、120）作为第一启动装置和第二启动装置。
4.按前述权利要求任一项所述的方法，其中，内燃机（100）借助第一启动装置（110、120）被用第一扭矩仅加载至达到第二转速。
5.按权利要求1至3任一项所述的方法，其中，内燃机借助第一启动装装置（110、120）被用第一扭矩加载至达到高于第二转速的第三转速。
6.按权利要求5所述的方法，其中，在第二转速和第三转速之间第一扭矩的高度被降低并且/或者第二扭矩的高度被提高。
7.按前述权利要求任一项所述的方法，其中，根据机动车的当前的和/或在启动过程开始时所支配的速度（v）和/或内燃机（100）的温度来选择第二扭矩。
8.按前述权利要求任一项所述的方法，其中，内燃机（100）借助至少一个第三启动装置被用至少一个第三扭矩加载。
9.按前述权利要求任一项所述的方法，其中，在顾及到各启动装置（110、120、130）的能量平衡和/或二氧化碳平衡的情况下来选择各启动装置（110、120、130）的扭矩和/或内燃机（100）用各扭矩加载的持续时间。
10.计算单元（160），其被设置用于执行按前述权利要求任一项所述的方法。
11.计算机程序，该计算机程序当其在计算单元上被实施时致力于让计算单元执行按权利要求1至9任一项所述的方法。
12.机器可读的存储介质，带有按权利要求11所述的储存在其上的计算机程序。
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