DE19809399A1 - Starthilfsanlage für einen Dieselmotor sowie Verfahren zum Starten eines Dieselmotors - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Starthilfsanlage für einen Dieselmotor sowie ein Verfahren zum Starten eines Dieselmotors.

Die Startwilligkeit von Dieselmotoren nimmt zu niedrigen Tempera­ turen hin ab. Hierfür ist einerseits eine Erhöhung des Reibmomen­ tes verantwortlich. Andererseits senken Leck- und Wärmeverluste beim Verdichten der Luft den Kompressionsenddruck sowie die Kom­ pressionsendtemperatur so weit ab, daß ein Start ohne Starthilfs­ mittel nicht mehr möglich ist. Die Temperaturgrenze hängt dabei i.a. von der Motorbauart ab. So haben direkt einspritzende Diesel­ motoren mit einteiligem Brennraum (im folgenden "DI-Motoren" genannt) aufgrund geringerer Wärmeverluste ein besseres Start­ verhalten als Vor- und Wirbelkammer-Motoren, welche einen geteil­ ten Brennraum aufweisen.

Üblicherweise werden bei kleinvolumigen DI-Motoren sowie Motoren mit geteiltem Brennraum Glühstiftkerzen verwendet, um das Start­ verhalten zu verbessern. Der Glühstift der Kerze ragt in den Brennraum bzw. in die Kammer des Motors. Neben Glühstiftkerzen sind auch Glühkerzen (im engeren Sinn) üblich, d. h. Glühkerzen mit freiliegendem Glühdraht. Bei großvolumigen Dieselmotoren beruht die Starthilfe häufig auf einer Vorwärmung der angesaugten Luft mit Hilfe von elektrisch beheizbaren Anheizkerzen oder Heizflan­ schen.

Um den Dieselmotor bei tiefen Temperaturen starten zu können, wird die Heizeinrichtung, z. B. die Glühstiftkerzen, aus der Fahrzeug­ batterie mit elektrischer Energie gespeist, welche in Wärme umge­ wandelt wird. Die bei diesem Vorglühvorgang zur Verfügung stehende elektrische Leistung wird durch den maximal möglichen Entladestrom der Batterie begrenzt. Dieser nimmt mit sinkender Temperatur ab, verhält sich also entgegengesetzt zu dem Leistungsbedarf als Funktion der Temperatur. Ein in einem Glühzeitsteuergerät einge­ bauter Temperaturfühler steuert die Dauer der benötigten Vorglüh­ zeit. Der Ablauf der Vorglühdauer - d. h. der Eintritt der Startbe­ reitschaft - wird z. B. durch Erlöschen einer Kontrollampe signali­ siert.

Durch die eingeschränkte Speiseleistung beträgt die Vorglühzeit bei heute verbreiteten kleinvolumigen DI-Motoren etwa 2-5 Sekunden (bei einem Kaltstart). Diese relativ lange Wartezeit vor dem Eintritt der Startbereitschaft stellt ein gewisses Sicherheits­ risiko in Gefahrensituationen, in denen ein sofortiges Wegfahren erforderlich ist, sowie eine Komforteinbuße dar.

Es wurden bereits verschiedene Vorschläge für Weiterentwicklungen von Vorglühanlagen gemacht. Aus der DE 37 13 835 A1 ist es bei­ spielsweise bekannt, Glühkerzen eines Dieselmotors mit einer Überspannung zu betreiben, um die Aufheizzeit zu verkürzen. Als Beispiel wird der Betrieb von 6-Volt-Glühkerzen mit einer Spannung von 12 Volt erwähnt.

Die EP 0 420 379 B1 schlägt vor, Glühkerzen für einen Dieselmotor aus einer Reihenschaltung zweier Kondensatoren zu speisen, die beim Aufladen parallel geschaltet werden. Diese Parallel/Serien- Wechselschaltung bewirkt eine Speisung der Glühkerzen mit doppel­ ter Batteriespannung.

Als allgemeiner Stand der Technik betreffend eine Stromversorgung im Kraftfahrzeug sei die DE 37 43 317 A1 genannt. Sie offenbart das Speisen von anderen Verbrauchern (d. h. keinen Glühkerzen o. ä.) aus einem Gleichspannungs-Zwischenkreis mit erhöhter Zwischen­ kreisspannung. Ein Gleichspannungs-Zwischenkreis mit erhöhter Zwischenkreisspannung ist z. B. auch in der DE 195 32 163 A1 be­ schrieben.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine verbesserte Start­ hilfsanlage für einen Dieselmotor und ein entsprechendes Verfahren anzugeben.

Gemäß Anspruch 1 stellt die Erfindung eine Starthilfsanlage für einen Dieselmotor bereit, welche folgendes umfaßt:

• - wenigstens eine elektrisch gespeiste Heizeinrichtung zum Verbessern des Startverhaltens des Dieselmotors;
• - eine Wechselrichter-Anordnung mit einem Zwischenkreis, der auf einem gegenüber einem Bordnetz erhöhten Spannungsniveau liegt;
• - einen Energiespeicher für die Heizvorrichtung, der aus dem Zwischenkreis auf eine gegenüber dem Bordnetz erhöhte Span­ nung aufgeladen wird;
• - eine Heizsteuereinrichtung, welche die Speisung der Heizein­ richtung unter Entnahme elektrischer Energie aus dem Energie­ speicher steuert;
• - wobei die Starthilfsanlage so ausgebildet ist, daß die Spei­ sung der Heizeinrichtung aus dem Energiespeicher bei erhöhter Spannung erfolgt.

In der Praxis konnten sich bisher Vorschläge zur Speisung von Glühstiftkerzen o. ä. aus Kondensatorspeichern nicht durchsetzen. Andere Vorschläge, die dahingehen, Glühkerzen mit einer aus der Bordbatterie gewonnenen geringfügigen Überspannung zu speisen, verkürzen zwar die erforderlichen Glühzeiten, haben jedoch - soweit ersichtlich - ebenfalls keine weite Verbreitung gefunden. Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, einen Energiespeicher für die Heizeinrichtung nicht mit dem Bordnetz, sondern mit dem Zwischenkreis einer (unten näher erläuterten) Wechselrichter-Anordnung zu koppeln. Der Energiespeicher kann so mit nur geringem zusatzaufwand auf relativ hohe Spannungen aufge­ laden werden. Die Speisung der Heizeinrichtung kann dann mit relativ hoher Leistung erfolgen. Dies erlaubt wesentlich kürzere Vorheizzeiten (z. B. Vorglühzeiten) als im Stand der Technik. Die Erfindung leistet damit einen Beitrag zur Erhöhung der Verkehrs­ sicherheit sowie auch des Fahrkomforts.

Es sei angemerkt, daß die im Anspruch 1 erwähnte Speisung der Heizeinrichtung aus dem Energiespeicher zwar vorzugsweise, aber keineswegs zwingend, im ausschließlichen Sinn gemeint ist. So ist es möglich, daß nur ein Teil der Speiseenergie dem Energiespei­ cher, ein anderer Teil hingegen der (auf niedriger Spannung lie­ genden) Bordnetzbatterie entnommen wird. Die Speisung kann auch nur zeitweise vollständig aus dem Energiespeicher erfolgen, zu anderen Zeiten hingegen ganz oder teilweise aus der Bordnetzbatte­ rie. Falls beispielsweise eine weitere Speisung der Heizeinrich­ tung nach dem Start des Dieselmotors erforderlich ist (z. B. Nach­ glühen in der ersten Anfahrphase oder Glühen beim Schubbetrieb) kann die Speisung nach erfolgtem Start aus einem Generator erfol­ gen. Vorzugsweise wird in all diesen Fällen die Speiseenergie dem Zwischenkreis entnommen.

Für die Anordnung die Energiespeichers werden zwei vorteilhafte Alternativen vorgeschlagen: Bei der ersten Alternative gemäß Anspruch 2 ist zwischen den Energiespeicher und den Zwischenkreis eine Ladeeinrichtung geschaltet ist, welche die Aufladung des Energiespeichers durch Energieentnahme aus dem Zwischenkreis steuert. Im einfachsten Fall wird dabei der Energiespeicher auf das Spannungsniveau des Zwischenkreises aufgeladen. Die Ladeein­ richtung ist dann (im Falle eines Gleichspannungs-Zwischenkreises) beispielsweise als Schalter ausgebildet, welcher den Energiespei­ cher direkt mit dem Zwischenkreis koppeln und von ihm trennen kann. Es ist aber auch möglich, den Energiespeicher auf höhere oder niedrigere Spannungen als die im Zwischenkreis vorherrschende Spannung aufzuladen. In diesem Fall kann die Ladeeinrichtung als Hochsetz- bzw. Tiefsetzsteller ausgebildet sein. Im Fall eines Wechselspannungs-Zwischenkreises kann die Ladeeinrichtung ferner als Gleichrichter ausgebildet sein.

Bei der zweiten Alternative gemäß Anspruch 3 ist der Energiespei­ cher direkt in den Zwischenkreis geschaltet. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um den in der Regel in einem Gleichspannungs- Zwischenkreis vorhandenen Speicher (z. B. einen Kondensator), welcher die Spannung im Zwischenkreis auch bei mit großer Flan­ kensteilheit ansteigender Stromentnahme annähernd konstant hält.

Gemäß Anspruch 4 handelt es sich bei dem Energiespeicher vorzugs­ weise um einen Kondensatorspeicher und/oder eine Kurzzeitbatterie. Der Kondensatorspeicher ist z. B. durch eine Parallelschaltung mehrerer Kondensatoren mit ausreichend großer Kapazität gebildet. Unter "Kurzzeitbatterie" wird eine hochbelastbare, schnell entlad­ bare Batterie verstanden, wie sie z. B. in der WO 97/08439 beschrie­ ben ist. Insbesondere beträgt ihre Entladedauer weniger als 7 Minuten, vorzugsweise weniger als 4 Minuten. Unter Entladedauer wird hier die minimale Zeitdauer zwischen Vollade- und Entladezu­ stand bei höchster zulässiger Dauerbelastung verstanden. Der maximale Entladestrom beträgt insbesondere mehr als 10 CA, vor­ zugsweise mehr als 15 CA. Die Leistungsdichte beträgt insbesondere mehr als 250 W/kg, vorzugsweise mehr als 300 W/kg. Die Kurzzeit­ batterie ist vorzugsweise ein alkalisches Sekundärsystem, vorzugs­ weise ein Nickel/Cadmium-System oder ein Nickel/Eisen-System. Die Kurzzeitbatterie enthält insbesondere Sinterelektroden, vorzugs­ weise als Sinterplatten oder Sinterfolienplatten ausführt, oder Faserstruktur-Elektroden. Bei letzteren besteht die Elektrode beispielsweise aus einer dreidimensionalen Polypropylenfaserstruk­ tur.

Gemäß Anspruch 5 ist die Heizeinrichtung vorzugsweise eine Glüh­ stiftkerze (d. h. eine Kerze mit gekapseltem Glühdraht), eine Glühkerze (mit offenliegendem Glühdraht), eine Anheizkerze und/oder ein Heizflansch sein. Während die ersten beiden direkt die Zündung des Kraftstoffs hervorrufen, dienen die letzten beiden der Vorwärmung der Ansaugluft.

Ansprüche 6 und 7 geben bevorzugte Werte für das erhöhte Span­ nungsniveau des Zwischenkreises an. Bevorzugt ist ein Spannungs­ niveau, welches am oberen Rand des Niederspannungsbereichs liegt, in dem noch keine Vorkehrungen gegen die Berührung von Leitern (Berührungsschutz) getroffen werden muß. Es handelt sich hierbei um Spannungen größer als ca. 40 Volt. Besonders bevorzugt sind wesentlich größere Spannungen, z. B. im Bereich von 200-400 Volt. Diese erlauben den Transport relativ großer Leistungen bei niedri­ gen Strömen.

Gemäß Anspruch 8 handelt es sich bei dem Zwischenkreis vorzugs­ weise um einen Gleichspannungs-Zwischenkreis. Gemäß Anspruch 9 dient die Wechselrichter-Anordnung zur Speisung eines Starter/- Generators. Hierbei handelt es sich vorteilhaft um eine Drehstrom­ maschine. Zum Betreiben als Starter entnimmt der Wechselrichter elektrische Energie aus einer im Niederspannungs-Bordnetz angeord­ neten Batterie, setzt diese z. B. mit Hilfe eines Hochsetzstellers in das erhöhte Spannungsniveau des Zwischenkreises um, und wandelt die dem Zwischenkreis entnommene Energie in Wechsel- oder Dreh­ strom frei einstellbarer Frequenz, Amplitude und Phase um. Auch im Generatorbetrieb erzeugt der Wechselrichter Drehfelder. Da die Stromrichtung hier umgekehrt ist, wird jedoch von der elektrischen Maschine elektrische Energie erzeugt, die zunächst dem Zwischen­ kreis mit seinem erhöhten Spannungsniveau und anschließend, z . B. nach Spannungsherabsetzung, der Niederspannungsbatterie oder anderen Verbrauchern zugeführt wird.

Gemäß Ansprüchen 10 und 11 hat der Energiespeicher neben der Spei­ sung der Heizeinrichtung eine weitere Funktion, und zwar dient er zum Speisen der elektrischen Maschine (wobei dies in einem nicht ausschließlichen Sinn zu verstehen ist, es sich also um eine zusätzliche Speisung handeln kann). Dies ist besonders vorteilhaft in solchen Betriebszuständen, in denen die elektrische Maschine einen hohen Leistungsbedarf hat, so etwa beim Starten oder wenn sie den Verbrennungsmotor beim Beschleunigen des Fahrzeugs unter­ stützt ("elektrischer Booster") oder zeitweise den Antrieb des Fahrzeugs vollständig übernimmt (nach Art eines Hybridfahrzeugs).

Die Erfindung ist auch auf ein Verfahren zum Starten eines Diesel­ motors gerichtet. Bezüglich der Merkmale, Ausgestaltungen und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Ansprüche 12 und 13 sowie die vorstehenden und folgenden Ausführungen zur Starthilfsanlage verwiesen.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und der angefügten schematischen Zeichnung näher erläutert. In der Zeich­ nung zeigen:

Fig. 1 ein Antriebssystem mit einem Dieselmotor und einem Aus­ führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Starthilfsan­ lage;

Fig. 2 ein Antriebssystem gemäß Fig. 1 mit einer anderen Aus­ führungsform der Starthilfsanlage; und

Fig. 3 ein Flußdiagramm zum Starten des Dieselmotors mit Hilfe der in Fig. 1 oder 2 dargestellten Starthilfsanlage.

Funktionsgleiche oder -ähnliche Teile tragen gleiche Bezugszei­ chen.

Das Antriebssystem gemäß Fig. 1 ist z. B. für ein Kraftfahrzeug, etwa einen Personenkraftwagen bestimmt. Es weist einen Dieselmotor 1 auf, der Drehmoment über eine Antriebswelle 2 (z. B. die Kurbel­ welle des Dieselmotors 1), eine Kupplung 3 und weitere (nicht gezeigte) Teile eines Antriebsstrangs auf die Antriebsräder des Fahrzeugs abgibt. Auf der Antriebswelle 2 sitzt eine als Starter, Zusatzantriebsaggregat und Generator dienende elektrische Maschine 4, hier eine Asynchron-Drehstrommaschine. Sie weist einen direkt auf der Antriebswelle 2 sitzenden und drehfest mit ihr verbundenen Läufer 5 sowie einen z. B. am Gehäuse des Dieselmotors 1 abgestütz­ ten Ständer 6 auf. Die (nicht dargestellte) Wicklung des Ständers 6 wird durch einen Wechselrichter 7 mit elektrischen Strömen und Spannungen praktisch frei einstellbarer Amplitude, Phase und Frequenz gespeist. Es handelt es sich um einen Gleichspannungs- Zwischenkreis-Wechselrichter, welcher aus einer im wesentlichen konstanten Zwischenkreis-Gleichspannung mit Hilfe von elektroni­ schen Schaltern z. B. sinusbewertete breitenmodulierte Pulse her­ ausschneidet, die - gemittelt durch die Induktivität der elek­ trischen Maschine 4 - zu nahezu sinusförmigen Strömen der ge­ wünschten Frequenz, Amplitude und Phase führen.

Der Wechselrichter ist im wesentlichen aus einem maschinenseitigen Gleichspannungs-Wechselspannungs-Umrichter 7a, einem Gleichspan­ nungs-Zwischenkreis 7b und einem bordnetzseitigen Gleichspannungs­ wandler 7c aufgebaut. Letzterer ist mit einem Fahrzeugbordnetz 8 und einem Bordnetz-Langzeitspeicher 9, hier einer herkömmlichen Blei-Schwefelsäure-Batterie, gekoppelt. Das Bordnetz 8 und die Bordnetzbatterie 9 liegen auf einem niedrigen Spannungsniveau, z. B. 12 oder 24 Volt. Der Zwischenkreis 7b liegt demgegenüber auf einer erhöhten Spannung, die vorteilhafterweise im Bereich zwi­ schen 200 und 400 Volt liegt. Bei hohen Spannungen sind nämlich die Halbleiterverluste im Umrichter 7a relativ klein; ferner können die Leiterquerschnitte der Wicklungen der elektrischen Maschine 4 kleiner dimensioniert sein als bei niedrigen Spannun­ gen. Vorteilhaft sind aber auch niedrigere Spannungen, die etwa im oberen Teil des Niederspannungsbereichs, also z. B. oberhalb 40 Volt liegen. Hierbei kann auf eine vollständige Isolation span­ nungsführender Teile verzichtet werden; andererseits machen sich bereits die o.g. mit höherer Spannung einhergehende Vorteile bemerkbar. In den Zwischenkreis 7b ist ein Kondensator 10 geschal­ tet, welcher die Spannung im Zwischenkreis auch bei mit großer Flankensteilheit ansteigender Stromentnahme - die bei Erzeugung von Pulsen durch den Umrichter 7a vorliegt - annähernd konstant hält.

In den Zwischenkreis 7b ist ferner eine Ladeeinrichtung 11 ge­ schaltet, mit der wiederum ein Kurzzeit-Energiespeicher 12 gekop­ pelt ist. Sie steuert die Stromentnahme aus dem Zwischenkreis 7b zur Ladung des Energiespeichers 12. Bei dem dargestellten Beispiel wird der Energiespeicher 12 auf das gleiche Spannungsniveau wie der Zwischenkreis 7b aufgeladen, die Ladeeinrichtung 11 fungiert also als Stromsteuergerät, im einfachsten Fall als Schalter. Bei anderen (nicht gezeigten) Ausführungsformen, bei denen der Ener­ giespeicher 12 auf höhere oder niedrigere Spannungen als der Zwi­ schenkreis 7b aufgeladen wird, hat sie zusätzlich die Funktion eines Spannungswandlers zu höheren bzw. niedrigeren Spannungen. Der Energiespeicher 12 ist aus einer Parallelschaltung von Kon­ densatoren hoher Kapazität aufgebaut. Bei anderen (nicht gezeig­ ten) Ausführungsformen besteht er aus einer oder mehreren Kurz­ zeitbatterien. Der Energiespeicher 12 ist wiederum über eine Schalteinrichtung 13, hier in Form von Leistungshalbleiterschal­ tern, mit einer Heizeinrichtung 14, die das Starten des Dieselmo­ tors 1 erleichtert, verbunden. Hierbei handelt es sich z. B. um jeweils eine in die Brennräume des Dieselmotors 1 ragende Glüh­ stiftkerze, und/oder eine sog. Anheizkerze, die die Ansaugluft vorwärmt.

Die elektrische Maschine 4 kann nach dem Startvorgang, (bei dem sie elektrische Energie benötigt), als Generator fungieren, d. h. elektrische Energie liefern. Daneben kann sie als elektrischer Booster fungieren, d. h. den Dieselmotor 1 bei Fahrzeugbeschleuni­ gungen unterstützen. Sie kann ferner - nach Art eines Hybridfahr­ zeugs - den Fahrzeugantrieb zeitweise allein übernehmen. Der Wandler 7c ist als bidirektionaler Wandler ausgebildet. Er kann einerseits, wenn die elektrische Maschine 4 als Motor betrieben wird und dabei aus der Bordnetzbatterie 9 gespeist wird, elek­ trische Energie aus der Bordnetzbatterie 10 in den Zwischenkreis 7b bringen, und andererseits, wenn sie als Generator betrieben wird, Energie aus dem Zwischenkreis 7b zwecks Speisung der Ver­ braucher des Bordnetzes 8 und der Bordnetzbatterie 9 überführen.

Die Kapazität des Energiespeichers 12 ist so bemessen, daß sie auch bei tiefen Temperaturen ausreicht, um den Dieselmotor 1 für einen sicheren Start ausreichend vorzuheizen, z. B. vorzuglühen. Bei größerer Dimensionierung kann der Energiespeicher 12 vorteil­ haft auch dazu dienen, der elektrischen Maschine 4 über den Um­ richter 7a elektrische Energie zu liefern. Besonders vorteilhaft dient der Energiespeicher 12 auch dazu, die zum elektrischen Boosten benötigte Energie zwischenzuspeichern und der elektrischen Maschine 4 bei Fahrzeugsbeschleunigung kurzzeitig hohe elektrische Leistung über den Umrichter 7a zu liefern. Für die beiden letzt­ genannten Anwendungen ist die Ladeeinrichtung 11 bidirektional ausgebildet. Das heißt, sie kann elektrische Energie sowohl aus dem Zwischenkreis 7b in den Energiespeicher 12 als auch in umge­ kehrter Richtung aus dem Energiespeicher 12 in den Zwischenkreis 7b überführen und dabei gegebenenfalls spannungsheraufsetzend oder -herabsetzend wirken. Ein übergeordnetes Steuergerät 15 steuert den Wechselrichter 7, und zwar den Umrichter 7a und den Wandler 7c, sowie die Ladeeinrichtung 11 und die Schalteinrichtung 13. Es gibt dem Umrichter 7a Amplitude, Phase und Frequenz der zu erzeu­ genden Dreiphasenspannung vor. Dem Wandler 7c gibt es den Strombe­ trag, die Stromrichtung und den Betrag der Spannungsherauf- bzw. -herabsetzung vor. Der Ladeeinrichtung 11 gibt es vor, welchen Strombetrag diese aus dem Zwischenkreis 7b entnehmen oder in ihn einspeisen soll und dem Energiespeicher 12 zuführen bzw. ihr entnehmen soll. Das Steuergerät 15 steuert auch die Schalteinrich­ tung 13 und damit auch Beginn und Ende des Beheizvorgangs (z. B. des Glühvorgangs). Es empfängt u. a. Eingangssignale von einem Temperatursensor 16, der Information z. B. über die Kühlmittel­ temperatur des Dieselmotors 1 liefert.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 entspricht demjenigen gemäß Fig. 1. Im Unterschied zu letzterem übernimmt bei ihm jedoch der Zwischenkreiskondensator 10 (oder - alternativ - eine schnelle Batterie) die Funktion des Energiespeichers 12. Eine Laderichtung ist hier nicht vorhanden. Der Zwischenkreiskondensator 10 ist mit ausreichender Kapazität für seine (Zusatz-)Aufgabe als Speicher für die Heizenergie ausgestattet. Da er direkt im Zwischenkreis 7b sitzt, wird er unmittelbar auf das Spannungsniveau des Zwischen­ kreises 7b aufgeladen.

Im folgenden wird die Funktion des Antriebssystems mit Starthilfs­ anlage gemäß Fig. 1 und 2 anhand des Flußdiagramms gemäß Fig. 3 erläutert: Im Schritt S1 wird der Energiespeicher 12 aufgeladen. Die Aufladung erfolgt auf einen hohen vorbestimmten Wert, der beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 (und ggf. auch bei demjenigen gemäß Fig. 1) der Zwischenkreisspannung entspricht. Sie erfolgt bei laufendem Dieselmotor 1 aus der dann als Generator fungieren­ den elektrischen Maschine 4. Bei längerem Fahrzeugstillstand entlädt sich der Kondensatorspeicher 12 aber allmählich, so daß er dann ganz oder teilweise durch Energieentnahme aus der Bordnetz­ batterie 9 aufzuladen ist. Die im Energiespeicher 12 noch vorhan­ dene Energiemenge kann z. B. einfach aus der von ihm aufgebrachten Spannung bestimmt werden, um in Bereitschaft für einen Beheizvor­ gang, z. B. Vorglühvorgang zu bleiben. Das Nachladen braucht in der Regel erst nach längerem Motorstillstand erfolgen, da der Energie­ speicher 12 i.a. bei laufendem Motor 1 voll aufgeladen worden ist, also auf einen Wert, der über dem für die Starthilfe benötigten Mindestwert liegt. Hierzu werden bei Motorstillstand die folgenden Schritte ausgeführt: Im Schritt S2 ermittelt das Steuergerät 15 die momentane Motortemperatur anhand der vom Temperatursensor 16 gelieferten Meßinformation sowie ggf. die Umgebungstemperatur anhand eines (in Fig. 1 nicht gezeigten) Außentemperatursensors. Im Schritt S3 ermittelt das Steuergerät 15 z. B. anhand eines abge­ speicherten Kennfeldes diejenige Energiemenge, die erwartungsgemäß bei der im vorangegangenen Schritt ermittelten Temperatur (bzw. bei dem ermittelten Temperaturpaar) für eine erfolgreiche Start­ hilfe, z. B. in Form von Vorglühen und/oder Vorheizen benötigt wird. Falls die im Energiespeicher 12 noch vorhandene Energiemen­ ge, die im vorangegangenen Schritt ermittelte benötigte Menge unterschreitet, veranlaßt das Steuergerät 15 im Schritt S4 ein Nachladen des Energiespeichers 12 durch Entnahme von Energie, welche von der Bordnetzbatterie 9 herrührt, aus dem Zwischenkreis 7b. Die im Energiespeicher 12 noch vorhandene Energiemenge kann z. B. einfach aus der von ihm noch aufgebrachten Spannung bestimmt werden. Das Nachladen muß in der Regel erst nach längerem Motor­ stillstand erfolgen, da der Energiespeicher v.a. bei laufendem Motor voll aufgeladen worden ist, also auf einen Wert, der über dem für die Starthilfe benötigten Mindestwert liegt. Im Schritt S5 fragt das Steuergerät 15 ab, ob ein Kommando zum Start des Diesel­ motors - etwa durch Betätigung des Startschlüssels - gegeben wurde. Falls dies nicht der Fall ist, führt das Steuergerät 15 die Schritte S2 bis S5 wiederholt aus, um den Energiespeicher 12 permanent in Bereitschaft zu halten, d. h. in einem Ladungszustand, welcher für eine erfolgreiche Starthilfe ausreichend ist. Im Schritt S6 veranlaßt das Steuergerät 15, daß die Heizeinrichtung 14, (z. B. Glühstiftkerzen) durch Schließen der Schalteinrichtung 13 kurzfristig mit sehr hoher Leistung aus dem Energiespeicher 12 gespeist wird. Die gesamte Heiz-Energiemenge wird dadurch in kürzester Zeit vollständig in Wärmeenergie umgewandelt, so daß sehr kurze Vorheizzeiten von weniger als einer Sekunde erzielbar. Im Schritt S7 wird schließlich der Dieselmotor 1 gestartet.

Insgesamt erlaubt die Erfindung ein praktisch verzögerungsfreies Starten eines kalten Dieselmotors. Die Erfindung dient damit einerseits der Verkehrssicherheit, da sie ein schnelleres Losfah­ ren im Gefahrenfall erlaubt, andererseits erhöht sie den Komfort. Sie kann damit die Akzeptanz von Dieselfahrzeugen erhöhen. Die Erfindung leistet damit einen Beitrag zum Umweltschutz sowie zur Schonung knapper Resourcen.

Bezugszeichenliste

1

Dieselmotor

2

Antriebswelle

3

Kupplung

4

elektrische Maschine

5

Läufer

6

Ständer

7

Wechselrichter

7

a Umrichter

7

b Zwischenkreis

7

c Gleichspannungswandler

8

Bordnetz

9

Bordnetzbatterie

10

Zwischenkreiskondensator

11

Ladeeinrichtung

12

Energiespeicher

13

Schalteinrichtung

14

Heizeinrichtung

15

Steuergerät

16

Temperatursensor

Claims (13)

1. Starthilfsanlage für einen Dieselmotor (1), mit:

• - wenigstens einer elektrisch gespeisten Heizeinrichtung (14) zum Verbessern des Startverhaltens des Dieselmotors (1);
• - einer Wechselrichter-Anordnung (7) mit einem Zwischen­ kreis (7b), der auf einem gegenüber einem Bordnetz (8) erhöhten Spannungsniveau liegt;
• - einen Energiespeicher (12) für die Heizvorrichtung (14), der aus dem Zwischenkreis (7b) auf eine gegen­ über dem Bordnetz (8) erhöhte Spannung aufgeladen wird;
• - einer Heizsteuereinrichtung (13), welche die Speisung der Heizeinrichtung (14) unter Entnahme elektrischer Energie aus dem Energiespeicher (12) steuert;
• - wobei die Starthilfsanlage so ausgebildet ist, daß die Speisung der Heizeinrichtung (14) aus dem Energiespei­ cher (12) bei erhöhter Spannung erfolgt.

2. Starthilfsanlage nach Anspruch 1, bei welcher zwischen den Energiespeicher (12) und den Zwischenkreis (7a) eine Ladeein­ richtung (11) geschaltet ist, welche die Aufladung des Ener­ giespeichers (12) durch Energieentnahme aus dem Zwischenkreis (7b) steuert.

3. Starthilfsanlage nach Anspruch 1, bei welcher der Energie­ speicher (12) direkt in den Zwischenkreis (7b) geschaltet ist.

4. Starthilfsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher der Energiespeicher (14) ein Kondensatorspeicher und/oder eine Kurzzeitbatterie ist.

5. Starthilfsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei wel­ cher die Heizeinrichtung (14) eine Glühkerze, eine Glühstift­ kerze, eine Anheizkerze und/oder ein Heizflansch ist.

6. Starthilfsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei wel­ cher das erhöhte Spannungsniveau des Zwischenkreises (7b) oberhalb 40 Volt, insbesondere oberhalb 100 Volt liegt.

7. Starthilfsanlage nach Anspruch 6, bei welcher das erhöhte Spannungsniveau des Zwischenkreises (7b) im Bereich zwischen 200 Volt und 400 Volt liegt.

8. Starthilfsanlage nach Anspruch 5, bei welcher der Zwischen­ kreis (7b) ein Gleichspannungs-Zwischenkreis ist.

9. Starthilfsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei wel­ cher die Wechselrichter-Anordnung (7) zum Betreiben einer als Starter/Generator fungierenden elektrischen Maschine (4), insbesondere einer Drehstrommaschine dient.

10. Starthilfsanlage nach Anspruch 9, bei welcher der Energie­ speicher (12) auch zum Speisen der elektrischen Maschine (4) dient.

11. Starthilfsanlage nach Anspruch 10, bei welcher die elektri­ sche Maschine (4) für das Starten des Dieselmotors (1) und/­ oder für eine Funktion als Fahrzeug-Antriebsmotor oder - Hilfsantriebsmotor ganz oder teilweise aus dem Energiespei­ cher (12) gespeist wird.

12. Verfahren zum Starten eines Dieselmotors (1), mit folgenden Schritten:

• - Aufladen eines Energiespeichers (12) auf ein gegenüber einem Bordnetz (8) wesentlich erhöhtes Spannungsniveau;
• - Speisen einer Heizeinrichtung (14) mit elektrischer Energie auf erhöhtem Spannungsniveau aus dem Energie­ speicher (12);
• - Starten des Dieselmotors (1).

13. Verfahren nach Anspruch 12, welches gemäß einem oder mehrerer zusätzlicher Merkmale der Ansprüche 2 bis 11 ausgestaltet ist.