EP0939859A1 - Drive mechanism for a motor vehicle - Google Patents

Drive mechanism for a motor vehicle

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Publication number
EP0939859A1
EP0939859A1 EP98949906A EP98949906A EP0939859A1 EP 0939859 A1 EP0939859 A1 EP 0939859A1 EP 98949906 A EP98949906 A EP 98949906A EP 98949906 A EP98949906 A EP 98949906A EP 0939859 A1 EP0939859 A1 EP 0939859A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
crankshaft
starting
internal combustion
combustion engine
cylinder
Prior art date
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Application number
EP98949906A
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German (de)
French (fr)
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EP0939859B1 (en
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Ferdinand Grob
Gerhard Koelle
Peter Ahner
Klaus Harms
Manfred Ackermann
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Application granted granted Critical
Publication of EP0939859B1 publication Critical patent/EP0939859B1/en
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F02N99/002—Starting combustion engines by ignition means
    • F02N99/006—Providing a combustible mixture inside the cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N19/00—Starting aids for combustion engines, not otherwise provided for
    • F02N19/005—Aiding engine start by starting from a predetermined position, e.g. pre-positioning or reverse rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F02N19/005—Aiding engine start by starting from a predetermined position, e.g. pre-positioning or reverse rotation
    • F02N2019/007—Aiding engine start by starting from a predetermined position, e.g. pre-positioning or reverse rotation using inertial reverse rotation

Definitions

  • the invention relates to a drive of a motor vehicle with an internal combustion engine with the features mentioned in the preamble of claim 1.
  • the internal combustion engine is known to turn it up with an electric starter, the pinion of which engages in a toothed ring arranged in a rotationally fixed manner with a crankshaft of the internal combustion engine and turns it on.
  • This starting device has been tried and tested, but has the disadvantage that, in addition to noise generation due to mechanical wearing parts, only a limited number of starting processes can be carried out.
  • crankshaft is brought into a defined position by means of a positioning device, so that the piston of a starting cylinder - a piston defined from the total number of pistons of the internal combustion engine - is brought into a starting position and remains there, and then a first combustion torque is generated by injecting and igniting fuel, which is used to crank the internal combustion engine.
  • the disadvantage here is that only one relative due to the prepositioning time poor starting dynamics can be achieved, so that self-running of the internal combustion engine is only achieved after a relatively long time.
  • the drive of a motor vehicle according to the invention with the features mentioned in claim 1 offers the advantage that a fast self-running of an internal combustion engine can be achieved in a simple manner.
  • the crankshaft can be brought into a predeterminable starting position via an electrical machine that is switched to motor operation and which is non-positively coupled to a crankshaft of the internal combustion engine, when the starting position of the crankshaft is reached, the direct injection and ignition of the fuel takes place, via the electric machine can exert a torque on the crankshaft during the entire starting process, is advantageously possible via a coordinated rotation angle, speed and injection control of the internal combustion engine and the superimposition of the torque generated electrically via the electric machine with a first ignition of the Internal combustion engine, generated combustion torque to achieve a continuously accelerated run-up of the internal combustion engine, so that it automatically passes seamlessly into self-running.
  • the speed of the crankshaft of the internal combustion engine is during the first direct injection of fuel and its subsequent ignition from zero, so that the internal combustion engine develops a significantly higher torque when starting, compared to when starting with the crankshaft stationary, via the applied combustion torque due to the first ignition.
  • This combustion torque is supported by the electrical machine that is still in engine operation, so that the crankshaft accelerates rapidly and the internal combustion engine starts to run at the latest from the second injection and ignition.
  • a highly dynamic start and highly dynamic startup of the internal combustion engine is achieved.
  • a high or self-running of the internal combustion engine can be achieved for a high number of start cycles, which can be, for example, several 100,000 start cycles.
  • the current crankshaft position is determined to initiate the starting process, and the crankshaft is brought from the current crankshaft position to the starting position by the shortest route, regardless of the direction of rotation, and then rotated in the correct direction from the ignition point.
  • the drive 10 comprises an internal combustion engine 12, which has four cylinders 14, for example.
  • the cylinders 14 are assigned a crankshaft 16, which converts the movement of pistons arranged in the cylinders 14 into a rotary movement of an output shaft 18 in a known manner.
  • the output shaft 18 is non-positively coupled to an electrical machine 22 via a transmission 20.
  • the drive 10 further comprises a main gear, not shown, via which a rotary movement of the output shaft 18 on the drive wheels. which is transferable to the motor vehicle.
  • the transmission 20 shown here is part of the main transmission, not shown.
  • a crank angle sensor 24 is assigned to the crankshaft 16, via which the position of the crankshaft 16 can be determined. This is preceded by a coding, so that, for example, the angle of rotation 0 ° means a defined position of the crankshaft 16.
  • the cylinders 14 have direct injection and ignition, not shown in detail, which can be controlled via a control unit 26.
  • the connecting lines 28 indicated here are provided between the control unit 26 and the injection and ignition.
  • the control unit 26 is also connected to the rotation angle sensor 24 via the connecting line 30.
  • Another connecting line 32 is used to control the electrical machine 22 via the control device 26.
  • the internal combustion engine 12 is started as follows:
  • the electrical machine 22 is operated in motor operation, with regulation taking place via the control unit 26.
  • Motor operation of the electrical machine 22 causes the crankshaft 16 to rotate via the transmission 20 and the output shaft 18.
  • the current crankshaft position is detected by the rotation angle sensor 24 and reported to the control unit 26.
  • the crankshaft 16 reaches an angular position, that of a predetermined starting position corresponds to one of the cylinders 14, which is selected as a starting cylinder depending on the initial position, via the control unit 26 to inject fuel and then ignite it.
  • the electromotive drive of the crankshaft 16 via the electrical machine 22 is not interrupted here.
  • crankshaft 16 is rotated by the electric machine 22, which stops when the defined starting position and the subsequent injection and ignition in the starting cylinder are reached.
  • the crankshaft 16 therefore has a non-zero speed.
  • an electrical or mechanical torque applied via the electrical machine 22 is thus superimposed with a combustion torque caused by the combustion in the starting cylinder.
  • the electrical machine 22 remains switched in the engine mode, so that a corresponding torque superposition due to the successive ignition of the individual cylinders 14 (combustion torques) with the electromotive Toric applied torque results.
  • the acceleration of the internal combustion engine 12 caused by the combustion moments in the individual cylinders 14 is supported by the electrical machine 22 operating as an electric motor.
  • the control of injection and ignition coordinated by the control unit 26 leads to a superimposition of electrically and thermodynamically generated torques and thus to a continuously accelerated motion sequence of the crankshaft 16, which merges seamlessly into the self-running of the internal combustion engine 12.
  • the control of the electrical machine 22 via the control unit 26 can be designed such that in the vicinity of a cold start limit temperature, when the internal combustion engine 12 is not yet warm, only an electrically generated torque is required which is slightly higher than the sum of the frictional moments of the internal combustion engine .
  • the first cylinder 14, which is then the starting cylinder, is virtually injected and ignited at a relatively low speed of the crankshaft 16.
  • cylinder 14 can serve as a starting cylinder, the piston of which first reaches the favorable starting position via the electromotive rotation of crankshaft 16.
  • a favorable angular position of the crankshaft 16 is achieved, for example, when the piston of the starting cylinder 14 has an angular position clearly after top dead center, for example 30 to 70 degrees.
  • One of the cylinders 14 is selected via the control unit 26 as the starting cylinder, the piston of which first reaches the predeterminable starting position in accordance with the starting position of the crankshaft 16.
  • the crankshaft 16 is turned back at the starting point in such a way that the piston of the selected cylinder 14 moves backwards into the starting position, that is to say into the position of, for example 30 to 70 degrees after the top dead center of the engine 12 is brought.
  • This results in compression in the starting cylinder which leads to a significant increase in the combustion torque of the starting combustion in the subsequent direct injection and ignition of the fuel. This significantly increases the dynamics of the starting process.
  • a further optimization of the starting process can take place in that the valve control for injecting the fuel into the cylinders 14 during the starting process can be optimized to the combustion torques to be applied during the starting. This can be done, for example, by means of an electromagnetic valve control via the control unit 26.
  • crankshaft 16 is rotated via the electrical machine 22, the favorable starting position being tapped off via the rotary angle sensor 24, which provides a corresponding feedback to the control unit 26, which then controls the injection and ignition.
  • the electrical machine 22 can be switched from the motor to the generator mode at a selectable rotational speed of the crankshaft 16 and that with the output shaft 18.
  • the electrical machine 22 can also be switched back from generator to motor operation as a function of the speed. According to the selectable switching speed, generator operation of the electrical machine 22 is possible at relatively low speeds of the crankshaft 16 without the risk of an interruption since the internal combustion engine 12 can easily be intercepted at low speeds by switching over the electrical machine 22.

Abstract

The invention relates to a drive mechanism for a motor vehicle, comprising an internal combustion engine and an electric machine which is or can be coupled to a crankshaft of the internal combustion engine and which can be switched between an engine or generator mode, in addition to a controlling electronic system for direct injection and ignition of the internal combustion engine. When the internal combustion engine (12) is started, the crankshaft (16) can be moved into a predetermined starting position by means of the electric machine (22) operating in engine mode. When the crankshaft (16) reaches the starting position, the fuel that is injected into the starting cylinder (14) is ignited and torque can be exerted upon the crankshaft (16) during the entire starting process by means of the electric machine (22).

Description

Antrieb eines KraftfahrzeugesDrive a motor vehicle
Die Erfindung betrifft einen Antrieb eines Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.The invention relates to a drive of a motor vehicle with an internal combustion engine with the features mentioned in the preamble of claim 1.
Stand der TechnikState of the art
Es ist bekannt, Kraftfahrzeuge über Brennkraftmaschinen (nachfolgend Verbrennungsmotoren) anzutreiben. Diese müssen zum Starten hochgedreht werden, bis infolge einsetzender Verbrennungsmomente ein Selbst- lauf des Verbrennungsmotors erfolgt. Zum Andrehen desIt is known to drive motor vehicles via internal combustion engines (hereinafter internal combustion engines). These have to be turned up to start, until the internal combustion engine starts to run as a result of the onset of combustion torques. To turn the
Verbrennungsmotors ist bekannt, diesen mit einem elektrischen Starter hochzudrehen, dessen Ritzel in ein drehfest mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angeordneten Zahnkranz einspurt und diesen andreht. Diese Andrehvorrichtung ist bewährt, hat jedoch den Nachteil, daß neben einer Geräuschentwicklung aufgrund mechanischer Verschleißteile nur eine begrenzte Anzahl von Startvorgängen durchführbar ist.The internal combustion engine is known to turn it up with an electric starter, the pinion of which engages in a toothed ring arranged in a rotationally fixed manner with a crankshaft of the internal combustion engine and turns it on. This starting device has been tried and tested, but has the disadvantage that, in addition to noise generation due to mechanical wearing parts, only a limited number of starting processes can be carried out.
Durch die Verwirklichung neuer Fahrzeugkonzepte, die insbesondere auf eine Reduzierung eines Kraftstoffverbrauches zielen, müssen Verbrennungsmotoren einer hohen Zahl von Startzyklen unterworfen werden. So wird zur Kraftstoffeinsparung beim sogenannten Start- Stop-Betrieb der Verbrennungsmotoren, dieser bei Stillstand des Kraftfahrzeuges, beispielsweise bei einem Ampelhalt, ausgeschaltet und bei gewollter Weiterfahrt des Fahrzeuges automatisch wieder angedreht und gestartet.Through the implementation of new vehicle concepts, which aim in particular at reducing fuel consumption, internal combustion engines have to be one subjected to a high number of start cycles. For example, in order to save fuel during the so-called start-stop operation of the internal combustion engines, this is switched off when the motor vehicle is at a standstill, for example when the traffic lights are stopped, and is automatically turned on and started again when the vehicle is intended to continue driving.
Bekannt ist der Einsatz elektrischer Maschinen, die im Motorbetrieb und im Generatorbetrieb betrieben werden und die mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors kraftschlüssig verbunden sind. Im Motorbetrieb kann ein Direktstart des Verbrennungsmotors erfolgen, wobei nach dessen Hochlaufen die elektri- sehe Maschine in einen Generatorbetrieb umgeschaltet wird und der Bereitstellung einer Versorgungsspannung des Kraftfahrzeuges dient. Hierbei ist nachteilig, daß insbesondere bei einem Kaltstart, zum Erbringen der notwendigen Startleistung eine übermäßige Dimen- sionierung der elektrischen Maschine erfolgen muß.It is known to use electrical machines which are operated in engine operation and in generator operation and which are non-positively connected to a crankshaft of the internal combustion engine. In internal combustion engine operation, the internal combustion engine can be started directly, the electrical machine being switched over to generator operation after it has started up, and serving to provide a supply voltage for the motor vehicle. It is disadvantageous here that, in particular in the case of a cold start, the electrical machine must be dimensioned excessively in order to achieve the necessary starting power.
Bekannt ist ferner ein sogenannter interner Direktstart, bei dem die Kurbelwelle über eine Positioniereinrichtung in eine definierte Position gebracht wird, so daß der Kolben eines Startzylinders - ein aus der Gesamtzahl der Kolben des Verbrennungsmotors definierter Kolben - in eine Startposition gebracht wird, in dieser verharrt, und dann durch Einspritzen und Zünden von Kraftstoff ein erstes Verbrennungsmo- ment erzeugt wird, das zum Andrehen des Verbrennungsmotors ausgenutzt wird. Hierbei ist nachteilig, daß wegen der Vorpositionierungszeit nur eine relativ schlechte Startdynamik erzielbar ist, so daß ein Selbstlauf des Verbrennungsmotors erst nach relativ langer Zeit erreicht wird.Also known is what is known as an internal direct start, in which the crankshaft is brought into a defined position by means of a positioning device, so that the piston of a starting cylinder - a piston defined from the total number of pistons of the internal combustion engine - is brought into a starting position and remains there, and then a first combustion torque is generated by injecting and igniting fuel, which is used to crank the internal combustion engine. The disadvantage here is that only one relative due to the prepositioning time poor starting dynamics can be achieved, so that self-running of the internal combustion engine is only achieved after a relatively long time.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der erfindungsgemäße Antrieb eines Kraftfahrzeuges mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil, daß in einfacher Weise ein schneller Selbstlauf eines Verbrennungsmotors erzielbar ist. Dadurch, daß zum Start des Verbrennungsmotors die Kurbelwelle über eine in Motorbetrieb geschaltete elektrische Maschine, die mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors kraftschlüssig gekoppelt ist, in eine vorgebbare Startposition bringbar ist, bei Erreichen der Startposition der Kurbelwelle die Direkteinspritzung und Zündung des Kraftstoffes erfolgt, wobei über die elektrische Maschine während des gesamten Startvorganges ein Drehmoment auf die Kurbelwelle ausübbar ist, ist vorteilhaft möglich, über eine koordinierte Drehwinkel-, Drehzahl- und Einspritzsteuerung des Verbrennungsmotors und der Überlagerung des über die elektrische Maschine elektrisch erzeugten Drehmomentes mit infolge einer er- sten Zündung des Verbrennungsmotors, erzeugten Verbrennungsmomentes einen kontinuierlich beschleunigten Hochlauf des Verbrennungsmotors zu erzielen, so daß dieser selbsttätig nahtlos in den Selbstlauf übergeht . Insbesondere durch das Aufbringen des Drehmo- mentes über die elektrische Maschine ist die Drehzahl der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors während des ersten Direkteinspritzens von Kraftstoff und dessen anschließenden Zünden von Null unterschiedlich, so daß über das aufgebrachte Verbrennungsmoment durch die erste Zündung der Verbrennungsmotor ein deutlich höheres Drehmoment beim Start, gegenüber bei Start mit stehender Kurbelwelle, entwickelt. Dieses Verbrennungsmoment wird durch die sich weiter im Motorbetrieb befindende elektrische Maschine unterstützt, so daß die Kurbelwelle rasch beschleunigt und spätestens ab der zweiten Einspritzung und Zündung ein Selbstlauf des Verbrennungsmotors erfolgt. Hierdurch wird ein hochdynamischer Start und hochdynamischer Hochlauf des Verbrennungsmotors erreicht. Innerhalb kurzer Zeit, die insbesondere bei einem Start-Stop- Betrieb des Verbrennungsmotors erforderlich ist, kann für eine hohe Startzyklenzahl, die beispielsweise bei mehreren 100 000 Startzyklen liegen kann, ein Hochbeziehungsweise Selbstlauf des Verbrennungsmotors erzielt werden.The drive of a motor vehicle according to the invention with the features mentioned in claim 1 offers the advantage that a fast self-running of an internal combustion engine can be achieved in a simple manner. Characterized in that at the start of the internal combustion engine, the crankshaft can be brought into a predeterminable starting position via an electrical machine that is switched to motor operation and which is non-positively coupled to a crankshaft of the internal combustion engine, when the starting position of the crankshaft is reached, the direct injection and ignition of the fuel takes place, via the electric machine can exert a torque on the crankshaft during the entire starting process, is advantageously possible via a coordinated rotation angle, speed and injection control of the internal combustion engine and the superimposition of the torque generated electrically via the electric machine with a first ignition of the Internal combustion engine, generated combustion torque to achieve a continuously accelerated run-up of the internal combustion engine, so that it automatically passes seamlessly into self-running. In particular, by applying the torque via the electrical machine, the speed of the crankshaft of the internal combustion engine is during the first direct injection of fuel and its subsequent ignition from zero, so that the internal combustion engine develops a significantly higher torque when starting, compared to when starting with the crankshaft stationary, via the applied combustion torque due to the first ignition. This combustion torque is supported by the electrical machine that is still in engine operation, so that the crankshaft accelerates rapidly and the internal combustion engine starts to run at the latest from the second injection and ignition. In this way, a highly dynamic start and highly dynamic startup of the internal combustion engine is achieved. Within a short period of time, which is required in particular for a start-stop operation of the internal combustion engine, a high or self-running of the internal combustion engine can be achieved for a high number of start cycles, which can be, for example, several 100,000 start cycles.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Einleitung des Startvorganges die aktuelle Kurbelwellenposition ermittelt wird, und die Kurbelwelle unabhängig von der Drehrichtung auf kürzestem Wege von der aktuellen Kurbelwellenposition in die Startposition gebracht wird und anschließend - ab dem Zündzeitpunkt - drehrichtig weitergedreht wird. Hierdurch wird vorteilhaft möglich, daß, gegebenenfalls auch durch Rückdrehung der Kurbelwelle, auf kürzestem Wege und damit innerhalb kürzester Zeit, die Startposition der Kurbelwelle erreicht wird. Ferner ergibt sich der Vorteil, daß insbesondere bei Rückdrehung der Kurbelwelle im Startzylinder eine Kompression erfolgt, die zur Erhöhung des Verbrennungsmomentes der ersten Verbrennung führt, ohne daß wie konventionell ein oberer Totpunkt durchlaufen werden muß, so daß die Startdynamik beziehungsweise Hochlaufdynamik des Verbrennungsmotors weiterverbessert ist .In a preferred embodiment of the invention it is provided that the current crankshaft position is determined to initiate the starting process, and the crankshaft is brought from the current crankshaft position to the starting position by the shortest route, regardless of the direction of rotation, and then rotated in the correct direction from the ignition point. This advantageously makes it possible that the crankshaft start position is reached in the shortest possible way and thus within a very short time, possibly also by turning the crankshaft back. Furthermore, there is the advantage that especially when the crankshaft is turned back in the starting cylinder Compression takes place, which leads to an increase in the combustion torque of the first combustion, without having to go through top dead center, as is conventional, so that the starting dynamics or acceleration dynamics of the internal combustion engine are further improved.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further advantageous embodiments of the invention result from the other features mentioned in the subclaims.
Zeichnungdrawing
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs- beispiel anhand der zugehörigen Zeichnung, die εche- matisch eine Antriebsanordnung eines Kraftfahrzeuges zeigt, näher erläutert.The invention is explained in more detail below in an exemplary embodiment using the associated drawing, which schematically shows a drive arrangement of a motor vehicle.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
In der Figur ist schematisch eine Anordnung eines Antriebes 10 eines Kraftfahrzeuges gezeigt. Der Antrieb 10 umfaßt einen Verbrennungsmotor 12, der beispielsweise vier Zylinder 14 aufweist. Den Zylindern 14 ist eine Kurbelwelle 16 zugeordnet, die in bekannter Weise die Bewegung von in den Zylindern 14 angeordneten Kolben in eine Drehbewegung einer Abtriebs- welle 18 umsetzt. Die Abtriebswelle 18 ist über ein Getriebe 20 mit einer elektrische Maschine 22 kraft- schlüssig gekoppelt. Der Antrieb 10 umfaßt ferner ein nicht dargestelltes Hauptgetriebe, über das eine Drehbewegung der Abtriebswelle 18 auf die Antriebsrä- der des Kraftfahrzeuges übertragbar ist. Gegebenenfalls ist das hier dargestellte Getriebe 20 Bestandteil des nicht dargestellten Hauptgetriebes.In the figure, an arrangement of a drive 10 of a motor vehicle is shown schematically. The drive 10 comprises an internal combustion engine 12, which has four cylinders 14, for example. The cylinders 14 are assigned a crankshaft 16, which converts the movement of pistons arranged in the cylinders 14 into a rotary movement of an output shaft 18 in a known manner. The output shaft 18 is non-positively coupled to an electrical machine 22 via a transmission 20. The drive 10 further comprises a main gear, not shown, via which a rotary movement of the output shaft 18 on the drive wheels. which is transferable to the motor vehicle. Optionally, the transmission 20 shown here is part of the main transmission, not shown.
Der Kurbelwelle 16 ist ein Drehwinkelsensor 24 zugeordnet, über den die Position der Kurbelwelle 16 ermittelbar ist. Hierbei erfolgt eine vorhergehende Kodierung, so daß beispielsweise der Drehwinkel 0° eine definierte Position der Kurbelwelle 16 bedeutet. Die Zylinder 14 besitzen eine im einzelnen nicht dargestellte Direkteinspritzung und Zündung, die über ein Steuergerät 26 ansteuerbar sind. Hierzu sind die hier angedeuteten Verbindungsleitungen 28 zwischen dem Steuergerät 26 und der Einspritzung und Zündung vorgesehen. Das Steuergerät 26 ist ferner über der Verbindungsleitung 30 mit dem Drehwinkelsensor 24 verbunden. Eine weitere Verbindungsleitung 32 dient der Ansteuerung der elektrischen Maschine 22 über das Steuergerät 26.A crank angle sensor 24 is assigned to the crankshaft 16, via which the position of the crankshaft 16 can be determined. This is preceded by a coding, so that, for example, the angle of rotation 0 ° means a defined position of the crankshaft 16. The cylinders 14 have direct injection and ignition, not shown in detail, which can be controlled via a control unit 26. For this purpose, the connecting lines 28 indicated here are provided between the control unit 26 and the injection and ignition. The control unit 26 is also connected to the rotation angle sensor 24 via the connecting line 30. Another connecting line 32 is used to control the electrical machine 22 via the control device 26.
Ein Starten des Verbrennungsmotors 12 erfolgt folgendermaßen:The internal combustion engine 12 is started as follows:
Die elektrische Maschine 22 wird im Motorbetrieb betrieben, wobei eine Regelung über das Steuergerät 26 erfolgt. Durch Motorbetrieb der elektrischen Maschine 22 wird über das Getriebe 20 und die Abtriebswelle 18 die Kurbelwelle 16 in Drehbewegung versetzt. Die aktuelle Kurbelwellenposition wird über den Drehwinkelsensor 24 erfaßt und dem Steuergerät 26 gemeldet. Erreicht die Kurbelwelle 16 eine Winkelposition, die einer vorher festgelegten Startposition entspricht, wird in einen der Zylinder 14, der abhängig von der Anfangslage als Startzylinder ausgewählt wird, über das Steuergerät 26 die Einspritzung von Kraftstoff und dessen nachfolgende Zündung veranlaßt. Der elektromotorische Antrieb der Kurbelwelle 16 über die elektrische Maschine 22 wird hierbei nicht unterbrochen. Das heißt, mit Beginn des Startvorganges, wird die Kurbelwelle 16 über die elektrische Maschine 22 in Drehbewegung versetzt, die mit Erreichen der definierten Startposition und der nachfolgenden Einspritzung und Zündung im Startzylinder anhält. Während des Einspritzens und Zündens und des nachfolgenden Verbrennungsvorganges im Startzylinder hat also die Kurbelwelle 16 eine von Null verschiedene Dreh- zahl. Mit Zünden des Startzylinders erfolgt somit eine Überlagerung eines über die elektrische Maschine 22 aufgebrachten elektrischen beziehungsweise mechanischen Drehmomentes mit einem durch die Verbrennung im Startzylinder hervorgerufenen Verbrennungsmoment. Hierdurch ergibt sich eine rasche Beschleunigung der Kurbelwelle 16, wobei - sofern vorhanden - mit Erreichen der den jeweils anderen Zylindern 14 zugeordneten Kolben ihrer jeweiligen Startposition in die entsprechenden Zylinder 14 ebenfalls, über das Steu- ergerät 26 gesteuert, eine direkte Einspritzung von Kraftstoff und dessen nachfolgende Zündung erfolgt.The electrical machine 22 is operated in motor operation, with regulation taking place via the control unit 26. Motor operation of the electrical machine 22 causes the crankshaft 16 to rotate via the transmission 20 and the output shaft 18. The current crankshaft position is detected by the rotation angle sensor 24 and reported to the control unit 26. The crankshaft 16 reaches an angular position, that of a predetermined starting position corresponds to one of the cylinders 14, which is selected as a starting cylinder depending on the initial position, via the control unit 26 to inject fuel and then ignite it. The electromotive drive of the crankshaft 16 via the electrical machine 22 is not interrupted here. That is to say, at the start of the starting process, the crankshaft 16 is rotated by the electric machine 22, which stops when the defined starting position and the subsequent injection and ignition in the starting cylinder are reached. During the injection and ignition and the subsequent combustion process in the starting cylinder, the crankshaft 16 therefore has a non-zero speed. When the starting cylinder is ignited, an electrical or mechanical torque applied via the electrical machine 22 is thus superimposed with a combustion torque caused by the combustion in the starting cylinder. This results in a rapid acceleration of the crankshaft 16, wherein — if present — upon reaching the pistons assigned to the respective other cylinders 14 of their respective starting positions in the corresponding cylinders 14, also controlled by the control unit 26, a direct injection of fuel and its fuel subsequent ignition takes place.
Während der gesamten Startphase bleibt die elektrische Maschine 22 im Motorbetrieb geschaltet, so daß sich eine entsprechende Drehmomentüberlagerung aufgrund des nacheinanderfolgenden Zündens der einzelnen Zylinder 14 (Verbrennungsmomente) mit dem elektromo- torisch aufgebrachten Drehmoment ergibt . Der durch die Verbrennungsmomente in den einzelnen Zylindern 14 bewirkte Hochlauf des Verbrennungsmotors 12 wird durch die als Elektromotor arbeitende elektrische Maschine 22 unterstützt. Hierbei führt die durch das Steuergerät 26 koordinierte Steuerung von Einspritzung und Zündung zu einer Überlagerung von elektrisch und thermodynamisch erzeugten Drehmomenten und damit zu einem kontinuierlich beschleunigten Bewegungsab- lauf der Kurbelwelle 16, der nahtlos in den Selbstlauf des Verbrennungsmotors 12 übergeht.During the entire starting phase, the electrical machine 22 remains switched in the engine mode, so that a corresponding torque superposition due to the successive ignition of the individual cylinders 14 (combustion torques) with the electromotive Toric applied torque results. The acceleration of the internal combustion engine 12 caused by the combustion moments in the individual cylinders 14 is supported by the electrical machine 22 operating as an electric motor. In this case, the control of injection and ignition coordinated by the control unit 26 leads to a superimposition of electrically and thermodynamically generated torques and thus to a continuously accelerated motion sequence of the crankshaft 16, which merges seamlessly into the self-running of the internal combustion engine 12.
Die Ansteuerung der elektrischen Maschine 22 über das Steuergerät 26 kann hierbei so ausgelegt sein, daß in der Nähe einer Kaltstartgrenztemperatur, bei noch nicht betriebswarmem Verbrennungsmotor 12, nur ein elektrisch erzeugtes Drehmoment benötigt wird, das geringfügig höher ist, als die Summe der Reibmomente des Verbrennungsmotors. Dies wird möglich, da bis zum Erreichen der ersten Startposition der Kurbelwelle 16, das heißt bis zu dem Zeitpunkt, zu dem sich ein Kolben einer der Zylinder 14 in einer günstigen Startposition befindet, nur eine minimal notwendige Winkeldrehung der Kurbelwelle 16 notwendig ist, und innerhalb dieser kurzen Zeit die Kurbelwelle 16 ein im Verhältnis geringe Drehzahl aufweist, bei der noch keine nennenswerten Kompressionsmomente in den weiteren Zylindern 14 erzeugt werden müssen. Es erfolgt quasi die Einspritzung und Zündung eines ersten Zy- linders 14, der dann Startzylinder ist, bei einer relativ kleinen Drehzahl der Kurbelwelle 16. Entsprechend der Stellung der Kurbelwelle 16 bei stillste- hendem Verbrennungsmotor 12 kann der Zylinder 14 als Startzylinder dienen, dessen Kolben über die elektromotorische Drehung der Kurbelwelle 16 als erstes in die günstige Startposition gelangt. Eine günstige Winkelstellung der Kurbelwelle 16 ist beispielsweise erreicht, wenn der Kolben des Startzylinders 14 eine Winkelstellung deutlich nach dem oberen Totpunkt, beispielsweise 30 bis 70 Grad, besitzt. Einer der Zylinder 14 wird über das Steuergerät 26 als Startzy- linder ausgewählt, dessen Kolben entsprechend der Ausgangsstellung der Kurbelwelle 16 als erstes die vorgebbare Startposition erreicht.The control of the electrical machine 22 via the control unit 26 can be designed such that in the vicinity of a cold start limit temperature, when the internal combustion engine 12 is not yet warm, only an electrically generated torque is required which is slightly higher than the sum of the frictional moments of the internal combustion engine . This becomes possible since only a minimally necessary angular rotation of the crankshaft 16 is necessary until the first starting position of the crankshaft 16 is reached, that is to say until a piston of one of the cylinders 14 is in a favorable starting position, and within this short time, the crankshaft 16 has a relatively low rotational speed at which no significant compression moments have yet to be generated in the further cylinders 14. The first cylinder 14, which is then the starting cylinder, is virtually injected and ignited at a relatively low speed of the crankshaft 16. According to the position of the crankshaft 16 when the crankshaft is stationary. In internal combustion engine 12, cylinder 14 can serve as a starting cylinder, the piston of which first reaches the favorable starting position via the electromotive rotation of crankshaft 16. A favorable angular position of the crankshaft 16 is achieved, for example, when the piston of the starting cylinder 14 has an angular position clearly after top dead center, for example 30 to 70 degrees. One of the cylinders 14 is selected via the control unit 26 as the starting cylinder, the piston of which first reaches the predeterminable starting position in accordance with the starting position of the crankshaft 16.
Nach einer bevorzugten Ansteuerung kann vorgesehen sein, daß entsprechend der über den Drehwinkelsensor 24 ermittelten aktuellen Position der Kurbelwelle 16 zum Startzeitpunkt ein Rückdrehen der Kurbelwelle 16 derart erfolgt, indem der Kolben des ausgewählten Zylinders 14 rückwärts in die Startposition, das heißt in die Position von beispielsweise 30 bis 70 Grad nach dem oberen Totpunkt des Verbrennungsmotors 12 gebracht wird. Hierdurch erfolgt eine Kompression in dem Startzylinder, die bei der nachfolgenden Direkteinspritzung und Zündung des Kraftstoffes zu einer deutlichen Erhöhung des Verbrennungsmomentes der Startverbrennung führt. Hierdurch wird die Dynamik des Startvorganges nochmals deutlich erhöht.According to a preferred control, it can be provided that, according to the current position of the crankshaft 16 determined by the rotation angle sensor 24, the crankshaft 16 is turned back at the starting point in such a way that the piston of the selected cylinder 14 moves backwards into the starting position, that is to say into the position of, for example 30 to 70 degrees after the top dead center of the engine 12 is brought. This results in compression in the starting cylinder, which leads to a significant increase in the combustion torque of the starting combustion in the subsequent direct injection and ignition of the fuel. This significantly increases the dynamics of the starting process.
Insgesamt kann durch die mit der Direkteinspritzung verbundene verbesserte Gemischaufbereitung des Kraftstoffes und das erläuterte Startregime des Verbrennungsmotors 12 bereits von der ersten Verbrennung an eine Beschleunigung der Kurbelwelle erreicht werden. Die weiteren, der Startverbrennung folgenden Verbrennungen sind dann progressiv verbessert, so daß auch unter Kaltstartgrenzbedingungen ein zügiger Start erfolgt.Overall, due to the improved mixture preparation of the fuel associated with the direct injection and the explained starting regime of the internal combustion engine 12, this can already be done from the first combustion acceleration of the crankshaft can be achieved. The further burns following the start combustion are then progressively improved, so that a quick start takes place even under cold start limit conditions.
Eine weitere Optimierung des Startvorganges kann erfolgen, indem die Ventilsteuerung zur Einspritzung des Kraftstoffes in die Zylinder 14 während des Startvorganges auf die während des Startes aufzubringenden Verbrennungsmomente optimierbar ist. Dies kann beispielsweise durch eine elektromagnetische Ventilansteuerung über das Steuergerät 26 erfolgen.A further optimization of the starting process can take place in that the valve control for injecting the fuel into the cylinders 14 during the starting process can be optimized to the combustion torques to be applied during the starting. This can be done, for example, by means of an electromagnetic valve control via the control unit 26.
Insgesamt kann, insbesondere da keine zusätzlichen mechanischen Verschleißteile benötigt werden, eine sehr hohe Startzyklenzahl von beispielsweise >500 000 für den Verbrennungsmotor 12 erreicht werden. Darüber hinaus entfällt eine zeit- und regelungsaufwendige Vorpositionierung beziehungsweise ein gezieltes Auslaufen der Kurbelwelle 16 in eine bestimmte Position. Mit gewünschtem Start wird die Kurbelwelle 16 über die elektrische Maschine 22 gedreht, wobei die günstige Startposition über den Drehwinkelgeber 24 abge- griffen wird, der eine entsprechende Rückmeldung an das Steuergerät 26 liefert, das daraufhin die Einspritzung und Zündung steuert. Bei einer weiteren Vereinfachung kann auf die winkelgenaue Einhaltung einer Startposition der Kurbelwelle 16 zu der das Einspritzen und Zünden im Startzylinder 14 erfolgt, verzichtet werden, so daß die Kurbelwelle 16 langsam motorisch hochgedreht wird und die Zylinder 14 in einer vorher festgelegten Reihenfolge nacheinander jeweils zum ersten Mal gezündet werden. Hierdurch wird ebenfalls das über die Verbrennungsmomente aufgebrachte Drehmoment auf die Kurbelwelle durch die elektrische Maschine 22 unterstützt. Durch das Drehen der Kurbelwelle 16 während des ersten Verbrennungsvorganges ist das erste Drehmoment aus der Verbrennung höher als bei einem bekannten internen Direkt- start, bei dem die Kurbelwelle 16 aus dem Stillstand gestartet wird. Das Drehmoment der elektrischen Maschine 22 und das Verbrennungsmoment der ersten Verbrennung unterstützen sich, so daß die zweite Verbrennung bereits eine deutliche Kompression, verbesserte thermodynamische Bedingungen und somit die Voraussetzung für einen selbständigen Hochlauf des Verbrennungsmotors 12 gewährleisten.Overall, particularly since no additional mechanical wear parts are required, a very high number of starting cycles of, for example,> 500,000 can be achieved for the internal combustion engine 12. In addition, there is no need for time-consuming and control-intensive prepositioning or a targeted coasting of the crankshaft 16 into a specific position. With a desired start, the crankshaft 16 is rotated via the electrical machine 22, the favorable starting position being tapped off via the rotary angle sensor 24, which provides a corresponding feedback to the control unit 26, which then controls the injection and ignition. In a further simplification, it is possible to dispense with the precise angular maintenance of a starting position of the crankshaft 16 to which the injection and ignition takes place in the starting cylinder 14, so that the crankshaft 16 is slowly turned up by a motor and the cylinders 14 in be fired in sequence for the first time in a predetermined order. As a result, the torque applied to the crankshaft via the combustion torques is also supported by the electrical machine 22. By rotating the crankshaft 16 during the first combustion process, the first torque from the combustion is higher than in a known internal direct start, in which the crankshaft 16 is started from a standstill. The torque of the electrical machine 22 and the combustion torque of the first combustion support each other, so that the second combustion already ensures significant compression, improved thermodynamic conditions and thus the prerequisite for an independent start-up of the internal combustion engine 12.
Nach erfolgtem Hochlauf des Verbrennungsmotors 12 kann bei einer wählbaren Drehzahl der Kurbelwelle 16 und das mit der Abtriebswelle 18 die elektrische Maschine 22 vom Motor- in den Generatorbetrieb umgeschaltet werden. Ein Zurückschalten der elektrischen Maschine 22 vom Generator- in den Motorbetrieb kann ebenfalls drehzahlabhängig erfolgen. Entsprechend der wählbaren Umschaltdrehzahl ist hierbei ein Generatorbetrieb der elektrischen Maschine 22 bei relativ niedrigen Drehzahlen der Kurbelwelle 16 möglich, ohne daß die Gefahr eines Startabbruches besteht, da der Verbrennungsmotor 12 bei niederen Drehzahlen durch Umschalten der elektrischen Maschine 22 problemlos abgefangen werden kann. After the internal combustion engine 12 has run up, the electrical machine 22 can be switched from the motor to the generator mode at a selectable rotational speed of the crankshaft 16 and that with the output shaft 18. The electrical machine 22 can also be switched back from generator to motor operation as a function of the speed. According to the selectable switching speed, generator operation of the electrical machine 22 is possible at relatively low speeds of the crankshaft 16 without the risk of an interruption since the internal combustion engine 12 can easily be intercepted at low speeds by switching over the electrical machine 22.

Claims

Patentansprüche claims
1. Antrieb eines Kraftfahrzeuges, mit einem mehrzy- lindrigen Verbrennungsmotor und einer mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelten oder koppelbaren elektrischen Maschine, wobei die elektrische Maschine in Motor- und Generatorbetrieb schaltbar ist, sowie einer Steuerelektronik zur Steuerung einer Direkteinspritzung und Zündung des Verbrennungsmotors, wobei zum Start des Verbrennungsmotors die Kurbelwelle über die in Motorbetrieb geschaltete elektrische Maschine in eine vorgebbare Startposition bringbar ist, und bei Erreichen der Startposition der Kurbelwelle die Zündung des in einem Startzylinder eingespritzten Kraftstoffes erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (14) der Startzylinder (14) ist, dessen Kolben auf kürzestem Wege (Winkeldrehung der Kurbelwelle (16)) in die Startposition bringbar ist.1. Drive of a motor vehicle, with a multi-cylinder internal combustion engine and an electrical machine coupled or connectable to a crankshaft of the internal combustion engine, the electrical machine being switchable in motor and generator mode, and control electronics for controlling direct injection and ignition of the internal combustion engine, wherein at the start of the internal combustion engine, the crankshaft can be brought into a predeterminable starting position by means of the electrical machine switched on, and when the starting position of the crankshaft is reached, the fuel injected in a starting cylinder is ignited, characterized in that the cylinder (14) of the starting cylinder (14 ), the piston of which can be brought into the starting position by the shortest route (angular rotation of the crankshaft (16)).
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einleitung des Startvorganges die aktuelle Position der Kurbelwelle (16) und/oder der Nokkenwelle ermittelbar ist, und die Kurbelwelle (16) unabhängig von der Drehrichtung auf kürzestem Wege von der aktuellen Kurbelwellenposition in die Startposition gebracht und anschließend drehrichtig weitergedreht wird. 2. Drive according to claim 1, characterized in that to initiate the starting process, the current position of the crankshaft (16) and / or the camshaft can be determined, and the crankshaft (16) regardless of the direction of rotation in the shortest possible way from the current crankshaft position in the Start position is brought and then rotated in the correct direction.
3. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Startposition der Kurbelwelle (16) durch die einem ausgewählten Startzylinder (14) zugeordnete Kurbel-Winkelposition bestimmt ist.3. Drive according to one of the preceding claims, characterized in that the starting position of the crankshaft (16) is determined by the crank angle position assigned to a selected starting cylinder (14).
4. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelposition der Kurbelwelle (16) in einem Winkelbereich nach dem oberen Totpunkt und deutlich vor dem unteren Totpunkt des Verbrennungsmotors (12) liegt .4. Drive according to claim 3, characterized in that the angular position of the crankshaft (16) lies in an angular range after the top dead center and clearly before the bottom dead center of the internal combustion engine (12).
5. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben des Startzylinders (14) durch Rückdrehen der Kurbelwelle (16) in die Startposition bringbar ist.5. Drive according to one of the preceding claims, characterized in that the piston of the starting cylinder (14) can be brought into the starting position by turning back the crankshaft (16).
6. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch erzeugte Drehmoment der elektrischen Maschine (22) nur geringfügig höher ist, als die Summe der Reibmomente des Verbrennungsmotors (12).6. Drive according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically generated torque of the electrical machine (22) is only slightly higher than the sum of the moments of friction of the internal combustion engine (12).
7. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Startzylinder (14) so ausgewählt wird, daß sich durch die Positionierung in die Startposition vor der Zündung eine möglichst hohe Verdichtung ergibt.7. Drive according to one of the preceding claims, characterized in that the starting cylinder (14) is selected so that the highest possible compression results from the positioning in the starting position before the ignition.
8. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abstellen des Ver- brennungsmotors (12) durch geeignete Maßnahmen eine günstige Position des Startzylinders (14) erreicht wird. 8. Drive according to one of the preceding claims, characterized in that when switching off the internal combustion engine (12) is achieved by suitable measures, a favorable position of the starting cylinder (14).
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