DE102011075216A1 - Method for starting internal combustion engine of hybrid drive train of e.g. motor vehicle, involves connecting crankshaft of internal combustion engine with electrical machine through clutch - Google Patents

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Abstract

The method involves providing driving power to internal combustion engine (16) using electric machine (14). The fuel is injected into cylinder of piston-cylinder arrangement of internal combustion engine. The fuel-oxygen mixture in the cylinder is ignited. A crankshaft (20) of internal combustion engine is connected with electrical machine through clutch (26). The internal combustion engine is started directly by engaging the clutch with electric machine. Independent claims are included for the following: (1) control unit for starting internal combustion engine; and (2) motor vehicle drive train.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine eines Hybridantriebs, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine mit Direkteinspritzung, wobei der Hybridantrieb die Verbrennungskraftmaschine und eine elektrische Maschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung aufweist, wobei die Verbrennungskraftmaschine mittels eines Direktstarts durch Einspritzen von Kraftstoff in wenigstens einen Zylinder einer Kolbenzylinderanordnung der Verbrennungskraftmaschine und Zünden eines dadurch in dem Zylinder entstehenden Kraftstoff-Sauerstoffgemisches gestartet wird, wobei eine Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine mittels einer Kupplung mit der elektrischen Maschine verbindbar ist.The invention relates to a method for starting an internal combustion engine of a hybrid drive, in particular a direct injection internal combustion engine, wherein the hybrid drive, the internal combustion engine and an electric machine for providing drive power, wherein the internal combustion engine by means of a direct start by injecting fuel into at least one cylinder of a piston-cylinder arrangement Internal combustion engine and ignition of a resultant in the cylinder fuel-oxygen mixture is started, wherein a crankshaft of the internal combustion engine by means of a coupling with the electric machine is connectable.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Steuereinheit zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine eines Hybridantriebs, wobei der Hybridantrieb die Verbrennungskraftmaschine und eine elektrische Maschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung aufweist, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, das oben genannte Verfahren auszuführen.Further, the present invention relates to a control unit for starting an internal combustion engine of a hybrid drive, wherein the hybrid drive comprises the internal combustion engine and an electric machine for providing drive power, wherein the control unit is adapted to carry out the above-mentioned method.

Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer elektrischen Maschine, die einen Hybridantrieb bilden, wobei eine Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine mittels einer Kupplung mit der elektrischen Maschine verbindbar ist, und mit einer Steuereinheit der oben genannten Art.Finally, the present invention relates to a motor vehicle drive train with an internal combustion engine and an electric machine, which form a hybrid drive, wherein a crankshaft of the internal combustion engine is connectable by means of a coupling with the electric machine, and with a control unit of the type mentioned above.

Stand der TechnikState of the art

Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeug-Antriebstechnik ist es allgemein bekannt, eine elektrische Maschine gemeinsam mit einer Verbrennungskraftmaschine als Hybridantrieb zu verwenden. Die elektrische Maschine dient dabei dazu, Antriebsleistung bereitzustellen und im Rekuperationsbetrieb Bewegungsenergie in elektrische Energie umzuwandeln, um diese in einer Batterie des Kraftfahrzeugs zu speichern. Sofern die in der Batterie gespeicherte elektrische Leistung zum Antrieb des Kraftfahrzeugs nicht mehr ausreicht oder einen vordefinierten Wert unterschreitet, wird die Verbrennungskraftmaschine gestartet, um zusätzliche Antriebsleistung bereitzustellen und um die Batterie durch die elektrische Maschine zu laden.In the field of automotive drive technology, it is well known to use an electric machine together with an internal combustion engine as a hybrid drive. The electric machine serves to provide drive power and to convert kinetic energy into electrical energy in recuperation to store them in a battery of the motor vehicle. If the electric power stored in the battery for driving the motor vehicle is no longer sufficient or falls below a predefined value, the internal combustion engine is started to provide additional drive power and to charge the battery by the electric machine.

Bei Hybridfahrzeugen ist es während des rein elektrischen Fahrens notwendig, den Verbrennungsmotor ohne spürbare Auswirkungen auf das vom Fahrzeug benötigte Antriebsmoment zu starten. Dazu bietet sich beispielsweise ein so genannter Direktstart an.In hybrid vehicles, it is necessary during electric driving to start the engine without any noticeable effect on the drive torque required by the vehicle. For this purpose, for example, offers a so-called direct start.

Zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine mit Direkteinspritzung, ist es beispielsweise aus der DE 103 51 891 A1 bekannt, einen Direktstart durchzuführen, bei dem in einer bestimmten Stillstandsposition eines Kolbens eines Zylinders Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird und das so entstehende Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet wird, um den Kolben in dem Zylinder anzutreiben. Dabei kann kurz vor dem Direktstart der entsprechende Kolben/Zylinder in einer Rückwärtsrichtung bewegt werden, um eine optimale Stellung kurz vor einem Zündungs- bzw. Totpunkt zu erzielen, damit der Neustart durch die entsprechende Zündung sicher erfolgen kann.For starting an internal combustion engine, in particular a direct injection internal combustion engine, it is for example from the DE 103 51 891 A1 It is known to carry out a direct start, in which fuel is injected into the cylinder in a certain standstill position of a piston of a cylinder and the resulting fuel-air mixture is ignited to drive the piston in the cylinder. In this case, just before the direct start of the corresponding piston / cylinder can be moved in a reverse direction in order to achieve an optimal position shortly before an ignition or dead center, so that the restart can be done safely by the appropriate ignition.

Beispielsweise ist es denkbar, eine Verbrennungskraftmaschine mittels Direktstart zu starten, wobei zunächst in einen Zylinder Kraftstoff eingespritzt wird und dieser durch Zündung entgegen der Antriebsrichtung angetrieben wird, um in einem anderen Zylinder eine Kompression eines Kraftstoff-Luft-Gemisches zu erzielen und die Kurbelwelle nach Zündung des zweiten Zylinders in einer Antriebsrichtung anzutreiben. For example, it is conceivable to start an internal combustion engine by means of a direct start, wherein first fuel is injected into a cylinder and this is driven by ignition against the drive direction to achieve compression of a fuel-air mixture in another cylinder and the crankshaft after ignition to drive the second cylinder in a drive direction.

Nachteilig dabei ist es, dass der Zylinder, in dem die erste Zündung vollzogen wurde, bei der Vorwärtsbewegung nicht gezündet werden kann, da sich im Brennraum lediglich Verbrennungsgase der ersten Zündung befinden. Da der Kolben über diesen Zündungspunkt ohne die entsprechende Zündung hinweg bewegt werden muss, kann auf diese Weise die Verbrennungskraftmaschine nicht zuverlässig gestartet werden.The disadvantage here is that the cylinder in which the first ignition was completed, can not be ignited in the forward movement, since there are only combustion gases of the first ignition in the combustion chamber. Since the piston must be moved beyond this ignition point without the corresponding ignition, in this way the internal combustion engine can not be started reliably.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird das eingangs genannte Verfahren dadurch verbessert, dass der Direktstart durch Schließen der Kupplung durch die elektrische Maschine unterstützt wird. Dabei wird eine Motorwelle der elektrischen Maschine 14 während des Schließens rotiert, um ein Drehmoment auf die Kurbelwelle zu übertragen.According to the method mentioned above is improved by the fact that the direct start is supported by closing the clutch by the electric machine. In this case, a motor shaft of the electric machine 14 rotated during closing to transmit torque to the crankshaft.

Ferner wird erfindungsgemäß eine Steuereinheit zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine eines Hybridantriebs bereitgestellt, wobei der Hybridantrieb die Verbrennungskraftmaschine und eine elektrische Maschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung aufweist, und wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, das oben genannte Verfahren auszuführen.Further, according to the present invention, there is provided a control unit for starting an internal combustion engine of a hybrid drive, wherein the hybrid drive comprises the internal combustion engine and an electric machine for providing driving power, and wherein the control unit is adapted to carry out the above-mentioned method.

Schließlich stellt die vorliegende Erfindung einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer elektrischen Maschine bereit, die zusammen einen Hybridantrieb bilden, wobei eine Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine mittels einer Kupplung mit der elektrischen Maschine verbindbar ist, und der Antriebsstrang eine Steuereinheit der oben genannten Art aufweist.Finally, the present invention provides a motor vehicle drive train with an internal combustion engine and an electric machine, which together form a hybrid drive, wherein a crankshaft of the internal combustion engine by means of a clutch with the electric Machine is connectable, and the drive train has a control unit of the type mentioned above.

Durch die vorliegende Erfindung kann ein Direktstart während des elektrischen Antriebs durch Schließen der Kupplung ohne spürbare Beeinflussung des Antriebsmoments unterstützt werden.By the present invention, a direct start during the electric drive by closing the clutch can be supported without noticeable influence on the drive torque.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Starten der Verbrennungskraftmaschine eines Hybridantriebs dient dazu, eine Verbrennungskraftmaschine während des rein elektrischen Antriebs zu starten, um die Verbrennungskraftmaschine als zusätzliche Antriebsmaschine zu nutzen oder um in den rein verbrennungsmotorischen Betrieb umzuschalten. Dabei wird durch Einspritzen von Kraftstoff in mindestens einen Zylinder und Zünden dieses Kraftstoff-Luft-Gemisches angetrieben und kann durch kurzzeitiges Schließen der Kupplung oder aber durch kurzzeitiges Betreiben der Kupplung im Schlupfbetrieb individuell und bedarfsorientiert unterstützt werden, wobei ein derartiges kurzzeitiges und/oder geringfügiges Abführen von Antriebsleistung keine signifikante Verringerung des von der elektrischen Maschine bereitgestellten Antriebsmomentes bewirkt.The inventive method for starting the internal combustion engine of a hybrid drive is used to start an internal combustion engine during the purely electric drive to use the internal combustion engine as an additional prime mover or to switch to the pure combustion engine operation. It is driven by injecting fuel into at least one cylinder and igniting this fuel-air mixture and can be supported by short-term closing of the clutch or by short-term operation of the clutch in the slip individually and demand-oriented, such a short-term and / or minor discharge of drive power does not cause a significant reduction in the drive torque provided by the electric machine.

Dadurch können die Vorteile des Hybridantriebes und des Direktstarts bei dem Zuschalten des Verbrennungsmotors genutzt werden, wodurch der Fahrkomfort des Hybridantriebs gesteigert werden kann.As a result, the advantages of the hybrid drive and the direct start can be used in the connection of the internal combustion engine, whereby the ride comfort of the hybrid drive can be increased.

Ferner muss für einen notwendigen Start der Verbrennungskraftmaschine keine Drehmomentreserve der elektrischen Maschine vorgehalten werden bzw. nur in einem wesentlich geringeren Umfang, als für einen herkömmlichen Start notwendig wäre, bzw. wenn der gesamte Direktstart durch die elektrische Maschine mit Drehmoment unterstützt würde.Furthermore, for a necessary start of the internal combustion engine no torque reserve of the electric machine must be maintained or only to a much smaller extent than would be necessary for a conventional start, or if the entire direct start would be supported by the electric machine with torque.

Vorliegend wird unter einem Direktstart das Anlaufen einer Verbrennungskraftmaschine verstanden, bei dem ein Kraftstoff-Sauerstoff-Gemisch in einem Zylinder gezündet wird, ohne dass ein vollständiger Kompressionstakt des Zylinders durchlaufen wird.In the present case, a direct start is understood to mean the startup of an internal combustion engine in which a fuel-oxygen mixture in a cylinder is ignited without a complete compression stroke of the cylinder being passed through.

Vorzugsweise wird die Verbrennungskraftmaschine während eines elektrischen Betriebs bzw. Antriebs des Hybridantriebs gestartet, wodurch die Brennkraftmaschine durch einfaches Ableiten von Drehmoment bzw. Drehzahl der elektrischen Maschine gestartet werden kann. Preferably, the internal combustion engine is started during an electrical operation or drive of the hybrid drive, whereby the internal combustion engine can be started by simply deriving torque or speed of the electric machine.

Vorzugsweise treibt die elektrische Maschine die Kurbelwelle in einer Vorwärtsdrehung an.Preferably, the electric machine drives the crankshaft in a forward rotation.

Dadurch kann die Rotation der elektrischen Maschine direkt genutzt werden und das Drehmoment der elektrischen Maschine dem während des Direktstarts entwickelten Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine überlagert werden.As a result, the rotation of the electric machine can be used directly and the torque of the electric machine can be superimposed on the torque of the internal combustion engine developed during the direct start.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die elektrische Maschine die Kurbelwelle nach einer ersten Zündung für den Direktstart antreibt.It is further preferred if the electric machine drives the crankshaft after a first ignition for the direct start.

Dadurch ist nur ein geringes zusätzliches Drehmoment von der elektrischen Maschine notwendig, da bereits ein Drehmoment durch die erste Zündung der Verbrennungskraftmaschine auf die Kurbelwelle ausgeübt wird.As a result, only a small additional torque from the electric machine is necessary because a torque is already exerted by the first ignition of the internal combustion engine to the crankshaft.

Es ist weiterhin von besonderem Vorzug, wenn die elektrische Maschine die Kurbelwelle nach einer zweiten Zündung in einem zweiten Zylinder antreibt.It is also of particular advantage when the electric machine drives the crankshaft after a second ignition in a second cylinder.

Dadurch kann von der Verbrennungskraftmaschine durch den Direktstart ein noch größeres Drehmoment an der Kurbelwelle bereitgestellt werden, wodurch das von der elektrischen Maschine benötigte zusätzliche Drehmoment reduziert ist.As a result, an even greater torque can be supplied to the crankshaft from the internal combustion engine through the direct start, as a result of which the additional torque required by the electric machine is reduced.

Dabei ist es bevorzugt, wenn die elektrische Maschine den Direktstart während des Überschreitens eines oberen Totpunktes eines Kolbens eines für den Direktstart verwendeten Zylinders unterstützt.In this case, it is preferred if the electric machine assists the direct start during the crossing of a top dead center of a piston of a cylinder used for the direct start.

Dadurch wird die Verbrennungskraftmaschine in einem kritischen Moment unterstützt, in dem die Drehzahl der Kurbelwelle und das anliegende Drehmoment reduziert ist.As a result, the internal combustion engine is assisted in a critical moment in which the speed of the crankshaft and the applied torque is reduced.

Dabei ist es bevorzugt, wenn die elektrische Maschine den Direktstart während der Überschreitung des oberen Totpunktes des Kolbens des Zylinders unterstützt, in dem die erste Zündung erfolgt ist.In this case, it is preferred if the electric machine assists the direct start during the top dead center of the piston of the cylinder in which the first ignition has taken place.

Dadurch kann eine Aussetzung der Zündung des Zylinders, in dem die erste Zündung erfolgt ist, überwunden werden.As a result, a suspension of the ignition of the cylinder in which the first ignition has occurred, be overcome.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die erste Zündung in dem ersten Zylinder eine Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle bewirkt und dadurch eine Kompression in einem zweiten Zylinder bewirkt wird, in dem eine zweite Zündung erfolgt.It is further preferred if the first ignition in the first cylinder causes a reverse rotation of the crankshaft and thereby a compression in a second cylinder is effected, in which a second ignition takes place.

Dadurch kann ein besonders schneller und wirkungsvoller Direktstart erfolgen. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die zweite Zündung eine Vorwärtsdrehung der Kurbelwelle bewirkt und die Vorwärtsdrehung durch Schließen der Kupplung durch die elektrische Maschine unterstützt wird.This can be a particularly fast and effective direct start. It is particularly preferred if the second ignition causes a forward rotation of the crankshaft and the forward rotation is supported by closing the clutch by the electric machine.

Dadurch kann die vorwärtsdrehende Kurbelwelle eine Kompression in einem weiteren Zylinder bewirken und somit ein zuverlässiger Start gewährleistet werden.As a result, the forward-rotating crankshaft can cause a compression in another cylinder, thus ensuring a reliable start.

Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Vorwärtsdrehung während des Überschreitens des oberen Totpunktes des ersten Zylinders unterstützt wird. It is particularly advantageous if the forward rotation is supported during the crossing of the top dead center of the first cylinder.

Dadurch kann eine nicht erfolgende Zündung des ersten Zylinders überbrückt werden und somit trotzdem ein zuverlässiger Direktstart ermöglicht werden.As a result, a non-ignition of the first cylinder can be bridged and thus still a reliable direct start can be made possible.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt in schematischer Form ein Kraftfahrzeug mit einem Hybrid-Antriebsstrang, der einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine aufweist; 1 schematically shows a motor vehicle with a hybrid powertrain having an internal combustion engine and an electric machine;

2a bis 2d zeigen in schematischer Form Komponenten der Verbrennungskraftmaschine während unterschiedlicher Zeitpunkte eines Direktstarts; und 2a to 2d show in schematic form components of the internal combustion engine during different times of a direct start; and

3 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Kurbelwellenposition, der Motordrehzahl und der Kompression in zwei Zylindern der Verbrennungskraftmaschine. 3 shows a diagram for explaining the crankshaft position, the engine speed and the compression in two cylinders of the internal combustion engine.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In 1 ist ein Kraftfahrzeug schematisch dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet. Das Kraftfahrzeug 10 weist einen Antriebsstrang 12 auf, der im vorliegenden Fall eine elektrische Maschine 14 und einen Verbrennungsmotor 16 zur Bereitstellung von Antriebsleistung beinhaltet. Die elektrische Maschine 14 und der Verbrennungsmotor 16 bilden im vorliegenden Fall einen Parallelhybridantrieb. Der Antriebsstrang 12 dient zum Antreiben von angetriebenen Rädern 18L, 18R des Fahrzeugs 10. In 1 a motor vehicle is shown schematically and generally with 10 designated. The car 10 has a drive train 12 on, in the present case an electric machine 14 and an internal combustion engine 16 for providing drive power. The electric machine 14 and the internal combustion engine 16 form in this case a parallel hybrid drive. The powertrain 12 serves to drive driven wheels 18L, 18R of the vehicle 10 ,

Der Verbrennungsmotor 16 ist über eine Kurbelwelle 20 mit der elektrischen Maschine 14 verbunden bzw. verbindbar, wobei der Verbrennungsmotor 16 und die elektrische Maschine 14 an einer Abtriebswelle 22 ein Drehmoment t bereitstellen, die mit einer einstellbaren Drehzahl dreht. Die Abtriebswelle 22 ist mit einer Getriebeeinheit 24 verbunden bzw. verbindbar, um das Drehmoment t auf die angetriebenen Räder 18R, 18L zu übertragen. Die Kurbelwelle 20 und die Abtriebswelle 22 weisen im vorliegenden Fall jeweils eine Kupplung 26, 28 auf, um den Verbrennungsmotor 16 mit der elektrischen Maschine 14 bzw. die elektrische Maschine 14 mit der Getriebeeinheit 24 zu verbinden.The internal combustion engine 16 is over a crankshaft 20 with the electric machine 14 connected or connectable, wherein the internal combustion engine 16 and the electric machine 14 on an output shaft 22 provide a torque t that rotates at an adjustable speed. The output shaft 22 is with a gear unit 24 connected to transmit the torque t to the driven wheels 18R, 18L. The crankshaft 20 and the output shaft 22 each have a coupling in the present case 26 . 28 on to the internal combustion engine 16 with the electric machine 14 or the electric machine 14 with the gear unit 24 connect to.

Die Kurbelwelle 20 ist mittels der Kupplung 26 mit einem Rotor der elektrischen Maschine 14 verbunden bzw. verbindbar, um eine Drehzahl bzw. ein Drehmoment auf die elektrische Maschine 14 zu übertragen. Der Rotor der elektrischen Maschine 14 ist mit der Abtriebswelle 22 verbunden, um das Drehmoment t auf die Getriebeeinheit 24 zu übertragen. Das Drehmoment t wird dabei durch die Summe der von dem Verbrennungsmotor 16 und der elektrischen Maschine 14 bereitgestellten einzelnen Drehmomente gebildet.The crankshaft 20 is by means of the coupling 26 with a rotor of the electric machine 14 connected or connectable to a speed or torque to the electric machine 14 transferred to. The rotor of the electric machine 14 is with the output shaft 22 connected to the torque t on the gear unit 24 transferred to. The torque t is thereby the sum of that of the internal combustion engine 16 and the electric machine 14 provided individual torques.

Im motorischen Betrieb erzeugt die elektrische Maschine 14 ein Antriebsmoment, das den Verbrennungsmotor 16, zum Beispiel in einer Beschleunigungsphase, unterstützt. Im generatorischen bzw. Rekuperationsbetrieb erzeugt die elektrische Maschine 14 elektrische Energie, die im Allgemeinen dem Fahrzeug 10 zur Verfügung gestellt wird.In motor operation, the electric machine generates 14 a drive torque that drives the engine 16 , for example in an acceleration phase, supported. In regenerative or recuperation the electric machine generates 14 electrical energy, which is generally the vehicle 10 is made available.

Der Verbrennungsmotor 16 wird durch einen Kraftstofftank 30 mit Kraftstoff versorgt. The internal combustion engine 16 is through a fuel tank 30 fueled.

Die elektrische Maschine 14 kann ein- oder mehrphasig ausgebildet sein und wird mittels einer Leistungselektronik 32 bzw. eines Inverters 32 angesteuert und mit elektrischer Energie versorgt. Die Leistungselektronik 32 ist mit einer Energieversorgungseinheit 34 wie einer Gleichspannungsversorgung (z.B. Akkumulator bzw. Batterie) 34 des Fahrzeugs 10 verbunden und dient dazu, eine von der Energieversorgungseinheit 34 bereitgestellte Spannung in Wechselstrom im Allgemeinen bzw. in eine Anzahl von Phasenströmen für die Phasen der elektrischen Maschine 14 umzurichten. Die Energieversorgungseinheit 34 ist mit einem Batteriesteuergerät 36 verbunden, das dazu ausgebildet ist, die Energieversorgung der elektrischen Maschine 14 über die Leistungselektronik 32 und den Ladezustand der Energieversorgungseinheit 34 zu steuern. Die Leistungselektronik 32 ist ferner dazu ausgebildet, im Rekuperationsbetrieb der elektrischen Maschine 14 die Energieversorgungseinheit 34 durch die von der elektrischen Maschine 14 erzeugte elektrische Energie aufzuladen.The electric machine 14 can be single-phase or multi-phase and is by means of power electronics 32 or an inverter 32 controlled and supplied with electrical energy. The power electronics 32 is with a power supply unit 34 like a DC power supply (eg accumulator or battery) 34 of the vehicle 10 connected and serves to one from the power supply unit 34 supplied voltage in alternating current in general or in a number of phase currents for the phases of the electric machine 14 transform judge. The power supply unit 34 is with a battery control unit 36 connected, which is adapted to the power supply of the electric machine 14 via the power electronics 32 and the state of charge of the power supply unit 34 to control. The power electronics 32 is further adapted to the recuperation operation of the electric machine 14 the power supply unit 34 through by the electric machine 14 to charge generated electrical energy.

Der Verbrennungsmotor 16 ist ferner mit einer Steuereinheit 38 verbunden, die Einspritzventile und Zündkerzen des Verbrennungsmotors 16 steuert und insgesamt dazu ausgebildet ist, einen Direktstart des Verbrennungsmotors 16 einzuleiten bzw. zu steuern. Die Steuereinheit 38 ist ferner dazu ausgebildet, für einen Direktstart kurzzeitig die Kupplung 26 zu schließen und dadurch die Kurbelwelle 20 des Verbrennungsmotors 16 anzutreiben.The internal combustion engine 16 is further provided with a control unit 38 connected, the injection valves and spark plugs of the internal combustion engine 16 controls and is designed to a total, a direct start of the engine 16 initiate or control. The control unit 38 is also adapted to briefly start the clutch for a direct start 26 close and thereby the crankshaft 20 of the internal combustion engine 16 drive.

In 2a bis 2d sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur zwei Zylinder des Verbrennungsmotors 16 dargestellt, die für die Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens relevant sind. In 2a sind die Zylinder 40, 42 allgemein dargestellt, die jeweils einen Kolben 44, 46 in einer Mittelstellung aufweisen. Ferner ist in 2a eine Rotation der Kurbelwelle 20 schematisch dargestellt. In der in 2a dargestellten Mittelstellung der Kolben 44, 46 ist ein Direktstart nicht optimal möglich. Um einen entsprechenden optimalen Direktstart einzuleiten, muss sich einer der Kolben 44, 46 nahe eines oberen Totpunktes bzw. eines oberen Zündungspunktes befinden. Um die Kolben 44, 46 in eine derartige Position zu bewegen, wird die Kurbelwelle 20 in einer Vorwärtsrichtung rotiert, wie es bei 48 gezeigt ist. Eine Winkelstellung der Kurbelwelle 20 ist in den 2a–d jeweils durch einen Pfeil 49 angedeutet. In 2a to 2d are for clarity only two cylinders of the internal combustion engine 16 represented, which are relevant to the explanation of the method according to the invention. In 2a are the cylinders 40 . 42 generally shown, each having a piston 44 . 46 in a middle position. Furthermore, in 2a a rotation of the crankshaft 20 shown schematically. In the in 2a shown center position of the piston 44 . 46 is a Direct start not optimally possible. To initiate a corresponding optimal direct start, one of the pistons must 44 . 46 located near a top dead center or an upper ignition point. To the pistons 44 . 46 to move in such a position, the crankshaft 20 rotated in a forward direction, as in 48 is shown. An angular position of the crankshaft 20 is in the 2a -D each by an arrow 49 indicated.

Um den Kolben 44 des Zylinders 40 in eine Position nahe des oberen Totpunktes zu bewegen und dadurch einen optimalen Direktstart zu ermöglichen, kann die Kurbelwelle 20 durch kurzzeitiges Schließen der Kupplung 26 rotiert werden. To the piston 44 of the cylinder 40 to move to a position near top dead center and thereby enable an optimal direct start, the crankshaft 20 by briefly closing the clutch 26 be rotated.

In 2b ist der Kolben 44 des Zylinders 40 in eine Position nahe des oberen Totpunktes bewegt worden, wobei der Kolben 46 in eine untere entgegengesetzte Position bewegt worden ist. Dabei wird die Kurbelwelle 20 nur um weniger als 90° rotiert, wie es durch die unterschiedlichen Winkelstellungen des Pfeils 49 in den 2a und 2b angedeutet ist. In dieser Position des Zylinders 44 ist ein Direktstart über die Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Zylinder 40 möglich.In 2 B is the piston 44 of the cylinder 40 has been moved to a position near top dead center, wherein the piston 46 has been moved to a lower opposite position. This is the crankshaft 20 only rotated by less than 90 °, as indicated by the different angular positions of the arrow 49 in the 2a and 2 B is indicated. In this position of the cylinder 44 is a direct start over the ignition of a fuel-air mixture in the cylinder 40 possible.

Der Direktstart erfolgt durch ein hier nicht dargestelltes Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder 40 und anschließende Zündung des so entstehenden Kraftstoff-Luft-Gemisches bzw. Kraftstoff-Sauerstoff-Gemisches. The direct start is made by injecting fuel into the cylinder, not shown here 40 and subsequent ignition of the resulting fuel-air mixture or fuel-oxygen mixture.

In 2c ist die Zündung des Kraftstoff-Sauerstoff-Gemisches schematisch dargestellt. Durch diese Verbrennung wird der Kolben 44 in dem Zylinder 40 nach unten bewegt und die Kurbelwelle 20 in einer der Antriebsrichtung entgegengesetzten Richtung angetrieben, wie es bei 50 gezeigt ist. Durch diese Rotation der Kurbelwelle 20 wird der Kolben 46 in dem Zylinder 42 nach oben bewegt, wodurch eine Kompression eines Kraftstoff-Sauerstoff-Gemisches in dem Zylinder 42 bewirkt wird.In 2c the ignition of the fuel-oxygen mixture is shown schematically. This combustion causes the piston 44 in the cylinder 40 moved down and the crankshaft 20 driven in a direction opposite to the drive direction, as in 50 is shown. Through this rotation of the crankshaft 20 becomes the piston 46 in the cylinder 42 moved upward, causing a compression of a fuel-oxygen mixture in the cylinder 42 is effected.

Wenn der obere Zündungs- bzw. Totpunkt des Kolbens 46 in dem Zylinder 42 erreicht ist, wird das komprimierte Kraftstoff-Sauerstoff-Gemisch entsprechend gezündet, wodurch der Kolben 46 nach unten bewegt und eine Drehrichtungsumkehr der Kurbelwelle 20 bewirkt wird. Diese Abwärtsbewegung und die Drehrichtungsumkehr der Kurbelwelle 20 ist zusammen mit der Zündung in 2d schematisch dargestellt. Durch die Bewegung der Kurbelwelle 20 in der Antriebsrichtung 48 wird der Kolben 44 in Richtung des oberen Totpunktes bewegt. Eine Kompression und eine entsprechende Zündung sind im Zylinder 40 in diesem Arbeitstakt nicht möglich, da sich in dem Zylinder 40 lediglich Restgas 51 bzw. verbranntes Gemisch 51 von der vorausgegangenen Zündung befindet.When the top dead center of the piston 46 in the cylinder 42 is reached, the compressed fuel-oxygen mixture is ignited accordingly, causing the piston 46 moved down and reversing the direction of rotation of the crankshaft 20 is effected. This downward movement and the reversal of the direction of rotation of the crankshaft 20 is together with the ignition in 2d shown schematically. By the movement of the crankshaft 20 in the drive direction 48 becomes the piston 44 moved in the direction of top dead center. A compression and a corresponding ignition are in the cylinder 40 not possible in this work cycle, as in the cylinder 40 only residual gas 51 or burnt mixture 51 from the previous ignition.

In einem Verbrennungsmotor mit mehr als zwei Zylindern wird dann eine entsprechende Zündung in einem anderen Zylinder mit vorheriger Kompression eingeleitet.In an internal combustion engine with more than two cylinders, a corresponding ignition is then initiated in another cylinder with prior compression.

Damit der Kolben 44 den oberen Totpunkt überwinden kann, wie es in 2d dargestellt ist, und damit der Direktstart zuverlässig durchgeführt werden kann, muss zur Überwindung des oberen Totpunktes kurzzeitig die Verbrennungskraftmaschine 16 mit einem Zusatzmoment über die Kurbelwelle 20 angetrieben werden. Dies erfolgt durch kurzzeitiges Schließen der Kupplung 26, wodurch kurzzeitig bzw. ein geringfügiges Drehmoment von der elektrischen Maschine 14 auf die Kurbelwelle 20 übertragen wird. Dadurch kann ohne spürbare Auswirkungen ein Antriebsmoment auf die Kurbelwelle 20 übertragen werden, um einen zuverlässigen Direktstart zu ermöglichen.So that the piston 44 can overcome the top dead center, as it is in 2d is shown, and thus the direct start can be performed reliably, must briefly overcome the top dead center, the internal combustion engine 16 with an additional torque via the crankshaft 20 are driven. This is done by momentarily closing the clutch 26 , resulting in a short time or a slight torque from the electric machine 14 on the crankshaft 20 is transmitted. As a result, a drive torque to the crankshaft without noticeable effects 20 be transmitted to allow a reliable direct start.

In 3 sind eine Kurbelwellenposition, eine Drehzahl des Verbrennungsmotors 16, d.h. die Kurbelwellendrehzahl, und ein Brennraumdruck über der Zeit während eines erfindungsgemäßen Direktstarts schematisch dargestellt.In 3 are a crankshaft position, a speed of the internal combustion engine 16 , ie the crankshaft speed, and a combustion chamber pressure over time during a direct start according to the invention shown schematically.

In 3 sind die Kurbelwellenposition allgemein mit 52 und die Motordrehzahl allgemein mit 54 bezeichnet. Der jeweilige Brennraumdruck in dem Zylinder 40 ist durch eine gestrichelte Linie, in dem Zylinder 42 durch eine gepunktete Linie und in einem weiteren Zylinder durch eine Strichpunktlinie dargestellt. In 3 are the crankshaft position generally with 52 and the engine speed generally with 54 designated. The respective combustion chamber pressure in the cylinder 40 is by a dashed line, in the cylinder 42 represented by a dotted line and in another cylinder by a dashed line.

Wie aus 3 ersichtlich, ist die Drehzahl bis zu einem Zeitpunkt t0 = 0, und die Kurbelwellenposition 52 bleibt unverändert. Zum Zeitpunkt t0 wird Kraftstoff in den Zylinder 40 eingespritzt und gezündet, so dass ein Brennraumdruck in dem Zylinder 40 ansteigt, wie es bei 56 gezeigt ist. Dadurch wird die Rückwärtsbewegung 50 der Kurbelwelle 20 bewirkt. Die Kurbelwellenposition 52 nimmt in dieser Darstellung entsprechend ab, was gleichzeitig eine Rotation entgegen der Antriebsrichtung zeigt. Gleichzeitig mit der Rückwärtsbewegung 50 nimmt ein Brennraumdruck in dem Zylinder 42 zu, wie es bei 58 gezeigt ist. Zum Zeitpunkt t1 wird das komprimierte Kraftstoff- Sauerstoff-Gemisch im Zylinder 42 gezündet, wodurch der Brennraumdruck in dem Zylinder 42 stark ansteigt, wie es bei 60 gezeigt ist. Die dadurch bewirkte Drehrichtungsumkehr der Kurbelwelle 20 ist durch die Änderung der Kurbelwellenposition ersichtlich, wie es bei 62 gezeigt ist. Die Drehzahl 54 der Kurbelwelle 20 nimmt zeitverzögert sprunghaft zu, und zwar in der Antriebsrichtung 48. How out 3 can be seen, the speed up to a time t0 = 0, and the crankshaft position 52 stays unchanged. At time t0, fuel enters the cylinder 40 injected and ignited, leaving a combustion chamber pressure in the cylinder 40 rises, as with 56 is shown. This will cause the backward movement 50 the crankshaft 20 causes. The crankshaft position 52 decreases accordingly in this illustration, which simultaneously shows a rotation against the drive direction. Simultaneously with the backward movement 50 takes a combustion chamber pressure in the cylinder 42 too, as with 58 is shown. At time t1, the compressed fuel-oxygen mixture in the cylinder 42 ignited, causing the combustion chamber pressure in the cylinder 42 rises sharply, as is the case with 60 is shown. The rotation direction reversal of the crankshaft caused thereby 20 is apparent from the change in crankshaft position, as with 62 is shown. The speed 54 the crankshaft 20 increases with a time delay abruptly, in the drive direction 48 ,

Durch die Rotation der Kurbelwelle 20 in der Antriebsrichtung 48 wird eine Kompression in dem Zylinder 40 bewirkt, wie es bei 64 gezeigt ist. Diese Kompression erfolgt jedoch ohne Verbrennung, da sich in dem Zylinder 40 lediglich Restgas 51 befindet. Der Kolben 44 durchschreitet den oberen Totpunkt zum Zeitpunkt t2, wobei jedoch durch die fehlende Zündung die Drehzahl nach Durchschreiten des oberen Totpunktes wieder abnimmt.By the rotation of the crankshaft 20 in the drive direction 48 will be a compression in the cylinder 40 causes, as with 64 is shown. This compression occurs, however, without combustion, since in the cylinder 40 only residual gas 51 located. The piston 44 passes through the top dead center at time t2, but with the lack of ignition, the speed decreases after passing through the top dead center again.

Zum Zeitpunkt t3 wird die Kupplung 26 für einen Zeitraum Delta t geschlossen, um ein zu starkes Abfallen der Drehzahl 54 zu verhindern und eine Kompression eines weiteren Zylinders zu bewirken, wie es bei 66 gezeigt ist. Durch das Schließen der Kupplung 26 wird die rotierende Welle der elektrischen Maschine 14 mit der Kurbelwelle 20 verbunden, wodurch diese entsprechend rotiert bzw. angetrieben wird. At the time t3, the clutch 26 For a period delta t closed to an excessive drop in speed 54 To prevent and cause a compression of another cylinder, as in 66 is shown. By closing the clutch 26 becomes the rotating shaft of the electric machine 14 with the crankshaft 20 connected, whereby this is rotated or driven accordingly.

Durch eine weitere Zündung eines weiteren Zylinders bei t4 erhöht sich die Drehzahl der Kurbelwelle 20 stark, wodurch der Direktstart im Wesentlichen abgeschlossen ist.By a further ignition of another cylinder at t4, the speed of the crankshaft increases 20 strong, whereby the direct start is essentially complete.

Durch das kurzzeitige Schließen der Kupplung 26 kann somit ein starkes Abfallen der Drehzahl 54 nach Durchschreiten des oberen Totpunktes des Kolbens 42 verhindert werden und somit eine weitere Kompression eines Zylinders eingeleitet werden. Dadurch ist durch ein unmerkliches Umleiten von Drehmoment auf die Kurbelwelle 20 ein zuverlässiger Direktstart der Verbrennungskraftmaschine 16 möglich.By the short-term closing of the clutch 26 can thus a strong drop in speed 54 after passing through the top dead center of the piston 42 be prevented and thus initiated a further compression of a cylinder. This is due to an imperceptible redirecting torque to the crankshaft 20 a reliable direct start of the internal combustion engine 16 possible.

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Claims (12)

Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine (16) eines Hybridantriebs, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine (16) mit Direkteinspritzung, wobei der Hybridantrieb die Verbrennungskraftmaschine (16) und eine elektrische Maschine (14) zum Bereitstellen von Antriebsleistung aufweist, wobei die Verbrennungskraftmaschine (16) mittels eines Direktstarts durch Einspritzen von Kraftstoff in wenigstens einen Zylinder (40, 42) einer Kolbenzylinderanordnung der Verbrennungskraftmaschine (16) und Zünden eines dadurch in dem Zylinder (40, 42) entstehenden Kraftstoff-Sauerstoff-Gemischs gestartet wird, wobei eine Kurbelwelle (20) der Verbrennungskraftmaschine (16) mittels einer Kupplung (26) mit der elektrischen Maschine (14) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Direktstart durch Schließen der Kupplung (26) durch die elektrische Maschine (14) unterstützt wird.Method for starting an internal combustion engine ( 16 ) of a hybrid drive, in particular an internal combustion engine ( 16 ) with direct injection, wherein the hybrid drive the internal combustion engine ( 16 ) and an electric machine ( 14 ) for providing drive power, wherein the internal combustion engine ( 16 ) by means of a direct start by injecting fuel into at least one cylinder ( 40 . 42 ) a piston-cylinder arrangement of the internal combustion engine ( 16 ) and igniting a thereby in the cylinder ( 40 . 42 ) fuel-oxygen mixture is started, wherein a crankshaft ( 20 ) of the internal combustion engine ( 16 ) by means of a coupling ( 26 ) with the electric machine ( 14 ) is connectable, characterized in that the direct start by closing the clutch ( 26 ) by the electric machine ( 14 ) is supported. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verbrennungskraftmaschine (16) während eines elektrischen Betriebs des Hybridantriebs gestartet wird. Method according to claim 1, wherein the internal combustion engine ( 16 ) is started during an electric operation of the hybrid drive. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die elektrische Maschine (14) die Kurbelwelle (20) in einer Vorwärtsdrehung (48) antreibt.Method according to claim 1 or 2, wherein the electric machine ( 14 ) the crankshaft ( 20 ) in a forward rotation ( 48 ) drives. Verfahren nach einem der der Ansprüche 1 bis 3, wobei die elektrische Maschine (14) die Kurbelwelle (20) nach einer ersten Zündung für den Direktstart antreibt.Method according to one of claims 1 to 3, wherein the electric machine ( 14 ) the crankshaft ( 20 ) drives after a first ignition for the direct start. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die elektrische Maschine (14) die Kurbelwelle (20) nach einer zweiten Zündung in einem zweiten Zylinder (42) antreibt.Method according to one of claims 1 to 4, wherein the electric machine ( 14 ) the crankshaft ( 20 ) after a second ignition in a second cylinder ( 42 ) drives. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die elektrische Maschine (14) den Direktstart während des Überschreitens eines oberen Totpunktes eines Kolbens (44, 46) eines für den Direktstart verwendeten Zylinders (40, 42) unterstützt.Method according to one of claims 1 to 5, wherein the electric machine ( 14 ) the direct start during the crossing of a top dead center of a piston ( 44 . 46 ) of a cylinder used for the direct start ( 40 . 42 ) supported. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die elektrische Maschine (14) den Direktstart während der Überschreitung des oberen Totpunktes des Kolbens (44) des Zylinders (40) unterstützt, in dem die erste Zündung erfolgt ist. Method according to claim 6, wherein the electric machine ( 14 ) the direct start during the top dead center of the piston ( 44 ) of the cylinder ( 40 ) in which the first ignition took place. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Zündung in dem ersten Zylinder (40) eine Rückwärtsdrehung (50) der Kurbelwelle (20) bewirkt und dadurch eine Kompression in einem zweiten Zylinder (42) bewirkt wird, in dem eine zweite Zündung erfolgt.Method according to one of claims 1 to 4, wherein the first ignition in the first cylinder ( 40 ) a reverse rotation ( 50 ) of the crankshaft ( 20 ) and thereby a compression in a second cylinder ( 42 ) is effected, in which a second ignition takes place. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die zweite Zündung eine Vorwärtsdrehung (48) der Kurbelwelle (20) bewirkt und die Vorwärtsdrehung (48) durch Schließen der Kupplung (26) durch die elektrische Maschine (14) unterstützt wird.The method of claim 8, wherein the second ignition is a forward rotation ( 48 ) of the crankshaft ( 20 ) and the forward rotation ( 48 ) by closing the clutch ( 26 ) by the electric machine ( 14 ) is supported. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Vorwärtsdrehung (48) während des Überschreitens des oberen Totpunktes des ersten Zylinders (40) unterstützt wird.Method according to claim 9, wherein the forward rotation ( 48 ) during the top dead center of the first cylinder ( 40 ) is supported. Steuereinheit (38) zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine (16) eines Hybridantriebs, wobei der Hybridantrieb die Verbrennungskraftmaschine (16) und eine elektrische Maschine (14) zum Bereitstellen von Antriebsleistung aufweist, wobei die Steuereinheit (38) dazu ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.Control unit ( 38 ) for starting an internal combustion engine ( 16 ) of a hybrid drive, wherein the hybrid drive the internal combustion engine ( 16 ) and an electric machine ( 14 ) for providing drive power, wherein the control unit ( 38 ) is adapted to carry out the method according to one of claims 1 to 10. Kraftfahrzeugantriebsstrang (12) mit einer Verbrennungskraftmaschine (16) und einer elektrischen Maschine (14), die einen Hybridantrieb bilden, wobei eine Kurbelwelle (20) der Verbrennungskraftmaschine (16) mittels einer Kupplung (26) mit der elektrischen Maschine (14) verbindbar ist, und mit einer Steuereinheit (38) nach Anspruch 11.Motor vehicle drive train ( 12 ) with an internal combustion engine ( 16 ) and an electric machine ( 14 ), which form a hybrid drive, wherein a crankshaft ( 20 ) of the internal combustion engine ( 16 ) by means of a coupling ( 26 ) with the electric machine ( 14 ) is connectable, and with a control unit ( 38 ) according to claim 11.
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