CN106468235A - 用于起动机动车的内燃机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于起动具有皮带传动的起动机发电机和小齿轮起动机的内燃机的方法，其中所述内燃机具有曲轴，该曲轴能够在传递转矩的情况下与所述皮带传动的起动机发电机和所述小齿轮起动机相连接，其中由所述皮带传动的起动机发电机产生作用于所述曲轴的预紧力矩，所述预紧力矩小于所述曲轴的始动转矩，其中仅仅由所述小齿轮起动机或者由所述小齿轮起动机与所述皮带传动的起动机发电机一起产生作用于所述曲轴的起动力矩，所述起动力矩至少与所述曲轴的始动转矩一样大，其中所述曲轴通过所述起动力矩被置于旋转运动之中。

Description

用于起动机动车的内燃机的方法

技术领域

本发明涉及一种用于起动机动车的内燃机的方法以及用于实施所述方法的一种计算单元和一种计算机程序。

背景技术

电机可以作为所谓的起动机发电机用在机动车中，用于一方面在所述电机的电动机运行中起动所述内燃机，并且另一方面产生用于车用电路的并且用于在所述电机的发电机运行中给机动车电池充电的电流。起动机发电机可以通过皮带传动装置与所述内燃机或者其曲轴相连接。

尤其是他激的交流电同步电机适合用作皮带传动的起动机发电机（RSG），因为所述他激的交流电同步电机的、以电动机式的力矩能够特别好地调节。所期望的转矩可以通过对于转子绕组（励磁线圈）和/或定子绕组（比如三个或者五个定子相很常见）的相应的操控来设定。可以优选所述转矩的时间上的调制，用于获得尽可能低噪声的并且低振动的起动过程。

为了起动所述内燃机，通过皮带将所述起动机发电机的驱动力矩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。如果达到了最低转速，则在所定义的时刻点燃所述燃烧室中的可点燃的混合物。

为了起动所述内燃机，必须克服始动转矩，所述始动转矩尤其在冷起动时可能非常大。因此，必须使用高效的起动机发电机。在温度很低时，所述起动机发电机可能达到其功率极限。为了避免这一点，可以为了支持所述起动机发电机或者作为所述起动机发电机的替代方案，而将传统的小齿轮起动机尤其用于冷起动。

DE 10 2012 203 374 A1说明了一种用于在起动之前将皮带预紧的方法，其中所述起动机发电机逐渐地并且不是像往常一样突然地形成转矩。在那里不使用小齿轮起动机。

发明内容

按照本发明，建议具有独立的权利要求的特征的、一种用于起动机动车的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。有利的设计方案是从属权利要求和以下说明书的主题。

所述内燃机具有皮带传动的起动机发电机和小齿轮起动机。小齿轮起动机和起动机发电机比如可以被安装在共同的壳体中。在起动所述内燃机的过程中，由所述皮带传动的起动机发电机产生比所述内燃机的始动转矩小的预紧力矩。但是这种预紧力矩足以用于将所述皮带预紧。

在将所述预紧力矩加入到所述皮带传动装置中之后，在所谓的小齿轮起动的过程中仅仅由所述小齿轮起动机或者在所谓的组合起动的过程中由所述小齿轮起动机和所述皮带传动的起动机发电机一起来产生起动力矩。这种起动力矩至少和所述内燃机的始动转矩一样大。所述起动力矩被传递到所述内燃机的曲轴上，由此将所述曲轴置于旋转运动之中并且起动所述内燃机。在开始起动之后，可以如愿地进一步提高所述力矩。

原则上，尤其是在热起动时、比如在起动/停止-运行时，所述起动力矩尤其也可以仅仅由所述皮带传动的起动机发电机来产生（所谓的RSG起动）。

所述皮带传动的起动机发电机通过皮带（比如三角筋条皮带）与所述内燃机的曲轴相连接。在这个皮带传动装置（辅助传动装置（Nebentrieb））中，除了所述皮带传动的起动机发电机之外，还可以有另外的组件、比如通风机或者冷却剂泵与所述皮带相连接。

作为小齿轮起动机，尤其可以理解为所述内燃机的起动器，该起动器尤其构造为具有布置在前面的行星齿轮传动装置或者正齿轮传动装置以及脱接装置的电机。通过所述电机来驱动的起动机小齿轮可以啮合到所述内燃机的曲轴上的齿环中。如果所述小齿轮以足够的程度处于所述齿环中，那么所述电机的转子就开始转动，由此通过所述起动机小齿轮将转矩传输到所述内燃机上。所述内燃机随后开始转动并且最后起动。

尤其此外设置了用于将所述皮带张紧的皮带张紧器、比如摆式皮带张紧器或者双臂张紧器。所述皮带张紧器的或者其摆臂的位置尤其可以朝所述皮带的被张紧的或者被缩短的回行段的方向变化。

通过所产生的预紧力矩还没有将所述内燃机或者所述曲轴置于旋转运动中。但是，通过所产生的预紧力矩，可以将所述皮带传动装置的皮带预紧、这里尤其是可以将涉及起动过程的张紧边（下面被称为起动过程-张紧边）预紧。通过所述方法，可以将在起动所述内燃机时作用于所述皮带的以及与其相连接的组件的并且作用于所述曲轴的力和负荷保持得尽可能低。所述皮带传动的起动机发电机的以及所述皮带传动装置的其它组件的使用寿命由此可以得到提高。此外，所述起动过程可以通过所述方法低噪声地并且以较大的舒适性来实施。

在所述内燃机去除激活时并且在所述皮带传动装置中没有加载转矩时，所述皮带以及尤其所述皮带张紧器处于静止位置中。所述皮带的、涉及所述RSG的按电动机方式的运行的张紧边和松弛边具有相同的张力。在进行传统的小齿轮起动时，在所述小齿轮起动机将转矩施加到所述曲轴上并且所述曲轴开始转动时，延长了涉及所述RSG的按电动机方式的运行的张紧边（下面被称为以电动机式的RSG张紧边），并且缩短或者张紧了涉及所述RSG的按电动机方式的运行的松弛边（下面被称为以电动机式的RSG松弛边）。直至所述以电动机式的RSG松弛边完全被张紧，所述曲轴已经以一定的转速转动。如果所述以电动机式的RSG松驰边足够地被张紧并且所述内燃机将足够大的转矩传递到所述皮带传动的起动机发电机上，以便克服其较高的（旋转的）惯性，那就将所述皮带传动的起动机发电机（或者其转子）置于旋转运动之中。所述皮带传动的起动机发电机以及所述皮带传动装置的其余的组件在此比较剧烈地得到加速，这也可以被视为冲击过程。在此，较大的力或者较高的负荷作用于所述皮带传动的起动机发电机和所述皮带并且作用于所述皮带传动装置的其它组件。

在一种组合起动时，所述曲轴通过已啮合的小齿轮起动机来开始转动并且所述以电动机式的RSG张紧边由此首先被延长或者松弛。在进行这样的组合起动时，随后作为所述小齿轮起动机的力矩的补充由所述皮带传动的起动机发电机产生较高的转矩，用于使所述内燃机很快地加速。此前被松弛的回行段现在相应剧烈地被张紧。在这种情况下，较大的力和较高的负荷作用于所述皮带传动装置的皮带和其它组件。

通过在所述用于起动所述内燃机的方法的过程中所产生的预紧力矩，可以降低皮带、皮带传动的起动机发电机和其它皮带传动装置-组件的、如此高的负荷和剧烈的加速。可以避免冲击过程和负荷峰值。通过所述预紧力矩，在所述曲轴开始转动之前，首先尤其相应地缩短或者张紧所述起动过程-张紧边，也就是在小齿轮起动时缩短或者张紧所述以电动机式的RSG松驰边，并且在组合起动时缩短或者张紧所述以电动机式的RSG张紧边。随后，由所述小齿轮起动机、必要时在与所述皮带传动的起动机发电机的组合中产生为了起动所述内燃机而必要的起动力矩。

按照所述方法的一种优选的实施方式，实施所述内燃机的小齿轮起动。所述起动力矩在此仅仅由所述小齿轮起动器来产生。在这种情况下，由所述皮带传动的起动机发电机作为预紧力矩来有利地产生一种制动的力矩。作为制动的力矩，在这个方面可以理解为一种转矩，该转矩反向于所述曲轴的旋转方向起作用或者该转矩抵消所述小齿轮起动机的转矩。

比如可以实施所述小齿轮起动，当由于不同的边界条件、比如由于相应的电池的太低的电流输出或者由于所述皮带传动的起动机发电机的受限制的力矩而不可能利用所述皮带传动的起动机发电机进行起动时。

所述预紧力矩尤其低于所述皮带传动的起动机发电机在考虑到当前的边界条件的情况下最大能够输出的力矩。通过所述预紧力矩，尤其缩短或者预紧所述起动过程-张紧边并且所述皮带张紧器尤其朝所述起动过程-张紧边的方向转向。一旦所述起动过程-张紧边足够地被预紧，则开始所述小齿轮起动。所述起动过程-张紧边在此尤其至少一直被预紧，直至所述曲轴开始转动。由此避免所述皮带传动装置中的较大的加速和负荷峰值。

在所述曲轴通过由所述小齿轮起动机产生的起动力矩开始转动之后，有利地不再产生或者说就停止所述预紧力矩。由此可以防止：所述制动的预紧力矩反作用于所述旋转的曲轴并且不必要地减慢或者阻碍所述内燃机的起动。比如，所述预紧力矩的停止可以通过上级的控制仪（比如发动机控制仪）来设置，比如通过将相应的转矩（零）预先规定输出给所述皮带传动的起动机发电机来设置。

优选的是，所述预紧力矩的停止也可以作为独立的功能在所述皮带传动的起动机发电机中或者在其控制仪中来实现。为此目的，所述内燃机的和/或所述皮带传动的起动机发电机的旋转运动优选由所述起动机发电机本身来识别，并且在识别之后立即结束所述转矩产生。

按照所述方法的另一种有利的实施方式来实施所述内燃机的组合起动。所述起动力矩在这种情况下由所述小齿轮起动机和所述皮带传动的起动机发电机一起产生。有利地由所述皮带传动的起动机电动机来产生一种作为预紧力矩的驱动的力矩。作为驱动的力矩，在这方面可以理解为一种转矩，该转矩沿着所述曲轴的旋转方向起作用，或者说该转矩支持着所述小齿轮起动机的转矩。

通过这种驱动的预紧力矩，也可以在所述曲轴开始转动之前将所述起动过程-张紧边预紧或缩短。所述皮带张紧器尤其朝所述起动过程-张紧边的方向转向。所述曲轴还处于静止之中，所述起动机小齿轮可以啮合到所述曲轴的静止的齿环中。优选一旦所述小齿轮起动机的已啮合的起动机小齿轮开始转动并且产生转矩，就提高由所述皮带传动的起动机发电机所产生的驱动的力矩。作为替代方案，也有利的是，在所述内燃机开始转动时所述皮带传动的起动机发电机才提高所述预紧力矩。所述预紧力矩的提高可以通过上级的控制仪（比如发动机控制仪）或者通过所述皮带传动的起动机发电机的控制仪来引起。

由此，在由所述皮带传动的起动机发电机和所述小齿轮起动机产生足够大的、用于使所述曲轴开始转动的起动力矩时，所述起动过程-张紧边已经足够地被张紧。在这种情况下，由此也可以避免在所述皮带传动装置中的、较大的加速和负荷峰值。

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实施按本发明的方法。

以计算机程序的形式来实现所述方法也是有利的，因为这一点引起的成本特别低，尤其如果执行用的控制仪还用于其它的任务并且因此本来就存在。合适的、用于提供所述计算机程序的数据载体尤其是磁性的、光学的和电的存储器—比如硬盘、闪存器、EEPROM、DVD以及类似其它的存储器。也可以通过计算机网络（比如互联网、内联网等等）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。

附图说明

本发明借助于实施例在附图中示意性地示出，并且下面参照附图来进行描述。

图1是由内燃机、皮带传动装置、皮带传动的起动机发电机和小齿轮起动机构成的、像可以用作本发明的基础那样的装置的示意图；

图2作为方块图是所述按本发明的方法的、一种优选的实施方式的示意图；

图3是图1的装置的、在按照图2的按本发明的方法的实施方式起动所述内燃机时的示意图；

图4是针对时间来绘示的、机动车的皮带传动装置的皮带力的图表的示意图；

图5作为方块图是所述按本发明的方法的、另一种优选的实施方式的示意图；并且

图6是图1的装置的、在按照图5的按本发明的方法的实施方式起动所述内燃机时的示意图。

具体实施方式

在图1中示意性地示出了一种由机动车的内燃机105、皮带传动的起动机发电机（RSG）130、小齿轮起动机110和将所提到的元件连接起来的皮带传动装置所构成的、正如可以作为本发明的基础那样的装置100。

所述机动车的内燃机105具有曲轴151，该曲轴抗扭转地与曲轴-传动轮150相连接。所述曲轴-传动轮150比如构造为皮带轮。此外，所述曲轴151尤其与齿环（未示出）抗扭转地连接。

所述小齿轮起动机110比如可以具有电动机和起动机小齿轮111。所述起动机小齿轮111可以啮合或者接合到所述曲轴151上的齿环中。为此目的，比如可以设置起动机继电器和操纵杆。如果所述起动机小齿轮111以足够大的程度处于所述齿环中，那么所述小齿轮起动机110的电动机的转子就可以被置于旋转运动之中，并且将转矩传递给所述曲轴151。

通过皮带120、比如通过三角筋条皮带，所述曲轴-传动轮150就在传递转矩的情况下与所述RSG 130相连接。所述皮带120尤其传力连接地并且/或者形状配合地嵌合到所述曲轴-传动轮150中并且嵌合到所述RSG 130的传动轮131中。所述传动轮131抗扭转地与所述RSG 130的转子相连接。所述内燃机105可以通过所述皮带120与其它的组件160—比如通风机、空调压缩机或者冷却剂泵相连接。

所述RSG不仅可以按电动机方式而且可以按发电机方式来运行。所述皮带120因此必须能够朝两个方向来传递转矩。所述皮带因此比如构造为三角筋条皮带。根据所述起动机发电机130是按电动机方式还是按发电机方式来运行，所述皮带120的张紧边和松弛边就发生变换。在所述起动机发电机130的按电动机方式的（驱动着所述内燃机的）运行中，皮带区段121形成了所述以电动机方式的RSG-张紧边，并且皮带区段122形成了所述以电动机方式的RSG-松弛边。

此外设置了相应的皮带张紧器140，用于将所述皮带120张紧。所述皮带张紧器140比如可以构造为摆式皮带张紧器，该摆式皮带张紧器比如包括两条摆臂141a和141b，所述两条摆臂尤其通过弹簧机构143彼此相连接。这两条摆臂141a和141b的旋转轴比如与所述起动机发电机130的传动轮131的旋转轴132共线。同样可以考虑具有不与所述起动机发电机的旋转轴共线的轴的摆式皮带张紧器或者双臂张紧器的其它的实施方式。所述传动轮131的这根旋转轴132由此同时也代表着所述摆式皮带张紧器120的旋转轴。每条摆臂141a或者141b分别与张紧轮142a或者142b相连接。

在图1中示出了所述内燃机105在其去除激活的状态中的情况。皮带120和摆式皮带张紧器140在此处于相应的静止位置或者中间位置中并且相应地没有偏移。

控制仪170（发动机控制仪）尤其被设立用于控制所述内燃机105、所述小齿轮起动机110和所述起动机发电机130。所述控制仪170尤其被设立用于起动所述内燃机105。为此目的，所述控制仪170被设立用于实施按本发明的方法的、一种优选的实施方式。

所述按本发明的方法的、一种优选的实施方式在图2中示意性地作为方块图来示出。在图3中示意性地示出了所述装置100在按照所述按本发明的方法的这种优选的实施方式来起动所述内燃机105时的情况。

在这种优选的实施方式的过程中实施所述内燃机105的小齿轮起动。在步骤201中，比如通过对于所述机动车的点火开关钥匙或者起动电钮的操纵来实现一种起动要求。在步骤202中，由所述RSG 130来产生作为预紧力矩的一种制动的力矩M_vor1。这种制动的力矩M _vor1反向于所述内燃机105的曲轴151的旋转方向152起作用。

所述预紧力矩小于所述曲轴151的始动转矩。比如所述预紧力矩可以具有2Nm的数值。所述曲轴151通过所产生的预紧力矩由此还没有被置于旋转运动之中。但是，在步骤203中通过所产生的预紧力矩将所述皮带120张紧。尤其将所述以电动机式的RSG松弛边122作为起动过程-张紧边张紧或者缩短，并且将所述以电动机式的RSG张紧边121作为起动过程-松弛边松驰或者延长。在此，所述摆式皮带张紧器140和皮带120的位置发生变化。所述摆式皮带张紧器140的摆臂在此围绕着所述旋转轴132朝所述起动过程-张紧边的方向转动了角度φ₁。

一旦所述起动过程-张紧边足够地被张紧，在步骤204中所述起动机小齿轮111就啮合到所述曲轴上的齿环中。在步骤205中，所述小齿轮起动机110的电动机将已啮合的起动机小齿轮111置于旋转运动之中，并且由所述小齿轮起动机110产生了比所述曲轴151的始动转矩大的起动力矩。所述曲轴151随后开始转动并且将所述内燃机105置于旋转运动之中。一旦所述曲轴开始转动，就在步骤206中停止所述预紧力矩M_vor1。所述内燃机105保持旋转运动并且在步骤207中起动。

通过借助于所产生的预紧力矩M_vor来张紧所述起动过程-张紧边这种方式，可以降低所述皮带传动装置100中的负荷和力。在图4中针对时间t示意性地绘示出所述皮带力F的图表。

特性曲线401描绘了在传统的小齿轮起动期间在没有产生预紧力矩的情况下所述皮带力的力变化曲线。特性曲线402描绘了在所述按本发明的方法的、上面所描述的优选的实施方式的过程中所述皮带力的力变化曲线。F₀在此是在所述内燃机105的空转中静态的皮带力。

正如可以在图4中看出的那样，在按照特性曲线401进行传统的小齿轮起动时，出现比在用于按照特性曲线402来起动所述内燃机的方法中大得多的力或者说力的峰值。通过产生所述预紧力矩，可以降低在起动过程中作用于所述皮带传动装置100的力。所述皮带120、所述起动机发电机130以及其余的组件160没有像在传统的情况中那样剧烈地得到加速。冲击过程和负荷峰值或者力的峰值可以得到避免或者至少得到降低。

所述按本发明的方法的、另一种优选的实施方式在图5中示意性地作为方块图来示出。在图6中示意性地示出了所述装置100的、在按照这种优选的实施方式起动所述内燃机105时的情况。

在这种优选的实施方式的过程中，实施所述内燃机105的一种组合起动。在步骤501中产生起动要求。在步骤502中由所述RSG 130产生一种作为预紧力矩的驱动的力矩M_vor2，所述驱动的力矩小于所述曲轴151的始动转矩。这个驱动的力矩M_vor2尤其沿着所述曲轴151的旋转方向152起作用，并且比如为2Nm。所述皮带120由此在步骤503中被预紧。

所述以电动机式的RSG张紧边121在这种情况中也形成所述起动过程-张紧边，所述以电动机式的RSG松弛边122则形成所述起动过程-松弛边。在预紧时，所述摆式皮带张紧器140和皮带120的位置发生变化。所述摆式皮带张紧器140的臂在此围绕着所述旋转轴132朝所述起动过程-张紧边的方向转动了角度φ₂。

一旦所述起动过程-张紧边足够地被张紧，则在步骤504中使所述起动机小齿轮111啮合到所述曲轴上的齿环中。

一旦所述起动机小齿轮111进行啮合，则要么可以立即提高由所述RSG 130产生的力矩。按照步骤511，在此将所述已啮合的起动机小齿轮111置于旋转运动之中，并且同时提高所述RSG 130的转矩。RSG 130和小齿轮起动机110一起产生为了使所述曲轴151开始转动而需要的起动力矩。所述曲轴随后开始转动并且在步骤512中所述内燃机105被起动。

一旦所述起动机小齿轮111按照步骤504已经进行啮合，作为替代方案可以由所述RSG 130首先继续产生所述预紧力矩。在步骤521中将所述已啮合的起动机小齿轮111置于旋转运动之中。在此，由所述小齿轮起动机110和所述RSG 130一起将所述起动力矩传递到所述曲轴151上，所述起动力矩大于所述始动转矩。在步骤522中，所述曲轴开始转动。随后在步骤523中提高由所述RSG 130所产生的力矩。现在RSG 130和小齿轮起动机110一起产生更大的、用于起动所述内燃机105的加速力矩。随后所述内燃机105被起动。

Claims (11)

1.用于起动具有一皮带传动的起动机发电机（130）和一小齿轮起动机（110）的内燃机（105）的方法，其中所述内燃机（105）具有曲轴（151），该曲轴能够在传递转矩的情况下与所述皮带传动的起动机发电机（130）和所述小齿轮起动机（110）相连接，

-其中由所述皮带传动的起动机发电机（130）产生（202、502）作用于所述曲轴（151）的预紧力矩（M_vor1、M_vor2），所述预紧力矩反向于所述曲轴（151）的旋转方向（152）起作用，并且所述预紧力矩小于所述曲轴（151）的始动转矩，

-其中仅仅由所述小齿轮起动机（110）或者由所述小齿轮起动机（110）与所述皮带传动的起动机发电机（130）一起产生（205、521、522）作用于所述曲轴（151）的起动力矩，所述起动力矩至少与所述曲轴（151）的始动转矩一样大，

-其中所述曲轴（151）通过所述起动力矩被置于（207、512、523）旋转运动之中。

2.按权利要求1所述的方法，其中对于所述皮带传动的起动机发电机（130）的小齿轮起动来说，产生（202）作为作用于所述曲轴（151）的预紧力矩的一种制动的力矩（M_vor1），并且其中所述起动力矩仅仅由所述小齿轮起动机（110）产生（205）。

3.按权利要求2所述的方法，其中在所述曲轴（151）被置于旋转运动中之后不再产生（206）所述作用于曲轴（151）的预紧力矩。

4.按权利要求3所述的方法，其中所述曲轴（151）的旋转运动由所述皮带传动的起动机发电机（130）识别，并且其中在识别出旋转运动的情况下不再产生（206）作用于所述曲轴（151）的预紧力矩。

5.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中对于组合起动来说，由所述皮带传动的起动机发电机（130）来产生（502）作为作用于所述曲轴（151）的预紧力矩的一种驱动的力矩（M_vor2），并且其中所述起动力矩由所述小齿轮起动机（110）和所述皮带传动的起动机发电机（130）一起产生（511、521、522）。

6.按权利要求5所述的方法，其中由所述皮带传动的起动机发电机（130）一直产生所述作用于曲轴（151）的预紧力矩（M_vor2），直至所述曲轴（151）始动（521），并且其中在所述曲轴（151）始动（522）之后提高由所述皮带传动的起动机发电机（130）产生的力矩。

7.按权利要求5所述的方法，其中由所述皮带传动的起动机发电机（130）一直产生作用于所述曲轴（151）的预紧力矩（M_vor2），直至所述小齿轮起动机（110）产生转矩，并且其中一旦所述小齿轮起动机（110）产生（511）转矩，就提高由所述皮带传动的起动机发电机（130）产生的力矩。

8.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过所产生的预紧力矩（M_vor1、M_vor2）来将所述皮带（120）的起动过程-张紧边张紧（203、503）。

9.计算单元（170），它被设立用于实施按前述权利要求中任一项所述的方法。

10.计算机程序，它在其在计算单元（170）上被执行时促使该计算单元（170）实施按权利要求1到8中任一项所述的方法。

11.机器可读的存储介质，具有在其上面所保存的、按权利要求10所述的计算机程序。