DE102012020323A1

DE102012020323A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Start-Stopp-Automatik in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102012020323A1
Application number: DE201210020323
Authority: DE
Inventors: Thorsten Bohlje
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2012-10-13
Filing date: 2012-10-13
Publication date: 2014-04-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Start-Stopp-Automatik in einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, wenigstens einem abstellbaren Nebenaggregat, das mit einer sensorlos betriebenen permanentmagneterregten elektrischen Maschine angetrieben wird, wobei die elektrische Maschine einen eine Statorwicklung aufweisenden Stator und bezüglich des Stators bewegbaren Rotor, welcher mindestens einen Nordpolbereich und einen Südpolbereich umfassenden Permanentmagnet aufweist, und mit einer Steuer und Regeleinrichtung, welche mit der Statorwicklung gekoppelt und zum Bestromen der Statorwicklung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stopp-Phase des Verbrennungsmotors das Nebenaggregat abgestellt wird und anschließend der Rotor positioniert und gehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und Vorrichtung zum Betreiben einer Start-Stopp-Automatik in einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 4. Um Kraftstoffeffizienz der Kraftfahrzeuge zu optimieren, wurden in der letzten Zeit verschiedene Betriebsverfahren vorgestellt. Insbesondere wurde beobachtet, dass in der Leerlaufphase eines Verbrennungsmotors unnötiger Kraftstoffverbrauch auftritt. Dies kann durch Implementierung einer Start-Stopp-Automatik in ein Kraftfahrzeug vermieden werden. Bei einem Start-Stopp-Betrieb eines Kraftfahrzeugs wird automatisch, beispielsweise beim Warten an einer Verkehrsampel der Motorleerlauf gestoppt und nach einer vorbestimmten Zeit startet der Verbrennungsmotor wieder entsprechend den Anforderungen eines Fahrers, der das Gas- und Bremspedal steuert. Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind erwünscht, um Brennstoff zu sparen und Fahrzeugemissionen zu verringern.
Aus dem Dokument DE 100 35 049 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Kraftfahrzeuges im Start-Stopp-Betrieb bekannt. Dabei wird eine Schmiermittelpumpe in der Stoppphase automatisch in Abhängigkeit von Abschaltzeitpunkt des Verbrennungsmotors durch einen Elektromotor angetrieben, um Schmierdefekte und damit Defekte an Teilen des Verbrennungsmotors im Start-Stopp-Betrieb zu vermeiden. Ob auch andere Nebenaggregate in dieser Weise betrieben werden können und wie die Steuerung des Elektromotors erfolgt, wird allerdings nicht offenbart.
Das Dokument DE 10 2008 010 950 A1 beschreibt eine sensorlos betriebene permanenterregte elektrische Maschine, sowie ein Verfahren zum Betreiben dieser Maschine, bei welcher bzw. bei welchem mit geringem Aufwand Maßnahmen getroffen sind, die gewährleisten, dass diese elektrische Maschine aus einem Stillstand schnell, insbesondere ohne eine Initialisierungszeit geregelt angefahren werden kann. Dies wird dadurch erzielt, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung zum Bestromen der Statorwicklung in einem Stillstand der elektrischen Maschine ausgebildet ist, und der Rotor durch das Bestromen im Stillstand in einer von der Totpunktstellung verschiedenen Ruhewinkelstellung feststellbar ist. Das Verfahren wird insbesondere für eine Brennstoffzelleneinheit eines Kraftwagens verwendet. Welche Nebenaggregate in der Stoppphase eines Verbrennungsmotors abgestellt werden und ob diese Stoppphase einen Einfluss auf die Funktion eines Nebenaggregates hat, wird hier allerdings nicht offenbart. Dies wirkt sich besonders nachteilig auf die Kraftstoffeffizienz eines Kraftfahrzeugs aus.
Vor diesem Hintergrund ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, nach der Stoppphase des Start-Stopp-Betriebes eines Kraftfahrzeugs, die Initialisierungszeit für eine sensorlos betriebene permanenterregte elektrische Maschine zu verkürzen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird zum Betrieb einer Start-Stopp-Automatik in einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und wenigstens einem abstellbaren Nebenaggregat, das mit einer sensorlos betriebenen permanentmagneterregten elektrischen Maschine angetrieben wird, wobei die elektrische Maschine einen eine Statorwicklung aufweisenden Stator und bezüglich des Stators bewegbaren Rotor, welcher mindestens einen Nordpolbereich und einen Südpolbereich umfassenden Permanentmagnet aufweist, und mit einer Steuer und Regeleinrichtung, welche mit der Statorwicklung gekoppelt und zum Bestromen der Statorwicklung ausgebildet ist, in einer Stopp-Phase des Verbrennungsmotors nachdem Abstellen des Nebenaggregat der Rotor positioniert und gehalten wird. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen charakterisiert.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Positionierungszeit des Elektromotors für den Wiederstart in der Stoppphase verkürzt wird bzw. entfällt. Dies ist besonders im Hinblick auf die von dem Elektromotor betriebenen Nebenaggregate von Bedeutung. Nebenaggregate eines Kraftfahrzeugs sind in Abgrenzung zu Hauptaggregaten alle Hilfsmaschinen eines Fahrzeugs, die nicht oder nicht unmittelbar seine Fortbewegung bewirken. Dazu gehören unter anderem Pumpen. Diese Nebenaggregate können direkt vom Verbrennungsmotor oder indirekt elektrisch oder hydraulisch betrieben werden. Elektrischer Antrieb der Nebenaggregate trägt zur Energieeinsparung bei und ist von dem Verbrennungsmotor unabhängig. Deshalb können die Nebenaggregate in der Stoppphase eines Start-Stopp-Betriebes weiterhin betrieben werden. Der Unterschied der Stoppphase zu einem herkömmlichen Abstellen des Kraftfahrzeugs, beispielsweise auf einem Parkplatz, besteht darin, dass die Zündung nicht ausgeschaltet wird und der Elektromotor weiterhin mit Minimalstrom (2 von 3 Spulen des Elektromotors) bestromt wird. Um die Energieeffizienz zu steigern und die Geräuschbelästigung zu minimieren, können im Einzelfall bestimmte Nebenaggregate abgestellt werden. Die Abstellbarkeit ist allerdings erst dann möglich, wenn die Funktionalität dieses Nebenaggregates in der Stoppphase nicht gebraucht wird. So können beispielsweise Kraftstoffpumpen in der Stoppphase abgestellt werden, da die Kraftstoffversorgung eines abgeschalteten Verbrennungsmotors nicht notwendig ist. Diese Nebenaggregate können durch sensorlos betriebene permanentmagnetisch erregte elektrische Maschinen angetrieben sein. Diese erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst einen eine Statorwicklung aufweisenden Stator und einen bezüglich des Stators rotorisch bewegbar gelagerten Rotor, welcher mindestens einen Nordpolbereich und einen Südpolbereich umfassenden Permanentmagneten aufweist. Beim Wiederstart eines in der Stoppphase abgestellten Nebenaggregates muss diese sensorlose elektrische Maschine anlaufen, um die Nebenaggregate betreiben zu können. Dazu muss der Rotor in eine bestimmte Position gebracht werden. Diese Positionierungsarbeit wird direkt beim Wiederstart des Verbrennungsmotors gemacht, wodurch der Start des Nebenaggregates und seine Funktion deutlich verzögert werden. Um das zu verhindern, werden die Nebenaggregate in der Stoppphase kontinuierlich betrieben. Dies ist aber nicht nur ineffizient, sondern auch resultiert, wie beispielsweise bei einer elektronisch kommutierten Kraftstoffpumpe (EC-Kraftstoffpumpe) mit einer wesentlichen Geräuschbelästigung. Durch die erfindungsgemäße Positionierung des Rotors in der Stoppphase des Verbrennungsmotors und das anschließende Halten des Rotors in dieser Position entfällt diese Positionierungszeit und der Elektromotor kann schneller auf die entsprechende Drehzahl gebracht werden. Dadurch wird beispielsweise die Druckaufbauzeit der EC-Kraftstoffpumpe verkürzt und diese kann in der Stoppphase abgestellt werden. Eine Geräuschbelästigung entfällt ebenfalls.
Bevorzugt ist eine Ausführungsform des Verfahrens, bei dem die Statorwicklung der elektrischen Maschine drei Spulenstränge umfasst und die elektrische Maschine zum Betrieb mit Drehstrom ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß werden in der Stoppphase des Verbrennungsmotors zwei Spulenstränge mit einem Minimalstrom bestromt, um den Rotor in der Position zu halten. Ein Kraftfahrzeug hat typischerweise ein Steuergerät, das die Steuerung, Regelung und Überwachung von sensorlos betriebenen permanentmagneterregten elektrischen Maschinen übernimmt. Zweckmäßig kann das erfindungsgemäße Verfahren in einem Speicher des Steuergerätes als programmgesteuerte Funktion hinterlegt sein. Eine besonders vorteilhafte Anordnung kann darin bestehen, dass diese in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist, dessen sensorlos betriebenen permanentmagneterregten elektrischen Maschinen ein Steuergerät enthält, in dessen Speicher die programgesteuerte Erfindung als Funktion hinterlegt ist. Erfindungsgemäß kann zu den angesteuerten Nebenaggregaten eine elektronisch kommutierte Kraftstoffpumpe gehören. Dabei können bei der Abstellung dieser Pumpe in der Stoppphase unangenehme Geräusche vermieden werden.
Das Kraftfahrzeug kann ein schienenloses Radfahrzeug sein.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die 1 dargestellt. Es zeigt im Einzelnen:
1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In 1 ist das erfindungsgemäße Verfahren schematisch dargestellt. Wenn das Kraftfahrzeug sich in der Stoppphase eines Verbrennungsmotors 1 befindet wird in 2 die Abstellbarkeit des Nebenaggregates geprüft. Bei Bejahung der Abstellbarkeit 3 wird 5 das Nebenaggregat abgestellt, in 6 der Rotor des sensorlos betriebenen permanentmagneterregten elektrischen Maschine positioniert und in 7 der Position festgehalten. Bei der Nichtabstellbarkeit des Nebenaggregates 4 wird in 8 das Nebenaggregat in der gesamten Stoppphase kontinuierlich betrieben.
Bezugszeichenliste

1: Stoppphase eines mit Start-Stopp-Automatik betriebenen Kraftfahrzeugs
2: Entscheidung: Abstellbarkeit des Nebenaggregates
3: Ja
4: Nein
5: Abstellung des Nebenaggregates
6: Positionierung des Rotors
7: Festhalten der Position
8: weiterer Betrieb des Nebenaggregates in der Stoppphase

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10035049 A1 [0002]
DE 102008010950 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Start-Stopp-Automatik in einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und wenigstens einem abstellbaren Nebenaggregat, das mit einer sensorlos betriebenen permanentmagneterregten elektrischen Maschine angetrieben wird, wobei die elektrische Maschine einen eine Statorwicklung aufweisenden Stator und bezüglich des Stators bewegbaren Rotor, welcher mindestens einen Nordpolbereich und einen Südpolbereich umfassenden Permanentmagnet aufweist, und mit einer Steuer und Regeleinrichtung, welche die mit der Statorwicklung gekoppelt und zum Bestromen der Statorwicklung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stopp-Phase des Verbrennungsmotors das Nebenaggregat abgestellt wird und anschließend der Rotor positioniert und gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung der elektrischen Maschine drei Spulenstränge umfasst und die elektrische Maschine zum Betrieb mit Drehstrom ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Stoppphase des Verbrennungsmotors ein Spulenpaar mit einem Minimalstrom bestromt wird, um den Rotor in der Position zu halten.
Steuergerät, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Speicher des Steuergerätes ein Computerprogramm implementiert ist, bei dessen Durchführung ein programmgesteuertes Verfahren nach Anspruch 1 als Funktion eingeleitet wird.
Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es ein im Kraftfahrzeug befindliches Steuergerät nach Anspruch 5 enthält.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das angesteuerte Nebenaggregat eine elektronisch kommutierte Kraftstoffpumpe umfasst.