EP0660903A1

EP0660903A1 - Verfahren zum betrieb eines mit einem starter-generator über ein schwungrad kuppelbaren mehrzylindrigen verbrennungsmotors

Info

Publication number: EP0660903A1
Application number: EP93919275A
Authority: EP
Inventors: Werner Harbauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1992-09-18
Filing date: 1993-09-06
Publication date: 1995-07-05
Also published as: WO1994007025A1

Abstract

Zur weiteren Aufwands- und Emissionsminderung für einen mehrzylindrigen Verbrennungsmotor (M) mit über ein Schwungrad (FW) kuppelbaren Starter-Generator (ST) wird beim Start des Verbrennungsmotors (M) mittels des Schwungrades (FW) zunächst nur ein Teil der Zylinder (1; 2) zugeschaltet; die übrigen Zylinder (3; 4) werden dabei abgekuppelt bzw. ohne Kompressionswiderstand mitbetrieben.

Description

Verfahren zum Betrieb eines mit einem Starter-Generator über ein Schwungrad kuppelbaren mehrzylindrigen Verbren¬ nungsmotors

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines mit einem Starter-Generator über ein Schwungrad kup¬ pelbaren mehrzylindrigen Verbrennungsmotors nach Anspruch 1

Zur Reduzierung der Emission und des Kraftstoffverbrauchs in durch Verbrennungsmotors angetriebenen Kraftfahrzeugen ist es bekannt, in Betriebsphasen ohne Leistungsanforderung der Verbrennungsmotor von der Kraftübertragung zu den An¬ triebsrädern zu trennen und vollständig abzuschalten oder einen Teil der Zylinder ohne Zündung und Kompression nur mitlaufen zu lassen. Bei erneuter Leistungsanforderung er¬ folgt der Startvorgang im ersteren Fall durch die nicht ab¬ geschalteten Zylinder und im letzteren Fall insbesondere über eine sogenannte Schwungnutzautomatik, bei der ein zu¬ vor mit einem hinreichenden Schwungmoment ausgestattetes und ausgekuppeltes Schwungrad wieder an die Kurbelwelle an¬ gekuppelt wird und durch Abgabe seiner kinetischen Energie ein Neustarten der Brennkraftmaεchine ermöglicht.

Durch die JP-A-60 125 770 ist eine Zylinderteilabschaltung bei einem ansonsten üblichen Anlaßvorgang eines Verbrennungsmotors durch einen Anlasser bekannt.

Eine in vorteilhafter Weise nachträglich an einen Verbren¬ nungsmotor nachrüstbare Schwungnutzautomatik ist z. B. durch die EP-Bl 0 103 821 bekannt. Zur Nachrüstung ist da¬ bei lediglich zusätzlich eine Schwungrad-Kupplung zwischen der Kurbelwelle und dem an sich vorhandenen Schwungrad vor¬ zusehen; das Schwungrad wird gewöhnlich durch den Verbren¬ nungsmotor angetrieben; bei Leerlauf- bzw. Null-Leistungs- zuständen wird z. B. aufgrund einer entsprechenden Stel lung des Gas-Fußpedals der Verbrennungsmotor über die zu¬ sätzliche Schwungrad-Kupplung von der Kurbelwelle und damit getrennt; beim erneuten Ankuppeln des Schwungrades an den Verbrennungsmotor kann dann durch Ausnutzung der im Schwungrad gespeicherten kinetischen Energie der Verbren¬ nungsmotor gestartet weren.

Das Schwungrad ist zugleich als Rotor eines Starter-Gene¬ rators ausgebildet, derart daß im von dem Verbrennungsmotor ausgekoppelten Zwischenzustand das Schwungrad als Rotor ei¬ nes Elektromotors auf einer für einen neuen Startvorgang des Verbrennungsmotors hinreichende Grenzdrehzahl gehalten wird und andererseits als Rotor eines Generators bei normalem Verbrennungsmotorbetrieb die Funktion einer übli- r^ächen Lichtmaschine erfüllen kann. Ein derartiger Starter- Generator übernimmt also einerseits die Funktion des übli¬ chen Direktstartens über einen Anlasser als auch die Funk¬ tion einer Lichtmaschine zur Ladung der Batterie und er- '-" laubt durch die Ausnutzung der in ihm gespeicherten kineti- sehen Energie eine Reduzierung der Emissionen und des Kraftstoffverbrauchs aufgrund der Abschaltungsmöglichkeit des Verbrennungsmotors in den Zwischenbetriebsphasen ohne Leistungsanforderung.

Der konstruktive Aufwand und die Baugröße eines mit einer Schwungnutzautomatik ausgerüsteten Verbrennungsmotors kön¬ nen erfindungsgemäß dadurch weiter gemindert werden, daß beim Startvorgang des Verbrennungsmotors mittels des Schwungrades nur ein Teil der Zylinder des Verbrennungsmo- tors zugeschaltet wird und die verbleibenden Zylinder ent¬ weder vollständig abgekuppelt werden oder lediglich kom¬ pressionslos mitlaufen; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. Durch die erfindungsgemäße Kombination einer Schwungnutz¬ automatik mit einer Zylinderteilabschaltung beim Startvor¬ gang kann einerseits in vorteilhafter Weise durch die da¬ durch gegebene geringere Belastung der zusätzlichen Kupp¬ lung zwischen dem Schwungrad und dem Verbrennungsmotor bei geringerem Konstruktionsaufwand und kleinerer Baugröße eine höhere Lebensdauer gewährleistet und gleichzeitig durch eine mögliche niedrigere Grenzdrehzahl des Schwungrades ein besserer Gesamtwirkungsgrad erreicht werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeich¬ nung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Ein Verbrennungsmotor M ist über eine Getriebekupplung C2, eine Kurbelwelle CS und ein Schaltgetriebe G an einen hier nicht näher dargestellten Abtrieb eines Kraftfahrzeuges koppelbar. Das normalerweise fest mit der Kurbelwelle CS verbundene Schwungrad FW ist von dieser über eine schnel- leinkuppelbare drehschwingungssichere Schwungrad-Kupplung Cl derart trennbar, daß es einerseits in einer Leerlauf¬ phase des Verbrennungsmotors aufgrund seiner gespeicherten kinetischen Energie weiterrotieren und der Verbrennungsmo¬ tor aufgrund seines verbleibenden geringen Trägheitsmoments nach Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl schnell ste¬ henbleiben kann und daß andererseits durch verschleißarmes Einkuppeln des Schwungrades FW über die Schwungrad-Kupplung Cl der Verbrennungsmotor M nach Beendigung einer Leerlauf- phase wieder schnell gestartet werden kann. In eingekup- peltem Zustand der Schwungrad-Kupplung Cl läuft dann der Verbrennungsmotor normal wie mit einem üblicherweise über die Kurbelwelle CS fest verbundenen Schwungrad FW.

Das Schwungrad FW ist als Rotor, vorzugsweise als nach dem Reluktanzprinzip arbeitender Rotor, einem Stator (ST) derart gegenübergestellt, daß einerseits bei normalem Be¬ trieb des Verbrennungsmotors M im elektrischen Generator¬ betrieb über eine Leistungselektronik PE eine Batterie B geladen werden kann und andererseits bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor M im Motorbetrieb das Schwungrad FW als Rotor eines Elektromotors auf eine Grenzdrehzahl gebracht bzw. gehalten werden kann, die nach dem Ankuppeln der Schwungrad-Kupplung Cl eine sicheren Start des Verbren¬ nungsmotors M gewährleisten kann.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß von den Zylindern 1-4 des Verbrennungsmotors M ein Teil, vorzugsweise die Hälfte der Zylinder 1;2 unabhängig von der anderen Hälfte 3;4 der Zylinder mit Zündung bzw. Kompression über eine Steuerelektronik E derart beaufschlagt werden können, daß bei einer einen Leerlauf anzeigenden Stellung des 'Gas-Fuß¬ pedals A bzw. der Getriebe-Schaltung L die eine Hälfte 1;2 der Zylinder 1-4 des Verbrennungsmotors M nur noch kom- pressionslos mitläuft und erst nach dem Starten der beiden verbleibenden Zylinder 3;4 über das wiederangekuppelte, mit einer Grenzdrehzahl rotierende Schwungrad FW wieder zu¬ geschaltet werden.

In vorteilhafter Weise ist dabei die Grenzdrehzahl mit ca. 600 U/min. wesentlich niedriger geigt als bei einem in be¬ kannter Weise mit voller Zylinderzahl wieder durch Schwung¬ nutze gestarteten Verbrennungsmotor, der beim gewählten Beispiel eine Grenzdrehzahl von ca. 1000 u/min. des Schwungrades FW benötigt.

Die Abschaltung eines Teils 1;2 der Zylinder 1-4 des Ver¬ brennungsmotors M erfolgt nach Ausgestaltungen der Erfin¬ dung in Abhängigkeit vom Erreichen einer Leerlaufstellung der Getriebe-Gangschaltung L bzw. einer LeerlaufStellung des Gas-Fußpedals A; die erneute Zuschaltung der zuvor ab¬ geschalteten Zylinder 1 erfolgt in vorteilhafter Weise selbsttätig, insbesondere über eine Steuerelektronik E zeitverzögert bzw. drehzahlabhängig. Die Steuerelektronik E kann auch dazu mitbenutzt werden, um über zugeordnete Schalter SCI bzw. SC2 die Schwungrad-Kupplung Cl bzw. die normale Getriebekupplung C2 zu betätigen.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Betrieb eines mit einem Starter-Generator (ST) über eine Schwungrad-Kupplung (Cl) mit einem Schwung- rad (FW) kuppelbaren mehrzylindrigen Verbrennungs¬ motors (M) , derart daß unter Verwendung einer entsprechend der verminderten Startbelastung ausgelegten Schwungrad- Kupplung (Cl) beim Startvorgang des Verbennungsmotors (M) mittels des Schwungrades (FW) nur ein Teil (1;2 bzw. 3;4) der Zylinder (1-4) des Verbrennungsmotors (M) zugeschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, derart daß ein Teil (1;2 bzw. 3;4) der beim Startvorgang mitbewegten Zylinder kompres- sionlos betrieben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, oder 2, derart daß beim Startvorgang die Hälfte (1;2 bzw. 3;4) der Zahl der Zylin¬ der des Verbrennungsmotors (M) zugeschaltet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, derart daß ein Teil der Zylinder (1-4) des Verbrennungsmotors (M) in Ab¬ hängigkeit vom Erreichen einer Minimalstellung, insbeson¬ dere der LeerlaufStellung, des Gas-Fußpedals (A) abgeschal- tet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, derart daß ein Teil der Zylinder (1-4) des Verbrennungsmotors (M) in Ab¬ hängigkeit vom Erreichen einer LeerlaufStellung einer Ge- triebe-Gangschaltung (L) abgeschaltet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, derart daß die beim Startvorgang durch das Schwungrad (FW) zunächst abge¬ schalteten Zylinder (1;2 bzw. 3;4) selbsttätig, insbeson- dere über eine Steuerelektronik (E) , zeitverzögert bzw. drehzahlabhängig wieder zugeschaltet werden.