DE102012025001A1 - Method and device for starting an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren zum Anlassen einer Verbrennungskraftmaschine (2), wobei eine Kurbelwelle (3) drehelastisch mit einem Rotor (6) eines Anlassmotors (4) gekoppelt ist, wobei in einem Anlassvorgang der Anlassmotor (4) ein Anlassmoment (AM) erzeugt, welches über die drehelastische Kopplung auf die Kurbelwelle (3) übertragen wird, wobei zu einem Startzeitpunkt des Anlassvorgangs ein negatives oder positives Anlassmoment (AM) erzeugt wird, wobei während des Anlassvorgangs mindestens ein Vorzeichenwechsel des Anlassmomentes (AM) erfolgt, wobei vor oder zum Startzeitpunkt eine Rotation der Kurbelwelle (3) mechanisch blockiert wird, wobei die Rotation der Kurbelwelle (3) freigegeben wird, wenn oder nachdem eine in einem Drehschwingsystem gespeicherte Energie eine maximal zulässige Energie oder eine zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine (2) notwendige Energie erreicht, wobei das Drehschwingsystem zumindest aus der drehelastischen Kopplung und dem Rotor (6) des Anlassmotors (4) besteht.The invention relates to a device (1) and a method for starting an internal combustion engine (2), wherein a crankshaft (3) is coupled in a torsionally flexible manner to a rotor (6) of a starter motor (4), the starter motor (4) being engaged in a starting process Starting torque (AM) is generated, which is transmitted to the crankshaft (3) via the torsionally flexible coupling, a negative or positive starting torque (AM) being generated at a starting point in the starting process, with at least one sign change of the starting torque (AM) taking place during the starting process , wherein a rotation of the crankshaft (3) is mechanically blocked before or at the start time, the rotation of the crankshaft (3) being released if or after an energy stored in a torsional vibration system has a maximum permissible energy or that for starting the internal combustion engine (2) necessary energy is achieved, the torsional vibration system at least from the torsionally flexible coupling and the rotor (6) of the starter motor (4).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anlassen einer Verbrennungskraftmaschine.The invention relates to a method and a device for starting an internal combustion engine.
Die
Die Druckschrift offenbart auch eine Triebstrang-Anordnung, bei der der Rotor des als Elektromaschine ausgebildeten Anlassmotors drehelastisch mit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist. Eine solche Anordnung bietet eine Reihe von Vorteilen:
- 1. Das einzige rotierende Element des Anlassmotors, nämlich der Rotor, kann eine Sekundärmasse eines Zweimassenschwungrades (ZMS) ersetzen. Hierdurch kann sich für das mechanische Gesamtsystem aus Kurbelwelle und Anlassvorrichtung ein kleineres Trägheitsmoment ergeben, welches wiederum höhere Drehzahlgradienten bei Drehzahl-Änderungen erlaubt und somit eine höhere Dynamik im Betrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht.
- 2. Durch geeignete Ansteuerung des Anlassmotors können Dreh-Ungleichförmigkeiten der Kurbelwelle vollständig oder teilweise kompensiert werden. Die Anordnung erlaubt somit eine aktive Schwingungstilgung oder -dämpfung.
- 3. Da zur Ansteuerung des Anlassmotors in der Regel ein elektrischer Rotorwinkel erforderlich ist, kann dieser mit wenig mehr Aufwand in einen mechanischen Rotorwinkel umgerechnet werden. Ist auch ein Kurbelwellenwinkel bekannt, so kann aus der Differenz zwischen dem Kurbelwellenwinkel und dem mechanischen Rotorwinkel ein Verdrehwinkel eines elastischen Kopplungselements, beispielsweise einer Drehfeder, bestimmt werden. In Abhängigkeit dieses Verdrehwinkels kann ein aktuell übertragenes Drehmoment zwischen Rotor und Kurbelwelle bestimmt werden. Somit ergibt sich vorteilhaft, dass keine direkte Messung des Drehmoments erforderlich ist.
- 4. Ist, wie vorhergehend erläutert, der Drehwinkel bekannt, so kann in Abhängigkeit des Drehwinkels eine verbesserte Lastwechselregelung erfolgen, bei der trotz des sich elastisch verhaltenen Triebstrangs schnelle und komfortable Laständerungen ausgeregelt werden können.
- 5. In Abhängigkeit des Drehwinkels kann ebenfalls eine Regelung des Anlassvorgangs derart erfolgen, dass ein maximaler Betrag des Verdrehwinkels nicht überschritten wird. Hierdurch kann z. B. eine mechanische Beanspruchung von Endanschlägen verhindert werden. Als Stellgröße für eine solche Regelung kann beispielsweise das von dem Anlassmotor erzeugte Anlassmoment, das von der Verbrennungskraftmaschine erzeugte Moment oder, bei einem Automatikgetriebe, eine Kupplungskapazität als Stellgröße verwendet werden.
- 6. Es fällt bei einer solchen Triebstrang-Anordnung kein Verschleiß von z. B. Riemen an.
- 7. Weiter werden in einer solchen Anordnung keine Riemen-Verluste erzeugt.
- 1. The only rotating element of the starter motor, namely the rotor, can replace a secondary mass of a dual mass flywheel (DMF). This can result in a smaller moment of inertia for the overall mechanical system comprising the crankshaft and the starting device, which in turn permits higher rotational speed gradients with changes in rotational speed and thus allows greater dynamics in the operation of the motor vehicle.
- 2. By suitable control of the starter motor rotational non-uniformities of the crankshaft can be fully or partially compensated. The arrangement thus allows active vibration damping or damping.
- 3. Since an electric rotor angle is usually required to control the starter motor, it can be converted into a mechanical rotor angle with little effort. If a crankshaft angle is also known, a twist angle of an elastic coupling element, for example a torsion spring, can be determined from the difference between the crankshaft angle and the mechanical rotor angle. Depending on this angle of rotation, a currently transmitted torque between the rotor and the crankshaft can be determined. Thus, it is advantageous that no direct measurement of the torque is required.
- 4. Is, as previously explained, the rotation angle known, it can be done depending on the angle of rotation an improved load change control, in spite of the elastically behaved drive train fast and comfortable load changes can be compensated.
- 5. Depending on the angle of rotation can also be a control of the starting process done in such a way that a maximum amount of the rotation angle is not exceeded. As a result, z. B. a mechanical stress on end stops can be prevented. As a control variable for such a control, for example, the starting torque generated by the starter motor, the torque generated by the internal combustion engine or, in an automatic transmission, a clutch capacity can be used as a control variable.
- 6. It falls in such a drive train arrangement no wear of z. B. belts.
- 7. Further, no belt losses are generated in such an arrangement.
Nachteilig an einer solchen Anordnung ist dagegen, dass insbesondere zum Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine hohe Drehmomente vom Anlassmotor erzeugt werden müssen, insbesondere dann, wenn keine Drehmomenten-Übersetzung zwischen der Kurbelwelle und dem Rotor existiert.A disadvantage of such an arrangement, however, is that in particular for the cold start of the internal combustion engine high torques must be generated by the starter motor, especially when there is no torque ratio between the crankshaft and the rotor.
Wird das in der
Die
Es stellt sich das technische Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anlassen einer Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, die ein zuverlässiges Anlassen der Verbrennungskraftmaschine ermöglichen, wobei Anforderungen an eine Höhe eines maximal zu erzeugenden Anlassmoments reduziert werden können.There is a technical problem to provide a method and apparatus for starting an internal combustion engine, which allow reliable starting of the internal combustion engine, wherein requirements can be reduced to a height of a maximum to be generated starting torque.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution of the technical problem results from the objects with the features of
Es ist eine Grundidee der Erfindung, eine Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine solange an einer Rotation zu hindern, bis ein aus der Kurbelwelle, einem Rotor des Anlassmotors und einem diese mechanisch verbindenden elastischen Kopplungselement gebildeter Drehschwinger einen Zustand erreicht, in dem eine in dem Drehschwinger gespeicherte Energie, die sich aus einer potentiellen Energie des drehelastischen Kopplungselements und einer kinetischen Energie des Rotors des Anlassmotors zusammensetzt, ausreicht, um die Verbrennungskraftmaschine anzulassen. Insbesondere reicht die im Drehschwinger gespeicherte Energie aus, um ein z. B. durch eine Haftreibung der Verbrennungskraftmaschine erforderliches Losbrechmoment sowie Kompressions- und Gleitreibungsmomente der Verbrennungskraftmaschine zu überwinden.It is a basic idea of the invention to prevent a crankshaft of the internal combustion engine from rotating until a rotary oscillator formed from the crankshaft, a rotor of the starter motor and a mechanically coupling elastic coupling element reaches a state in which a stored energy in the rotary oscillator, which is composed of a potential energy of the torsionally elastic coupling element and a kinetic energy of the rotor of the starter motor, sufficient to start the internal combustion engine. In particular, the stored energy in the rotary oscillator is sufficient to a z. B. to overcome by a static friction of the internal combustion engine required breakaway torque and compression and Gleitreibungsmomente the internal combustion engine.
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Anlassen einer Verbrennungskraftmaschine, wobei eine Kurbelwelle drehelastisch mit einem Rotor einer Elektromaschine gekoppelt ist, beispielsweise über ein elastisches Kopplungselement. In einem Anlassvorgang erzeugt der Anlassmotor ein Anlassmoment, welches über die drehelastische Kopplung auf die Kurbelwelle übertragen wird. Der Anlassmotor kann hierbei als Elektromaschine ausgebildet sein.Proposed is a method for starting an internal combustion engine, wherein a crankshaft is rotationally elastically coupled to a rotor of an electric machine, for example via an elastic coupling element. In a starting process, the starter motor generates a starting torque, which is transmitted via the torsionally flexible coupling to the crankshaft. The starter motor can be designed here as an electric machine.
Zu einem Startzeitpunkt des Anlassvorgangs wird ein negatives oder positives Anlassmoment erzeugt. Hierbei bezeichnet ein positives Anlassmoment ein Anlassmoment, welches in einer Vorzugsdrehrichtung der Kurbelwelle auf die Kurbelwelle wirkt. Entsprechend bezeichnet ein negatives Anlassmoment ein Drehmoment, welches entgegen der Vorzugsdrehrichtung auf die Kurbelwelle wirkt. Die Vorzugsdrehrichtung der Kurbelwelle entspricht der Drehrichtung der Kurbelwelle während eines Betriebes der Verbrennungskraftmaschine. Somit kann der Anlassvorgang entweder mit einem in Vorzugsdrehrichtung wirkenden Drehmoment oder einem entgegen der Vorzugsdrehrichtung wirkenden Drehmoment beginnen. Während des Anlassvorgangs erfolgt mindestens ein Vorzeichenwechsel des Anlassmoments. Zeitlich nach dem Startzeitpunkt wird also der Anlassmotor derart angesteuert, dass auf ein zum Startzeitpunkt negatives Anlassmoment folgend ein positives Anlassmoment oder auf ein zum Startzeitpunkt erzeugtes positives Anlassmoment folgend ein negatives Anlassmoment erzeugt wird. Vorzugsweise erfolgen mehrere Vorzeichenwechsel des Anlassmoments während des Anlassvorgangs. Dies kann auch als Modulation des Anlassmoments beschrieben werden. Die Modulation des Anlassmoments beschreibt somit eine Regelung des Anlassmoments, wobei das Anlassmoment zwischen einem positiven Anlassmoment und einem negativen Anlassmoment wechselt. Ein Vorzeichenwechsel des Anlassmoments kann z. B. zeitabhängig, also nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer erfolgen. Vorzugsweise erfolgt ein Vorzeichenwechsel des Anlassmoments zu einem Zeitpunkt oder kurz nach einem Zeitpunkt, an dem ein Vorzeichenwechsel der Drehbewegung des Rotors erfolgt.At a starting time of the starting process, a negative or positive starting torque is generated. Here, a positive starting torque denotes a starting torque, which acts in a preferred direction of rotation of the crankshaft to the crankshaft. Correspondingly, a negative starting torque refers to a torque which acts counter to the preferred direction of rotation on the crankshaft. The preferred direction of rotation of the crankshaft corresponds to the direction of rotation of the crankshaft during operation of the internal combustion engine. Thus, the starting operation can begin either with a torque acting in the preferred direction of rotation or a torque acting counter to the preferred direction of rotation. During the starting process, at least one sign change of the starting torque takes place. Thus, after the start time, the starting engine is controlled in such a way that, following a negative starting torque at the starting time, a positive starting torque or, following a positive starting torque generated at the starting time, a negative starting torque is generated. Preferably, several sign changes of the starting torque occur during the starting process. This can also be described as a modulation of the starting torque. The modulation of the starting torque thus describes a control of the starting torque, the starting torque alternating between a positive starting torque and a negative starting torque. A change of sign of the starting torque can z. B. time-dependent, so after a predetermined period of time. Preferably, a sign change of the starting torque takes place at a time or shortly after a point in time at which a change of sign of the rotary movement of the rotor takes place.
Hierbei kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, die das Anlassmoment gemäß der vorhergehend beschriebenen Modulation des Anlassmoments regelt. Insbesondere kann das Anlassmoment zwischen einem positiven maximalen Anlassmoment und einem negativen minimalen Anlassmoment geregelt werden, wobei ausschließlich das positive maximale Anlassmoment oder das negative minimale Anlassmoment durch den Anlassmotor erzeugt wird.In this case, a control device may be provided which regulates the starting torque according to the previously described modulation of the starting torque. In particular, the starting torque between a positive maximum starting torque and a negative minimum starting torque can be controlled, with only the positive maximum starting torque or the negative minimum starting torque is generated by the starter motor.
Entspricht ein Vorzeichen des Anlassmoments immer dem Vorzeichen der Drehbewegung des Rotors des Anlassmotors, so wird dieser ausschließlich in einem motorischen Betriebsmodus betrieben.Corresponds to a sign of the starting torque always the sign of the rotational movement of the rotor of the starter motor, it is operated exclusively in a motor operating mode.
Erfindungsgemäß wird vor oder zum Startzeitpunkt eine Rotation der Kurbelwelle mechanisch blockiert. Die mechanische Blockade kann hierbei beispielsweise durch ein Blockiermittel durchgeführt werden. Z. B. kann die Rotation der Kurbelwelle mit einer Kurbelwellenbremse, d. h. durch eine reibschlüssige Verbindung zwischen der Kurbelwelle und dem Blockiermittel, blockiert werden. Alternativ kann die Rotation der Kurbelwelle durch eine Kurbelwellensperre, d. h. eine formschlüssige Verbindung zwischen der Kurbelwelle und dem Blockiermittel, blockiert werden.According to the invention, a rotation of the crankshaft is mechanically blocked before or at the start time. The mechanical blockage can in this case be carried out, for example, by a blocking agent. For example, rotation of the crankshaft with a crankshaft brake, i. H. be blocked by a frictional connection between the crankshaft and the blocking means. Alternatively, the crankshaft may be rotated by a crankshaft lock, i. H. a positive connection between the crankshaft and the blocking means to be blocked.
Die Rotation der Kurbelwelle wird wieder freigegeben, wenn oder nachdem eine in einem Drehschwingsystem gespeicherte Energie eine maximal zulässige Energie oder eine zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine notwendige Energie erreicht. Somit kann die Rotation der Kurbelwelle genau an dem Zeitpunkt freigegeben werden, zu dem die im Drehschwingsystem gespeicherte Energie die maximal zulässige Energie oder die zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine notwendige Energie erreicht. Alternativ kann die Rotation der Kurbelwelle zeitlich nach dem Zeitpunkt freigegeben werden, zu dem die im Drehschwingsystem gespeicherte Energie die maximal zulässige Energie oder die zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine notwendige Energie erreicht hat. Die zeitliche Differenz zwischen Erreichen der maximalen oder notwendigen Energie und der Freigabe kann beispielsweise eine vorbestimmte Zeitdauer sein, z. B. eine Zeitdauer, die zum Erreichen einer gewünschten Phase der Drehschwingung benötigt wird.The rotation of the crankshaft is released again when or after energy stored in a torsional vibration system reaches a maximum allowable energy or energy necessary to start the internal combustion engine. Thus, the rotation of the crankshaft can be released precisely at the time when the energy stored in the torsional vibration system reaches the maximum permissible energy or the energy required to start the internal combustion engine. Alternatively, the rotation of the crankshaft can be released in time after the time at which the energy stored in the torsional vibration system has reached the maximum allowable energy or the energy required to start the internal combustion engine. The time difference between reaching the maximum or necessary energy and the release, for example, be a predetermined period of time, for. B. a period of time that is needed to achieve a desired phase of the torsional vibration.
Bei blockierter Kurbelwelle bilden die drehelastische Kopplung und der Rotor des Anlassmotors und gegebenenfalls weitere mit dem Rotor mechanisch verbundene Teile ein Drehschwingsystem oder einen so genannten Drehschwinger. Während des Anlassvorgangs wird in drehelastischen Kopplung gespeicherte potentielle Energie in kinetische Energie des Rotors des Anlassmotors umgewandelt und umgekehrt. In jeder Periode zwischen zwei gleichartigen Vorzeichenwechseln der Rotordrehzahl gibt es somit zwei Zeitpunkte, zu denen die potentielle Energie maximal und die kinetische Energie Null ist, und zwei Zeitpunkte, zu denen die potentielle Energie Null und die kinetische Energie maximal ist. Während des Anlassvorgangs wird bei blockierter Kurbelwelle die im Drehschwingsystem gespeicherte Energie ansteigen, da die vom Anlassmotor zugeführte Energie größer als die im Wesentlichen durch Reibung abgeführte Energie ist.When the crankshaft is blocked, the torsionally flexible coupling and the rotor of the starter motor and optionally further parts mechanically connected to the rotor form a torsional vibration system or a so-called rotary oscillator. During the starting process, potential energy stored in torsionally elastic coupling is converted into kinetic energy of the rotor of the starter motor and vice versa. Thus, in each period between two similar sign changes of the rotor speed, there are two times when the potential energy is maximum and the kinetic energy is zero, and two times when the potential energy is zero and the kinetic energy is maximum. During cranking, when the crankshaft is locked, the energy stored in the torsional vibration system will increase because the energy supplied by the starter motor is greater than the energy essentially dissipated by friction.
Die notwendige Energie zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine kann hierbei kleiner als die maximal zulässige Energie sein. Die maximal zulässige Energie kann z. B. eine potentielle Energie in einem Zustand betragsmäßig maximaler Verdrehungen sein, wobei in dem entsprechenden Zustand die drehelastische Kopplung nicht beschädigt wird.The energy required to start the internal combustion engine may be less than the maximum allowable energy. The maximum allowable energy may, for. B. be a potential energy in a state amount maximum torsions, in the corresponding state, the torsionally flexible coupling is not damaged.
Vorzugsweise wird die Rotation der Kurbelwelle freigegeben, wenn die potentielle Energie Null und die kinetische Energie des Drehschwingsystems maximal ist. Zeitlich kann dies eine Viertelperiode nach einem Durchlaufen eines minimalen Drehwinkels der Fall sein.Preferably, the crankshaft rotation is released when the potential energy is zero and the kinetic energy of the torsional vibration system is maximum. In time, this may be the case a quarter of a period after passing through a minimum angle of rotation.
Z. B. kann die Rotation der Kurbelwelle auch dann freigegeben werden, wenn oder nachdem eine in der drehelastischen Kopplung des Drehschwingers gespeicherte potentielle Energie eine maximal zulässige Energie erreicht oder die in der drehelastischen Kopplung des Drehschwingers gespeicherte potentielle Energie eine zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine notwendige Energie erreicht. Eine maximal zulässige Energie wird in diesem Fall z. B. erreicht, wenn ein Verdrehwinkel einen betragsmäßig maximalen Verdrehwinkel erreicht. Der Verdrehwinkel beschreibt hierbei die Verdrehung des Rotors relativ zur Kurbelwelle. Eine zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine notwendige Energie kann beispielsweise erreicht werden, wenn ein vorbestimmter Drehwinkel erreicht wird, der betragsmäßig kleiner als der betragsmäßig maximal zulässige Drehwinkel ist. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine für den Anlassvorgang benötigte Leistung reduziert werden. Insbesondere ist nämlich bei kalten Verbrennungskraftmaschinen eine höhere Leistung beim Anlassen notwendig als bei warmen Verbrennungskraftmaschinen.For example, the rotation of the crankshaft may be released even if or after a potential energy stored in the torsionally flexible coupling of the rotary vibrator reaches a maximum allowable energy or the potential energy stored in the torsionally flexible coupling of the rotary vibrator reaches a power necessary to start the internal combustion engine. A maximum allowable energy is z in this case. B. achieved when a twist angle reaches a magnitude maximum twist angle. The angle of rotation describes the rotation of the rotor relative to the crankshaft. An energy required for starting the internal combustion engine can be achieved, for example, if a predetermined angle of rotation is achieved which is smaller in magnitude than the maximum permissible angle of rotation. As a result, a power required for the starting process can be reduced in an advantageous manner. In particular, in cold internal combustion engines, higher starting power is required than with warm internal combustion engines.
Das vorgeschlagene Verfahren beschreibt somit ein An- oder Aufschwingen des aus dem elastischen Kopplungselement und der Drehmasse des Rotors bestehenden mechanischen Systems gegenüber einer gebremsten Kurbelwelle. Wird die Kurbelwelle wieder freigegeben, so kann die in dem aufgeschwungenen System gespeicherte Energie zum Antrieb der Kurbelwelle genutzt werden.The proposed method thus describes a swinging or swinging of the existing of the elastic coupling element and the rotating mass of the rotor mechanical system against a braked crankshaft. If the crankshaft is released again, the energy stored in the oscillated system can be used to drive the crankshaft.
Es ist auch möglich, dass ein Vorzeichenwechsel des Anlassmoments zeitlich derart erfolgt, dass eine Resonanzfrequenz des Drehschwingers angeregt wird. Hierbei kann der Vorzeichenwechsel z. B. zeitlich entsprechend der Resonanzfrequenz erfolgen.It is also possible that a change in sign of the starting torque takes place in such a time that a resonant frequency of the rotary oscillator is excited. Here, the sign change z. B. temporally corresponding to the resonant frequency.
Es ist möglich, dass die Blockade der Kurbelwelle bereits bei einem vorhergehenden Abschalten oder Ausstellen der Verbrennungskraftmaschine, z. B. beim Parken des Fahrzeugs, erfolgt. Somit können bei einem nachfolgenden Anschalten bzw. bei einem Aktivieren der Zündung der beschriebene Anlassvorgang unmittelbar beginnen.It is possible that the blockage of the crankshaft already at a previous shutdown or exhibition of the internal combustion engine, for. B. when parking the vehicle takes place. Thus, in a subsequent turn on or when activating the ignition described the starting process immediately.
Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass als Anlassmotor eine Elektromaschine mit einem sehr geringen maximal erzeugbaren Anlassmoment verwendet werden kann, da durch die Verhinderung der Rotation der Kurbelwelle keine Reibungsverluste der Kurbelwelle beim Anlassen durch den Anlassmotor kompensiert werden müssen.The proposed method advantageously makes it possible to use an electric motor with a very low maximum starting torque which can be generated as the starting motor, since no friction losses of the crankshaft during starting by the starter motor have to be compensated for by preventing rotation of the crankshaft.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Rotation der Kurbelwelle freigegeben, nachdem während einer Ausübung eines negativen Anlassmoments ein minimal zulässiger Verdrehwinkel oder ein vorbestimmter Verdrehwinkel erreicht wurde und/oder ein Vorzeichenwechsel des Anlassmoments erfolgte. Die Modulation des Anlassmoments kann also solange erfolgen, bis ein minimal zulässiger Verdrehwinkel erreicht, und vorzugsweise nicht überschritten, wurde und ein Vorzeichenwechsel des negativen Anlassmoments auf ein positives Anlassmoment erfolgt. In diesem Fall wird die in dem Drehschwinger gespeicherte potentielle Energie derart auf die Kurbelwelle übertragen, dass eine Rotation der Kurbelwelle in Vorzugsdrehrichtung erfolgt. Somit kann die Verbrennungskraftmaschine in vorteilhafter Weise in Vorzugsdrehrichtung angelassen werden.In a further embodiment, the rotation of the crankshaft is released after a minimum allowable twist angle or a predetermined twist angle has been reached and / or a change in sign of the starting torque has occurred during the application of a negative starting torque. The modulation of the starting torque can thus take place until a minimum permissible angle of rotation is reached, and preferably not exceeded, and a sign change of the negative starting torque to a positive starting torque takes place. In this case, the potential energy stored in the rotary vibrator is applied to the Crankshaft transmitted, that a rotation of the crankshaft takes place in the preferred direction of rotation. Thus, the internal combustion engine can be started in an advantageous manner in the preferred direction of rotation.
Vorzugsweise erfolgt die Freigabe der Rotation der Kurbelwelle, nachdem während einer Ausübung eines negativen Anlassmoments ein minimal zulässiger Verdrehwinkel oder ein vorbestimmter minimaler Verdrehwinkel erreicht wurde, ein Vorzeichenwechsel des Anlassmoments erfolgte und während der nachfolgenden Ausübung eines positiven Anlassmoments ein Betrag einer Differenz zwischen einem aktuellen Verdrehwinkel und einem Nullwinkel einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet. Somit erfolgt die Freigabe in der Nähe des Nulldurchgangs des Verdrehwinkels.Preferably, the release of the rotation of the crankshaft occurs after a minimum allowable twist angle or a predetermined minimum twist angle has been reached during a negative starting torque application, a sign change of the starting torque and during the subsequent application of a positive starting torque an amount of a difference between a current twist angle and a zero angle falls below a predetermined threshold. Thus, the release occurs in the vicinity of the zero crossing of the rotation angle.
Weiter vorzugsweise kann nach Freigabe der Rotation der Kurbelwelle ausschließlich ein positives Anlassmoment durch den Anlassmotor erzeugt und über das elastische Kopplungselement auf die Kurbelwelle übertragen werden.Further preferably, after release of the rotation of the crankshaft, only a positive starting torque can be generated by the starter motor and transmitted to the crankshaft via the elastic coupling element.
Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ein auf die freigegebene Kurbelwelle wirkendes Drehmoment maximiert, wodurch die vorhergehend erläuterte Haftreibung der Verbrennungskraftmaschine sowie Kompressions- und Gleitreibungsmomente von Elementen der Verbrennungskraftmaschine überwunden werden können.As a result, a torque acting on the released crankshaft is maximized in an advantageous manner, as a result of which the above-explained static friction of the internal combustion engine as well as compression and sliding friction torques of elements of the internal combustion engine can be overcome.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt nach Freigabe der Rotation der Kurbelwelle eine Zündung eines Brennstoff-Luft-Gemisches in einem Verbrennungsraum mindestens eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine. Vorzugsweise erfolgt eine Zündung, wenn ein Kolben der Verbrennungskraftmaschine während einer Rotation der Kurbelwelle in Vorzugsdrehrichtung einen oberen Totpunkt in oder nach einem Kompressionstakt erreicht.In a further embodiment, after the rotation of the crankshaft has been released, ignition of a fuel-air mixture takes place in a combustion chamber of at least one cylinder of the internal combustion engine. Preferably, an ignition takes place when a piston of the internal combustion engine reaches a top dead center in or after a compression stroke during a rotation of the crankshaft in the preferred direction of rotation.
Die Zündung kann hierbei eine Fremdzündung oder Selbstzündung sein. Bei einer Fremdzündung kann beispielsweise ein Zündzeitpunkt von mindestens einer dem mindestens einen Zylinder zugeordneten Zündkerze entsprechend eingestellt werden. Bei einer Fremdzündung kann beispielsweise eine Temperatur und/oder ein Druck im Verbrennungsraum entsprechend eingestellt werden.The ignition can be a spark ignition or auto-ignition. In spark ignition, for example, an ignition timing of at least one of the at least one cylinder associated spark plug can be adjusted accordingly. In a spark ignition, for example, a temperature and / or pressure in the combustion chamber can be adjusted accordingly.
Durch die Zündung, die insbesondere zum Zeitpunkt des Erreichens des oberen Totpunkts in oder nach einem Kompressionstakt erfolgt, wird ein weiteres, in Vorzugsdrehrichtung wirkendes, Moment auf die Kurbelwelle erzeugt, welches den Anlassvorgang unterstützt. Hierdurch kann ein maximal erzeugbares Drehmoment des Anlassmotors weiter reduziert werden.By the ignition, which takes place in particular at the time of reaching the top dead center in or after a compression stroke, another, acting in the preferred direction, torque is generated on the crankshaft, which supports the starting process. In this way, a maximum producible torque of the starter motor can be further reduced.
In einer weiteren Ausführungsform wird vor der Blockade der Rotation der Kurbelwelle ein Anlassmomentenverlauf des Anlassmoments derart erzeugt, dass eine Rotation der Kurbelwelle erfolgt. Hierbei ist die Rotation der Kurbelwelle mechanisch freigegeben. Insbesondere kann ein Anlassmomentenverlauf derart erzeugt werden, dass ein Haftreibungsmoment der Kurbelwelle sowie von Elementen, z. B. Kolben, der Verbrennungskraftmaschine überwunden wird und ein Losbrechen der Kurbelwelle erfolgt. Z. B. kann das Anlassmoment in dem Anlassmomentenverlauf derart erzeugt werden, dass die Kurbelwelle in eine vorbestimmte Kurbelwellenposition positioniert wird. Die vorbestimmte Position kann beispielsweise eine Blockierposition sein, wobei die Kurbelwelle ausschließlich in der Blockierposition mechanisch blockierbar ist. Der Anlassmomentenverlauf kann derart erzeugt werden, dass er mindestens einen Vorzeichenwechsel aufweist (Modulation des Anlassmoments).In another embodiment, before the blockage of the rotation of the crankshaft, a starting torque curve of the starting torque is generated such that a rotation of the crankshaft takes place. Here, the rotation of the crankshaft is mechanically released. In particular, a starting torque curve can be generated such that a static friction torque of the crankshaft and of elements, for. B. piston, the internal combustion engine is overcome and a breakaway of the crankshaft takes place. For example, the starting torque in the starting torque curve may be generated such that the crankshaft is positioned at a predetermined crankshaft position. The predetermined position may for example be a blocking position, wherein the crankshaft is mechanically blocked only in the blocking position. The starting torque curve can be generated such that it has at least one change of sign (modulation of the starting torque).
Alternativ oder kumulativ kann der Anlassmomentenverlauf, z. B. mit mindestens einem Vorzeichenwechsel des Anlassmoments, derart erfolgen, dass die Kurbelwelle in einer vorbestimmten Kurbelwellenposition vorpositioniert wird. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise ein Start-Zylinder und/oder ein Volumen des Verbrennungsraumes des Start-Zylinders vor dem Anlassvorgang eingestellt werden. Ein Start-Zylinder beschreibt hierbei einen Zylinder der Verbrennungskraftmaschine, der bei einer (freigegebenen) Rotation der Kurbelwelle in Vorzugsdrehrichtung als erster von mehreren Zylindern seinen oberen Kompressions-Totpunkt erreicht, wobei der obere Kompressions-Totpunkt den oberen Totpunkt in oder nach einem Kompressionstakt beschreibt.Alternatively or cumulatively, the starting torque curve, z. B. with at least one change of sign of the starting torque, carried out such that the crankshaft is pre-positioned in a predetermined crankshaft position. In this way, advantageously, a starting cylinder and / or a volume of the combustion chamber of the starting cylinder can be adjusted before the starting operation. A starting cylinder here describes a cylinder of the internal combustion engine, which reaches its upper compression dead center in a (shared) rotation of the crankshaft in the preferred direction of rotation as the first of several cylinders, wherein the upper compression dead center describes the top dead center in or after a compression stroke.
Auch kann der Anlassmomentenverlauf derart erzeugt werden, dass ein vorbestimmter Kraftstoffdruck aufgebaut wird. Hierzu kann die Kurbelwelle mechanisch unmittelbar oder mittelbar, z. B. über eine Nockenwelle, eine Pumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems antreiben. Dies ist insbesondere bei so genannten Common-Rail-Otto- oder Common-Rail-Diesel-Motoren der Fall. Somit kann in vorteilhafter Weise durch eine Rotation der Kurbelwelle vor Beginn des eigentlichen Anlassvorgangs ein gewünschter Kraftstoffdruck aufgebaut werden, der für eine nachfolgende Einspritzung und Zündung, insbesondere bei Diesel-Verbrennungskraftmaschinen, notwendig ist.Also, the starting torque curve can be generated such that a predetermined fuel pressure is built up. For this purpose, the crankshaft mechanically directly or indirectly, for. B. via a camshaft, drive a pump of a fuel injection system. This is the case in particular in so-called common rail Otto or common rail diesel engines. Thus, advantageously by rotation of the crankshaft before the start of the actual starting process, a desired fuel pressure can be built up, which is necessary for subsequent injection and ignition, in particular in diesel internal combustion engines.
Hierbei wird also noch vor einer mechanischen Blockade der Rotation der Kurbelwelle, z. B. durch eine Modulation des Anlassmoments eine Drehbewegung der Kurbelwelle erzeugt. Diese Drehbewegung dient hierbei jedoch nicht zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine, sondern einem Druckaufbau und/oder einer Vorpositionierung der Kurbelwelle.This is so even before a mechanical blockage of the rotation of the crankshaft, z. B. generated by a modulation of the starting torque a rotational movement of the crankshaft. However, this rotation does not serve to start the internal combustion engine, but a pressure build-up and / or a pre-positioning of the crankshaft.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Kurbelwelle vor dem Startzeitpunkt in eine vorbestimmte Blockierposition positioniert. Hierbei kann die Blockierposition eine Position der Kurbelwelle bezeichnen, in welcher eine Rotation der Kurbelwelle blockiert werden kann. In a preferred embodiment, the crankshaft is positioned at a predetermined blocking position prior to the starting time. Here, the blocking position may designate a position of the crankshaft in which rotation of the crankshaft may be blocked.
Insbesondere kann die Blockierposition durch eine mechanische Ausbildung des Blockiermittels vorgegeben sein. Vorzugsweise ist daher das Blockiermittel derart ausgelegt, dass es in mehr als einer Kurbelwellenposition die Rotation der Kurbelwelle mechanisch blockieren kann.In particular, the blocking position can be predetermined by a mechanical design of the blocking agent. Preferably, therefore, the blocking means is designed such that it can mechanically block the rotation of the crankshaft in more than one crankshaft position.
Die Blockierposition kann auch in Abhängigkeit eines gewünschten Start-Zylinders eingestellt werden. Hierbei kann die Kurbelwelle derart positioniert werden, dass, ausgehend von der aktuellen Position der Kurbelwelle, ein gewünschter Zylinder während einer Rotation der Kurbelwelle in Vorzugsdrehrichtung als erster von mehreren Zylindern den oberen Kompressions-Totpunkt erreicht.The blocking position can also be adjusted depending on a desired start cylinder. Here, the crankshaft can be positioned such that, starting from the current position of the crankshaft, a desired cylinder during a rotation of the crankshaft in the preferred direction of rotation as the first of several cylinders reaches the top compression dead center.
Auch kann die Blockierposition in Abhängigkeit eines gewünschten Volumens eines Verbrennungsraumes des (Start-)Zylinders eingestellt werden. So erleichtert z. B. ein kleines Volumen des (Start-)Zylinders zu Beginn des Anlassvorgangs eine Überwindung des folgenden oberen Kompressions-Totpunkts, jedoch wird gegebenenfalls eine Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches erschwert, wodurch ein Arbeitsbeitrag zur Überwindung des zweiten oberen Kompressions-Totpunkts erschwert wird. Ein großes Volumen des Verbrennungsraumes zu Beginn des Anlassvorgangs erfordert dagegen eine höhere Energie zur Überwindung des ersten folgenden oberen Kompressions-Totpunkts, erleichtert jedoch durch den aufgrund der Zündung erfolgenden höheren Arbeitsbeitrag die erste Verbrennung und somit den weiteren Startvorgang.Also, the blocking position can be adjusted depending on a desired volume of a combustion chamber of the (start) cylinder. So z. B. a small volume of the (start) cylinder at the beginning of the starting process overcoming the following upper compression dead center, however, an ignition of the fuel-air mixture is possibly difficult, whereby a labor contribution to overcome the second upper compression dead center is difficult , On the other hand, a large volume of the combustion space at the start of the cranking operation requires a higher energy to overcome the first following upper compression dead center, but facilitates the first combustion and thus the further startup operation due to the higher work contribution due to the ignition.
Eine Positionierung der Kurbelwelle in einer vorbestimmten Blockierposition kann auch bei einem vorhergehenden Abstellen oder Ausschalten der Verbrennungskraftmaschine, z. B. durch ein geeignetes Abbremsen der Rotation der Kurbelwelle, erfolgen. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise bereits beim Abstellen noch vorhandene Rotationsenergie der Kurbelwelle genutzt werden, um die gewünschte Blockierposition einzustellen.Positioning of the crankshaft in a predetermined blocking position can also be at a previous shutdown or shutdown of the internal combustion engine, for. B. by a suitable deceleration of the rotation of the crankshaft. As a result, rotational energy of the crankshaft which is still present when the engine is switched off can advantageously be used to set the desired blocking position.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein generatorischer Betriebsmodus des Anlassmotors aktiviert, wenn eine Abbruchbedingung des Anlassvorgangs erfüllt ist, nachdem die Rotation der Kurbelwelle blockiert wurde. In den generatorischen Betriebsmodus wird von dem Drehschwinger erzeugte kinetische Energie durch den auch als Generator betreibbaren Anlassmotor in elektrische Energie umgewandelt. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise dem Drehschwinger Energie entzogen werden.In another embodiment, a regenerative operation mode of the starter motor is activated when a termination condition of the cranking operation is satisfied after the rotation of the crankshaft is blocked. In the generator operating mode, kinetic energy generated by the rotary oscillator is converted into electrical energy by the starter motor, which can also be operated as a generator. As a result, the rotational oscillator energy can be withdrawn in an advantageous manner.
Ist eine Abbruchbedingung des Anlassvorgangs erfüllt, so kann die Blockade der Rotation der Kurbelwelle sofort oder bei Erreichen eines vorbestimmten Gegenmoments gelöst werden, wobei das Gegenmoment das von der Kurbelwelle auf das elastische Kopplungsmoment ausgeübte Drehmoment bezeichnet. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine Amplitude der Drehschwingung möglichst rasch reduziert werden. Alternativ kann die mechanische Blockade bei Erreichen eines unteren Schwellwerts eines Kraftstoffdruckes gelöst werden, wobei der untere Schwellwert einen Kraftstoffdruck definiert, der einen Start der Verbrennungskraftmaschine nicht mehr sicher ermöglicht. Weiter alternativ kann das Lösen der Blockade erst zu Beginn eines erneuten Anlassvorgangs, jedoch vor dem vorgeschlagenen Startzeitpunkt, erfolgen, beispielsweise wenn die Verbrennungskraftmaschine nach einem vorhergehenden Abstellen der Verbrennungskraftmaschine erneut aktiviert wird.If a termination condition of the starting operation is fulfilled, then the blockage of the rotation of the crankshaft can be released immediately or upon reaching a predetermined counter-torque, wherein the counter-torque designates the torque exerted by the crankshaft on the elastic coupling torque. As a result, an amplitude of the torsional vibration can be reduced as quickly as possible in an advantageous manner. Alternatively, the mechanical blockade can be solved upon reaching a lower threshold value of a fuel pressure, wherein the lower threshold value defines a fuel pressure, which no longer allows a start of the internal combustion engine safely. Further alternatively, the release of the blockade only at the beginning of a renewed starting operation, but before the proposed start time, take place, for example, when the internal combustion engine is reactivated after a previous shutdown of the internal combustion engine.
Ein generatorischer Betriebsmodus des Anlassmotors kann auch aktiviert werden, wenn die Bedingung(en) für das Lösen der Blockade der Kurbelwelle erfüllt ist/sind, das Lösen jedoch aufgrund einer Fehlfunktion nicht erfolgt. Hierdurch kann dem Drehschwinger aktiv Energie entzogen werden, wodurch eine Betriebssicherheit erhöht wird.A regenerative operation mode of the starter motor may also be activated when the condition (s) for releasing the blockage of the crankshaft is / are satisfied, but the release does not occur due to a malfunction. As a result, the rotary oscillator can be actively deprived of energy, whereby operational reliability is increased.
Eine Abbruchbedingung des Anlassvorgangs kann beispielsweise dann erfüllt sein, falls ein Defekt des Blockiermittels und/oder dessen Ansteuerung detektiert wird.An abort condition of the starting process can be met, for example, if a defect of the blocking agent and / or its activation is detected.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine Betriebssicherheit während des Anlassvorgangs auch dann gewährleistet ist, wenn bereits Energie im Drehschwinger gespeichert ist, der Anlassvorgang jedoch abgebrochen werden muss. Diese Energie kann in vorteilhafter Weise durch eine so genannte Rekuperation wieder in elektrische Energie gewandelt werden, wodurch z. B. eine Batterie des Fahrzeugs aufgeladen werden kann.This results in an advantageous manner that an operational safety during the starting process is ensured even if energy is already stored in the rotary oscillator, but the starting process must be terminated. This energy can be converted into electrical energy by a so-called recuperation in an advantageous manner, whereby z. B. a battery of the vehicle can be charged.
In einer weiteren Ausführungsform steigt ein Sollmoment des Anlassmotors mit abnehmender Differenz zwischen einem aktuellen Verdrehwinkel und dem minimal zulässigen oder dem vorbestimmten negativen Verdrehwinkel kontinuierlich an. Hierbei erfolgt eine vorzeichensensitive Betrachtung sowohl des Sollmoments als auch der Differenz. Dies kann insbesondere in einer Halbschwingung von einem positiven Umkehrwinkel zu einem negativen Umkehrwinkel erfolgen, wobei ein Umkehrwinkel einen Verdrehwinkel bezeichnet, an dem eine Umkehr der Drehrichtung des Rotors erfolgt. Nähert sich der aktuelle Verdrehwinkel dem minimal zulässigen Verdrehwinkel an, so nimmt die vorhergehend beschriebene Differenz ab. Gleichzeitig steigt jedoch das Sollmoment des Anlassmotors. Somit wird die Rotation des Rotors entgegen der Vorzugsdrehrichtung, welche durch ein negatives Sollmoment bewirkt wird, mit abnehmender Differenz weniger unterstützt oder, falls das Sollmoment positiv wird, dieser sogar entgegengesteuert.In a further embodiment, a target torque of the starter motor increases continuously with decreasing difference between a current twist angle and the minimum allowable or the predetermined negative twist angle. Here, a sign-sensitive consideration of both the setpoint torque and the difference takes place. This can be done in particular in a half-oscillation from a positive reversal angle to a negative reversal angle, wherein a reversal angle denotes a rotation angle at which a reversal of the direction of rotation of the rotor takes place. Approaching the current twist angle the minimum allowable Angle of rotation, so decreases the previously described difference. At the same time, however, the nominal torque of the starter motor increases. Thus, the rotation of the rotor against the preferential direction of rotation, which is caused by a negative target torque, less supported with decreasing difference or, if the target torque is positive, this even counteracted.
Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine mechanische Beschädigung des elastischen Kopplungselements vermieden werden, da ein Unterschreiten des minimal zulässigen oder des vorbestimmten negativen Verdrehwinkels vermieden wird. Alternativ kann das Sollmoment des Anlassmotors mit abnehmender Differenz zwischen dem aktuellen Verdrehwinkel und dem minimal zulässigen oder dem vorbestimmten negativen Verdrehwinkel in einem oder mehreren Schritten schrittweise ansteigen. So ist z. B. vorstellbar, dass bei Unterschreiten einer vorbestimmten Differenz das Sollmoment sprungartig auf einen Sollwert von Null gestellt wird und bei Drehrichtungsumkehr des Rotors oder bei Erreichen des minimal zulässigen bzw. vorbestimmten negativen Verdrehwinkels sprungartig ein positives Sollmoment eingestellt wird. Weiter alternativ ist vorstellbar, dass bei Unterschreiten einer vorbestimmten Differenz das Sollmoment sprungartig auf ein positives bzw. negatives Sollmoment eingestellt wird.As a result, a mechanical damage of the elastic coupling element can be avoided in an advantageous manner, as falling below the minimum allowable or the predetermined negative rotation angle is avoided. Alternatively, the target torque of the starter motor may gradually increase in one or more steps as the difference between the actual twist angle and the minimum allowable or the predetermined negative twist angle decreases. So z. B. conceivable that falls below a predetermined difference, the target torque is suddenly set to a desired value of zero and when reversing the direction of rotation of the rotor or upon reaching the minimum allowable or predetermined negative rotation angle abruptly a positive target torque is set. Another alternative is conceivable that when falling below a predetermined difference, the target torque is suddenly set to a positive or negative target torque.
Alternativ oder kumulativ sinkt das Sollmoment des Anlassmotors mit abnehmender Differenz zwischen dem maximal zulässigen Verdrehwinkel oder einem vorbestimmten positiven Verdrehwinkel und einem aktuellen Verdrehwinkel kontinuierlich oder in einem oder mehreren Schritten schrittweise ab. Dies kann insbesondere in einer Halbschwingung von einem negativen Umkehrwinkel zu einem positiven Umkehrwinkel erfolgen.Alternatively or cumulatively, the target torque of the starter motor decreases gradually with decreasing difference between the maximum allowable twist angle or a predetermined positive twist angle and a current twist angle, or in one or more steps. This can be done in particular in a half-oscillation from a negative angle of return to a positive angle of reversal.
Der vorbestimmte negative Verdrehwinkel bzw. der vorbestimmte Verdrehwinkel bezeichnen hierbei Verdrehwinkel, bei deren Erreichen genügend Energie im Drehschwinger gespeichert ist, um die Verbrennungskraftmaschine anzulassen.The predetermined negative angle of rotation or the predetermined angle of rotation in this case denote angle of rotation, when it reaches enough energy is stored in the rotary oscillator to start the internal combustion engine.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine erhöhte Betriebssicherheit bei der Anregung des vorhergehend erläuterten Drehschwingers zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine, da zulässige Verdrehwinkel nicht unterschritten bzw. überschritten werden.This results in an advantageous manner an increased reliability in the excitation of the previously described rotary vibrator for starting the internal combustion engine, since permissible angle of rotation is not exceeded or exceeded.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Defekt des Drehschwingsystems detektiert, falls eine Frequenz der Vorzeichenwechsel des Anlassmoments um mehr als ein vorbestimmtes Maß von einer vorbestimmten Resonanzfrequenz abweicht. Wird das Vorzeichen des Anlassmoments immer dann gewechselt, wenn auch eine Drehrichtungsumkehr des Rotors des Anlassmotors erfolgt, so können Zeitpunkte der Vorzeichenwechsel erfasst und hieraus eine Frequenz der Vorzeichenwechsel bestimmt werden. Weicht diese Frequenz von einer bekannten, beispielsweise durch Versuche oder Modellierung bestimmten Resonanzfrequenz des Drehschwingsystems ab, so kann ein Defekt des Drehschwingers detektiert werden.In a further embodiment, a defect of the torsional vibration system is detected if a frequency of the sign change of the starting torque deviates from a predetermined resonance frequency by more than a predetermined amount. If the sign of the starting torque is always changed, even if the direction of rotation of the rotor of the starter motor is reversed, then times of the change of sign can be detected and from this a frequency of the change of sign can be determined. If this frequency deviates from a known resonant frequency of the torsional vibration system determined, for example, by tests or modeling, then a defect of the rotary vibrator can be detected.
Alternativ oder kumulativ kann ein Defekt des Drehschwingsystems detektiert werden, wenn eine Differenz zwischen Beträgen der während des Anlassvorgangs unmittelbar aufeinanderfolgenden Umkehrwinkel, beispielsweise der maximalen positiven und maximalen negativen Drehwinkeln, eine vorbestimmte Differenz überschreitet. Während des Anlassvorgangs kann ein Betrag des Verdrehwinkels kontinuierlich ansteigen. Dieser Anstieg ist jedoch durch dynamische Eigenschaften des Drehschwingers in seiner Höhe begrenzt. Überschreitet die Differenz von Beträgen von aufeinanderfolgenden Umkehrwinkeln ein vorbestimmtes Maß, steigt oder fällt der während des Anlassvorgangs aktuell erreichte Verdrehwinkel also unverhältnismäßig an oder ab. Auch in diesem Fall kann ein Defekt des Drehschwingsystems detektiert werden.Alternatively or cumulatively, a defect of the torsional vibration system may be detected when a difference between amounts of the reversing angle immediately following the starting operation, for example, the maximum positive and maximum negative rotational angles, exceeds a predetermined difference. During cranking, an amount of twist angle may increase continuously. However, this increase is limited by dynamic properties of the rotary oscillator in height. If the difference between the amounts of successive reversal angles exceeds a predetermined level, the angle of rotation actually achieved during the starting process thus increases or decreases disproportionately. Also in this case, a defect of the torsional vibration system can be detected.
Alternativ oder kumulativ kann ein Defekt des Drehschwingsystems detektiert werden, wenn ein zeitlicher Verdrehwinkel-Verlauf von einem erwarteten Verlauf um mehr als ein vorbestimmtes Maß abweicht. Der erwartete Verlauf bezeichnet hierbei einen zeitlichen Verlauf des Verdrehwinkels, der sich aufgrund der dynamischen Eigenschaften des Drehschwingers einstellen wird. Bei einer drehelastischen Kopplung mit linearen Eigenschaften, beispielsweise einer linearen Drehfeder, kann sich z. B. als erwarteter Verlauf ein sinusförmiger Verlauf einstellen.Alternatively or cumulatively, a defect of the torsional vibration system can be detected if a temporal twist angle course deviates from an expected course by more than a predetermined amount. The expected course here refers to a time course of the angle of rotation, which will adjust due to the dynamic properties of the rotary vibrator. In a torsionally flexible coupling with linear properties, such as a linear torsion spring, z. B. set as expected course a sinusoidal course.
Alternativ oder kumulativ kann ein Defekt des Drehschwingsystems detektiert werden, wenn ein Betrags-Verhältnis zwischen während des Anlassvorgangs unmittelbar aufeinanderfolgenden Umkehrwinkeln einen vorbestimmten Betrag unter- oder überschreitet.Alternatively or cumulatively, a defect of the torsional vibration system can be detected when an amount ratio between reversing angles immediately following each other during the starting operation exceeds or falls below a predetermined amount.
Weiter alternativ oder kumulativ kann ein Defekt des Drehschwingsystems detektiert werden, falls ein Verhältnis der vom Anlassmotor erzeugten mechanischen Leistung zum erreichten Verdrehwinkel ein vorbestimmtes Maß überschreitet. Hierfür kann ein aktueller Verdrehwinkel sowie die vom Anlassmotor erzeugte mechanische Leistung erfasst oder bestimmt werden. Die vom Anlassmotor erzeugte mechanische Leistung kann beispielsweise in Abhängigkeit einer vom Anlassmotor benötigten elektrischen Leistung bestimmt werden.Further alternatively or cumulatively, a defect of the torsional vibration system can be detected if a ratio of the mechanical power generated by the starter motor exceeds the predetermined angle of rotation reaches a predetermined level. For this purpose, a current twist angle and the mechanical power generated by the starter motor can be detected or determined. The mechanical power generated by the starter motor can be determined, for example, as a function of an electric power required by the starter motor.
Wird ein Defekt des Drehschwingsystems detektiert, so kann eine Abbruchbedingung des Anlassvorgangs erfüllt sein. If a defect of the torsional vibration system is detected, then a termination condition of the starting operation can be fulfilled.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Erhöhung der Betriebssicherheit während eines Anlassvorgangs, da die Funktionsfähigkeit des Drehschwingers überwacht werden kann.This results in an advantageous manner an increase in reliability during a starting operation, since the functionality of the rotary vibrator can be monitored.
Weiter vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zum Anlassen einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Die Vorrichtung umfasst mindestens eine Verbrennungskraftmaschine, mindestens eine Kurbelwelle, mindestens einen Anlassmotor, mindestens ein drehelastisches Kopplungselement und mindestens eine Steuereinrichtung. Ein Rotor des Anlassmotors ist über das drehelastische Koppelelement mit der Kurbelwelle mechanisch verbunden. Mittels der Verbrennungskraftmaschine ist ein Antriebsmoment in einer Vorzugsrichtung der Verbrennungskraftmaschine auf die Kurbelwelle ausübbar. Durch den Anlassmotor ist in einem Anlassvorgang ein Anlassmoment erzeugbar und über das elastische Koppelelement auf die Kurbelwelle übertragbar. Mittels der Steuereinrichtung ist das Anlassmoment regelbar.Further proposed is a device for starting an internal combustion engine of a motor vehicle. The device comprises at least one internal combustion engine, at least one crankshaft, at least one starter motor, at least one torsionally flexible coupling element and at least one control device. A rotor of the starter motor is mechanically connected via the torsionally flexible coupling element with the crankshaft. By means of the internal combustion engine, a drive torque in a preferred direction of the internal combustion engine can be exerted on the crankshaft. By the starter motor in a starting process, a starting torque can be generated and transmitted via the elastic coupling element to the crankshaft. By means of the control device, the starting torque is adjustable.
Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung mindestens ein Blockiermittel für die Kurbelwelle, wobei mittels des Blockiermittels eine Rotation der Kurbelwelle mechanisch blockierbar und freigebbar ist. Insbesondere kann das Blockiermittel, wie vorhergehend erläutert, als Kurbelwellenbremse oder als Kurbelwellensperre ausgeführt sein.According to the invention the device comprises at least one locking means for the crankshaft, wherein by means of the blocking means a rotation of the crankshaft is mechanically blocked and released. In particular, the blocking means, as explained above, be designed as a crankshaft brake or as a crankshaft lock.
Die vorgeschlagene Vorrichtung ermöglicht hierbei in vorteilhafter Weise die Ausführung der vorhergehend beschriebenen Verfahren.The proposed device allows this advantageously the execution of the previously described method.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist/sind die Kurbelwelle und/oder das Blockiermittel derart ausgestaltet und/oder angeordnet, dass eine Blockade der Rotation der Kurbelwelle in mehreren Kurbelwellenpositionen durchführbar ist. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise ein gewünschter Start-Zylinder und gegebenenfalls ein gewünschtes Volumen einer Verbrennungskammer des Start-Zylinders zu Beginn des Anlassvorgangs eingestellt werden.In a preferred embodiment, the crankshaft and / or the blocking means is / are configured and / or arranged such that a blockage of the rotation of the crankshaft in several crankshaft positions can be carried out. As a result, a desired starting cylinder and optionally a desired volume of a combustion chamber of the starting cylinder can be set at the beginning of the starting operation in an advantageous manner.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. The figures show:
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.Hereinafter, like reference numerals designate elements having the same or similar technical features.
In
Nicht dargestellt ist eine Steuereinrichtung, welche den Anlassmotor
Wird ein minimal zulässiger Verdrehwinkel W, also ein vom Betrag her maximal zulässiger Verdrehwinkel W, bei einer Rotation des Rotors
Noch vor dem Blockieren der Kurbelwelle
Das beschriebene Verfahren zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine
Auch kann das vorgeschlagene Verfahren mit einem Verfahren kombiniert werden, in welchem Energie eines rollenden Fahrzeugs zum Start bzw. zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine
Auch ist möglich, dass vor dem Blockieren der Kurbelwelle
Um eine maximal mögliche Energie im Drehschwinger speichern zu können, wird das Anlassmoment AM derart gesteuert, dass in einer letzten Halbperiode mit einem negativen Anlassmoment AM gerade ein minimal zulässiger Verdrehwinkel W erreicht wird, aber, um eine Schädigung des elastischen Kopplungselements
Wird, z. B. im Falle eines Defekts des Drehschwingers, des Anlassmotors
Ist das Blockiermittel
Vorteilhafterweise ist das Blockiermittel
Es ist auch möglich, dass das Blockiermittel
Für einen zuverlässigen Kaltstart von Dieselmotoren wird üblicherweise eine Vorwärmung von angesaugter Luft und z. B. von Teilen eines Verbrennungsraumes durch entsprechende Heiz- oder Glühmittel, z. B. Glühkerzen, durchgeführt. Das vorgeschlagene Verfahren zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine
Das vorgeschlagene Verfahren zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine
Zur Bestimmung eines Einspritz- oder Zündzeitpunkts ist in der Regel erforderlich, dass ein Kurbel- bzw. Nockenwellenwinkel bekannt ist. Zur Erfassung eines solchen Winkels können beispielsweise (Absolut-)Winkelsensoren verwendet werden. Diese können bei geringer Auflösung durch vorhandene Inkremental-Sensoren verbessert werden. Unter Beibehaltung üblicher Inkremental-Sensoren an der Kurbelwelle
Wird das Blockiermittel
Ein Rotorwinkel des Rotors
Weiter ist es möglich, dass Mittel zum Ventiltrieb, beispielsweise Nockenwellen-Phasensteller, eine Zylinderabschaltung zusätzlich oder alternativ zur Einstellung einer vorbestimmten Kurbelwellenposition bei aktiviertem Blockiermittel
Weiter kann ein Defekt des Blockiermittels
Alternativ kann das Blockiermittel
Im Fall eines Elektro-Magneten, der als Aktor für das Blockiermittel
Im Fall eines Elektromotors als Aktor für das Blockiermittel
Auch kann ein Defekt des Blockiermittels
Weiter umfasst das Blockiermittel
Das Blockiermittel
In einer Blockierstellung wird die weitere Feder
Weiter umfasst das Blockiermittel
In einer Blockierstellung wird die weitere Feder
In einer ersten Phase P1 erfolgt eine Modulation des Anlassmoments AM derart, dass die Kurbelwelle
Es kann auch eine Ansteuerung des Blockiermittels
So können Seitenflächen der Zähne
Somit ist das Zeitintervall, in dem das Blockiermittel
Im Allgemeinen steigt der Kostenaufwand und die Bauraumanforderungen einer Stelleinrichtung, z. B. des in
In einer vorteilhaften Auslegung des Blockiermittels
Ist der Aktor
Ist die Stelleinrichtung des Blockiermittels
Hierbei muss nur der Rastbalken
Bei den in
Entsprechend kann eine Ansteuerung des Blockiermittels
Der zunehmende Verdrehwinkel W des elastische Kopplungselements
Hiernach kann die Ansteuerung des Aktors
Vorhergehend wurde das Verfahren einer vorzeitigen Ansteuerung einer Stelleinrichtung des Blockiermittels
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
- 33
- Kurbelwellecrankshaft
- 44
- Anlassmotorstarter motor
- 55
- elastisches Kopplungselementelastic coupling element
- 66
- Rotorrotor
- 77
- Blockiermittelblocking agent
- 88th
- Getriebetransmission
- 99
- Antriebswelledrive shaft
- 1010
- Radwheel
- 1111
- VorzugsdrehrichtungPreferred direction of rotation
- 1212
- Zahnradgear
- 1313
- Rotationachserotation axis
- 1414
- Zahntooth
- 1515
- abgerundeter Abschnittrounded section
- 1616
- gerader Abschnittstraight section
- 1717
- MittelpunktFocus
- 1818
- RastbalkenRest bar
- 1919
- Rotationsachseaxis of rotation
- 2020
- Rastnaselocking lug
- 2121
- Spitzetop
- 2222
- Anschlagflächestop surface
- 2323
- erste Federfirst spring
- 2424
- weitere Federanother spring
- 2525
- Aktoractuator
- 2626
- Vertikalrichtungvertical direction
- 2727
- Bremsklötzebrake pads
- 2828
- Längsrichtunglongitudinal direction
- 2929
- Hebelarmlever arm
- 3030
- Rotationsachseaxis of rotation
- 3131
- erster Armabschnittfirst arm section
- 3232
- weiterer Armabschnittanother arm section
- 3333
- Federfeather
- AMAT THE
- Anlassmomentstarting torque
- DATHERE
- Drehzahl des AnlassmotorsSpeed of the starter motor
- DVDV
- Drehzahl der VerbrennungskraftmaschineSpeed of the internal combustion engine
- WW
- Verdrehwinkelangle of twist
- P1P1
- erste Phasefirst phase
- P2P2
- zweite Phasesecond phase
- P3P3
- dritte Phasethird phase
- P4P4
- vierte Phasefourth phase
- P5P5
- fünfte Phasefifth phase
- E_P1E_P1
- Endzeitpunkt der ersten PhaseEnd time of the first phase
- E_P2E_P2
- Endzeitpunkt der zweiten PhaseEnd time of the second phase
- B B
- BlockierzeitpunktBlocking time
- E_P4E_P4
- Endzeitpunkt der vierten PhaseEnd time of the fourth phase
- LL
- LösezeitpunktRelease time
- tt
- ZeitTime
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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