DE102018104479A1 - Verfahren und systeme für einen integrierten anlasser/generator mit riemenantrieb - Google Patents

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John Eric Rollinger
David Lew
David Spuller
Veronica Pablo Osorio
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Abstract

Verfahren und Systeme zum Identifizieren der Verschlechterung eines aktiven Riemenspanners eines integrierten Anlasser/Generators mit Riemenantrieb (BISG), der an einen Fahrzeugverbrennungsmotor gekoppelt ist, werden bereitgestellt. Unter Verwendung der überwachten Änderung der FEAD-Last zum Vergleichen des tatsächlichen Zustands des Spanners (entweder im eingezogenen oder ausgefahrenen Zustand) relativ zum befohlenen Zustand kann die Gegenwart überschüssiger Riemenspannung von der Gegenwart unzureichender Riemenspannung unterschieden werden. Die rechtzeitige Diagnose eines Riemenspanners kann den Zustand des Riemens verbessern und Kraftstoffeffizienzvorteile eines BISG-Systems erweitern.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft Verfahren und Systeme für einen aktiven Riemenspanner eines integrierten Anlasser/Generators mit Riemenantrieb (belt-driven integrated starter generator - BISG), der an einen Fahrzeugmotor gekoppelt ist.
  • Hintergrund und Kurzdarstellung
  • Fahrzeuge können mit einem Anlasser/Elektromotor zum Drehen eines Verbrennungsmotors aus dem Stillstand heraus konfiguriert sein. In einigen Fahrzeugsystemen kann der Anlasser/Elektromotor in einem integrierten Anlasser/Generator mit Riemenantrieb (BISG) enthalten sein, wobei ein Elektromotor/Generator (der im Elektromotormodus arbeitet) Drehmoment zum Kurbeln des Verbrennungsmotors über einen Riemenantrieb während Verbrennungsmotorneustartbedingungen bereitstellt. Während anderer Bedingungen kann der Elektromotor/Generator im Generatormodus betrieben werden, um eine Systembatterie unter Verwendung von überschüssigem Verbrennungsmotordrehmoment zu laden. Dabei ermöglicht der BISG die Bereitstellung von Stopp/Start-Funktionen. Der BISG kann ebenfalls anstelle einer Lichtmaschine verwendet werden, um Nebenaggregatlastfunktionen aufrechtzuerhalten, wenn der Verbrennungsmotor abgeschaltet ist und das Fahrzeug gestoppt ist. Ferner kann der BISG zum Bereitstellen einer Hybridunterstützungskraft für das Verbrennungsmotordrehmoment durch Hinzufügen von Elektromotordrehmoment, die aus der Batterie gezogen wird, verwendet werden. Auf diese Weise kann die Verwendung eines BISG die Fahrzeugleistung und die Kraftstoffeffizienz verbessern.
  • BISG-Systeme können einen oder mehrere Spanner zum Aufrechterhalten der Spannung in dem Riemenantrieb, welcher den BISG an eine Verbrennungsmotorkurbelwelle koppelt, und ein oder mehrere Nebenaggregate, wie zum Beispiel ein Klimaanlagensystem, beinhalten. Riemenspannung kann durch passive Spanner aufrechterhalten werden, einschließlich zum Beispiel verschiedener Riemenscheiben und vorgespannter Federn mit einstückig ausgebildeten Dämpfern. Alternativ kann Riemenspannung durch aktiv gesteuerte Spannvorrichtungen bereitgestellt werden, wie zum Beispiel elektrische, hydraulische oder elektrohydraulische Vorrichtungen, um die Riemenspannung nur dann selektiv zu erhöhen, wenn hohe Drehmomentanforderungen gestellt werden. Riemenspanner können periodisch diagnostiziert werden, um zu ermöglichen, dass die Riemenantriebsspannung aufrechterhalten wird, wodurch Reibungsverluste reduziert werden.
  • Ein beispielhafter Ansatz zum Diagnostizieren der Funktionalität eines Spanners wird durch Zettel et al. in US20080021603 gezeigt. Darin koppelt ein Riemenantrieb den Elektromotor/Generator an jedes von einem Verbrennungsmotor und einem Nebenaggregat und ein verschlechterter Zustand des Riemenantriebs wird auf der Grundlage eines Vergleichs der Verbrennungsmotordrehzahl relativ zu der Nebenaggregatdrehzahl abgeleitet. Insbesondere, wenn eine erwartete Nebenaggregatdrehzahl, die auf der Grundlage der gemessenen Verbrennungsmotordrehzahl bestimmt wurde, von der tatsächlichen Nebenaggregatdrehzahl abweicht, kann bestimmt werden, dass Riemenschlupf vorhanden ist.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme bei einem derartigen Ansatz erkannt. Als ein Beispiel kann zu der Zeit, bei welcher durch das Verfahren nach Zettel Riemenschlupf detektiert wird, bereits exzessiver Schlupf vorhanden sein, der einen teuren Austausch des Riemens erfordert. Als ein weiteres Beispiel ist der Ansatz von Zettel nicht in der Lage, die Ursache des Riemenschlupfes zu identifizieren. Riemenschlupf kann aufgrund unzureichender Spannung in dem Riemen verursacht werden, welche Verbrennungskurbel- und Drehmomentaufladungsereignisse verschlechtert. Alternativ kann Riemenschlupf aufgrund von erhöhter Spannung in dem Riemen unter allen Bedingungen verursacht werden, die erhöhten Verbrennungsmotor- und Riemenverschleiß verursachen kann. Wenn die Ursache des Riemenschlupfes nicht eindeutig bestimmt wird, kann es schwierig sein, zukünftige Riemenschlupfereignisse zu beheben. Falls Riemenspanner an einen BISG gekoppelt sind, kann die Abgrenzung einer Ursache des Riemenschlupfes auf der Grundlage der Verbrennungsmotordrehzahl oder einer Nebenaggregatdrehzahl durch die Fähigkeit des BISG, Spannung durch Hinzufügen von positivem oder negativem Drehmoment zu dem Riemenantrieb während eines Drehmomentübergangs, z. B. eine plötzliche Erhöhung oder Verringerung des BISG-Drehmoments, zu erhöhen, weiter verkompliziert werden.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die vorstehend erwähnten Probleme erkannt und ein Verbrennungsmotorbetriebsverfahren zum Identifizieren der Verschlechterung eines aktiven Riemenspanners entwickelt. Ein beispielhaftes Verfahren für einen Verbrennungsmotor umfasst: Anpassen eines Betriebszustands eines Riemenspanners, der an einen Antriebsriemen gekoppelt ist; Anpassen eines Betriebszustands eines Riemenspanners, der an einen Antriebsriemen gekoppelt ist; und Angeben von Spannerverschlechterung als Reaktion darauf, dass die Verbrennungsmotorlast nach dem Anpassen unter einem Schwellenwert liegt. Auf diese Weise kann eine Ursache für den Riemenschlupf zuverlässig identifiziert werden, bevor exzessiver Schlupf auftritt, wodurch das rechtzeitige Durchführen von Behebungsmaßnahmen gestattet wird.
  • Als ein Beispiel kann ein Hybridfahrzeugsystem einen Verbrennungsmotor beinhalten, der über Vorbaunebenaggregatriemenantrieb (front end accessory belt drive - FEAD) an einen BISG und ein Nebenaggregat gekoppelt ist. Der Riemenantrieb kann ferner einen aktiven Spanner beinhalten, der zwischen der Verbrennungsmotorkurbelwelle und dem BISG gekoppelt ist. Der aktive Spanner kann ein elektrohydraulischer aktiver Spanner sein, der konfiguriert ist, bei einer niedrigen Spannung, wenn das BISG-Drehmoment unter einem Schwellenwert liegt, und bei einer höheren Spannung, wenn positives oder negatives Drehmoment, das durch den BISG bereitgestellt wird, unter einem anderen Schwellenwert liegt, zu arbeiten. Insbesondere kann während eines Verbrennungsmotorstarts ein Elektromagnet eingeschaltet werden, um den Spanner in einen ausgefahrenen Zustand zu bewegen, wobei der Spanner eine höhere Spannung auf den Riemenantrieb anwendet. Die höhere Spannung ermöglicht die Übertragung von positivem Drehmoment von dem BISG, der als ein Elektromotor arbeitet, um den Verbrennungsmotor zu kurbeln. Während eines Verbrennungsmotorstart-/stoppereignisses kann der Elektromagnet erneut eingeschaltet werden, um den Spanner in den ausgefahrenen Zustand zu bewegen. Die höhere Spannung kann die Übertragung von negativem Drehmoment von dem BISG, der als ein Generator arbeitet, ermöglichen, um den Verbrennungsmotor zu stoppen, während die Verbrennungsmotordrehmomentschwankungen gedämpft werden. Während aller anderen Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen kann der Elektromagnet ausgeschaltet werden, um den Spanner in einen eingezogenen Zustand zu bewegen, wobei der Spanner eine niedrigere Spannung auf den Riemenantrieb anwendet. Während ausgewählter Bedingungen, wie zum Beispiel dann, wenn sich der Verbrennungsmotor in einem stationären Zustand befindet und das BISG-Drehmoment bei oder um null liegt, kann der Spanner aktiv in den ausgefahrenen Zustand bewegt werden und einer oder mehrere Verbrennungsmotordrehmomentparameter, die eine Erhöhung der Verbrennungsmotorlast angeben, können über einen bestimmten Zeitraum überwacht werden. Zum Beispiel kann/können eins oder mehrere eines Ansaugluftstroms, eines Ansaugkrümmerluftdrucks, einer Rate des Verbrennungsmotorkraftstoffverbrauchs und einer Verbrennungsmotordrehmomentausgabe überwacht werden. Wenn die überwachten Parameter innerhalb eines erwarteten Bereichs liegen, kann die gemessene Erhöhung der Verbrennungsmotorlast dem Spanner zugeschrieben werden, der ausgefahren wird und eine erhöhte Spannung auf den Riemenantrieb anwendet, wie beabsichtigt. Wenn die überwachten Parameter unter dem erwarteten Bereich liegen, dann kann abgeleitet werden, dass das Fehlen der Erhöhung der Verbrennungsmotorlast darauf beruht, dass der Spanner nicht ausgefahren wird (z. B. saß der Spanner in dem eingezogenen Zustand fest) und dass der Riemenschlupf aufgrund unzureichender Riemenspannung auftreten kann. Optional kann der Spanner auf ähnliche Weise in den eingezogenen Zustand bewegt werden und es kann abgeleitet werden, dass der Spanner sich nicht eingezogen hat (z. B. saß der Spanner in dem ausgefahrenen Zustand fest), wenn die überwachten Parameter über dem erwarteten Bereich liegen, und ferner, dass Riemenschlupf aufgrund exzessiver Riemenspannung auftreten kann. Dementsprechend können einzelne Behebungsmaßnahmen durchgeführt werden. Zum Beispiel können als Reaktion darauf, dass der Spanner in dem eingezogenen Zustand festsitzt, Unterstützungskraft, die durch den BISG bereitgestellt wird, und Start/Stopp-Funktionen begrenzt werden. Als ein weiteres Beispiel kann als Reaktion darauf, dass der Spanner in dem ausgefahrenen Zustand festsitzt, aufgeladenes Verbrennungsmotordrehmoment begrenzt werden, um Beschädigungen des FEAD-Riemens und der Verbrennungsmotorzapfenlager zu verhindern.
  • Auf diese Weise kann ein aktiver Spanner eines BISG präzise und zuverlässig diagnostiziert werden, wodurch ermöglicht wird, dass Riemenschlupf besser vorhergesagt wird. Der technische Effekt des Bewegens des aktiven Spanners in einen ausgewählten Zustand und des Überwachens einer Änderung der FEAD-Last nach der Bewegung besteht darin, dass der tatsächliche Betriebszustand besser identifiziert werden kann. Unter Verwendung der überwachten Änderung der FEAD-Last zum Vergleichen des tatsächlichen Zustands des Spanners relativ zum befohlenen Zustand kann die Gegenwart überschüssiger Riemenspannung von der Gegenwart unzureichender Riemenspannung unterschieden werden. Folglich können das Auftreten von Riemenschlupf und die wahrscheinliche Ursache des Riemenschlupfes rechtzeitig identifiziert werden. Durch das rechtzeitige Diagnostizieren eines Riemenspanners kann der Zustand des Riemens verbessert werden, wodurch ermöglicht wird, dass die Kraftstoffeffizienzvorteile eines BISG-Systems erweitert werden.
  • Die vorstehenden Vorteile sowie weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung erschließen sich ohne Weiteres aus der folgenden detaillierten Beschreibung, wenn diese alleine für sich oder in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen herangezogen wird.
  • Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben werden. Es ist nicht beabsichtigt, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig in den Patentansprüchen im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile beheben.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotorsystems, das in einem Hybridfahrzeugsystem gekoppelt ist.
    • 2 ist eine schematische Darstellung einer Vorbaunebenaggregatantriebsstruktur, die an ein Verbrennungsmotorsystem eines Hybridfahrzeugsystems gekoppelt ist.
    • 3 zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung eines BISG-FEAD-Systems.
    • 4 ist eine beispielhafte schematische Darstellung eines aktiven FEAD-BISG-Spanners im eingeschalteten und ausgeschalteten Zustand.
    • 5 ist ein Ablaufdiagramm, welches ein beispielhaftes Verfahren zum Anpassen der Spannung in einem FEAD-Antrieb über einen aktiven BISG-Spanner darstellt.
    • 6 ist ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Diagnostizieren eines aktiven BISG-Spanners gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
    • 7 zeigt beispielhafte Änderungen einer Verbrennungsmotorlast über Anpassungen eines aktiven BISG-Spanners und die Diagnose des Spanners auf der Grundlage der Änderung der Verbrennungsmotorlast.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft eine Verbrennungsmotorkraftübertragung, die ein über einen Riemen integriertes Anlasser/Generator(BISG)-System beinhaltet. Ein beispielhafter Verbrennungsmotor, der in einem Hybridfahrzeugsystem gekoppelt ist, wird in 1 gezeigt. Eine Kraftübertragung des Verbrennungsmotors, der das BISG-System beinhaltet, wird in 2 gezeigt. Das BISG-System kann über einen Riemen an einen Vorbaunebenaggregatantrieb (FEAD) gekoppelt sein, der eine Verbrennungsmotorkurbelwelle und eine Nebenaggregatlast beinhaltet, wie in 3 gezeigt. Einer oder mehrere Spanner, wie zum Beispiel der aktive Spanner aus FIG. 4 können zum Variieren der auf den Riemenantrieb angewendeten Spannung verwendet werden. Eine Steuerung kann konfiguriert sein, um eine Steuerroutine, wie zum Beispiel die beispielhafte Routine aus 5, zum Einschalten eines Magneten des aktiven Spanners während ausgewählter Bedingungen, wie zum Beispiel während des Kurbelns des Verbrennungsmotors, durchzuführen, um die auf den Riemenantrieb angewendete Spannung zu erhöhen, wodurch die Verbrennungsmotorlast erhöht wird. Die Steuerung kann ebenfalls konfiguriert sein, um eine Diagnoseroutine, wie zum Beispiel die beispielhafte Routine aus 6, zum Diagnostizieren des aktiven Spanners auf der Grundlage einer Änderung der Verbrennungsmotorlast, wie über einen oder mehrere Parameter, welche die Verbrennungsmotorlast angeben, gemessen, nach dem Einschalten des Magneten durchzuführen. Beispielhafte Anpassungen des Einschaltzustands des Spannermagneten und beispielhafte Änderungen der Verbrennungsmotorlast werden in Bezug auf das prognostische Beispiel aus 7 dargestellt. Auf diese Weise kann durch das zuverlässige Diagnostizieren des Zustands des BISG-Spanners die Start/Stopp-Leistung des Verbrennungsmotors verbessert werden.
  • Es wird auf 1 Bezug genommen, in der ein Verbrennungsmotor 10, der eine Vielzahl von Zylindern umfasst, von denen ein Zylinder in 1 gezeigt ist, durch eine elektronische Motorsteuerung 12 gesteuert wird. Der Verbrennungsmotor 10 besteht aus dem Zylinderkopf 35 und dem Block 33, welche die Brennkammer 30 und die Zylinderwände 32 einschließen. Der Kolben 36 ist darin positioniert und bewegt sich über eine Verbindung mit der Kurbelwelle 40 hin und her. Das Schwungrad 97 und das Hohlrad 99 sind an die Kurbelwelle 40 gekoppelt. Der optionale Anlasser 96 (z. B. eine elektrische Maschine mit Niederspannung (mit weniger als 30 Volt betrieben)) schließt die Ritzelwelle 98 und das Ritzel 95 ein. Die Ritzelwelle 98 kann das Ritzel 95 selektiv vorantreiben, damit es das Hohlrad 99 in Eingriff nimmt. Der Anlasser 96 kann direkt an der Vorderseite des Verbrennungsmotors oder an der Hinterseite des Verbrennungsmotors angebracht sein. In einigen Beispielen kann der Anlasser 96 der Kurbelwelle 40 über einen Riemen oder eine Kette selektiv Drehmoment zuführen. In einem Beispiel befindet sich der Anlasser 96 in einem Grundzustand, wenn er nicht in die Verbrennungsmotorkurbelwelle eingreift. Die Brennkammer 30 ist so gezeigt, dass sie über ein Einlassventil 52 bzw. Auslassventil 54 mit dem Ansaugkrümmer 44 und dem Abgaskrümmer 48 kommuniziert. Jedes Einlass- und Auslassventil kann durch einen Einlassnocken 51 und einen Auslassnocken 53 betrieben werden. Die Position des Einlassnockens 51 kann durch einen Einlassnockensensor 55 bestimmt werden. Die Position des Auslassnockens 53 kann durch den Auslassnockensensor 57 bestimmt werden. Das Einlassventil 52 kann durch die Ventilaktivierungsvorrichtung 59 selektiv aktiviert und deaktiviert werden. Das Auslassventil 54 kann durch die Ventilaktivierungsvorrichtung 58 selektiv aktiviert und deaktiviert werden. Die Ventilaktivierungsvorrichtungen 58 und 59 können elektromechanische Vorrichtungen sein.
  • Der Darstellung nach ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 derart positioniert, dass sie Kraftstoff direkt in den Zylinder 30 einspritzt, was dem Fachmann als Direkteinspritzung bekannt ist. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 gibt proportional zu der Impulsbreite des Signals von der Steuerung 12 flüssigen Kraftstoff ab. Der Kraftstoff wird der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 durch ein Kraftstoffsystem (nicht gezeigt) zugeführt, einschließend einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffzuteiler (nicht gezeigt). In einem Beispiel kann ein zweistufiges Kraftstoffsystem mit Hochdruck verwendet werden, um einen höheren Kraftstoffdruck zu erzeugen.
  • Zusätzlich kommuniziert der Ansaugkrümmer 44 der Darstellung nach mit dem Turboladerverdichter 162 und dem Verbrennungsmotorlufteinlass 42. In anderen Beispielen kann der Verdichter 162 ein Kompressorverdichter sein. Die Welle 161 koppelt die Turboladerturbine 164 mechanisch an den Turboladerverdichter 162. Die optionale elektronische Drossel 62 stellt eine Position der Drosselklappe 64 ein, um den Luftstrom von dem Verdichter 162 zu dem Ansaugkrümmer 44 zu steuern. Der Druck in der Ladedruckkammer 45 kann als ein Drosseleinlassdruck bezeichnet werden, da sich der Einlass der Drossel 62 innerhalb der Ladedruckkammer 45 befindet. Der Drosselauslass befindet sich in dem Ansaugkrümmer 44. In einigen Beispielen können die Drossel 62 und die Drosselklappe 64 derart zwischen dem Einlassventil 52 und dem Ansaugkrümmer 44 positioniert sein, dass es sich bei der Drossel 62 um eine Einlasskanaldrossel handelt. Ein Verdichterrückführungsventil 47 kann selektiv in eine Vielzahl von Positionen zwischen vollständig geöffnet und vollständig geschlossen angepasst werden. Das Wastegate 163 kann über die Steuerung 12 eingestellt werden, damit Abgase die Turbine 164 selektiv umgehen können, um die Drehzahl des Verdichters 162 zu steuern. Das Luftfilter 43 reinigt Luft, die in den Verbrennungsmotorlufteinlass 42 eintritt.
  • Das verteilerlose Zündsystem 88 stellt der Brennkammer 30 als Reaktion auf die Steuerung 12 über die Zündkerze 92 einen Zündfunken bereit. Die Breitbandlambda(Universal Exhaust Gas Oxygen - UEGO)-Sonde 126 ist stromaufwärts des Katalysators 70 an den Abgaskrümmer 48 gekoppelt gezeigt. Alternativ dazu kann die UEGO-Sonde 126 durch eine binäre Lambdasonde ersetzt werden.
  • Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel mehrere Katalysatorbausteine beinhalten. In einem weiteren Beispiel können mehrere Emissionssteuervorrichtungen, die jeweils mehrere Bausteine aufweisen, verwendet werden. Bei dem Katalysator 70 kann es sich in einem Beispiel um einen Dreiwegekatalysator handeln.
  • Die Steuerung 12 wird in 1 als herkömmlicher Mikrocomputer gezeigt, beinhaltend: Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangskanäle 104, Nur-Lese-Speicher 106 (z. B. nichtflüchtiger Speicher), Direktzugriffsspeicher 108, Keep-Alive-Speicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus. Die Steuerung 12 ist als diverse Signale von den an den Verbrennungsmotor 10 gekoppelten Sensoren empfangend dargestellt, zusätzlich zu denjenigen Signalen, die zuvor besprochen wurden, umfassend: Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur (engine coolant temperature - ECT) von dem Temperatursensor 112, der an eine Kühlhülse 114 gekoppelt ist; einen Positionssensor 134, der zum Ertasten der durch einen Fuß 132 ausgeübten Kraft an ein Gaspedal 130 gekoppelt ist; einen Positionssensor 154, der zum Ertasten der durch einen Fuß 152 ausgeübten Kraft an ein Bremspedal 150 gekoppelt ist, eine Messung des Krümmer-Drucks (manifold pressure - MAP) des Verbrennungsmotors von dem Drucksensor 122, der an den Ansaugtrakt 44 gekoppelt ist; einen Verbrennungsmotorpositionssensor von einem Hall-Sensor 118, der die Position einer Kurbelwelle 40 ertastet; eine Messung der in den Verbrennungsmotor eintretenden Luftmasse von dem Sensor 120; und eine Messung der Drosselposition von dem Sensor 68. Der Atmosphärendruck kann ebenfalls zur Verarbeitung durch die Steuerung 12 erfasst werden (Sensor nicht gezeigt). In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Verbrennungsmotorpositionssensor 118 bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine vorbestimmte Anzahl gleichmäßig beabstandeter Impulse, anhand derer sich die Verbrennungsmotordrehzahl (RPM) bestimmen lässt.
  • Während des Betriebs wird jeder Zylinder in dem Verbrennungsmotor 10 typischerweise einem Viertaktzyklus unterzogen: Der Zyklus beinhaltet den Ansaugtakt, den Verdichtungstakt, den Arbeitstakt und den Ausstoßtakt. Während des Ansaugtakts schließt sich im Allgemeinen das Auslassventil 54 und das Einlassventil 52 öffnet sich. Luft wird über den Ansaugkrümmer 44 in die Brennkammer 30 eingebracht und der Kolben 36 bewegt sich zum Boden des Zylinders, um das Volumen innerhalb der Brennkammer 30 zu erhöhen. Die Position, an der sich der Kolben 36 nahe dem Boden des Zylinders und am Ende seines Takts befindet (z. B. wenn die Brennkammer 30 ihr größtes Volumen aufweist), wird vom Fachmann üblicherweise als unterer Totpunkt (UT) bezeichnet.
  • Während des Verdichtungstakts sind das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich in Richtung des Zylinderkopfes, um die Luft innerhalb der Brennkammer 30 zu verdichten. Der Punkt, an dem sich der Kolben 36 am Ende seines Takts und dem Zylinderkopf am nächsten befindet (z. B. wenn die Brennkammer 30 ihr geringstes Volumen aufweist), wird vom Fachmann typischerweise als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet. In einem nachfolgend als Einspritzen bezeichneten Prozess wird Kraftstoff in die Brennkammer eingeführt. In einem nachfolgend als Zündung bezeichneten Prozess wird der eingespritzte Kraftstoff durch bekannte Zündmittel, wie etwa eine Zündkerze 92, gezündet, was zur Verbrennung führt.
  • Während des Arbeitstakts drücken die sich ausdehnenden Gase den Kolben 36 zurück zum UT. Die Kurbelwelle 40 wandelt Kolbenbewegungen in ein Drehmoment der Drehwelle um. Schließlich öffnet sich das Auslassventil 54 während des Ausstoßtakts, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch an den Abgaskrümmer 48 abzugeben, und der Kolben kehrt zum OT zurück. Es ist zu beachten, dass Vorstehendes lediglich als Beispiel dient und dass die Zeitpunkte für das Öffnen und/oder Schließen des Einlass- und Auslassventils variieren können, wie etwa, um eine positive oder negative Ventilüberschneidung, ein spätes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele bereitzustellen.
  • 2 ist ein Blockdiagramm eines Fahrzeugs 225, das einen Antriebsstrang oder eine Kraftübertragung 200 beinhaltet. Der Antriebsstrang aus 2 beinhaltet den in 1 gezeigten Verbrennungsmotor 10. Der Antriebsstrang 200 wird so gezeigt, dass er die Fahrzeugsystemsteuerung 255, die Verbrennungsmotorsteuerung 12, die Steuerung 252 der elektrischen Maschine, die Getriebesteuerung 254, die Steuerung 253 der Energiespeichervorrichtung und die Bremssteuerung 250 einschließt. Die Steuerungen können über das Controller Area Network (CAN) 299 kommunizieren. Jede der Steuerungen kann Informationen für andere Steuerungen bereitstellen, wie etwa Drehmomentausgabegrenzen (z. B. wird die Drehmomentausgabe der Vorrichtung oder Komponente gesteuert, um nicht überschritten zu werden), Drehmomenteingabegrenzen (z. B. wird die Drehmomenteingabe der Vorrichtung oder Komponente gesteuert, um nicht überschritten zu werden), Drehmomentausgabe der gesteuerten Vorrichtung, Sensor- und Aktordaten, Diagnoseinformationen (z. B. Informationen im Hinblick auf ein beeinträchtigtes Getriebe, Informationen im Hinblick auf einen beeinträchtigten Verbrennungsmotor, Informationen im Hinblick auf eine beeinträchtigte elektrische Maschine, Informationen im Hinblick auf beeinträchtigte Bremsen). Ferner kann die Fahrzeugsystemsteuerung 255 Befehle für die Verbrennungsmotorsteuerung 12, die Steuerung 252 der elektrischen Maschine, die Getriebesteuerung 254 und die Bremssteuerung 250 bereitstellen, um Fahrereingabeanforderungen und andere Anforderungen zu erfüllen, die auf Fahrzeugbetriebsbedingungen basieren.
  • Zum Beispiel kann die Fahrzeugsystemsteuerung 255 als Reaktion darauf, dass ein Fahrer ein Gaspedal loslässt, und auf die Fahrzeuggeschwindigkeit ein gewünschtes Raddrehmoment oder ein Radleistungsniveau anfordern, um einen gewünschten Grad der Fahrzeugverlangsamung bereitzustellen. Das erwünschte Raddrehmoment kann durch die Fahrzeugsystemsteuerung 255 bereitgestellt werden, die ein erstes Bremsmoment von der Steuerung der elektrischen Maschine 252 und ein zweites Bremsmoment von der Bremssteuerung 250 anfordert, wobei das erste und zweite Drehmoment das erwünschte Bremsmoment an den Fahrzeugrädern 216 bereitstellen.
  • In anderen Beispielen kann die Aufteilung der Steuerung von Antriebsstrangvorrichtungen anders aufgeteilt werden als in 2 gezeigt. Zum Beispiel kann eine einzelne Steuerung den Platz der Fahrzeugsystemsteuerung 255, der Verbrennungsmotorsteuerung 12, der Steuerung 252 der elektrischen Maschine, der Getriebesteuerung 254 und der Bremssteuerung 250 einnehmen. Alternativ können die Fahrzeugsystemsteuerung 255 und die Verbrennungsmotorsteuerung 12 eine einzelne Einheit sein, während die Steuerung 252 der elektrischen Maschine, die Getriebesteuerung 254 und die Bremssteuerung 250 eigenständige Steuerungen sind.
  • In diesem Beispiel kann der Antriebsstrang 200 durch den Verbrennungsmotor 10 angetrieben werden. Der Verbrennungsmotor 10 kann mit einem Verbrennungsmotorstartsystem gestartet werden, das einen über einen Riemen integrierten Anlasser/Generator (BISG) 219 beinhaltet. Wie unter Bezugnahme auf 3 ausgearbeitet, kann der BISG 219 über einen Riemen an einen Vorbaunebenaggregatantrieb (FEAD) 236 gekoppelt sein, der eine Verbrennungsmotorkurbelwelle 238 und eine Nebenaggregatlast (wie zum Beispiel ein Klimaanlagensystem, nicht gezeigt) beinhaltet. Ferner kann das Drehmoment des Verbrennungsmotors 10 über einen Drehmomentaktor 204, wie zum Beispiel eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, eine Drossel usw. angepasst werden. Der BISG ist über den Riemen 231 mechanisch an den Verbrennungsmotor 10 gekoppelt. Der BISG kann an die Kurbelwelle 40 oder eine Nockenwelle (z. B. 51 oder 53) gekoppelt sein. Der BISG kann als ein Elektromotor betrieben werden, wenn er über die Speichervorrichtung 275 für elektrische Energie oder die Niederspannungsbatterie 280 mit elektrischer Leistung versorgt wird. Der BISG kann als ein Generator betrieben werden, der elektrische Leistung an die Speichervorrichtung 275 für elektrische Energie oder die Niederspannungsbatterie 280 leitet. Der bidirektionale Gleichspannungswandler 281 kann elektrische Energie von einem Hochspannungsbus 274 an einen Niederspannungsbus 273 oder umgekehrt übertragen. Die Niederspannungsbatterie 280 ist elektrisch an den Niederspannungsbus 273 gekoppelt. Die Speichervorrichtung 275 für elektrische Energie ist elektrisch an den Hochspannungsbus 274 gekoppelt. Die Niederspannungsbatterie 280 leitet elektrische Energie selektiv zu dem Anlasser/Elektromotor 96.
  • Verbrennungsmotorausgangsdrehmoment wird entlang der Kraftübertragung an die Fahrzeugräder 216 zum Antreiben des Fahrzeugs 225 übertragen. Insbesondere wird Verbrennungsmotorausgangsdrehmoment entlang der Eingangswelle 237 an den Drehmomentwandler 206 übertragen, wo Drehmomentverstärkung auftreten kann. Der Verbrennungsmotor 10 ist an die Drehmomentwandler-Kraftübertragungsausrückkupplung 235 gekoppelt. Ein Dämpfer 265 kann zwischen dem Verbrennungsmotor 10 und der Ausrückkupplung 235 enthalten sein, um durch Verbrennungsmotordrehmomentschwankungen verursachte NVH zu reduzieren. Die Ausrückkupplung 235 kann elektrisch oder hydraulisch betätigt werden.
  • Der Drehmomentwandler 206 schließt eine Turbine 286 ein, um Drehmoment an eine Eingangswelle 270 auszugeben. Die Eingangswelle 270 koppelt den Drehmomentwandler 206 mechanisch an das Automatikgetriebe 208. Der Drehmomentwandler 206 schließt außerdem eine Drehmomentwandler-Bypass-Überbrückungskupplung 212 (torque converter bypass lock-up clutch - TCC) ein. Das Drehmoment wird direkt von dem Pumpenrad 285 an die Turbine 286 übertragen, wenn die TCC verriegelt ist. Die TCC wird von der Steuerung 12 elektrisch betrieben. Alternativ kann die TCC hydraulisch verriegelt werden. In einem Beispiel kann der Drehmomentwandler als eine Komponente des Getriebes bezeichnet werden.
  • Wenn die Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 212 vollständig gelöst ist, überträgt der Drehmomentwandler 206 über einen Fluidtransfer zwischen der Drehmomentwandlerturbine 286 und dem Drehmomentwandlerlaufrad 285 Verbrennungsmotordrehmoment an das Automatikgetriebe 208, wodurch eine Drehmomentsteigerung ermöglicht wird. Wenn die Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 212 im Gegensatz dazu vollständig eingekuppelt ist, so wird das Ausgangsdrehmoment des Verbrennungsmotors über die Drehmomentwandler-Kupplung direkt auf eine Eingangswelle 270 des Getriebes 208 übertragen. Alternativ dazu kann die Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 212 teilweise eingekuppelt werden, wodurch ermöglicht wird, die Höhe des Drehmoments, das direkt an das Getriebe weitergegeben wird, einzustellen. Die Getriebesteuerung 254 kann dazu konfiguriert sein, die Höhe des von dem Drehmomentwandler 212 übertragenen Drehmoments einzustellen, indem die Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung als Reaktion auf verschiedene Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen oder auf Grundlage einer fahrerbasierten Verbrennungsmotorbetriebsanforderung eingestellt wird.
  • Der Drehmomentwandler 206 schließt außerdem die Pumpe 283 ein, die Fluid mit Druck beaufschlagt, um die Ausrückkupplung 235, die Vorwärtskupplung 210 und die Getriebekupplungen 211 zu betreiben. Die Pumpe 283 wird über das Pumpenrad 285 angetrieben.
  • Das Automatikgetriebe 208 schließt Getriebekupplungen (z. B. die Gänge 1-10) 211 und die Vorwärtskupplung 210 ein. Das Automatikgetriebe 208 ist ein Getriebe mit fester Übersetzung. Die Getriebekupplungen 211 und die Vorwärtskupplung 210 können selektiv eingekuppelt werden, um ein Verhältnis einer tatsächlichen Gesamtzahl von Umdrehungen der Eingangswelle 270 zu einer tatsächlichen Gesamtzahl von Umdrehungen der Räder 216 zu ändern. Die Getriebekupplungen 211 können über das Einstellen von Fluid, das den Kupplungen über Schaltsteuermagnetventile 209 zugeführt wird, eingekuppelt oder ausgekuppelt werden. Die Drehmomentausgabe aus dem Automatikgetriebe 208 kann außerdem an die Räder 216 weitergegeben werden, um das Fahrzeug über die Ausgangswelle 260 anzutreiben. Konkret kann das Automatikgetriebe 208 ein Eingangsantriebsdrehmoment an der Eingangswelle 270 als Reaktion auf eine Fahrbedingung des Fahrzeugs übertragen, bevor ein Ausgangsantriebsdrehmoment auf die Räder 216 übertragen wird. Die Getriebesteuerung 254 aktiviert selektiv die TCC 212, die Getriebekupplungen 211 und die Vorwärtskupplung 210 oder kuppelt diese ein. Die Getriebesteuerung deaktiviert außerdem selektiv die TCC 212, die Getriebekupplungen 211 und die Vorwärtskupplung 210 oder kuppelt diese aus.
  • Ferner kann durch das Betätigen der Reibungsradbremsen 218 eine Reibungskraft an den Rädern 216 angelegt werden. In einem Beispiel können die Reibungsradbremsen 218 als Reaktion darauf betätigt werden, dass der Fahrer mit seinem Fuß auf ein Bremspedal (nicht gezeigt) drückt und/oder als Reaktion auf Anweisungen in der Bremssteuerung 250. Ferner kann die Bremssteuerung 250 die Bremsen 218 als Reaktion auf Informationen und/oder Anforderungen von der Fahrzeugsystemsteuerung 255 betätigen. Gleichermaßen kann eine Reibungskraft auf die Räder 216 reduziert werden, indem die Radbremsen 218 als Reaktion darauf gelöst werden, dass der Fahrer den Fuß von einem Bremspedal nimmt sowie als Reaktion auf Anweisungen von der Bremssteuerung und/oder Anweisungen und/oder Informationen von der Fahrzeugsystemsteuerung. Zum Beispiel können die Fahrzeugbremsen als Teil eines automatisierten Verbrennungsmotoranhaltvorgangs über die Steuerung 250 eine Reibungskraft an den Rädern 216 anlegen.
  • Als Reaktion auf eine Anfrage zum Beschleunigen des Fahrzeugs 225 kann die Fahrzeugsystemsteuerung ein Fahrerbedarfsdrehmoment oder eine Leistungsanforderung von einem Gaspedal oder einer anderen Vorrichtung erhalten. Die Fahrzeugsystemsteuerung 255 weist dann einen Teil des angeforderten Fahrerbedarfsdrehmoments dem Verbrennungsmotor und den restlichen Teil dem BISG zu. Die Fahrzeugsystemsteuerung 255 fordert das Verbrennungsmotordrehmoment von der Verbrennungsmotorsteuerung 12 und das BISG-Drehmoment von der Steuerung 252 der elektrischen Maschine an. Wenn das BISG-Drehmoment plus das Verbrennungsmotordrehmoment kleiner ist als eine Getriebeeingangsdrehmomentgrenze (z. B. ein Schwellenwert, der nicht überschritten werden soll), wird das Drehmoment an den Drehmomentwandler 206 abgegeben, der dann mindestens einen Teil des angeforderten Drehmoments an die Getriebeeingangswelle 270 weitergibt. Die Getriebesteuerung 254 verriegelt selektiv die Drehmomentwandler-Kupplung 212 und nimmt Zahnräder über die Getriebekupplungen 211 als Reaktion auf Schaltpläne und TCC-Überbrückungspläne in Eingriff, die auf dem Eingangswellendrehmoment und der Fahrzeuggeschwindigkeit basieren können. Unter einigen Bedingungen kann, wenn es erwünscht ist, die Speichervorrichtung 275 für elektrische Energie aufzuladen, ein Ladedrehmoment (z. B. ein negatives BISG-Drehmoment) erforderlich sein, während ein Fahrerbedarfsdrehmoment vorliegt, das nicht null ist. Die Fahrzeugsystemsteuerung 255 kann ein erhöhtes Verbrennungsmotordrehmoment anfordern, um das Ladedrehmoment zu überwinden, damit es dem Fahrerbedarfsdrehmoment entspricht.
  • Als Reaktion auf eine Anfrage zum Abbremsen des Fahrzeugs 225 und zum Bereitstellen eines regenerativen Bremsens kann die Fahrzeugsystemsteuerung ein negatives gewünschtes Raddrehmoment auf Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Bremspedalposition bereitstellen. Die Fahrzeugsystemsteuerung 255 weist dann einen Teil des negativen gewünschten Raddrehmoments dem BISG 219 (z. B. gewünschtes Raddrehmoment des Antriebs) und den restlichen Teil den Reibbremsen 218 (z. B. gewünschtes Raddrehmoment der Reibbremse) zu. Ferner kann die Fahrzeugsystemsteuerung die Getriebesteuerung 254 benachrichtigen, dass sich das Fahrzeug in einem regenerativen Bremsmodus befindet, sodass die Getriebesteuerung 254 die Gänge 211 auf Grundlage eines einzigartigen Schaltplans wechselt, um die Regenerationseffizienz zu erhöhen. Der BISG 219 führt der Getriebeeingangswelle 270 ein negatives Drehmoment zu, aber das negative Drehmoment, das von dem BISG 219 bereitgestellt wird, kann durch die Getriebesteuerung 254 begrenzt werden, welche eine Grenze für das negative Drehmoment der Getriebeeingangswelle ausgibt (z. B. ein Schwellenwert, der nicht überschritten werden soll). Ferner kann das negative Drehmoment des BISG 219 auf der Grundlage der Betriebsbedingungen der Speichervorrichtung 275 für elektrische Energie, durch die Fahrzeugsystemsteuerung 255 oder die Steuerung 252 der elektrischen Maschine begrenzt sein (z. B. beschränkt auf weniger als einen Schwellenwert für ein negatives Schwellendrehmoment). Ein beliebiger Teil eines gewünschten negativen Raddrehmoments, der aufgrund von Grenzen des Getriebes oder des BISG nicht von dem BISG 219 bereitgestellt werden kann, kann den Reibbremsen 218 zugewiesen werden, sodass das gewünschte Raddrehmoment durch eine Kombination des negativen Raddrehmoments von den Reibbremsen 218 und dem BISG 219 bereitgestellt wird.
  • Dementsprechend kann die Drehmomentsteuerung der verschiedenen Antriebskomponenten durch die Fahrzeugsystemsteuerung 255 mit einer lokalen Drehmomentsteuerung für den Verbrennungsmotor 10, das Getriebe 208, den BISG 219 und die Bremsen 218 überwacht werden, die über die Verbrennungsmotorsteuerung 12, die Steuerung 252 der elektrischen Maschine, die Getriebesteuerung 254 und die Bremssteuerung 250 bereitgestellt wird.
  • Als ein Beispiel kann eine Verbrennungsmotordrehmomentausgabe durch das Einstellen einer Kombination aus Zündzeitpunkt, Kraftstoffimpulsbreite, Kraftstoffimpulstaktung und/oder Luftladung gesteuert werden, indem die Drosselöffnung und/oder Ventilsteuerung, der Ventilhub und der Ladedruck für per Turbolader oder Kompressor geladene Verbrennungsmotoren gesteuert werden. Im Falle eines Dieselmotors kann die Steuerung 12 die Verbrennungsmotordrehmomentausgabe durch das Steuern einer Kombination aus Kraftstoff-Impulsbreite, Kraftstoffimpulstaktung und Luftladung steuern. In allen Fällen kann die Verbrennungsmotorsteuerung auf einer Zylinder-für-Zylinder-Basis erfolgen, um den Verbrennungsmotordrehmomentausgang zu steuern.
  • Die Steuerung 252 der elektrischen Maschine kann die Drehmomentausgabe und die Erzeugung elektrischer Energie von dem BISG 219 steuern, indem sie den Strom anpasst, der zu und von Feld- und/oder Ankerwicklungen des BISG fließt, wie es im Fach bekannt ist.
  • Die Getriebesteuerung 254 empfängt die Getriebeeingangswellenposition über den Positionssensor 271. Die Getriebesteuerung 254 kann die Getriebeeingangswellenposition über die Differenzierung eines Signals von dem Positionssensor 271 oder das Zählen einer Anzahl bekannter Winkeldistanzimpulse für ein vorher festgelegtes Zeitintervall zu einer Eingangswellendrehzahl umwandeln. Die Getriebesteuerung 254 kann das Getriebeausgangswellendrehmoment von dem Drehmomentsensor 272 empfangen. Alternativ kann der Sensor 272 einem Positionssensor oder Drehmoment- und Positionssensoren entsprechen. Wenn der Sensor 272 ein Positionssensor ist, kann die Steuerung 254 Wellenpositionsimpulse über ein vorher festgelegtes Zeitintervall zählen, um die Getriebeausgangswellengeschwindigkeit zu bestimmen. Die Getriebesteuerung 254 kann zudem die Getriebeausgangswellengeschwindigkeit differenzieren, um die Getriebeausgangswellenbeschleunigung zu bestimmen. Die Getriebesteuerung 254, die Verbrennungsmotorsteuerung 12 und die Fahrzeugsystemsteuerung 255 können außerdem zusätzliche Getriebeinformationen von den Sensoren 277 empfangen, welche unter anderem Drucksensoren der Pumpenausgangsleitung, hydraulische Drucksensoren des Getriebes (z. B. Fluiddrucksensoren der Getriebekupplung), BISG-Temperatursensoren und Umgebungstemperatursensoren einschließen können.
  • Die Bremssteuerung 250 empfängt Raddrehzahlinformationen über den Raddrehzahlsensor 221 und Bremsanforderungen von der Fahrzeugsystemsteuerung 255. Die Bremssteuerung 250 kann außerdem Bremspedalpositionsinformationen von dem Bremspedalsensor 154, der in 1 gezeigt wird, direkt oder über CAN 299 empfangen. Die Bremssteuerung 250 kann das Bremsen als Reaktion auf einen Raddrehmomentbefehl von der Fahrzeugsystemsteuerung 255 bereitstellen. Die Bremssteuerung 250 kann außerdem ein Antiblockier- und Fahrzeugstabilitätsbremsen bereitstellen, um das Bremsen und die Stabilität des Fahrzeugs zu verbessern. Daher kann die Bremssteuerung 250 eine Grenze des Raddrehmoments (z. B. einen Schwellenwert für das negative Raddrehmoment, der nicht überschritten werden soll) für die Fahrzeugsystemsteuerung 255 bereitstellen, sodass ein negatives BISG-Drehmoment nicht dazu führt, dass die Grenze des Raddrehmoments überschritten wird. Zum Beispiel wird das BISG-Drehmoment, wenn die Steuerung 250 eine Grenze für das negative Raddrehmoment von 50 Nm ausgibt, eingestellt, um an den Rädern weniger als 50 Nm (z. B. 49 Nm) negatives Drehmoment bereitzustellen, einschließend die Berücksichtigung des Übersetzungsgetriebes.
  • Somit stellt das System aus den 1 und 2 ein System bereit, das Folgendes umfasst: einen Verbrennungsmotor; ein Getriebe, das an den Verbrennungsmotor gekoppelt ist; einen Elektromotor/Generator, der über einen Riemen an den Verbrennungsmotor gekoppelt ist; eine Ausrückkupplung, die in einer Kraftübertrag zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Drehmomentwandler positioniert ist; eine Speichervorrichtung für elektrische Energie, die elektrisch an den BISG-Elektromotor/Generator gekoppelt ist; und eine Fahrzeugsystemsteuerung, die ausführbare Anweisungen beinhaltet, die in einem nichtflüchtigen Speicher zu ROM gespeichert sind.
  • 3 ist eine beispielhafte schematische Darstellung eines BISG-Systems 300. In einem Beispiel beinhaltet das BISG-System den BISG 219, der an den FEAD 236 aus 2 gekoppelt ist. Das BISG-System 300 kann als eine Riemengetriebevorrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Hybridfahrzeugsystems enthalten sein.
  • Das BISG-System 300 beinhaltet einen einzelnen FEAD-Antriebsriemen 331, der reibschlüssig an jede einer BISG-Riemenscheibe 303 des BISG 330 sowie die Kurbelwellenriemenscheibe 301 der Verbrennungsmotorkurbelwelle 332 gekoppelt ist. Der Riemen 331 ist ebenfalls reibschlüssig an die Riemenscheibe für eine Nebenaggregatlast des Verbrennungsmotors gekoppelt, hier als AC-Kupplungsriemenscheibe 302 eines Klimaanlagen(air conditioning - AC)-Systems 334 dargestellt.
  • Der Antriebsriemen 331 kann ein Riemen auf Polyesterfaserbasis sein. In einigen Beispielen kann das Riemenmaterial auf einen kevlarfaserbasierten Riemen verbessert werden. Im Gegensatz zur Lichtmaschine ist der BISG 330 in der Lage, sowohl ein positives als auch ein negatives Drehmoment zu produzieren. Ferner dient der BISG als ein Generator höherer Leistung (z. B. 4 kW oder 2 kW) und ist in der Lage, signifikantes positives Drehmoment zu produzieren. Als ein Ergebnis wird die FEAD-Riemenspannung erhöht, wenn eine Lichtmaschine durch einen BISG ersetzt wird. Die Erhöhung der FEAD-Riemenspannung kann zu einer Erhöhung der Seitenlast der Kurbelwellenriemenscheibe 301 auf die Kurbelwellenzapfenlager führen. Dies kann eine Verbesserung der Kurbelwellenzapfenlager erfordern, um die erhöhte Last zu handhaben, sowie eine Verbesserung des Riemenmaterials (z. B. zu einer Kevlarfaser).
  • Der Antriebsriemen 331 beinhaltet einen oder mehrere Spanner zum Variieren einer Riemenspannung, wenn Lasten und Drehmomente, die auf den Riemenantrieb angewendet werden, variieren. Auf der Grundlage dessen, ob der Riemen angetrieben wird oder antreibt, und ferner auf der Grundlage der Riemenscheibe (Kurbelwellenriemenscheibe oder BISG-Riemenscheibe), welche das Drehmoment antreibt, kann die Spannung des Riemens variieren, was zu einer schlaffen Seite und einer gespannten Seite führt. Man betrachte zum Beispiel eine erste Spanne 315 des Antriebsriemens 331 (zwischen der Kurbelwellenriemenscheibe 301 und der BISG-Riemenscheibe 303) relativ zu einer zweiten Spanne 316 des Antriebsriemens 331 (zwischen der BISG-Riemenscheibe 303 und einer AC-Kupplungsriemenscheibe 302). Wenn Drehmoment von der BISG-Riemenscheibe 303 zum Rotieren der Kurbelwellenriemenscheibe 301 übertragen wird, wie zum Beispiel dann, wenn sich der BISG in einem Elektromotormodus befindet, weist die zweite Spanne 316 (auf der Grundlage der in 3 gezeigten Rotationsrichtung) weniger Spannung auf als die erste Spanne 315. Während derartiger Bedingungen können der eine oder die mehreren Spanner verwendet werden, um Spannung auf die erste Spanne 315 anzuwenden oder die Spannung auf der zweiten Spanne 316 zu reduzieren. Wenn in Vergleich dazu Drehmoment von der Kurbelwellenriemenscheibe 301 zum Rotieren der BISG-Riemenscheibe 303 übertragen wird, wie zum Beispiel dann, wenn sich der BISG in einem Generatormodus befindet, weist die erste Spanne 315 (auf der Grundlage der in 3 gezeigten Rotationsrichtung) weniger Spannung auf als die zweite Spanne 316. Während derartiger Bedingungen können der eine oder die mehreren Spanner verwendet werden, um Spannung auf die zweite Spanne 316 anzuwenden oder die Spannung auf der ersten Spanne 315 zu reduzieren.
  • Als ein Beispiel kann der Antriebsriemen 331 einen passiven Spanner 306 beinhalten. Daher sind passive Spanner konfiguriert, um Schlaffheit in allen Segmenten der Antriebsriemen aufzunehmen, während andere Spannelemente, einschließlich Spannriemenscheiben, Räder oder aktive Spanner, Schlaffheit bei ausgewählten Betriebszeiten in anderen Segmenten des Antriebsriemens aufgreifen. Passive Spanner beinhalten eine Feder mit einem integrierten Dämpfer. Der passive Spanner 306 umfasst eine Linearfeder (oder einen Dämpfer) 310, die an eine Reitriemenscheibe 313 zum Reiten auf dem Antriebsriemen 331 und eine Spannriemenscheibe 314 gekoppelt ist. Der passive Spanner kann an einer Verbrennungsmotorkomponente über die Spannriemenscheibe 314 montiert sein, um Schlaffheit in der zweiten Spanne 316 des FEAD-Riemens aufzugreifen, während sich der BISG in positivem oder negativem Drehmoment befindet. In anderen Beispielen kann ein Drehfederdämpfer verwendet werden. Der passive Spanner 306 ist zwischen der AC-Kupplungsriemenscheibe 302 und der BISG-Riemenscheibe 303 an den Antriebsriemen 331 gekoppelt. Die Feder 310 wendet eine Anpassungskraft an, welche die Feder 310 in die Richtung vorspannt, in welche die Reitriemenscheibe 313 gedrückt oder gegen den Riemen 331 rotiert wird, wodurch eine beliebige Änderung der Spannung der zweiten Spanne 316 des Antriebsriemens absorbiert wird.
  • Der Antriebsriemen 331 beinhaltet ferner einen aktiven Spanner 305. Somit beinhaltet die dargestellte Ausführungsform mehrere Spannvorrichtungen im Gegensatz zu herkömmlichen FEAD-Systemen, die eine Lichtmaschine beinhalten und einen einzelnen Spanner auf einer schlaffen Seite der Lichtmaschine aufweisen. Es versteht sich, dass in alternativen Ausführungsformen der Antriebsriemen eine einzelne bidirektionale Spannvorrichtung beinhalten kann. In dem dargestellten Beispiel wird der aktive Spanner elektrisch angetrieben, obwohl man verstehen wird, dass der Spanner in alternativen Ausführungsformen hydraulisch oder pneumatisch angetrieben werden kann. Der aktive Spanner 305 kann in der Lage sein, eine niedrigere Spannung aufrechtzuerhalten oder auf diese zu steuern, wenn das BISG-Drehmoment unter einem Schwellenwert liegt, indem die Vorrichtung vor der Erhöhung des Drehmoments betätigt wird und indem Verbrennungsmotorverbrennungsschwankungen zugelassen werden, um zu bewirken, dass der aktive Spanner vor der befohlenen Drehmomenterhöhung ausgefahren wird. In einem Beispiel, während des Leerlaufs und vor der Verbrennungsmotorabschaltung, kann der Aktor ausgefahren werden, um die Riemenspannung zu erhöhen, und somit wird der Spanner während der Verbrennungsmotorabschaltung in seinem ausgefahrenen Zustand gehalten. Daher kann die Riemenspannung beim Verbrennungsmotorneustart in Abhängigkeit von dem BISG-Drehmomentzustand beibehalten oder reduziert werden. Zum Beispiel kann die Riemenspannung durch das Deaktivieren des Spanners reduziert werden, wenn sich der BISG in einem Zustand niedrigen Drehmoments befindet. In einem anderen Beispiel kann die Riemenspannung durch das Betätigen des Spanners beibehalten werden, wenn der BISG unter einem Zustand hohen Drehmoments betrieben wird. Alternativ kann der aktive Spanner 305 ebenfalls bei einer höheren Spannung betrieben werden, wenn das positive oder negative BISG-Drehmoment unter einem oder mehreren Schwellenwerten liegt. Das heißt, die positiven und negativen Drehmomentschwellenwerte können unterschiedlich und eine Funktion des Verbrennungsmotorbetriebspunkts sein, einschließlich Verbrennungsmotordrehzahl, -last und FEAD-Wärmebedingungen. Ferner kann der Grad der Riemenspannung eine Funktion des gewünschten maximalen BISG-Drehmoments in entweder positiven oder negativen Drehmomentmodi sein. Darüber hinaus hängt die Riemenspannung ebenfalls von anderen Faktoren ab, zum Beispiel kann der Wärmezustand des Riemens/der Riemenscheibe das maximale Drehmoment begrenzen, das der Riemen übertragen kann.
  • Der aktive Spanner 305 ist konfiguriert, um die Spannung in der ersten Spanne 315 des Antriebsriemens 331 zwischen der Verbrennungsmotorkurbelwellenriemenscheibe 301 und der BISG-Riemenscheibe 303 zu variieren. Aktive Spanner sind in der Lage, aktiv oder automatisch mit dem Antriebsriemen 331 in Eingriff zu treten. Der aktive Spanner 305 beinhaltet eine Spannriemenscheibe 312, einen Vorspannmechanismus, der hier als eine Feder 307 dargestellt ist, einen Kolben, der an die untere Kammer 319 gekoppelt ist, und einen Elektromagneten 317. Der Elektromagnet 317 ist an die Verbrennungsmotorsteuerung 12 gekoppelt und kann als Reaktion auf ein Steuersignal, das von der Steuerung 12 empfangen wird, eingeschaltet oder ausgeschaltet werden. Die Feder 307 ist über die Montagestruktur 321 an die Spannriemenscheibe 312 gekoppelt und über eine obere Montagestruktur 320 an eine Verbrennungsmotorkomponente (wie zum Beispiel ein Getriebe, Abgaskrümmer usw.), gekoppelt. Als Reaktion auf das Einschalten des Magneten 317 kann Öl von einer oberen Kammer 318 in die untere Kammer 319 bewegt werden, wodurch eine Position des Kolbens des aktiven Spanners verriegelt wird, wie in 4 ausgearbeitet. Die Komponente 308 wird zum Begrenzen der Seite-zu-Seite-Bewegung der Spannriemenscheibe 312 und der Riemenscheibenachse 322 verwendet. Außerdem hält die dreieckige Struktur die Komponente 308, die Spannriemenscheibe 312 und die untere Montagestruktur 321 zusammen und wird zum Beschränken der Bewegung der Spannriemenscheibe 312 und der Riemenscheibenachse 322 verwendet.
  • In dem dargestellten Beispiel ist der aktive Spanner 305 ein elektrohydraulischer Spanner, der über die Betätigung des Elektromagneten 317 betrieben wird. Wenn der Magnet nicht eingeschaltet ist, verhält sich der aktive Spanner 305 wie ein passiver linearer hydraulischer Dämpfer, der Hydraulikfluid die Bewegung von einer Seite eines Kolbens in einer unteren Kammer 319 zu der anderen Seite als eine Funktion des Druckunterschieds über den Kolben hinweg gestattet.
  • Während eines Verbrennungsmotorstarts, wenn ein beginnendes Drehmoment aufgrund des Elektromotormodus des BISG 330 durch die BISG-Riemenscheibe 303 an den Riemen 331 weitergegeben wird, rotiert das weitergegebene beginnende Drehmoment die Kurbelwellenriemenscheibe 301 und somit weist die zweite Spanne 316 (auf der Grundlage der in 3 gezeigten Rotationsrichtung) eine niedrigere Spannung als die erste Spanne 315 auf. Um die Spannung auf der schlaffen Seite (erste Spanne 315) zu erhöhen, wird der Magnet 317 des aktiven Spanners 305 eingeschaltet, um die Feder 307 auszufahren, als ein Ergebnis wird die Spannriemenscheibe 312 in operativen Eingriff mit der ersten Spanne 315 des Antriebsriemens 331 gebracht. Nachdem der Verbrennungsmotor gestartet worden ist, wenn zum Beispiel Drehmoment, das über die Kurbelwellenriemenscheibe 301 übertragen wird, dazu führt, dass die Verbrennungsmotordrehzahl einen Schwellenwert (z. B. 400 RPM) übersteigt, wird das Verbrennungsmotorkurbeldrehmoment durch das Deaktivieren des BISG 330 von dem Riemen 331 entfernt. Bei diesem Zeitpunkt wird der Magnet 317 ausgeschaltet, derart, dass die Feder 307 eingezogen wird, wodurch bewirkt wird, dass die Spannriemenscheibe 312 aus dem operativen Eingriff mit der ersten Spanne 315 gelöst wird, wodurch die Spannung auf dieser Spanne des Riemens reduziert wird.
  • Während Bedingungen, bei welchen überschüssiges Drehmoment durch den Verbrennungsmotor erzeugt wird und das überschüssige Drehmoment zum Betreiben des BISG 330 als einen Elektromotor (zum Laden einer Batterie) verwendet wird, wird ein Elektromotordrehmoment durch die Kurbelwellenriemenscheibe 301 an den Riemen 331 übertragen, um die BISG-Riemenscheibe 303 zu rotieren. Aufgrund des Elektromotormodus des BISG 330 über den Verbrennungsmotor weist die erste Spanne 315 mehr Spannung als die zweite Spanne 316 auf. Die Spannung wird durch den passiven Spanner 306 auf der schlaffen Seite (zweite Spanne 316) automatisch erhöht. Insbesondere spannt die Feder 310 die Spannriemenscheibe 313 in operativen Eingriff mit der zweiten Spanne 316 des Riemens 331 vor. Der Magnet 317 des aktiven Spanners 305 wird ausgeschaltet, um die Feder 307 einzuziehen, als ein Ergebnis wird die Spannriemenscheibe 312 aus dem operativen Eingriff mit der ersten Spanne 315 des Antriebsriemens 331 gelöst.
  • Das selektive Ausfahren und Einziehen des aktiven Spanners erhöht die Nutzungsdauer des Riemens 331, da die Lebensdauer des Riemens umgekehrt proportional zu seiner maximalen Spannung ist.
  • Nun wird auf 4 Bezug genommen, in welcher der Betrieb eines aktiven BISG-FEAD-Spanners gezeigt ist. 4 stellt eine Ausführungsform eines aktiven Spanners 400 mit Einweg-Strömungsports in einer festen Position dar. Zuvor in 3 vorgestellte Komponenten sind ähnlich nummeriert und werden nicht erneut vorgestellt.
  • Der aktive Spanner 400 kann ein elektrohydraulischer aktiver Spanner sein, der durch den Elektromagnet 317 (dargestellt als ein schwarzer Pfeil) angetrieben wird. Der Elektromagnet 317 wird als Reaktion auf ein Signal von einer Verbrennungsmotorsteuerung eingeschaltet oder ausgeschaltet. Der Spanner 400 beinhaltet ein Gehäuse 402, das konfiguriert ist, um ein Hydraulikfluid, wie zum Beispiel Öl, auszunehmen. Ein Raum innerhalb des Gehäuses 402 ist in eine untere Kammer 319, in welcher sich ein Kolben 401 bewegen kann, und eine obere Kammer 318 geteilt. Die Kolbenbewegung wird auf der Grundlage des Öldrucks über den Kolben hinweg bewirkt. Wenn der Druck in der oberen Kammer 318 über jenem der unteren Kammer 319 liegt, wird Öl daher von der oberen Kammer 318 in die untere Kammer 319 strömen. Eine unter Gasdruck stehende Strebe 410 ist innerhalb der oberen Kammer 318 angeordnet, um Kavitation zu minimieren. Die Betätigung des Kolbens betätigt ein Vorspannelement des Spanners, wie zum Beispiel eine Spiralfeder (nicht gezeigt). Die Spiralfeder ist für gewöhnlich an einer äußeren Fläche des Gehäuses 402 angeordnet und erstreckt sich entlang der Länge der oberen und unteren Kammer. Das Öl kann sich von der oberen Kammer 318 über eine erste Strömungsöffnung 408 in die untere Kammer 319 und von der unteren Kammer über eine zweite Strömungsöffnung 409 in die obere Kammer bewegen. Die Strömungsöffnungen 408 und 409 sind jeweils mit einem Einweg-Rückschlagventil ausgestattet, welches dem Fluid die Bewegung in eine Richtung gestattet, d. h. von der oberen in die untere Kammer für die erste Öffnung 408 und von der unteren in die obere Kammer für die zweite Öffnung 409. Ferner ist die zweite Strömungsöffnung 409 ferner ebenfalls mit einem Magneten ausgestattet, der in der Lage ist, die Strömungspfad zu blockieren, wenn er eingeschaltet wird. Bei der Betätigung des Magneten 317 kann sich das Öl nicht länger von der unteren in die obere Kammer bewegen, wodurch Zurückziehen verhindert wird und nur das Ausfahren des Spanners gestattet wird.
  • Wenn der Verbrennungsmotor über den BISG gekurbelt wird (z. B. bei Verbrennungsmotordrehzahlen von 0 RPM bis ungefähr 400 RPM) kann es erforderlich sein, die Riemenspannung in einer Region des Riemens zwischen einer Kurbelwellenriemenscheibe und einer BISG-Riemenscheibe zu erhöhen. Um die Spannung in dieser Region des Riemens zu erhöhen, kann der Elektromagnet 317 eingeschaltet werden, um die Bewegung des Öls in die untere Kammer 319 zu blockieren, um entlang der zweiten Strömungsöffnung 409 und in die obere Kammer 318 zu strömen. Diese höhere Spannung ermöglicht die Übertragung von positivem Drehmoment von dem BISG, der als ein Elektromotor arbeitet, um den Verbrennungsmotor zu kurbeln. In einem Beispiel können Verbrennungsschwankungen während der Rotation des Verbrennungsmotors Vibrationen in dem FEAD-Riemen verursachen, die eine Schwankung der Kraft, die auf die Montagestruktur 321 und die Riemenscheibenachse 322 angewendet wird, verursacht. Diese Schwankungskraft verursacht eine Erhöhung des Drucks des aktiven Spanners. Wenn der Spanner sich in einem nicht aktiven Zustand befindet, dann kann die untere Montagestruktur 321 relativ zu der oberen Montagestruktur 320 nach oben und unten schwanken. Wenn sich der Aktor jedoch im aktiven Zustand befindet, wird die Fluidbewegung eingeschränkt und somit wird Verdichtung verhindert. Daher wird sich die untere Montagestruktur 321 dann weg von der oberen Montagestruktur 320 bewegen, d. h. wird ausgefahren. Die Strömung des Fluids durch die Ventile von der oberen Kammer 318 in die untere Kammer 319 hängt von der Position der Rückschlagventile relativ zum Kolben ab, d. h., ob die Ventile in oder über dem Kolben positioniert sind.
  • Nachdem die Verbrennungsmotordrehzahl eine Schwellendrehzahl erreicht hat und der BISG nicht zum Kurbeln des Verbrennungsmotors benötigt wird, kann der Elektromagnet ausgeschaltet werden und die Steuerventile kehren in ihre Standardposition zurück, welche dem Öl das Strömen entlang der ersten Strömungsöffnung 408 und der zweiten Strömungsöffnung 409 gestattet. Der Kolben 401 wird eingezogen und die BISG-Riemenscheibe bewegt sich vom Riemen weg, wodurch die Spannung auf dem Riemenantrieb verringert wird.
  • Wenn der Elektromagnet ausgeschaltet ist, verhält sich der Spanner somit wie ein passiver linearer hydraulischer Dämpfer, der dem Hydraulikfluid die Bewegung von einer Seite des Kolbens zu der anderen als eine Funktion des Druckunterschieds über den Kolben hinweg gestattet. Im Gegensatz zu einem typischen Dämpfer, der eine einzelne Öffnung aufweist, die dem Fluid das Strömen über den Kolben hinweg als eine Funktion des Druckunterschieds über den Kolben hinweg gestattet, verwendet der aktive Spanner 400 zwei getrennte Strömungspfade. Der zweite Strömungspfad 409 kann blockiert werden, wenn der Elektromagnet betätigt wird und der andere Pfad 408 ein Kugelrückschlagventil verwendet, um nur das Strömen von der oberen Seite des Kolbens, obere Kammer, zu der unteren Seite des Kolbens, untere Kammer, zu gestatten. Wenn der Magnet betätigt wird, bewegt sich der Anker, um die Strömung von der unteren Seite des Kolbens zu der oberen Seite des Kolbens zu blockieren, und das Kugelrückschlagventil im zweiten Strömungspfad gestattet nur das Strömen von der oberen Kammer in die untere Kammer. Wenn der Magnet betätigt wird, wird daher verhindert, dass der Aktor eingezogen wird, und er kann nur ausgefahren werden.
  • Durch das Verhindern, dass der Aktor eingezogen wird, wird die effektive Riemenspannung erhöht, insbesondere während eines Drehmomentübergangs. Wenn der Magnet ferner eingeschaltet ist, während der Verbrennungsmotor rotiert, erzeugen die Verbrennungsmotorverdichtungs-/Verbrennungsdrehmomentschwankungen Drehmomentschwankungen in dem FEAD-Riemen, die eine Kraftschwankung des aktiven Spanners erzeugen, welche Druckschwankungen über den Aktorkolben hinweg verursachen wird. Wenn der Aktorkolbenmagnet eingeschaltet ist, dann wird Fluid von der oberen Seite des Kolbens zu der unteren Seite des Kolbens strömen, wodurch das Ausfahren des Kolbens verursacht wird, wodurch die FEAD-Riemenspannung steigt. Es können mehrere Bedingungen vorhanden sein, welche die Verschlechterung des aktiven Spanners verursachen. Zum Beispiel kann sich der Spanner aufgrund der Gegenwart von Schmutz in dem Öl aus dem Herstellungsprozess oder aufgrund von Verschleiß im Laufe der Zeit verschlechtern. Als ein weiteres Beispiel kann sich die hydraulische Öldichtung verschlechtern, was zu einem Fluidverlust und damit zu einem Verlust der Betätigungsfunktion führen kann. Als ein weiteres Beispiel kann ein elektrisches Problem in dem Magneten vorhanden sein. Als noch ein weiteres Beispiel kann die Magnetrückkehr nicht in ihre Ausgangsposition zurückkehren. Wenn sich der Aktor in dem eingezogenen Zustand verschlechtert, dass wird sich der Aktor wie ein passiver Dämpfer verhalten. Da der aktive Spanner so ausgestaltet ist, dass er das Betreiben des FEAD-Riemens bei einer niedrigeren Spannung gestattet, wenn sich in den nicht betätigten Zustand befindet, könnte dies zu exzessivem Riemenschlupf führen, insbesondere während Kurbel- und Drehmomentauflageereignissen, was zu einer reduzierten Lebensdauer des FEAD-Riemens führen könnte. Wenn sich der Aktor im betätigten oder ausgefahrenen Zustand verschlechtern, wird der Aktor dann unter allen Bedingungen mit einer hohen FEAD-Riemenspannung arbeiten. Die erhöhte Riemenspannung kann zu höheren durchschnittlichen Seitenlasen auf der Kurbelwellenriemenscheibe führen und kann zu erhöhter Verbrennungsmotorreibung und dadurch erhöhtem Kraftstoffverbrauch sowie zu erhöhtem Verbrennungsmotor- und FEAD-Riemenverschleiß führen.
  • Während ausgewählter Bedingungen, wenn sich der Verbrennungsmotor zum Beispiel in einem stationären Zustand befindet und das BISG-Drehmoment bei oder um null liegt (z. B. nach einen Schlüsselstart, während sich das Getriebe in der Park-Stellung befindet, oder während sich der Verbrennungsmotor im Leerlaufmodus vor einer Verbrennungsmotorabschaltung befindet), kann der Spanner aktiv in den eingezogenen Zustand bewegt werden und ein oder mehrere Verbrennungsmotordrehmomentparameter können für einen bestimmten Zeitraum bezüglich einer Erhöhung der Verbrennungsmotorlast überwacht werden. Wenn keine Erhöhung der Verbrennungsmotorlast beobachtet wird, kann die Verschlechterung des aktiven Spanners angegeben werden und der Spanner kann rechtzeitig gewartet werden.
  • Es versteht sich, dass, obwohl 4 einen aktiven Spanner mit zwei Strömungsöffnungen beschriebt, die in einer festen Position platziert sind, in einem alternativen Beispiel der aktive Spanner ebenfalls mit den beiden Öffnungen gestaltet sein kann, die auf einem beweglichen Kolben montiert sind. In dieser Ausgestaltung beinhaltet der Spanner eine erste Strömungsöffnung, die mit einem Einweg-Rückschlagventil ausgestattet ist, welches dem Öl das Strömen von der unteren in die obere Kammer gestattet, und eine zweite Strömungsöffnung, die mit einem Einweg-Rückschlagventil und einem Magneten ausgestattet ist, welches dem Öl nur dann das Strömen von der oberen in die untere Kammer gestattet, wenn der Magnet abgeschaltet ist und die Ölströmung von der oberen in die untere Kammer beschränkt, wenn der Magnet eingeschaltet ist. Auf diese Weise kann, wenn der Magnet betätigt wird, der Spanner in einem ausgefahrenen Zustand gehalten werden, da der Strömungspfad von der oberen in die untere Kammer blockiert ist. Da diese Ausgestaltung erfordert, dass die Ventile (der Öffnung) innerhalb des beweglichen Kolbens montiert sind, muss angemerkt werden, dass die Verdrahtung komplexer werden wird, dies kann sich negativ auf die dessen Haltbarkeit und die Herstellungskomplexität auswirken.
  • Die 3 und 4 zeigen beispielhafte Konfigurationen mit einer relativen Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn derartige Elemente so dargestellt sind, dass sie einander direkt berühren oder direkt aneinandergekoppelt sind, können sie in mindestens einem Beispiel als sich direkt berührend bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. Gleichermaßen können Elemente, die aneinander anliegend oder zueinander benachbart gezeigt sind, in mindestens einem Beispiel aneinander anliegend bzw. einander angrenzend sein. Zum Beispiel können Komponenten, die in flächenteilendem Kontakt zueinander liegen als in flächenteilendem Kontakt bezeichnet werden. Als ein weiteres Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt positioniert sind, wobei nur ein Raum dazwischen ist und keine anderen Komponenten, in mindestens einem Beispiel als solche bezeichnet werden. Als noch ein weiteres Beispiel können Elemente, die über-/untereinander, an gegenüberliegenden Seiten voneinander oder links/rechts voneinander gezeigt sind, relativ zueinander als solche bezeichnet werden. Ferner kann, wie in den Figuren gezeigt, ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements in wenigstens einem Beispiel als eine „Oberseite“ der Komponente bezeichnet werden, und ein Element oder ein Punkt, das/der sich am nächsten am Boden des Elements befindet, kann als eine „Unterseite“ der Komponente bezeichnet werden. Im hier verwendeten Sinne können sich Oberseite/Unterseite, obere(r/s)/untere(r/s), über/unter auf eine vertikale Achse der Figuren beziehen und dazu verwendet werden, die Positionierung von Elementen der Figuren in Bezug aufeinander zu beschreiben. Demnach sind Elemente, die über anderen Elementen gezeigt sind, in einem Beispiel vertikal über den anderen Elementen positioniert. Als noch ein anderes Beispiel können Formen der Elemente, die innerhalb der Figuren dargestellt sind, als diese Formen aufweisend bezeichnet werden (z. B. als rund, gerade, eben, gekrümmt, abgerundet, abgeschrägt, abgewinkelt oder dergleichen). Ferner können Elemente, die so gezeigt sind, dass sie einander schneiden, in mindestens einem Beispiel als sich schneidende Elemente oder einander schneidend bezeichnet werden. Noch ferner kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt ist, in einem Beispiel als solches bezeichnet werden.
  • Nun wird auf 5 Bezug genommen, die eine beispielhafte Routine 500, die durch eine Steuerung durchgeführt wird, zum Einschalten eines Magneten des aktiven Spanners während ausgewählter Bedingungen zeigt, wie zum Beispiel während des Kurbelns des Verbrennungsmotors, um die auf den Riemenantrieb angewendete Spannung zu erhöhen, wodurch die Verbrennungsmotorlast erhöht wird. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 500 und der übrigen hier enthaltenen Verfahren können durch eine Steuerung basierend auf Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen ausgeführt werden, die von Sensoren des Verbrennungsmotorsystems, wie etwa den weiter oben unter Bezugnahme auf die 1-2 beschriebenen Sensoren, empfangenen werden. Die Steuerung kann Verbrennungsmotoraktoren des Verbrennungsmotorsystems einsetzen, um den Verbrennungsmotorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren anzupassen.
  • Bei 502 können Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen geschätzt und/oder abgeleitet werden. Diese können zum Beispiel Verbrennungsmotordrehzahl, Fahrerdrehmomentbedarf, Umgebungsbedingungen (z. B. Umgebungstemperatur und -luftfeuchtigkeit und Atmosphärendruck), MAP, MAF, MAT, Verbrennungsmotortemperatur, Aufladeniveau usw. beinhalten.
  • Auf der Grundlage der geschätzten Betriebsbedingungen kann bei 504 bestimmt werden, ob ein Verbrennungsmotorstart angefordert wird. Ein Verbrennungsmotorstart kann durch einen Fahrzeugbediener als Reaktion auf ein Bediener-Schlüssel-Ein-Ereignis angefordert werden (wie zum Beispiel, wenn der Fahrer einen Schlüssel in einen Zündungsschlitzt einführt oder einen Start-Knopf betätigt). In einigen Beispielen kann eine Verbrennungsmotorsteuerung automatisch einen Verbrennungsmotorstart aus einer Leerlauf-Stopp-Bedingung anfordern, wie zum Beispiel als Reaktion auf einen niedrigen Batterieladestatus oder eine Klimatisierungsanforderung. Wenn ein Verbrennungsmotorstart nicht bestätigt wird, geht das Verfahren zu 506 über, um den Verbrennungsmotor abgeschaltet zu lassen. Dann endet die Routine.
  • Bei der Bestätigung einer Verbrennungsmotorstartbedingung beinhaltet das Verfahren bei 508 das Einschalten eines Magneten eines aktiven Spanners, der an einen Antriebsriemen gekoppelt ist, um den Spanner in einen ausgefahrenen Zustand zu bewegen. Der aktive Spanner kann über eine Spannriemenscheibe an eine Region eines FEAD-Antriebsriemens zwischen einer Kurbelwellenriemenscheibe (die an eine Verbrennungsmotorkurbelwelle gekoppelt ist) und einer BISG-Riemenscheibe (die an einen BISG gekoppelt ist) gekoppelt sein. Durch das Einschalten des Magneten zum Bewegen des aktiven Spanners in einen ausgefahrenen Zustand wird eine Spannung, die durch den BISG auf den FEAD-Riemen angewendet wird, erhöht. Bei 510 beinhaltet das Verfahren ferner Betreiben des BISG in einem Elektromotormodus, um positives Drehmoment auf den FEAD-Riemenantrieb anzuwenden, wodurch der Verbrennungsmotor gekurbelt wird. Zum Beispiel kann die Steuerung ein Arbeitszyklussignal an einen Elektromotor des BISG senden, um den BISG unter Verwendung elektrischer Energie zu drehen, die aus einer Systembatterie gezogen wird, wobei das BISG-Drehmoment über den Antriebsriemen (und die BISG- und die Kurbelwellenriemenscheibe) auf die Verbrennungsmotorkurbelwelle übertragen wird. In einem Beispiel wird BISG-Elektromotor bei 100 % Arbeitszyklus betrieben, um das Kurbeln des Verbrennungsmotors zu beschleunigen.
  • Bei 512 kann bestimmt werden, ob die Verbrennungsmotordrehzahl (Ne) über einem Schwellenwert liegt. Zum Beispiel kann bestimmt werden, ob die durch das positive Drehmoment des BISG bereitgestellte Verbrennungsmotordrehzahl über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, wie zum Beispiel über 400 RPM. Über der Schwellendrehzahl kann der Verbrennungsmotor in der Lage sein, Verbrennungsmotorrotation über die Zylinderkraftstoffverbrennung aufrechtzuerhalten. Wurde die Schwellenverbrennungsmotordrehzahl nicht erreicht, setzt die Routine bei 514 das Kurbeln des Verbrennungsmotors unter Verwendung von Elektromotordrehzahl fort, die aus dem BISG gezogen wird, bis die Verbrennungsmotordrehzahl über dem vorbestimmten Schwellenwert liegt. Außerdem wird der aktive Spanner im ausgefahrenen Zustand gehalten.
  • Sobald die Verbrennungsmotordrehzahl den Schwellenwert kreuzt, kann das Verfahren zu 516 übergehen. Bei 516 beinhaltet das Verfahren das Ausschalten des Spanners, sodass der Spanner in seinen eingezogenen Zustand zurückkehrt, wodurch die durch den Spanner auf den FEAD-Riemen angewendete Spannung in einer Region zwischen der Kurbelwellenriemenscheibe und der BISG-Riemenscheibe verringert wird. Zum Beispiel kann die Steuerung das Senden eines elektrischen Signals an den Magneten abbrechen. Bei 518 beinhaltet das Verfahren das Wiederaufnehmen der Kraftstoff- und Zündfunkenabgabe an die Verbrennungsmotorzylinder, sodass die Zylinderkraftstoffverbrennung verwendet werden kann, um den Verbrennungsmotor in Drehung zu halten.
  • Nachdem er zum Kurbeln des Verbrennungsmotors verwendet wurde, kann der BISG in einem Leistungsunterstützungsmodus oder Generatormodus betrieben werden, und zwar in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors. Im Leistungsunterstützungsmodus kann die Bedienerdrehmomentanforderung höher sein als das Verbrennungsmotordrehmoment, das bereitgestellt werden kann. Somit kann während dieser Bedingungen positives Drehmoment vom BISG angewendet werden, um das Verbrennungsmotordrehmoment beim Erfüllen des Drehmomentbedarfs zu unterstützen. Bei diesem Zeitpunkt wird das BISG-Drehmoment zum Verbrennungsmotordrehmoment hinzugefügt. In einem Beispiel kann, nachdem der Fahrzeugstartvorgang abgeschlossen worden ist, der BISG in dem Leistungsunterstützungsmodus arbeiten und ein positives Drehmoment erzeugen, wenn das Fahrzeugbetrieb aufgrund einer längeren Pedalbetätigung beschleunigt oder wenn das Fahrzeug bergauf fährt. In dem Generatormodus übersteigt das Verbrennungsmotordrehmoment den Bedienerdrehmomentbedarf. Alternativ kann der BISG in dem Generatormodus betrieben werden, wenn ein Ladezustand einer Systembatterie unter einem Schwellenwert liegt. Während dieser Bedingungen kann negatives Drehmoment von dem BISG angewendet werden, um Verbrennungsmotordrehmoment zum Laden der Batterie zu verwenden. Dabei kann der Verbrennungsmotor den BISG-Elektromotor drehen. Der BISG kann in dem Generatormodus arbeiten, um elektrische Leistung an die Speichervorrichtung für elektrische Energie zu leiten und ein negatives Drehmoment zu erzeugen, wenn das Fahrzeug bergab fährt oder sich verlangsamt (z. B. während eines regenerativen Bremsvorgangs).
  • Bei 520 kann bestimmt werden, ob das absolute BISG-Drehmoment, das heißt positives oder negatives Drehmoment, über einem Schwellenwert liegt. In einem Beispiel basiert der Schwellenwert auf der maximalen gewünschten Drehmomentunterstützung. Wenn das positive oder negative BISG-Drehmoment unter dem Schwellenwert liegt, das geht das Verfahren zu 522 über, wo der aktive Spanner in den eingezogenen Zustand bewegt wird und reduziertes Drehmoment vom BISG auf den FEAD-Riemenantrieb angewendet wird. Zum Beispiel wird der Magnet des aktiven Spanners ausgeschaltet (wenn er eingeschaltet war), um den Spanner in den eingezogenen Zustand zu bewegen. Wenn das BISG-Drehmoment über dem Schwellenwert liegt, wird der Magnet bei 524 eingeschaltet, um den Spanner in seinen ausgefahrenen Zustand zu bewegen, und in Abhängigkeit vom Betriebsmodus des BISG wird ein positives oder negatives Drehmoment vom BISG auf den FEAD-Antriebsriemen angewendet.
  • Bei 526 kann bestimmt werden, ob ein Schwellenzeitraum des Verbrennungsmotor- oder Fahrzeugbetriebs (oder eine Fahrzeugfahrtstrecke) seit einer letzten Diagnose des Spanners verstrichen ist. Der Spanner kann periodisch diagnostiziert werden, um seine Funktionalität sicherzustellen und die Komponentenlebensdauer und dadurch die Verbrennungsmotorleistung zu verbessern. Wenn der Schwellenzeitraum nicht verstrichen ist, wird der Spannerbetrieb bei 528 beibehalten und die Routine kann enden. Zum Beispiel kann der Spanner weiter in einen ausgefahrenen Zustand bewegt werden, wenn das BISG-Drehmoment höher ist, und in den eingezogenen Zustand bewegt werden, das BISG-Drehmoment niedriger ist.
  • Wenn der Schwellenzeitraum verstrichen ist, beinhaltet das Verfahren bei 530 das Diagnostizieren des Spanners. Wie in Bezug auf 6 ausgearbeitet, beinhaltet das Diagnostizieren des aktiven Spanners das Bewegen des Spanners in einen ausgefahrenen Zustand während Bedingungen, wenn das BISG-Drehmoment bei oder um null Drehmoment liegt. Dann kann der Spanner auf der Grundlage einer Änderung nach der Bewegung diagnostiziert werden. Insbesondere kann die Abwesenheit einer Erhöhung der Verbrennungsmotorlast nach der Bewegung des Spanners in den ausgefahrenen Zustand angeben, dass der Spanner verschlechtert ist (z. B. in dem eingezogenen Zustand festsitzt).
  • Nun wird auf 6 Bezug genommen, die ein beispielhaftes Verfahren 600 zum Diagnostizieren eines aktiven Spanners eines FEAD-Systems mit Riemenantrieb auf der Grundlage einer Änderung der Verbrennungsmotorlast zeigt. Das Verfahren ermöglicht das Diagnostizieren eines aktiven Spanners und das rechtzeitige Identifizieren und Angehen der Verschlechterung.
  • Bei 602 kann bestimmt werden, ob Bedingung zum Einleiten einer Diagnose des aktiven Spanners erfüllt sind. In einem Beispiel gelten Diagnosebedingungen als erfüllt, wenn ein Schwellenzeitraum seit einer letzten Diagnose des Spanners verstrichen ist. Daher beinhalten die bei 602 bewerteten Diagnosebedingungen Eintrittsbedingungen für die Diagnoseroutine (die sich von Ausführungsbedingungen der Diagnoseroutine unterscheiden). Wenn die Bedingungen erfüllt sind, dann wird bei 604 die Spannerdiagnose verzögert. Das heißt, das Verfahren aus 6 wird bei einem späteren Zeitpunkt erneut eingeleitet.
  • Wenn die Eintrittsbedingungen erfüllt sind, dann beinhaltet das Verfahren bei 606 das Bestimmen, ob Ausführungsbedingungen für die Diagnoseroutine erfüllt sind. Zum Beispiel kann bestimmt werden, ob die Verbrennungsmotordrehzahl und -last sowie das BISG-Drehmoment in einem Zielbereich liegen. In einem Beispiel gelten die Ausführungsbedingungen als erfüllt, wenn sich der Verbrennungsmotor in einem stationären Zustand befindet. Alternativ können die Ausführungsbedingungen als erfüllt gelten, wenn such der Verbrennungsmotor in dem geringstmöglichen Drehzahl- und Drehmomentbereich befindet (wenn er sich z. B. in einem neutralen Leerlaufzustand befindet). Außerdem kann bestätigt werden, dass das BISG-Drehmoment bei oder um null Drehmoment liegt, welches die Basislinie der minimalen FEAD-Riemenspannungsbedingung etabliert. Das heißt, die Routine wird durchgeführt, wenn sich der BISG weder in einem Elektromotor- noch einem Generatormodus befindet. In einem Beispiel kann die Diagnoseroutine nach einem Schlüsselstart des Verbrennungsmotors ausgeführt werden, während sich das Getriebe in einem Park-Modus befindet oder während sich der Verbrennungsmotor im Leerlauf befindet oder während eines Verbrennungsmotordrehzahlsteuermodus vor einer Verbrennungsmotorabschaltung. Zum Beispiel kann die Routine während eines Verbrennungsmotorleerlaufs während eines Vorabschaltungsmodus eines Stopp/Start-Ereignisses ausgeführt werden. Darüber hinaus kann die Routine ausgeführt werden, während sich das Fahrzeug in einer Geschwindigkeitsregelungs- oder einer beliebigen konstanten Verbrennungsmotordrehzahlregion befindet. Wenn die Verbrennungsmotor- oder BISG-Bedingungen nicht erfüllt sind, können bei 608 ein oder mehrere Verbrennungsmotoraktoren angepasst werden, die/das erforderliche Verbrennungsmotordrehzahl und -drehmoment aktiv bereitzustellen, um die Diagnoseroutine auszuführen und den BISG innerhalb des Zieldrehmomentbereichs zu halten.
  • Wenn die Ausführungsbedingungen für die Routine erfüllt sind, beinhaltet die Routine bei 610, dass die Steuerung ein Signal zum Einschalten des Spannermagneten sendet, wodurch der Spanner in den ausgefahrenen Zustand bewegt wird und eine auf den Riemenantrieb angewendete Spannung erhöht wird. Bei 612 kann ein Timer gestartet werden.
  • Bei 614 können ein oder mehrere Parameter, welche die Verbrennungsmotorlast angeben, nach dem Anschalten des Magneten und der Bewegung des Spanners in den ausgefahrenen Zustand überwacht werden. Zum Beispiel können eins oder mehrere einer Ansaugluftmasse 616, eines Ansaugkrümmerluftdrucks 618, einer Rate des Verbrennungsmotorkraftstoffverbrauchs 617 und einer Verbrennungsmotordrehmomentausgabe 619 überwacht werden. Die Ansaugluftmasse 616 kann über einen MAF-Sensor gemessen werden, der an den Ansaugkanal gekoppelt ist. Der Ansaugkrümmerdruck kann über einen MAP-Sensor gemessen werden, der an den Ansaugkrümmer gekoppelt ist. Der Verbrennungsmotorkraftstoffverbrauch kann auf der Grundlage einer Kraftstoffeinspritzvorrichtungsimpulsbreite bestimmt werden, die durch die Verbrennungsmotorsteuerung befohlen wird. Die Verbrennungsmotordrehmomentausgabe kann auf der Grundlage der Verbrennungsmotordrehzahl, wie durch einen Kurbelwellendrehzahlsensor gemessen, abgeleitet werden. Alternativ kann ein Drehmomentsensor, der an die Verbrennungsmotorausgangswelle gekoppelt ist, zum Messen des Verbrennungsmotordrehmoments verwendet werden. Die Bewegung des Spanners in den ausgefahrenen Zustand soll der Erwartung nach die auf den Antriebsriemen angewendete Spannung erhöhen, wodurch die Verbrennungsmotorlast erhöht wird. Wenn sich die Verbrennungsmotorlast erhöht, kann eine Verbrennungsmotorsteuerung die Öffnung einer Ansaugdrossel vergrößern, woraus sich eine Erhöhung des Luftmassenstroms und des Krümmerdrucks ergibt. Außerdem kann, um den Verbrennungsmotorbetrieb bei einem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wie zum Beispiel bei Stöchiometrie, zu halten, der Kraftstoffverbrauch erhöht werden (als eine Funktion der Erhöhung der Luftladung). Als ein Ergebnis der Erhöhung der Verbrennungsmotorluft- und -kraftstoffabgabe kann sich ein durch den Verbrennungsmotor ausgegebener Drehmoment erhöhen. Somit kann die Anwendung zusätzlicher Spannung auf den FEAD-Riemen über die Bewegung des Spanners (in den ausgefahrenen Zustand) auf der Grundlage einer Erhöhung der Verbrennungsmotorlast, wie durch eine gemessene Änderung (Erhöhung) der Luftmasse, des Luftdrucks, des Kraftstoffverbrauchs und der Verbrennungsmotordrehmomentausgabe angegeben, abgeleitet werden.
  • Bei 620 kann bestimmt werden, ob der Timer eine Schwellenzeit T überschritten hat. Das heißt, es kann bestimmt werden, ob ein Schwellenzeitraum verstrichen ist, seit der Spanner in den ausgefahrenen Zustand bewegt wurde. Die Schwellenzeit T kann einem Zeitraum des Verbrennungsmotorbetriebs bei vermutlich hoher Verbrennungsmotorlast entsprechen, der erforderlich ist, um eine Erhöhung eines oder mehrerer Parameter zuverlässig zu detektieren, welche die Verbrennungsmotorlast angeben (bei 614). Wenn die Schwellenzeit T nicht verstrichen ist, dann kann die Routine bei 622 das Überwachen der für den Verbrennungsmotor repräsentativen Parameter fortsetzen, bis die Schwellenzeit T erreicht ist. Wenn der Schwellenzeitraum verstrichen ist, dann kann die Routine zu 624 übergehen.
  • Bei 624 kann bestimmt werden, ob die auf der Grundlage des einen oder der mehreren Parameter, welche die Verbrennungsmotorlast angeben, geschätzte Verbrennungsmotorlast über einem ersten Schwellenwert liegt. In einem Beispiel basiert der erste Schwellenwert auf der Verbrennungsmotorlast bei der Leerlaufbedingung. Wenn die geschätzte Verbrennungsmotorlast unter dem ersten Schwellenwert liegt, dann geht das Verfahren zu 626 über, wo abgeleitet werden kann, dass der Spanner nicht vollständig ausgefahren ist. Zum Beispiel kann abgeleitet werden, dass der Spanner in dem eingezogenen Zustand festsitzt und als Reaktion auf das Einschalten des Magneten nicht ausgefahren wurde. Die Steuerung kann einen Diagnosecode einstellen, um anzugeben, dass der Spanner zum Beispiel aufgrund von Riemenverschleiß/-dehnung verschlechtert ist. Als Reaktion auf die Verschlechterungsangabe können ein oder mehrere Behebungsschritte durchgeführt werden. Zum Beispiel kann als Reaktion auf die Angabe, dass der Spanner im eingezogenen Zustand festsitzt, Verbrennungsmotorabschaltung unterbunden und ein Drehmomentaufladeumfang kann begrenzt werden. Außerdem kann Verbrennungsmotorladedrehmoment begrenzt werden. Zum Beispiel können eine Leistungsunterstützung, die durch den BISG für den Verbrennungsmotor bereitgestellt wird, und Start/Stopp-Vorgänge begrenzt sein. Außerdem kann für den Fahrzeugeigentümer eine Nachricht angezeigt werden, um ihn davor zu warnen, dass der Verbrennungsmotor nicht wieder gestartet werden kann, nachdem eine Abschaltung durchgeführt wurde. Wenn der Fehler ferner über mehrere Schlüsselfahrtzyklen hinweg besteht, ist es wünschenswert, eine Warnung für den Bediener bereitzustellen, um den Bediener darüber zu informieren, dass er eine Werkstatt aufsuchen sollte.
  • Wenn sich die Verbrennungsmotorlast über den ersten Schwellenwert erhöht hat, kann bei 628 bestimmt werden, ob die geschätzte Verbrennungsmotorlast unter einem zweiten Schwellenwert liegt, der über dem ersten Schwellenwert liegt. In einem Beispiel basiert der zweite Schwellenwert auf einem geschätzten Verbrennungsmotordrehmoment, das zum Detektieren verwendet wird, ob der Aktor wie befohlen betätigt. Wenn sich der Aktor in dem aktiven Zustand befindet, wird er sich ausfahren, wodurch die Spannung auf dem FEAD-Riemen erhöht wird, wodurch wiederum die Verbrennungsmotorlast erhöht wird. Diese Erhöhung der Verbrennungsmotorlast kann dann durch das Vergleichen der Verbrennungsmotor-geschätzten Verbrennungsmotorlast vor und nach der Betätigung detektiert werden. Wenn die geschätzte Last innerhalb des erwarteten Bereichs liegt (das heißt, zwischen dem ersten und dem zweiten Schwellenwert), kann bei 632 abgeleitet werden, dass der Spanner korrekt funktioniert hat und eine erhöhte Spannung auf den Riemenantrieb bei der Bewegung in den ausgefahrenen Zustand angewendet hat. Die Steuerung kann Angeben, dass der Spanner nicht verschlechtert ist.
  • Wenn die geschätzte Verbrennungsmotorlast sowohl über den ersten Schwellenwert als auch über dem zweiten Schwellenwert liegt, kann bei 630 abgeleitet werden, dass der Spanner zu sehr ausgefahren wurde (z. B. saß der Spanner in dem ausgefahrenen Zustand fest) und dass Riemenschlupf und erhöhter interner Verbrennungsmotorverschleiß aufgrund des exzessiven Riemenspannung auftreten können. Die Steuerung kann einen Diagnosecode einstellen, um anzugeben, dass der Spanner verschlechtert ist. Als Reaktion auf die Verschlechterungsangabe können ein oder mehrere Behebungsschritte durchgeführt werden. Zum Beispiel kann als Reaktion auf die Angabe, dass der Spanner im ausgefahrenen Zustand festsitzt, aufgeladenes Verbrennungsmotordrehmoment begrenzt werden. Dies wird getan, um die Rate des FEAD-Verschleißes zu reduzieren und den Verschleiß der internen Verbrennungsmotorlager zu reduzieren. Es versteht sich, dass, obwohl das Beispiel aus 6 die Diagnose des Spanners auf der Grundlage einer Änderung der Verbrennungsmotorlast nach der Bewegung des Spanners in einen ausgefahrenen Zustand beschreibt, der Spanner in alternativen Beispielen auf der Grundlage einer Änderung der Verbrennungsmotorlast nach der Bewegung des Spanners in den eingezogenen Zustand diagnostiziert werden kann. Durch das Detektieren einer Reduzierung des Drehmoments bestätigt das System, dass der Spanner keine exzessive Spannung erzeugt.
  • 7 zeigt ein prognostisches Beispiel für eine Riemenspannerdiagnose bei Karte 700. Die Verbrennungsmotordrehzahl ist bei Verlauf 702 gezeigt, der Magnetzustand des aktiven Spanners (eingeschaltet oder ausgeschaltet) ist bei Verlauf 704 gezeigt, das BISG-Drehmoment (positiv oder negativ) ist bei Verlauf 706 gezeigt, das Verbrennungsmotordrehmoment ist bei Verlauf 708 gezeigt, der Krümmerdruck (manifold pressure - MAP) ist bei Verlauf 710 gezeigt und der Status einer Markierung (welche einen Verschlechterungszustand des Spanners angibt) ist bei Verlauf 712 gezeigt. Alle Verläufe werden gegenüber der Zeit entlang der x-Achse gezeigt.
  • Vor t1 ist der Verbrennungsmotor abgeschaltet und das Fahrzeug wird nicht angetrieben. Bei t1 wird ein Verbrennungsmotorneustartsignal als Reaktion auf ein Schlüssel-Ein-Ereignis empfangen. Um den Motor neu zu starten, wird der BISG im Elektromotormodus betrieben, in dem positives BISG-Drehmoment erzeugt wird. Das BISG-Drehmoment wird zum Kurbeln des Verbrennungsmotors durch das Übertragen des Drehmoments über einen FEAD-Antriebsriemen verwendet. Um das Übertragen des BISG-Drehmoments an den Verbrennungsmotor ohne auftretenden Riemenschlupf zu übertragen, wird der Magnet des Spanners eingeschaltet und der Spanner geht in einen ausgefahrenen Zustand über.
  • Zwischen t1 und t2 wird der Spanner ausgefahren und das BISG-Drehmoment wird zum Drehen des Verbrennungsmotors verwendet. Bei t2 liegt die Verbrennungsmotordrehzahl über einem Schwellenwert, bei welchem die Verbrennungsmotorverbrennung die Rotation des Verbrennungsmotors aufrechterhalten kann. Somit wird der BISG-Spanner bei t2 ausgeschaltet und in einen eingezogenen Zustand zurückgebracht. Als Reaktion auf die Rotation des Verbrennungsmotors beginnen die Verbrennungsmotordrehzahl und der Krümmerdruck sich zu erhöhen.
  • Zwischen t2 und t3 wird das Fahrzeug unter Verwendung von Verbrennungsmotordrehmoment angetrieben und BISG-Drehmoment liegt bei oder um null Drehmoment, da der BISG-Betrieb nicht erforderlich ist. Bei t3 findet ein Verlangsamungsereignis statt und das Verbrennungsmotordrehmoment übersteigt ein gefordertes Drehmoment. Um das Auslaufen des Verbrennungsmotors zu beschleunigen, wird ein negatives BISG-Drehmoment angewendet. Insbesondere wird der BISG als ein Generator betrieben, der überschüssiges Verbrennungsmotordrehmoment absorbiert. Um das Übertragen des Verbrennungsmotordrehmoments an den BISG ohne auftretenden Riemenschlupf zu übertragen, wird der Magnet des Spanners eingeschaltet und der Spanner geht in einen ausgefahrenen Zustand über. Sobald die verbrennungsmotordrehzahl auf eine Leerlaufdrehzahl reduziert worden ist und das Verbrennungsmotordrehmoment auf null reduziert ist, wird der Magnet des Spanners ausgeschaltet und in einen eingezogenen Zustand zurückgebracht. Danach erhöht sich das Verbrennungsmotordrehmoment, um mit dem Drehmomentbedarf übereinzustimmen.
  • Bei t4 findet eine Erhöhung des Drehmomentbedarfs statt, wie zum Beispiel aufgrund einer Bedienerpedalbetätigung. Die Verbrennungsmotordrehmomentausgabe reicht nicht aus, um den Drehmomentbedarf zu erfüllen. Um eine Leistungsunterstützung bereitzustellen, wird positives BISG-Drehmoment zum Ergänzen des Verbrennungsmotordrehmoments, das an die Fahrzeugräder geleitet wird, verwendet. Um das Übertragen des BISG-Drehmoments ohne auftretenden Riemenschlupf zu übertragen, wird der Magnet des Spanners eingeschaltet und der Spanner geht in einen ausgefahrenen Zustand über. Dann, wenn die Leistungsunterstützung nicht erforderlich ist, wird der Magnet des Spanners ausgeschaltet und in einen eingezogenen Zustand zurückgebracht.
  • Kurz vor t5 befindet sich der Verbrennungsmotor in einem neutralen Leerlaufzustand und das BISG-Drehmoment beträgt um null Drehmoment. Dementsprechend werden bei t5 Eintritts- und Ausführungsbedingungen für die Diagnose des Spanners bestätigt. Der Magnet des Spanners wird eingeschaltet und der Spanner geht in einen ausgefahrenen Zustand über. In dem ausgefahrenen Zustand erhöht sich die Last, die durch den BISG auf den Verbrennungsmotor angewendet wird. Als ein Ergebnis wird erwartet, dass sich die Verbrennungsmotordrehzahl und die Verbrennungsmotorlast erhöhen. Hier wird MAP für einen gewissen Zeitraum (von kurz vor t5 bis t6) nach dem Einschalten des Magneten überwacht und MAP wird zum Ableiten der Verbrennungsmotorlast verwendet.
  • Im dargestellten Beispiel wird keine signifikante Erhöhung der Verbrennungsmotorlast oder des -drehmoments beobachtet. Das erwartete Verbrennungsmotordrehmomentprofil für den Zeitraum der Spannerbewegung wird bei dem gestrichelten Segment 709 gezeigt und das erwartete Verbrennungsmotorlastprofil, welches durch das erwartete MAP-Profil für den Zeitraum der Spannerbewegung widergespiegelt wird, wird bei dem gespiegelten Segment 711 gezeigt.
  • Als Reaktion auf eine Erhöhung der Verbrennungsmotorlast unter einem Schwellenwert (auf der Grundlage des gemessenen MAP geschätzt), während der Spanner in den ausgefahrenen Zustand bewegt wird, wird bei t6 abgeleitet, dass der Spanner in dem eingezogenen Zustand festsitzt und die befohlene Spannung nicht auf den Riemen anwendet. Daher wird die Verschlechterung bei t6 durch das Einstellen einer Markierung angegeben. Außerdem wird eine Verbrennungsmotorabschaltung vorübergehend unterbunden.
  • Auf diese Weise, durch das präzise und zuverlässige Diagnostizieren eines aktiven Riemenspanners, kann Riemenschlupf besser vorhergesagt und rechtzeitig angegangen werden. Der technische Effekt des Diagnostizierens eines Riemenspanners auf der Grundlage einer Änderung der Verbrennungsmotorlast nach der Bewegung des Spanners in einen ausgefahrenen Zustand besteht darin, dass die Gegenwart oder Abwesenheit einer Erhöhung der Verbrennungsmotorlast mit dem Zustand des Spanners korreliert werden kann. Durch die Verwendung eines oder mehrerer Parameter, welche die Verbrennungsmotorlast angeben, zum Diagnostizieren des Spanners kann die Diagnose unter Verwendung vorhandener Verbrennungsmotorsensoren und mit dem Bedarf an zusätzlichen Komponenten durchgeführt werden. Durch das Diagnostizieren des Spanners auf der Grundlage eines befohlenen Zustands relativ zu einem tatsächlichen Zustand, der auf der Grundlage der Verbrennungsmotorlast abgeleitet wird, kann Spannerverschlechterung, die überschüssige Riemenspannung verursacht, besser von Spannerverschlechterung unterschieden werden, die unzureichende Riemenspannung verursacht. Als ein Ergebnis kann das Auftreten von Riemenschlupf reduziert werden, wodurch die Lebensdauer und der Gesundheitszustand des Riemenspanners verlängert werden. Durch das rechtzeitige Diagnostizieren des Spanners kann die Verbrennungsmotorleistung verbessert werden.
  • Ein beispielhaftes Verfahren für einen Verbrennungsmotor umfasst: Anpassen eines Betriebszustands eines Riemenspanners, der an einen Antriebsriemen gekoppelt ist; und Angeben von Spannerverschlechterung als Reaktion darauf, dass die Verbrennungsmotorlast nach dem Anpassen unter einem Schwellenwert liegt. In den vorhergehenden Beispielen umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner Unterbinden von automatischer Verbrennungsmotorabschaltung als Reaktion auf die Verschlechterungsangabe. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner Abschalten des Verbrennungsmotors als Reaktion auf eine Bedieneranforderung zum Abschalten des Verbrennungsmotors oder als Reaktion darauf, dass der Bediener aus dem Fahrzeug aussteigt. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner, dass Anpassen des Betriebszustands des Spanners Bewegen des Spanners von einem eingezogenen Zustand in einen ausgefahrenen Zustand beinhaltet. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele wird die Verbrennungsmotorlast zusätzlich oder optional auf der Grundlage von einem oder mehreren eines gemessenen Krümmerluftstroms, eines gemessenen Krümmerdrucks und Verbrennungsmotordrehmoment abgeleitet. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet das Anpassen zusätzlich oder optional Anpassen des Betriebszustands des Riemenspanners, während eine absolute Menge an positivem oder negativem Drehmoment, das durch einen über einen Riemen integrierten Anlasser/Generator auf den Antriebsriemen angewendet wird, unter einem Schwellenwert liegt. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet das Anpassen zusätzlich oder optional Anpassen, während sich der Verbrennungsmotor im Leerlauf befindet, wobei ein Getriebe in einen neutralen Gang bewegt wird. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele ist der Spanner zusätzlich oder optional an eine erste Region des Antriebsriemens zwischen einer Verbrennungsmotorkurbelwelle und einem Anlasser/Elektromotor gekoppelt. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner, dass Angeben der Verschlechterung Angeben, dass der Spanner im eingezogenen Zustand festsitzt, beinhaltet. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner, dass im ausgefahrenen Zustand eine Spannung, die durch den Spanner auf den Antriebsriemen angewendet wird, erhöht wird. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner Anwenden einer Spannung auf eine zweite Region des Antriebsriemens zwischen dem Anlasser/Elektromotor und einer Nebenaggregatlast, wobei die Nebenaggregatlast eine Klimaanlage beinhaltet, wobei die Nebenaggregatlast über eine AC-Kupplungsriemenscheibe an den Antriebsriemen gekoppelt ist.
  • Ein weiteres beispielhaftes Verfahren für einen Verbrennungsmotor umfasst: während Drehmoment, das durch einen BISG auf einen Antriebsriemen angewendet wird, unter einem Schwellenwert liegt, Einschalten eines Magneten, um einen Spanner, der an den Antriebsriemen gekoppelt ist, in einen ausgefahrenen Zustand zu bewegen; und Angeben von Verschlechterung des Spanners auf der Grundlage einer Änderung der Verbrennungsmotorlast als Reaktion auf das und gleichzeitig mit dem Einschalten. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele ist das Drehmoment zusätzlich oder optional ein positives Drehmoment, das durch den BISG auf den Antriebsriemen angewendet wird, um den Verbrennungsmotor zu kurbeln oder dem Verbrennungsmotor eine Unterstützungskraft bereitzustellen. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele ist das Drehmoment zusätzlich oder optional ein negatives Drehmoment, das durch den BISG auf den Antriebsriemen angewendet wird, um eine an den BISG gekoppelte Batterie zu laden. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner, als Reaktion auf das Angeben, Deaktivieren der automatischen Abschaltung des Verbrennungsmotors unabhängig von der Bedienereingabe; und Abschalten des Verbrennungsmotors als Reaktion auf ausdrückliche Bedienereingabe. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet das Angeben zusätzlich oder optional Angeben der Verschlechterung auf der Grundlage der Änderung der Verbrennungsmotorlast, einschließlich einer Erhöhung der Verbrennungsmotorlast unter einem Schwellenwert.
  • Ein weiteres beispielhaftes Fahrzeugsystem umfasst: einen Vorbaunebenaggregatantrieb, der einen Riemen beinhaltet; einen Verbrennungsmotor, der über eine Kurbelwellenriemenscheibe an den Riemen gekoppelt ist; einen BISG, der über eine BISG-Riemenscheibe an den Riemen gekoppelt ist, wobei der BISG an eine Batterie gekoppelt ist; eine Nebenaggregatlast, die über eine Kupplungsriemenscheibe an den Riemen gekoppelt ist; einen elektrisch betätigbaren Spanner, der zwischen der Kurbelwellenriemenscheibe und der BISG-Riemenscheibe an den Riemen gekoppelt ist, wobei der Spanner einen an einen Federmechanismus gekoppelten Magneten aufweist; und eine Steuerung mit auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen zum: wenn das BISG-Drehmoment null Drehmoment beträgt und sich der Verbrennungsmotor im Leerlauf befindet; Befehlen des Spanners in einen ausgefahrenen Zustand durch Einschalten des Magneten; Ableiten eines tatsächlichen Zustands des Spanners auf der Grundlage einer Änderung der Verbrennungsmotorlast nach dem Einschalten; und Angeben der Verschlechterung des Spanners auf der Grundlage des befohlenen Zustands relativ zu dem tatsächlichen Zustand. In dem vorhergehenden Beispiel beinhaltet das Ableiten zusätzlich oder optional Ableiten, dass der tatsächliche Zustand des Spanners ein eingezogener Zustand ist, wenn die Änderung der Verbrennungsmotorlast unter einem Schwellenwert liegt, und dass das Angeben Angeben, dass der Spanner verschlechtert ist, wenn der befohlene Zustand nicht mit dem tatsächlichen Zustand übereinstimmt, beinhaltet. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet die Steuerung, zusätzlich oder optional, ferner Anweisungen zum: Nichtabschalten des Verbrennungsmotors als Reaktion auf einen Batterieladestatus über einem Schwellenwert oder einen Abfall des Bedienerdrehmomentbedarfs; und Abschalten des Verbrennungsmotors als Reaktion auf eine Bedienerabschaltanforderung oder eines Aussteigens des Bedieners aus dem Fahrzeug.
  • Es ist zu beachten, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert und durch das Steuersystem, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Motorhardware beinhaltet, ausgeführt werden. Die hier beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwingend erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erzielen, sondern wird vielmehr zur einfacheren Darstellung und Beschreibung bereitgestellt. Eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Vorgänge, Schritte und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Vorgänge, Schritte und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in einem nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Vorgänge durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, ausgeführt werden.
  • Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technik auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der unterschiedlichen Systeme und Konfigurationen und weitere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
  • Die folgenden Patentansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen dar, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente beinhalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche werden zudem unabhängig davon, ob ihr Umfang in Bezug auf die ursprünglichen Patentansprüche weiter oder enger gefasst oder gleich ist, als in den Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
  • 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
    • US 20080021603 [0004]

Claims (15)

  1. Verfahren für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs, umfassend: Anpassen eines Betriebszustands eines Riemenspanners, der an einen Antriebsriemen gekoppelt ist; und Angeben von Spannerverschlechterung als Reaktion darauf, dass die Verbrennungsmotorlast nach dem Anpassen unter einem Schwellenwert liegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Unterbinden von automatischer Verbrennungsmotorabschaltung als Reaktion auf die Verschlechterungsangabe.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend Abschalten des Verbrennungsmotors als Reaktion auf eine Bedieneranforderung zum Abschalten des Verbrennungsmotors oder als Reaktion darauf, dass der Bediener aus dem Fahrzeug aussteigt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Anpassen des Betriebszustands des Spanners Bewegen des Spanners von einem eingezogenen Zustand in einen ausgefahrenen Zustand beinhaltet.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Riemenspanner ein elektrohydraulischer Riemenspanner ist und wobei Anpassen des Betriebszustands Einschalten eines Magneten des Spanners beinhaltet, um den Spanner in den ausgefahrenen Zustand zu bewegen.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verbrennungsmotorlast auf der Grundlage von einem oder mehreren eines gemessenen Krümmerluftstroms, eines gemessenen Krümmerdrucks und Verbrennungsmotordrehmoment abgeleitet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anpassen Anpassen des Betriebszustands des Riemenspanners beinhaltet, während eine absolute Menge an positivem oder negativem Drehmoment, das durch einen über einen Riemen integrierten Anlasser/Generator auf den Antriebsriemen angewendet wird, unter einem Schwellenwert liegt.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anpassen Anpassen beinhaltet, während sich der Verbrennungsmotor im Leerlauf befindet, wobei ein Getriebe in einen neutralen Gang bewegt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Spanner an eine erste Region des Antriebsriemens zwischen einer Verbrennungsmotorkurbelwelle und einem Anlasser/Elektromotor gekoppelt ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Angeben der Verschlechterung Angeben, dass der Spanner im eingezogenen Zustand festsitzt, beinhaltet.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im ausgefahrenen Zustand eine Spannung, die durch den Spanner auf den Antriebsriemen angewendet wird, erhöht wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend Anwenden einer Spannung auf eine zweite Region des Antriebsriemens zwischen dem Anlasser/Elektromotor und einer Nebenaggregatlast, wobei die Nebenaggregatlast eine Klimaanlage beinhaltet, wobei die Nebenaggregatlast über eine AC-Kupplungsriemenscheibe an den Antriebsriemen gekoppelt ist.
  13. Fahrzeugantriebssystem, umfassend: einen Vorbaunebenaggregatantrieb, der einen Riemen beinhaltet; einen Verbrennungsmotor, der über eine Kurbelwellenriemenscheibe an den Riemen gekoppelt ist; einen BISG, der über eine BISG-Riemenscheibe an den Riemen gekoppelt ist, wobei der BISG an eine Batterie gekoppelt ist; eine Nebenaggregatlast, die über eine Kupplungsriemenscheibe an den Riemen gekoppelt ist; einen elektrisch betätigbaren Spanner, der zwischen der Kurbelwellenriemenscheibe und der BISG-Riemenscheibe an den Riemen gekoppelt ist, wobei der Spanner einen an einen Federmechanismus gekoppelten Magneten aufweist; und eine Steuerung mit auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen zum: wenn das BISG-Drehmoment null Drehmoment beträgt und sich der Verbrennungsmotor im Leerlauf befindet; Befehlen des Spanners in einen ausgefahrenen Zustand durch Einschalten des Magneten; Ableiten eines tatsächlichen Zustands des Spanners auf der Grundlage einer Änderung der Verbrennungsmotorlast nach dem Einschalten; und Angeben der Verschlechterung des Spanners auf der Grundlage des befohlenen Zustands relativ zu dem tatsächlichen Zustand.
  14. System nach Anspruch 13, wobei Ableiten Ableiten, dass der tatsächliche Zustand des Spanners ein eingezogener Zustand ist, wenn die Änderung der Verbrennungsmotorlast unter einem Schwellenwert liegt, beinhaltet und wobei das Angeben Angeben, dass der Spanner verschlechtert ist, wenn der befohlene Zustand nicht mit dem tatsächlichen Zustand übereinstimmt, beinhaltet.
  15. System nach Anspruch 13, wobei die Steuerung weitere Anweisungen beinhaltet zum: Nichtabschalten des Verbrennungsmotors als Reaktion auf einen Batterieladestatus über einem Schwellenwert oder einen Abfall des Bedienerdrehmomentbedarfs; und Abschalten des Verbrennungsmotors als Reaktion auf eine Bedienerabschaltanforderung oder eines Aussteigens des Bedieners aus dem Fahrzeug.
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