DE102005021870B4

DE102005021870B4 - Mehrstufiges Starten eines Verbrennungsmotors mit Kompressionszündung

Info

Publication number: DE102005021870B4
Application number: DE102005021870.9A
Authority: DE
Inventors: Jy-Jen F. Sah; Gregory A. Hubbard; William R. Cawthorne; Xuefeng T. Tao; Todd M. Steinmetz
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Allison Transmission Inc
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2015-05-21
Anticipated expiration: 2025-05-12
Also published as: DE102005021870A1; CN101275531B; CN101275531A; US7028657B2; CN1696495A; US20050252474A1; CN100510386C

Abstract

Verfahren zum Starten eines Dieselmotors, der mit einem elektrischen Anlasser in einer Wirkverbindung steht; gekennzeichnet durch Anlassen des Dieselmotors mit dem elektrischen Anlasser bis zu einer ersten Drehzahl N1, die wesentlich unter einer Resonanzdrehzahl der Kombination aus Dieselmotor und elektrischem Anlasser liegt, für eine erste Zeitspanne ΔT1, Durchführen des Verbrennungsverfahrens innerhalb des Dieselmotors während der ersten Zeitspanne ΔT1, und Erhöhen der Drehzahl des Dieselmotors mit dem elektrischen Anlasser bis zu einer zweiten Drehzahl N2, die wesentlich über der Resonanzdrehzahl der Kombination aus Dieselmotor und Anlasser liegt.

Description

Diese Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren mit Kompressionszündung. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Kaltstart solcher Motoren.
Verbrennungsmotoren mit Kompressionszündung sind insbesondere anfällig für Kaltstartprobleme wie beispielsweise langsame Startzeiten, Abgase mit übermäßigem weißen Rauch aufgrund von Fehlzündungszyklen, Ölmangel und schlechte Leerlaufstabilität. Ein Kaltstart bedeutet eine Ansaugluft mit niedriger Temperatur, die in den Zylinder gelangt, Wände mit niedriger Temperatur und Zylinderköpfe mit niedriger Temperatur. All das bereitet der Kraftstoffverdampfung Schwierigkeiten, was wiederum eine Verbrennung behindert. Ein Kaltstart bedeutet auch, dass die Batteriespannung beeinträchtigt wird, wodurch deren Fähigkeit, elektrischen Strom zuzuführen, reduziert wird. Die Viskosität von Öl erhöht sich drastisch, wenn sich die Temperatur verringert, was während Kaltstarts von Motoren zu einem erhöhten Reibungswiderstand führt. Der erhöhte Reibungswiderstand ist insbesondere beim Start von Verbrennungsmotoren mit Kompressionszündung wegen der hohen Anlassmindestdrehzahl wichtig. Niedrige Temperaturen können daher zu unerwünschten Motorschadstoffen und verschwendetem Kraftstoff, langsamen oder keinen Startbedingungen, Erschöpfung der Batterie aufgrund von mehrfachen Startversuchen und ein unangenehmes Gefühl beim Starten im Leerlauf führen. Diese Probleme sind groß genug, sodass es üblich ist, bei kaltem Wetter Verbrennungsmotoren mit Kompressionszündung fortdauernd im Leerlauf laufen zu lassen, was zu einer Kraftstoffverschwendung, erhöhten Wartungsproblemen und ansonsten unnötigen Schadstoffen führt.
Es wurden viele verschiedene Versuche vorgeschlagen, das Kaltstartproblem anzugehen, die ein Optimieren von Wirbelmustern, ein Optimieren von Kraftstoffeinspritzeigenschaften, ein Optimieren von Ventileinstellungsvorgängen, ein Ändern von Kompressionsverhältnissen beim Kaltstart, ein Hinzufügen von Starthilfeeinrichtungen, die Glühkerzen, Gitterheizelemente, Flammstarter und Wasserheizelemente umfassen, ein Hinzufügen eines passiven thermischen Managements, um die Temperatur des Motors/Öls über der Umgebungstemperatur zu halten, ein Hinzufügen von zusätzlichen elektrischen Speichereinrichtungen wie beispielsweise Superkondensatoren, die im Wesentlichen temperaturunabhängig sind, ein Optimieren von Kurbelgehäuseschmiermitteln und Schmiermittelsystemen, etc. umfassen.
Die DE 197 24 921 C2 und die DE 198 52 085 C1 beschreiben Verfahren zum Starten eines Dieselmotors nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren zum zuverlässigen Starten eines Dieselmotors während kalter Bedingungen vorzusehen, das zusätzliche Bauteile, die mechanische und elektrische Vorrichtungen umfassen, möglichst gering hält. Zusätzlich ist es wünschenswert, das Gefühl beim Starten im Leerlauf bei dem Bediener zu verbessern, und ein Startsystem, das dieses Ziel erfüllt, wird ebenfalls benötigt.
Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors mit Kompressionszündung. Der Verbrennungsmotor steht in einer Wirkverbindung mit einer elektrischen Maschine, die bewirkt, dass der Verbrennungsmotor während des Anlassens angedreht wird. Die Startsequenz umfasst ein Anlassen des Verbrennungsmotors mit der elektrischen Maschine bis zu einer ersten Drehzahl, die unter der Resonanzdrehzahl (natural resonant speed) der gekoppelten Kombination aus Verbrennungsmotor und elektrischer Maschine liegt. Das Anlassen bis zu einer ersten Drehzahl wird für eine erste Dauer beibehalten und danach wird der Verbrennungsmotor bis zu einer zweiten Drehzahl angelassen, die über der Resonanzdrehzahl der Kombination aus Verbrennungsmotor und Motor liegt. Das Anlassen bis zu einer ersten Drehzahl wird beendet, wenn der Verbrennungsmotor bei der ersten Drehzahl eine relative Stabilität zeigt. Ähnlich wird das Anlassen bis zu einer zweiten Drehzahl beendet, wenn der Verbrennungsmotor bei der zweiten Drehzahl eine relative Stabilität zeigt. Im Anschluss an das Anlassen bis zu einer zweiten Drehzahl wird der Verbrennungsmotor bis zu einer dritten Drehzahl angelassen, die geringfügig unter der Motorleerlaufdrehzahl liegt. Das Anlassen bis zu einer dritten Drehzahl wird beendet, wenn der Verbrennungsmotor bei der dritten Drehzahl eine relative Stabilität zeigt, worauf das Anlassen des Verbrennungsmotors beendet wird und eine normale Motorsteuerung übernimmt. Die relative Stabilität bei den verschiedenen Anlassdrehzahlen kann zum Beispiel dadurch bestimmt werden, dass die Motordrehzahl durch ein Motorverbrennungsdrehmoment für eine vorbestimmte Zeit über einem vorbestimmten Offset von der Anlassdrehzahl gehalten wird. Die Dauer der vorbestimmten Zeit kann mit einem Offset, der groß, genug ist, im Wesentlichen kurz sein.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:
1 ein Blockdiagramm eines Dualmotor-Hybridfahrzeug-Antriebsstrangs, der angepasst ist, um die vorliegende Erfindung zu implementieren;
2 eine graphische Darstellung eines exemplarischen mehrstufigen Starts eines Verbrennungsmotors mit Kompressionszündung, der gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, und
3 ein Flussdiagramm, das exemplarische Schritte darstellt, die das mehrstufige Starten eines Verbrennungsmotors mit Kompressionszündung gemäß der vorliegenden Erfindung implementieren.
In 1 ist ein Blockdiagramm eines exemplarischen Dualmotor-Antriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe dargestellt, auf den die vorliegende Erfindung anwendbar ist. Der Antriebsstrang umfasst einen Dieselmotor, einen Fahrzeugtriebstrang und ein Paar Elektromotoren. Die Motoren (gekennzeichnet als A und B), der Triebstrang und der Verbrennungsmotor stehen miteinander in einer Wirkverbindung, zum Beispiel über ein Koppelmittel (K), das einen oder mehrere Planetenradsätze und selektive Koppelpfade umfasst, die gemäß einem Beaufschlagen und einem Loslösen verschiedener Drehmomentübertragungseinrichtungen, zum Beispiel Kupplungen, hergestellt werden. Der Verbrennungsmotor ist an einem mechanischen Eingang des Koppelmittels mit diesem gekoppelt 11. Der Triebstrang ist an einem mechanischen Ausgang des Koppelmittels mit diesem gekoppelt 13. Die Motoren sind an verschiedenen Drehelementen der Planetenradsätze mit dem Koppelmittel gekoppelt 15. Wenn Leistungsverluste vernachlässigt werden, gleichen sich die Leistungsflüsse zwischen dem Verbrennungsmotor, dem Triebstrang und den Motoren aus und die Leistung an dem Triebstrang ist gleich der Summe der Leistungen an dem Verbrennungsmotor und den Motoren. Der Verbrennungsmotor, der Triebstrang und die Motordrehmomente folgen den gleichen Beziehungen und sind durch die verschiedenen Radsätze, Leistungsübertragungskomponenten und die Beziehungen zwischen diesen, wie sie durch das Zwangskopplungsverhalten vorgegeben werden, bekannt. Drehzahlbeziehungen zwischen dem Verbrennungsmotor, dem Triebstrang und dem Motor sind auch durch die verschiedenen Radsätze, Leistungsübertragungskomponenten und die Beziehungen zwischen diesen, wie sie durch das Zwangskopplungsverhalten vorgegeben werden, bekannt. Der Fahrzeugtriebstrang kann gewöhnliche Triebstrangkomponenten wie beispielsweise Differenzialgetriebe, Antriebswellen, Antriebsgelenke, Achsantriebsradsätze, Räder und Reifen umfassen. Der Elektromotor nimmt elektrische Leistung von einem Energiespeichersystem (ESS) auf und liefert elektrische Leistung an dieses, das in Form von einer oder mehreren Batterien oder einem Batteriesatzmodul oder jedem geeigneten Energiespeichermittel, das einen bidirektionalen elektrischen Energiestrom zulässt, vorhanden sein kann. Verbrennungsmotor, Triebstrang und Motordrehmomente können in jeder Richtung angeordnet sein. Das heißt, jedes Element kann bidirektionale Drehmomentbeiträge zu dem Antriebsstrang leisten. Ein exemplarisches elektrisch verstellbares Getriebe, das einen Dieselmotor, ein Paar Elektromotoren und ein Paar selektiv gekoppelter Planetenradsätze umfasst und für eine Anwendung der vorliegenden Steuerung bevorzugt ist, ist in dem US-Patent Nr. 5,931,757 offenbart, dessen Inhalte hierin durch Bezugnahme vollständig miteingeschlossen sind.
Der exemplarische Antriebsstrang in 1 umfasst auch einen mikroprozessorbasierten Systemcontroller 43, der mit dem Verbrennungsmotor über ein herkömmliches mikroprozessorbasiertes Motorsteuermodul (ECM) 23 kommuniziert. Das ECM 23 kommuniziert vorzugsweise mit dem Systemcontroller 43 über einen Controller Area Network-(CAN-)Bus. Der Motorcontroller ist wiederum angepasst, um mit verschiedenen Motoraktuatoren und -sensoren (nicht im Einzelnen dargestellt) zu kommunizieren, die in dessen Steuerung verwendet werden. Zum Beispiel werden Kraftstoffeinspritzer, Auspuffbremsen- oder Motorbremsenaktuatoren und Drehsensoren durch Leitungen für digitale Signale an dem Motorcontroller gesteuert oder überwacht. Unter den Motorsteuerfunktionen, die durch das ECM 23 ausgeübt werden, befindet sich eine Motorstartfunktion, die herkömmliche Motorkraftstoffzufuhrroutinen umfasst, um während einer durch eine elektrische Maschine erzwungene Drehung des Motors den Motorzylindern eine Kraftstoffladung zu liefern. Der Systemcontroller 43 erhält Eingänge, die Forderungen des Betreibers, die die Drosselklappe, die Bremse und das Anlassen des Verbrennungsmotors umfassen, anzeigen. Der Systemcontroller 43 kommuniziert mit verschiedenen Koppelmittelaktuatoren und -sensoren, die in dessen Steuerung verwendet werden. Zum Beispiel werden Abtriebsdrehsensoren, Solenoidsteuerventile zum Steuern des hydraulischen Drucks der Drehmomentübertragungseinrichtung und deren Beaufschlagungs-/Loslöszustände, und Hydraulikflüssigkeitsdruckschalter oder -wandler durch Leitungen für digitale Signale gesteuert oder überwacht. Der Systemcontroller 43 kommuniziert auch auf ähnliche Weise mit einem mikroprozessorbasierten Batteriesatzcontroller und einem mikroprozessorbasierten Leistungselektronikcontroller (nicht im Einzelnen dargestellt), die gemeinsam als ESS-Controller bezeichnet werden. Diese ESS-Controller kommunizieren vorzugsweise über einen CAN-Bus mit dem Systemcontroller 43. Die ESS-Controller sind wiederum angepasst, um eine Vielzahl an Erfassungs-, Diagnose- und Steuerfunktionen, die mit dem Batteriesatz und dem Motor in Verbindung stehen, vorzusehen. Zum Beispiel werden Strom- und Spannungssensoren, Temperatursensoren, Mehrphaseninverterelektronik und Motordrehsensoren durch die ESS-Controller gesteuert oder überwacht. In den Funktionen, die durch die ESS-Controller implementiert sind, ist die Motoranlassfunktion enthalten, die eine Motorrotationsdrehzahlsteuerung in einer Richtung umfasst, die auf ein Anlassdrehzahlsignal anspricht, und bewirkt, dass der Verbrennungsmotor mit mindestens einem Elektromotor bis auf eine Anlassdrehzahl gedreht wird, die in dem Anlassdrehzahlsignal ausgeführt ist, und dass verhindert wird, dass die Verbrennungsmotordrehzahl unter die Anlassdrehzahl sinkt, jedoch dass erlaubt wird, dass das Motorverbrennungsdrehmoment die Motordrehzahl von der Anlassdrehzahl abweichen lässt.
Die vorliegende Erfindung erfordert, dass mindestens ein Elektromotor mit dem Verbrennungsmotor in einer Wirkverbindung steht, so dass der Verbrennungsmotor dadurch aus einer Null-Drehzahlbedingung angedreht werden kann. Der Motor kann direkt an die Verbrennungsmotorabtriebswelle gekoppelt sein oder kann an diese über jede Art von Radsätzen (die ein Untersetzungsgetriebe umfassen) oder über selektiv eingreifbare Mittel wie beispielsweise eine Anfahrkupplung, eine Bereichskupplung oder eine Zahnkranz- und Ritzelanordnung wie beispielsweise ein kämmend miteinander in Eingriff stehendes Anlasserzahnrad und Motorschwungrad, gekoppelt sein.
In 2 und 3 ist ein Verfahren zum Kaltanlassen eines Dieselmotors in Form eines graphischen bzw. eines Flussdiagramms dargestellt. Anlassen, wie es hierin verwendet wird, umfasst eine erzwungene Drehung des Motors, beispielsweise durch eine elektrische Maschine, und eine Motorkraftstoffzufuhr, um ein Verbrennungsdrehmoment zu erzeugen. In 3 bestimmt Schritt 101 am Beispiel der Getriebeflüssigkeitstemperatur, ob die Bedingungen die Ausführung eines Kaltstartanlassens gemäß der Erfindung erfordern. Alternative Maße wie beispielsweise die Motoröltemperatur könnten für solch eine Bestimmung ebenfalls verwendet werden. Wenn die Getriebeflüssigkeitstemperatur ausreichend hoch ist, wird zu Block 119 übergegangen, in dem ein Abschnitt der Startroutine die Ausführung beginnt, wobei andere Abschnitte der Routine, die einheitlich während Kaltstarts ausgeführt werden, übersprungen werden. Block 119 und die nachfolgenden Schritte werden hierin im Folgenden beschrieben.
Eine niedrige Getriebeflüssigkeitstemperatur in Schritt 101 führt zu einer Ausführung von Schritten, beginnend bei Schritt 103, die einheitlich während Kaltstarts ausgeführt werden. In Schritt 103 wird die Motoranlassdrehzahl (ANLASSDREHZAHL), die durch die Motorsteuerung implementiert wird, auf eine erste Referenzdrehzahl Ref1 gesetzt, die vorzugsweise wesentlich unter jeder Resonanzfrequenz (natural resonant frequency) der gekoppelten Kombination aus Verbrennungsmotor und Motor liegt, was bewirkt, dass das Erregen unerwünschter Resonanzbedingungen vermieden wird. Zusätzlich ist diese erste Referenzdrehzahl vorzugsweise höher als herkömmlich realisierte Kaltstartanlassdrehzahlen von im Wesentlichen 75 bis 150 Umdrehungen pro Minute (RPM). Eine Anlassdrehzahl, die höher ist als etwa 150 Umdrehungen pro Minute und vorzugsweise etwa 200 Umdrehungen pro Minute beträgt, liefert eine bedeutend stärkere Verbrennung als auf herkömmliche Weise realisierte Kaltstartanlassdrehzahlen, was für die Zylindertemperaturbedingungen von Vorteil ist. Ein Anlassen des Verbrennungsmotors bis zu dieser gesteuerten ANLASSDREHZAHL ist eine erste Stufe eines mehrstufigen Startens des Motors, das in 2 gezeigt ist, in der eine gepunktete Linie 109 ein Anlassdrehzahlsteuerprofil darstellt, das eine ANLASSDREHZAHL umfasst und in der die durchgehende Linie 107 die tatsächliche Motordrehzahl darstellt, wie sie durch das Anlassdrehmoment des Motors oder das Verbrennungsdrehmoment des Motors erzeugt werden kann. Die erste Referenzdrehzahl, die verwendet wird, um die ANLASSDREHZAHL zu erzeugen, ist in 2 als Ref1 bezeichnet.
In Schritt 105 wird die Motordrehzahl Ne mit einer ersten Schwelle verglichen, die die erste Referenzdrehzahl Ref1 plus einen zusätzlichen Offset RPM1, zum Beispiel 30 Umdrehungen pro Minute, umfasst. Wenn die Motordrehzahl diese erste Schwelle für eine vorbestimmte Zeit T1 überschreitet, dann wird bestimmt, dass die relative Verbrennungsstabilität bei der ersten Referenzdrehzahl angemessen gezeigt wird, zum Beispiel, um einen minimalen Grad an Motordrehmomentbeitrag zu der Motordrehzahl aus den erfolgreichen Vorgängen der Verbrennung im Zylinder über der ersten Referenzdrehzahl anzuzeigen. Die relative Verbrennungsstabilität, wie sie hierin verwendet wird, ist relativ zu der bestimmten Motordrehzahlreferenz, mit der sie verglichen wird. Die Motordrehzahlsteuerung hilft nur dabei, die Motordrehzahl zu erhöhen, wenn sie dazu neigt, unter die Referenzdrehzahl Ref1 zu sinken. Sie stellt dem Verbrennungsmotor kein Drehmoment zur Verfügung, um eine Drehzahl über der Referenzdrehzahl zu erzeugen. Jegliche Drehzahlauslenkungen über die Referenzdrehzahl Ref1 gehen im Wesentlichen auf das Verbrennungsdrehmoment zurück. Eine alternative Bedingung, die einen minimalen Grad an Motordrehmomentbeitrag zu der Motordrehzahl aus den erfolgreichen Vorgängen der Verbrennung im Zylinder über der ersten Referenzdrehzahl anzeigt, wird auch durch die Motordrehzahl Ne, die eine zweite Schwelle übersteigt, dargestellt. Die zweite Schwelle umfasst die erste Referenzdrehzahl Ref1 plus einen zusätzlichen Offset RPM2, der größer ist als der erste Offset RPM1, zum Beispiel 150 Umdrehungen pro Minute. Die Zeitdauer, die erforderlich ist, damit die zweite Schwelle überstiegen wird, ist minimal und im Wesentlichen kurz, da sie durch eine einzige Steuerschleife vorgesehen ist.
Wenn eine relative Verbrennungsstabilität bei der ersten Referenzdrehzahl nicht angemessen gezeigt wird, bestimmt Schritt 107 als nächstes, ob das Anlassen des Verbrennungsmotors bei der ersten Referenzdrehzahl Ref1 innerhalb dieser ersten Anlassstufe eine vorbestimmte Dauer T4 überschritten hat. Die Zeit T4 ist bemessen, um ein Leerwerden des Batteriesystems zu verhindern und somit nachfolgende Startversuche zu erlauben und ein tiefes Entladen des Batteriesystems zu verhindern. Wenn das Anlassen in der momentanen Stufe über die akzeptable Zeitperiode T4 hinaus stattgefunden hat, wird der momentane Motorstartversuch in Schritt 123 abgebrochen. Wenn die akzeptable Zeitperiode T4 jedoch nicht überstiegen wird, wird in Schritt 109 an der Batterie ein Spannungstest durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Batteriespannung V_batt kleiner ist als eine akzeptable minimale Batteriespannung V_min. Wenn das Batteriesystem tief entladen ist, wird der momentane Motorstartversuch in Schritt 123 abgebrochen. Wenn weder die Zeit in der momentanen Anlassstufe noch die Batteriespannungsbedingung rechtfertigen, den Anlassversuch abzubrechen, kehrt die Routine zurück zu Schritt 101, um mit der momentanen Anlassstufe fortzufahren.
Wenn die relative Verbrennungsstabilität bei der ersten Referenzdrehzahl angemessen gezeigt wird, erzeugt Schritt 111 eine ANLASSDREHZAHL, die durch die Motorsteuerung auf eine zweite Referenzdrehzahl Ref2 implementiert wird, welche vorzugsweise im Wesentlichen über jeglicher Resonanzfrequenz der gekoppelten Kombination aus Verbrennungsmotor und Motor liegt. Die zweite Referenzdrehzahl, die verwendet wird, um die ANLASSDREHZAHL zu erzeugen, ist in 2 als Ref2 bezeichnet. Die Motorsteuerungskalibrierungen erzeugen die Steigungsrate, mit der die Motordrehzahl von Ref1 auf Ref2 beschleunigt wird. Es wird vorgezogen, dass der Drehzahlbereich zwischen Ref1 und Ref2 schnell durchquert wird, um ein Verweilen in dem Bereich, der die Resonanzfrequenz des Systems umgibt, zu vermeiden. Die Referenzdrehzahl in dieser zweiten Stufe des Anlassens liegt immer noch bedeutend unter der Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors, die typischerweise bei etwa 800 Umdrehungen pro Minute liegt, aber im Wesentlichen über der Resonanzdrehzahl des Verbrennungsmotors und des Motors, die gekoppelt sind, zum Beispiel bei 400 Umdrehungen pro Minute. Deshalb liegt eine exemplarische zweite Drehzahlreferenz im Wesentlichen bei etwa 600 Umdrehungen pro Minute.
In Schritt 113 wird die Motordrehzahl Ne mit einer dritten Schwelle verglichen, die die zweite Referenzdrehzahl Ref2 plus einen zusätzlichen Offset RPM3, zum Beispiel 50 Umdrehungen pro Minute, umfasst. Wenn die Motordrehzahl diese dritte Schwelle für eine vorbestimmte Zeit T2 überschreitet, dann wird bestimmt, dass die relative Verbrennungsstabilität bei der zweiten Referenzdrehzahl angemessen gezeigt wird, zum Beispiel, um einen minimalen Grad an Motordrehmomentbeitrag zu der Motordrehzahl aus erfolgreichen Vorgängen der Verbrennung im Zylinder über der zweiten Referenzdrehzahl anzuzeigen. Die Motordrehzahlsteuerung hilft wieder nur dabei, die Motordrehzahl zu erhöhen, wenn diese dazu neigt, unter die Referenzdrehzahl Ref2 zu sinken. Sie stellt dem Verbrennungsmotor kein Drehmoment zur Verfügung, um eine Drehzahl über der Referenzdrehzahl zu erzeugen. Jegliche Drehzahlauslenkungen über die Referenzdrehzahl Ref2 gehen im Wesentlichen auf das Verbrennungsdrehmoment zurück. Eine alternative Bedingung, die einen minimalen Grad an Motordrehmomentbeitrag zu der Motordrehzahl aus den erfolgreichen Vorgängen der Verbrennung im Zylinder über der zweiten Referenzdrehzahl anzeigt, wird auch durch die Motordrehzahl Ne, die eine vierte Schwelle übersteigt, dargestellt. Die vierte Schwelle umfasst die zweite Referenzdrehzahl Ref2 plus einen zusätzlichen Offset RPM4, der größer ist als der dritte Offset RPM3, zum Beispiel 100 Umdrehungen pro Minute. Die Zeitdauer, die erforderlich ist, damit die vierte Schwelle überstiegen wird, ist minimal und im Wesentlichen kurz, da sie durch eine einzige Steuerschleife vorgesehen ist.
Wenn eine relative Verbrennungsstabilität bei der zweiten Referenzdrehzahl nicht angemessen gezeigt wird, bestimmt Schritt 115 als nächstes, ob das Anlassen des Verbrennungsmotors bei der zweiten Referenzdrehzahl Ref2 innerhalb dieser zweiten Anlassstufe eine vorbestimmte Dauer T5 überschritten hat. Die Zeit T5 ist bemessen, um ein Leerwerden des Batteriesystems zu verhindern und somit nachfolgende Startversuche zu erlauben und ein tiefes Entladen des Batteriesystems zu verhindern. Wenn das Anlassen in der momentanen Stufe über die akzeptable Zeitperiode T5 hinaus stattgefunden hat, wird der momentane Motorstartversuch in Schritt 123 abgebrochen. Wenn die akzeptable Zeitperiode T5 jedoch nicht überstiegen wird, wird in Schritt 117 an der Batterie ein Spannungstest durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Batteriespannung V_batt kleiner ist als eine akzeptable minimale Batteriespannung V_min. Wenn das Batteriesystem tief entladen ist, wird der momentane Motorstartversuch in Schritt 123 abgebrochen. Wenn weder die Zeit in der momentanen Anlassstufe noch die Batteriespannungsbedingung rechtfertigen, den Anlassversuch abzubrechen, kehrt die Routine zurück zu Schritt 101, um mit der momentanen Anlassstufe fortzufahren.
Wenn die relative Verbrennungsstabilität bei der zweiten Referenzdrehzahl angemessen gezeigt wird, erzeugt Schritt 119 eine ANLASSDREHZAHL, die durch die Motorsteuerung als eine dritte Referenzdrehzahl Ref3 implementiert wird, welche vorzugsweise geringfügig unter der Motorleerlaufdrehzahl liegt, typischerweise bei etwa 800 Umdrehungen pro Minute. Die dritte Referenzdrehzahl, die verwendet wird, um die ANLASSDREHZAHL zu erzeugen, ist in 2 als Ref3 bezeichnet. Die Motorsteuerungskalibrierungen erzeugen die Steigungsrate, mit der die Motordrehzahl von Ref2 auf Ref3 beschleunigt wird. Obwohl die gleichen Resonanzbetrachtungen, die den Übergang von Ref1 zu Ref2 beeinflussen, nicht vorhanden sind, wird es vorgezogen, die gleiche Steigungsrate zu verwenden, um von Ref2 auf Ref3 zu beschleunigen. Eine exemplarische dritte Drehzahlreferenz liegt im Wesentlichen bei 700 Umdrehungen pro Minute.
In Schritt 121 wird die Motordrehzahl Ne mit einer dritten Schwelle verglichen, die die dritte Referenzdrehzahl Ref3 plus einen zusätzlichen Offset RPM3, zum Beispiel 50 Umdrehungen pro Minute, umfasst. Wenn die Motordrehzahl diese dritte Schwelle für eine vorbestimmte Zeit T3 überschreitet, dann wird bestimmt, dass die relative Verbrennungsstabilität bei der dritten Referenzdrehzahl angemessen gezeigt wird, zum Beispiel, um einen minimalen Grad an Verbrennungsmotordrehmomentbeitrag zu der Motordrehzahl aus erfolgreichen Vorgängen der Verbrennung im Zylinder über der dritten Referenzdrehzahl anzuzeigen. Die Motordrehzahlsteuerung hilft wieder nur dabei, die Motordrehzahl zu erhöhen, wenn diese dazu neigt, unter die Referenzdrehzahl Ref3 zu sinken. Sie stellt dem Verbrennungsmotor kein Drehmoment zur Verfügung, um eine Drehzahl über der Referenzdrehzahl zu erzeugen. Jegliche Drehzahlauslenkungen über die Referenzdrehzahl Ref3 gehen im Wesentlichen auf das Verbrennungsdrehmoment zurück.
Wenn die relative Verbrennungsstabilität bei der dritten Referenzdrehzahl nicht angemessen gezeigt wird, kehrt die Routine zurück zu Schritt 101, um mit der momentanen Anlassstufe fortzufahren. Dieses Anlassen in der dritten Stufe dient auch als der normalerweise aufgerufene Warmanlassmodus. Wie zuvor beschrieben wird diese Routine der dritten Stufe, wenn in Schritt 101 bestimmt wird, dass die Kaltanlassroutine der zuvor beschriebenen Schritte nicht erforderlich ist, wie es zum Beispiel durch eine warme Getriebeflüssigkeit angezeigt wird, ausgeführt und die ersten beiden Stufen werden übersprungen, da sie für ein erfolgreiches Starten des Verbrennungsmotors bei den vorliegenden Bedingungen unwichtig sind.
Wenn die relative Verbrennungsstabilität bei der dritten Referenzdrehzahl angemessen gezeigt wird, verlässt Schritt 121 die Startroutine und die Motorsteuerung geht über zu normalen Motorsteuerroutinen, die Motordrehzahlsteuerroutinen umfassen, um ein Ansprechen von Leerlaufdrehzahl- und Motordrehmomentsteuerroutinen auf die Drehmomentforderungen des Betreibers zu erhalten.
Zusammengefasst betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang, der einen Dieselmotor und eine elektrische Maschine umfasst, die in einer Wirkverbindung mit diesem steht und bewirkt, dass sich der Verbrennungsmotor mit Kompressionszündung während seines Anlassens dreht. Ein Kaltanlassen des Motors wird auf eine gestufte Weise ausgeführt und umfasst eine erste Stufe, in der der Motor für eine erste Dauer bis zu einer ersten Drehzahl angelassen wird, die unter der Resonanzdrehzahl der gekoppelten Kombination aus Motor und elektrischer Maschine liegt, und danach für eine zweite Dauer bis zu einer zweiten Drehzahl angelassen wird, die über der Resonanzdrehzahl liegt. Ein Übergang von dem Anlassen bei den ersten und zweiten Drehzahlen wird ausgeführt, wenn eine relative Verbrennungsstabilität gezeigt wird. Ein Anlassen bei der ersten oder zweiten Drehzahl wird bei übermäßigen Anlasszeiten, oder wenn niedrige Batteriespannungen beobachtet werden, abgebrochen. Es ist eine dritte Stufe enthalten, in der der Motor bis zu einer dritten Drehzahl, die unter der Motorleerlaufdrehzahl liegt, angelassen wird. Ein Übergang von dem Anlassen bis zu der dritten Drehzahl wird ausgeführt, wenn eine relative Verbrennungsstabilität gezeigt wird, worauf eine normale Motorsteuerung übernimmt.

Claims

Verfahren zum Starten eines Dieselmotors, der mit einem elektrischen Anlasser in einer Wirkverbindung steht; gekennzeichnet durch Anlassen des Dieselmotors mit dem elektrischen Anlasser bis zu einer ersten Drehzahl N₁, die wesentlich unter einer Resonanzdrehzahl der Kombination aus Dieselmotor und elektrischem Anlasser liegt, für eine erste Zeitspanne ΔT1, Durchführen des Verbrennungsverfahrens innerhalb des Dieselmotors während der ersten Zeitspanne ΔT1, und Erhöhen der Drehzahl des Dieselmotors mit dem elektrischen Anlasser bis zu einer zweiten Drehzahl N₂, die wesentlich über der Resonanzdrehzahl der Kombination aus Dieselmotor und Anlasser liegt.
Verfahren zum Starten eines Dieselmotors nach Anspruch 1, wobei die erste Zeitspanne ΔT1 endet, wenn der Motor bei der ersten Drehzahl N₁ eine Verbrennungsstabilität zeigt.
Verfahren zum Starten eines Dieselmotors nach Anspruch 1, wobei die erste Zeitspanne ΔT1 endet, wenn die Motordrehzahl für eine vorbestimmte Motorlaufzeit eine Schwellendrehzahl übersteigt, die über der ersten Drehzahl N₁ liegt.
Verfahren zum Starten eines Dieselmotors nach Anspruch 1, wobei der Dieselmotor mit dem elektrischen Anlasser für eine zweite Zeitspanne ΔT2 bis zu der zweiten Drehzahl N₂ angetrieben wird, und der Dieselmotor danach mit dem elektrischen Anlasser bis zu einer dritten Drehzahl N₃ angetrieben wird, die geringfügig unter der Motorleerlaufdrehzahl liegt.
Verfahren zum Starten eines Dieselmotors nach Anspruch 4, wobei die erste und zweite Zeitspanne ΔT1 und ΔT2 enden, wenn der Dieselmotor bei den ersten bzw. zweiten Drehzahlen N₁, N₂ eine Verbrennungsstabilität zeigt.
Verfahren zum Starten eines Dieselmotors nach Anspruch 5, wobei die erste Zeitspanne ΔT1 endet, wenn die Motordrehzahl für eine vorbestimmte Motorlaufzeit eine Schwellendrehzahl übersteigt, die über der ersten Drehzahl N₁ liegt, und die zweite Zeitspanne ΔT2 endet, wenn die Motordrehzahl für eine vorbestimmte Motorlaufzeit eine Schwellendrehzahl übersteigt, die über der zweiten Drehzahl N₂ liegt.
Verfahren zum Starten eines Dieselmotors nach Anspruch 1, wobei das Anlassen bei entweder der ersten oder der zweiten Drehzahl N₁, N₂ abgebrochen wird, wenn das Anlassen bei der jeweiligen Drehzahl für eine übermäßige Zeitspanne andauert.
Verfahren zum Starten eines Dieselmotors nach Anspruch 1, wobei das Anlassen bei entweder der ersten oder der zweiten Drehzahl N₁, N₂ abgebrochen wird, wenn die Batteriespannung unter eine minimale Spannungsschwelle abfällt.
Verfahren zum Starten eines Dieselmotors nach Anspruch 1, wobei die erste Drehzahl N₁ etwa 150 Umdrehungen pro Minute bis etwa 250 Umdrehungen pro Minute beträgt.
Verfahren zum Starten eines Dieselmotors nach Anspruch 1, wobei die zweite Drehzahl N₂ etwa 550 Umdrehungen pro Minute bis etwa 650 Umdrehungen pro Minute beträgt.
Verfahren zum Starten eines Dieselmotors, der mit einem elektrischen Anlasser in Wirkverbindung steht; gekennzeichnet durch Antreiben des Dieselmotors mit dem elektrischen Anlasser bis zu einer ersten Drehzahl N₁, die wesentlich unter einer Resonanzdrehzahl der Kombination aus Dieselmotor und elektrischem Anlasser liegt, und Antreiben des Dieselmotors mit dem elektrischen Anlasser bis zu einer zweiten Drehzahl N₂, nachdem der Dieselmotor bei der ersten Drehzahl N₁ eine Verbrennungsstabilität gezeigt hat.
Verfahren zum Starten eines Dieselmotors nach Anspruch 11, wobei die zweite Drehzahl N₂ über der Resonanzdrehzahl der Kombination aus Dieselmotor und elektrischem Anlasser liegt.
Verfahren zum Starten eines Dieselmotors nach Anspruch 11, des Weiteren umfassend Antreiben des Dieselmotors mit dem elektrischen Anlasser bis zu einer dritten Drehzahl N₃, nachdem der Dieselmotor bei der zweiten Drehzahl N₂ eine Verbrennungsstabilität gezeigt hat.
Mehrstufiges Anlassverfahren für einen Dieselmotor, der mit einem elektrischen Anlasser in Wirkverbindung steht; gekennzeichnet durch Antreiben des Dieselmotors aus dem Stillstand bis zu einer ersten Drehzahl N₁, die wesentlich unter einer Resonanzdrehzahl der Kombination aus Dieselmotor und elektrischem Anlasser liegt, und Steuern einer unteren Grenze der Motordrehzahl für die erste Drehzahl N₁, während zugelassen wird, dass die Motordrehzahl auf höhere Drehzahlen beschleunigt, und danach, nach dem Beschleunigen auf vorbestimmte Motordrehzahlen, Antreiben des Dieselmotors auf eine zweite Drehzahl N₂, nachdem der Dieselmotor bei der ersten Drehzahl N₁ eine Verbrennungsstabilität gezeigt hat, und Steuern der unteren Grenze der Motordrehzahl für die zweite Drehzahl N₂, während zugelassen wird, dass die Motordrehzahl auf höhere Drehzahlen beschleunigt.
Mehrstufiges Anlassverfahren für einen Dieselmotor nach Anspruch 14, des Weiteren umfassend: im Anschluss an ein Antreiben des Dieselmotors bis zu der zweiten Drehzahl N₂, Antreiben des Dieselmotors mit dem elektrischen Anlasser bis zu einer dritten Drehzahl N₃ und Steuern der unteren Grenze der Motordrehzahl für die dritte Drehzahl N₃, während zugelassen wird, dass die Motordrehzahl auf höhere Drehzahlen beschleunigt.
Mehrstufiges Anlassverfahren für einen Dieselmotor nach Anspruch 14, wobei die zweite Drehzahl N₂ über der Resonanzdrehzahl der Kombination aus Dieselmotor und elektrischem Anlasser liegt.
Mehrstufiges Anlassverfahren für einen Dieselmotor nach Anspruch 15, wobei die dritte Drehzahl N₃ geringfügig unter der Motorleerlaufdrehzahl liegt.
Mehrstufiges Anlassverfahren für einen Dieselmotor nach Anspruch 15, wobei die zweite Drehzahl N₂ über der Resonanzdrehzahl der Kombination aus Dieselmotor und elektrischem Anlasser liegt, und wobei die dritte Drehzahl N₃ geringfügig unter der Motorleerlaufdrehzahl liegt.