DE19632074A1

DE19632074A1 - Verfahren zum Betrieb eines mit einem Starter-Generator koppelbaren ventilgesteuerten Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE19632074A1
Application number: DE1996132074
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr Ing Schaefer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1996-08-08
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 1998-02-12
Anticipated expiration: 2016-08-09
Also published as: DE19632074C2; WO1998006940A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines mit einem Starter-Generator koppelbaren ventilgesteuer ten Verbrennungsmotors gemäß Patentanspruch 1.

Zur Reduzierung der Emission und des Kraftstoffverbrauchs in durch Verbrennungsmotore angetriebene Kraftfahrzeuge ist es bekannt, in Betriebsphasen ohne Leistungsanforderung den Ver brennungsmotor von der Kraftübertragung zu den Antriebsrä dern zu trennen und vollständig abzuschalten oder einen Teil der Zylinder ohne Zündung und Kompression nur mitlaufen zu lassen. Bei erneuter Leistungsanforderung erfolgt der Start vorgang im ersten Fall durch die nichtabgeschalteten Zylinder und im letzten Fall insbesondere über eine sogenannte Schwungnutzautomatik, bei der ein zuvor mit einem hinreichen den Schwungmoment ausgestattetes und dazu ausgekuppeltes Schwungrad wieder an die Kurbelwelle angekuppelt wird und durch Abgabe einer kinetischen Energie ein Neustarten des Verbrennungsmotors ermöglicht. Bei zu langen Betriebspausen wird das Schwungrad vor seinem Startankoppeln an den Verbren nungsmotor zunächst wieder hinreichend beschleunigt. Zur Be schleunigung dient ein sogenannter Starter-Generator in Form einer sowohl als Motor als auch als Generator einsetzbaren elektrischen Maschine, die im motorischen Betrieb aus einer Batterie gespeist das hinreichende Schwungmoment erzeugt und im generatorischen Betrieb von dem dann arbeitenden Verbren nungsmotor angetrieben die elektrische Energie zur Nachladung der Batterie erzeugt.

Durch die EP-B1-0 103 821 ist es bekannt, bei einer Verbren nungsmaschine mit einer Schwungnutzautomatik das auch für den Gleichlauf der Verbrennungsmaschine notwendige Schwungmoment durch ein auskuppelbares Schwungrad aufzubringen, das zu gleich als Rotor des Starter-Generators ausgebildet ist. Ein derartiger Starter-Generator übernimmt also einerseits die Funktion des üblichen Direktstartens über einen Anlasser als auch die Funktion einer Lichtmaschine zur Ladung der Batterie und erlaubt durch die Ausnutzung der in ihm gespeicherten ki netischen Energie wiederum eine Reduzierung der Emission und des Kraftstoffverbrauchs aufgrund der Abschaltungsmöglichkeit des Verbrennungsmotors in den Zwischenbetriebssphasen ohne Leistungsaufwand.

Bei einem durch die WO 94/07025 bekannten Verfahren zum Be trieb eines mit einem Starter-Generator über eine Schwung automatik und eine gesonderte Schwungnutzkupplung koppelbaren mehrzylindrigen Verbrennungsmotors soll der konstruktive Auf wand und die Baugröße des mit der Schwungnutzautomatik ausge rüsteten Verbrennungsmotor dadurch verringert werden, daß beim Startvorgang des Verbrennungsmotors mittels des Schwung rades nur ein Teil der Zylinder des Verbrennungsmotors gezün det und zugeschaltet wird und die verbleibenden Zylinder ent weder vollständig abgekoppelt werden oder lediglich kompres sionslos mitlaufen.

Gemäß Aufgabe vorliegender Erfindung sollen bei vereinfachtem Aufbau Baugröße und Gewicht des Starter-Generators noch wei ter vermindert und damit ein besonders kompakter Starter-Generator-Antrieb geschaffen werden.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt dadurch, daß der Starter-Generator mit einem an sich vorhandenen, für den Einbau in ein Kraftfahrzeug vorgesehenen ventilsteuerbaren Verbren nungsmotors kombiniert und beim Anfangsbeschleunigen des di rekt, ohne Schwungnutzautomatik und Schwungnutzkupplung ge koppelten Verbrennungsmotors durch den Starter-Generators die Ventile mittels einer - in vorteilhafter Weise bereits an sich vorhandenen - Ventilsteuerung in einer zumindest vermin derten, zweckmäßigerweise auf Null reduzierten Kompression und selbstverständlich abgeschalteter Zündung des Verbren nungsmotors verstellt werden; zweckmäßigerweise wird dabei die Schwungmasse des Rotors des Starter-Generators lediglich hinsichtlich eines gewährleisteten Rundlaufs des Verbren nungsmotors ausgelegt.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im fol genden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungs beispiels erläutert.

Die Figur zeigt mit ausgezogener Linienkontur ein erstes und mit gestrichelter Linienkontur ein zweites Ausführungsbei spiels eines mit einem ventilsteuerbaren Verbrennungsmotor 1 koppelbaren Starter-Generators 2 bzw. 3. In beiden Fällen ist der Starter-Generator 2 bzw. 3 ohne gesonderte Schwungnutzau tomatik und Schwungnutz-Zwischenkupplung an die Kurbelwelle 1.1 des ventilsteuerbaren Verbrennungsmotors 1 angekoppelt.

Beim ersten Ausführungsbeispiel ist nach einer ersten Ausge staltung der Erfindung der Rotor 2.1 des Starter-Generators 2 unmittelbar auf der Kurbelwelle 1.1 des ventilsteuerbaren Verbrennungsmotors 1 derart angeordnet, daß die Rotorwelle 2.11 des Starter-Generators 2 gleichzeitig die Kurbelwelle 1.1 des ventilsteuerbaren Verbrennungsmotors 1 bildet. Der Stator 2.2 des Starter-Generators 2 ist an einem Flansch des ventilsteuerbaren Verbrennungsmotors 1 gehalten. Der Abtrieb des Verbrennungsmotors 1 und des Starter-Generators 2 erfolgt über eine Getriebekupplung 4 und ein nachgeschaltetes Ge triebe 5 an den hier nicht näher dargestellten Radantrieb eines Kraftfahrzeuges; selbstverständlich kann anstelle von gesonderter Getriebekupplung und gesondertem Getriebe auch eine Automatik-Schaltung mit integrierter Kupplung treten.

Nach dem zweiten Ausführungsbeispiel ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein Starter-Generator 3 am Außen umfang des Verbrennungsmotors 1 derart angeordnet, daß seine Rotorwelle 3.1 parallel zur Kurbelwelle 1.1 des Verbrennungs motors 1 verläuft. Zum Antrieb zwischen der Rotorwelle 3.1 einerseits und der Kurbelwelle 1.1 andererseits ist - wiede rum unter Verzicht auf eine Schwungnutzautomatik und eine Schwungnutz-Zwischenkupplung - ein Getriebe 9 mit zwei in einander kämmenden Getrieberädern 9.1 bzw. 9.2 im Sinne einer Übersetzung vorgesehen; anstelle von kämmenden Getrieberädern kann auch z. B. eine an sich bekannte Zahnriemenübersetzung oder dergleichen treten.

Vor dem Starten bzw. Beschleunigen des ventilsteuerbaren Ver brennungsmotors 1 werden dessen Ventile über einen Ventil-Stellantrieb 1.2 von einer Steuereinheit 1.3 so verstellt, daß im Verbrennungsmotor 1 praktisch keine Kompression ent steht. Der Starter-Generator 2 kann dann im Motorbetrieb mit relativ kleiner Leistung bei Speisung aus einer Batterie S über eine Frequenzumrichter 7 die Kurbelwelle 1.1 des Ver brennungsmotors 1 mit geringer Leistung hochbeschleunigen. Dabei hat der Starter-Generator lediglich das Trägheitsmoment des Verbrennungsmotors 1 und dessen Reibung zu überwinden. Erfindungsgemäß sind bei diesem Hochfahren des Verbrennungs motors dessen sämtliche Zylinder mit minimaler oder total re duzierter Kompression sowie demgemäß bei abgeschalteter Zün dung bzw. Einspritzung bzw. Gemischaufbereitung betrieben; die Verstellung der Ventile selbsterfolgt in an sich bekann ter Weise, insbesondere durch direkte entsprechende Ventil hubsteuerung oder durch entsprechende Veränderung des Steuer winkels zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle.

Bei Erreichen einer durch einen Drehzahlsensor 2.3 erfaßten und dann an einer Hauptsteuereinheit 6 abgegebenen Mindest drehzahl, vorteilhafterweise einer Mindestdrehzahl von ca. 1000 U/min, werden die Ventile des Verbrennungsmotors 1 über die Steuereinheit 1.3 und dem Ventil-Stellantrieb 1.2 so ver stellt, daß der betriebsmäßige Verbrennungsvorgang nach nun mehr eingeschaltetem Zündvorgang des Verbrennungsmotors 1 eingeleitet werden kann, wobei die zuvor durch den Starter-Generator in seinem Motorbetrieb aufgebrachte Schwungenergie dazu mithilft, den Verbrennungsmotor 1 kurzzeitig zu starten und zu beschleunigen. Der Zündvorgang des Verbrennungsmotors 1 wird dabei durch den Antrieb über den Starter-Generator un terstützt. Sobald der Verbrennungsmotor 1 gezündet hat, wird der Starter-Generator aus dem Motorbetrieb abgeschaltet und in vorteilhafter Weise auf Generatorbetrieb umgeschaltet, in dem er die Batterie 8 nachladen kann.

In vorteilhafter Weise wird für den ventilsteuerbaren Ver brennungsmotor 1 ein an sich bereits bekannter und für den Antrieb eines Kraftfahrzeuges vorgesehener Motor mit einer variablen Ventilhub- bzw. Nockenwellensteuerung vorgesehen.

Claims

1. Verfahren zum Betrieb eines mit einem Starter-Generator koppelbaren ventilgesteuerten Verbrennungsmotors

- mit beim Anfangs-Beschleunigen durch den Starter-Genera tor (2 bzw. 3) im Sinne einer zumindest verminderten Kom pression des Verbrennungsmotors (1) verstellten Ventilen.
- mit einem kupplungslos mit der Kurbelwelle (1.1) des Ver brennungsmotors (1) gekoppelten Starter-Generator (2).

2. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche

- mit einem unmittelbar auf der Kurbelwelle (1.1) des Ver brennungsmotors (1) angeordnetem Rotor (2.1) des Starter-Generators (2).

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2

- mit einem mit seiner Rotorwelle (3.1) parallel zur Kur belwelle (1.1) des Verbrennungsmotors (1) angeordneten Starter-Generator (2).

4. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch

- mit einem über eine Übersetzung (9) in Antriebsverbindung mit dem Verbrennungsmotor (1) stehenden Motor-Generator (3).

5. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch

- mit am Außenumfang des Verbrennungsmotors (1) angeordne tem Starter-Generator (3).

6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden An sprüche

- mit einer lediglich hinsichtlich eines gewährleisteten Rundlaufs des Verbrennungsmotors (1) ausgelegten Schwung masse des Rotors (2.1) des Starter-Generators (2).

7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden An sprüche

- mit einem eigenantriebslosen Beschleunigen des Verbren nungsmotors (1) durch den Starter-Generator (2 bzw. 3) bis zu einer Mindestdrehzahl, insbesondere bis zu einer Min destdrehzahl von ca. 1000 U/min.

8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden An sprüche

- mit einer Rückstellung der Ventile im Sinne einer be triebsmäßigen Kompression und mit einer Zündung im Sinne eines Eigenantriebes des Verbrennungsmotors (1) oberhalb der Mindestdrehzahl, insbesondere oberhalb einer Mindest drehzahl von ca. 1000 U/min.

9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden An sprüche

- mit Verwendung eines an sich zum Einbau in einen Kraft fahrzeug-Antrieb vorgesehenen Verbrennungsmotors (1) mit, insbesondere über eine verstellbare Nockenwelle, ein stellbaren Ventilen.