EP1046811B1 - Electric drive apparatus for internal combustion engines in vehicles - Google Patents
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- EP1046811B1 EP1046811B1 EP00103675A EP00103675A EP1046811B1 EP 1046811 B1 EP1046811 B1 EP 1046811B1 EP 00103675 A EP00103675 A EP 00103675A EP 00103675 A EP00103675 A EP 00103675A EP 1046811 B1 EP1046811 B1 EP 1046811B1
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Classifications
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- F02N2019/008—Aiding engine start by starting from a predetermined position, e.g. pre-positioning or reverse rotation the engine being stopped in a particular position
Definitions
- the invention relates to an electric drive arrangement for Internal combustion engines in motor vehicles, with one to the internal combustion engine detachable electric starter and an in Drive connection with the internal combustion engine standing electric Generator according to the preamble of claim 1, and is known from DE-A-197 05 610.
- the overall translation from countershaft in starter as well as translation from Starter pinion to the crankshaft is about 60: 1. This high translation requires an engagement device which only on actuation of the starter a driving connection to Crankshaft produces and thus the starter motor for extreme speeds protects.
- the object of the present invention is to provide an electrical To provide drive arrangement for internal combustion engines, through the inexpensive way a faster and more cost effective comfortable starting process possible with improved efficiency is.
- the semiconductor circuit advantageously for motor operation the generator designed as an AC or alternator as inverter and for generator operation switchable as a rectifier, so that a single semiconductor circuit can be used for both modes with corresponding efficiency improvement by active rectification in generator mode.
- the setting of a defined Angular position of the crankshaft of the internal combustion engine when parking the same with the help of the motor-operated generator also contributes to the improvement of the efficiency, wherein if the combination of these measures still has effects increase.
- the generator is for example as a fuller Four-quadrant positioning drive trained. Of the The next start procedure can thus be from a defined starting position take place, whereby the starting process considerably accelerates and significantly reduces pollutant emissions becomes.
- one of the usual sensors, Either the OT sensor or the camshaft sensor saved become.
- Particularly favorable for consumption and low pollutant emissions are means for activating ignition and / or Injection during the starting process of the internal combustion engine only at Speeds near the starting speed, for example at 80% of Starting speed.
- the electronic control device also to support deceleration processes of the internal combustion engine by switching on the generator operated Generator and / or to support acceleration the internal combustion engine by turning on the motor operated generator can be used.
- the motor operation of the generator with the internal combustion engine running be used for driving dynamics support, ie as Supportive intervention of the active generator during all startup procedures the internal combustion engine.
- too Rotation energy of the internal combustion engine operated as a generator Generator are recovered, especially in the thrust and Braking operation, so that the generator additionally the desired Delay process supported. This is done appropriately depending on the speed of the internal combustion engine.
- the active generator can also advantageously with gear changes in manual transmissions with to synchronize engine and Transmission speeds are used.
- the energy, which implemented in the synchronizing rings of the transmission for speed matching must be recovered by the generator with faster gear changes, the synonymous with appropriate interpretation even synchronizer rings and a Clutch can make dispensable.
- gear change the engine is controlled with the support of the generator so that no torque is transmitted in the drive train. Then you can relax take out the respective gear. Thereafter, a renewed Speed adjustment using an electronic accelerator pedal or with the help of an electronic throttle and electronic Support.
- the new gear can be without Engage shift shock.
- FIG. 1 is a schematically illustrated internal combustion engine 10 of the rest not shown motor vehicle with a starter 11 and an electric generator 12 (alternator) provided, wherein the electric generator 12 in a manner not shown coupled via a belt drive with the internal combustion engine 10 is.
- the starter 11 is direct and the electric generator 12 via a semiconductor circuit arrangement 13 with a supply battery 14 connected.
- An electronic control device 15 controls the starter 11 and the semiconductor circuit arrangement 13 as a function of Sensor signals and tempering control signals, the control device Receives 15 by means of a starter switch 16 in the ignition integrated and / or designed as a separate starter switch can be.
- the control device 15 sensor signals of an outside temperature sensor 17, an oil temperature sensor 18 and an intake manifold pressure sensor 19 fed.
- the controller 15 may For example, even sensor signals are supplied, the from the battery state of charge, the battery voltage, the battery and vehicle electrical system current, from the engine speed, from pedal positions or parameter switches are dependent.
- the semiconductor circuitry 13 receives from the controller 15 depending on the operating state control signals for a motor (active) or generator operation of the generator 12.
- the semiconductor switch assembly 13 connected as a rectifier or rectifier bridge, while they are for motor operation as an inverter for the trained as an AC or alternator Generator 12 is switched.
- the cold start and the warm start are in the controller 15 as an algorithm deposited as a function of corresponding sensor signals.
- the cold start can be defined be that the engine oil temperature and the outside temperature below a predetermined value is and / or that the shutdown time since the last operation of the internal combustion engine greater than one is predeterminable time interval. Accordingly reversed is the Warm start defined, thus at engine oil temperatures and outside temperatures above definable values and / or during shutdown times is less than a predetermined time interval.
- These sensor sizes can also interact in a specific way stand.
- For the cold start can have two different starting procedures be realized, wherein at a startup of the motor-operated generator parallel to the starter 11 works. The starter is then deactivated at a certain speed, and the motor-driven generator accelerates the crankshaft continues to the starting speed.
- the starter 11 is first turned on and only after reaching a certain speed this is deactivated and the motor-operated generator activated.
- a speed value for example, 80% of the starting speed corresponds, no injection and no ignition, so that the internal combustion engine 10th is started at this time, which then very fast he follows.
- This is done by means of an electronic, not shown Motor control, which is in operative connection with the electronic Control device 15 can stand. This delayed Insertion of ignition and injection takes place accordingly even at a boot process alone by the generator 12th
- Usual starters 11 have a total translation of approx. 60: 1, resulting from the translation of starter pinion to the crankshaft and from the submission translation.
- inventive Arrangement can significantly reduce this translation be, for example, the counterclaim can be omitted, so that results in a total translation of 15: 1.
- the electronic control device 15 even while the internal combustion engine 10 the Control generator 12, for example, for driving dynamics support.
- the motor-driven generator 12th support these acceleration processes.
- deceleration processes in generator mode that is, in overrun mode and braking mode, it becomes regenerative operated so that not only dependent on the driving situation electrical energy is recovered, but also the deceleration process is actively supported.
- the electronic control device 15 switching operations at gear changes of the transmission of the internal combustion engine 10 actively assist and synchronize engine and Transmission speeds are used. To increase the speed is while the motor-operated generator 12 and speed reduction the generator-operated generator 12 is used become. This leads to faster gear changes, causing less Even a clutch can be omitted.
- the electronic control device 15 for preventing a belt slippage of the drive belt for the generator 12 serve.
- a measuring device, not shown for Recognition of the belt slip gives its measuring signals to the electronic Control device 15 further, by means of the active Generator 12 the belt slip causing additional moments on the belt drive belt-friendly on and disengages or compensated.
- This measuring device for detecting the belt slippage can also be part of the electronic control device 15 be where speeds of generator 12 and internal combustion engine 10 compared with each other.
- For belt slip detection can, for example, at the leading strand and return strand of the Drive belt depending a measuring roller to be articulated resiliently, the the taking place due to different moments stretching the Capture drive belt.
- the detection of belt slippage allows a preventive belt diagnosis, and a looming belt problem can be communicated to the driver of a motor vehicle early be, for example, by a visual and / or acoustic Warning device or a display.
- the electronic control device 15 can also be used for positioning the crankshaft are used.
- the internal combustion engine is the crankshaft by the motor operated generator 12 a favorable well-defined starting position impressed.
- the generator is for this purpose, for example as fully developed four-quadrant positioning drive.
- the next startup process of the internal combustion engine can thereby take place from a defined initial position, whereby the Startup process is significantly accelerated.
- the arrangement according to the invention is also suitable for control or influencing the outlet of the internal combustion engine 10. It poses a problem that often undefined amounts of fuel after stopping the engine 10 in the intake system and remain in the cylinders. The volatile parts of the fuel evaporate, while this is difficult flammable fractions is not the case. They deteriorate the exhaust when re-starting the engine. this will avoided in one embodiment of the invention in that at Turn off the engine 10, the fuel supply or Fuel injection is switched off. The internal combustion engine 10 is then by the generator 12 in the engine operation held in rotation for a certain time, causing the internal combustion engine rinsed and fuel residues, which are also in the catalyst can be disposed of harmlessly. At a restart the engine, the engine control unit or the control device 15 of an "empty" internal combustion engine go out, which facilitates a defined start.
- the Internal combustion engine 10 defined by means of the generator 12 at regenerative braking to a standstill, because a long follow-up phase is undesirable.
- Another application of the drive arrangement according to the invention is to start-stop operations of the internal combustion engine 10, for example, to improve traffic lights.
- the chances for a Realization improve especially when the start of the Internal combustion engine or the motor vehicle in each case without delay he follows. Even the slightest delay is on above all subjectively extremely disturbing noticeable.
- the electronic control device 15 is in communication possible with the generator 12, without disengagement of the internal combustion engine to stop the vehicle. Possibly otherwise available Torque shocks can be compensated comfortably by the generator become.
- the start is then again without Actuation of a clutch by "electric" start, what entirely without delay is possible. This can of course even when disengaged internal combustion engine done.
- the purely electric starting takes place in motor operation the generator 12 in eventual support by the Starter 11, especially in cold engine or very low temperatures.
- the coupling or starting the Internal combustion engine 10 can then be delayed in time, in particular also pulse-shaped. Since when starting the Internal combustion engine then the vehicle is already in motion, will be the kinetic energy of the entire vehicle and not only individual drive train parts for starting the internal combustion engine co-used, so that a safe start is guaranteed.
- Such a start-stop system preferably works in conjunction with a road condition detection system, such as an electronic Stabilization system or traction control system.
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsanordnung für
Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, mit einem an die Brennkraftmaschine
ankuppelbaren elektrischen Anlasser und einer in
Antriebsverbindung mit der Brennkraftmaschine stehenden elektrischen
Generator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1,
und ist aus DE-A-197 05 610 bekannt.The invention relates to an electric drive arrangement for
Internal combustion engines in motor vehicles, with one to the internal combustion engine
detachable electric starter and an in
Drive connection with the internal combustion engine standing electric
Generator according to the preamble of
Das Starten von Brennkraftmaschinen in Straßenfahrzeugen geschieht seit Jahrzehnten mittels eines elektrischen Anlassers, welcher nur während der Startphase über sein Anlasserritzel und den Zahnkranz auf dem Schwungrad mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mechanisch verbunden ist. Alle Anlassermotoren haben heute die Drehmomentcharakteristik einer Hauptschlußmaschine, welche im wesentlichen durch ein mit steigender Drehzahl stetig auf Null abfallendes Abgabemoment gekennzeichnet ist, beginnend mit dem maximal möglichen Drehmoment bei Stillstand. Diese Charakteristik führt beim Startvorgang zum Drehmomentengleichgewicht zwischen Startermoment und Schleppmoment der Brennkraftmaschine bei Kurbelwellendrehzahlen zwischen 80 und 200 U/min, welche nach bisher gültigen Anforderungen zum Starten ausreichen. Um diese Anlassermotoren möglichst klein, leicht und billig zu realisieren, werden nach bisherigen Anforderungen Gleichstrommaschinen in Reihenschlußbauweise oder mit permanentmagnetischer Erregung und einer möglichst großen mechanischen Übersetzung zur Kurbelwelle verwendet. Die Gesamtübersetzung von Vorgelege im Anlasser sowie Übersetzung vom Starterritzel zur Kurbelwelle beträgt ca. 60:1. Diese hohe Übersetzung macht eine Einrückvorrichtung erforderlich, welche nur bei Betätigung des Starters eine antreibende Verbindung zur Kurbelwelle herstellt und damit den Anlassermotor für Extremdrehzahlen schützt.The starting of internal combustion engines in road vehicles happens for decades by means of an electric starter, which only during the starting phase on its starter pinion and the sprocket on the flywheel with the crankshaft of the internal combustion engine mechanically connected. All starter motors have today the torque characteristic of a main closure machine, which essentially by a with increasing speed continuously decaying to zero output torque characterized is, starting with the maximum possible torque at standstill. This characteristic leads to the torque balance during the starting process between starter torque and drag torque the internal combustion engine at crankshaft speeds between 80 and 200 U / min, which according to previous requirements for Start sufficient. To minimize this starter motors, easy and cheap to implement, according to previous requirements DC machines in series construction or with permanent magnetic excitation and the largest possible mechanical Translation used to crankshaft. The overall translation from countershaft in starter as well as translation from Starter pinion to the crankshaft is about 60: 1. This high translation requires an engagement device which only on actuation of the starter a driving connection to Crankshaft produces and thus the starter motor for extreme speeds protects.
Zukünftige Abgasvorschriften lassen erwarten, daß die beschriebene Auslegung einer Startanlage nicht mehr ausreicht. Die Vorgabe der bisherigen Mindeststartdrehzahlen an der Kurbelwelle bedingen hohe Schadstoffemissionen beim heutigen Startvorgang, und es ist bekannt, daß eine Anhebung der Startdrehzahl auf Werte im Bereich der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine erhebliches Verbesserungspotential in diesem Punkt besitzt.Future emissions regulations can expect that described Design of a starting system is no longer sufficient. The default the previous minimum starting speeds on the crankshaft cause high pollutant emissions in today's starting process, and it is known that an increase in the starting speed Values in the range of the idle speed of the internal combustion engine has considerable potential for improvement on this point.
Ein weiterer Nachteil der heutigen Startanlagen besteht darin, daß bedingt durch die hohe Übersetzung des Anlassers zur Kurbelwelle und das notwendige Ein- und Ausrücken des Starterritzels Anlaßvorgänge relativ lang dauern und relativ laut sind. Dies wird von den Kunden immer weniger akzeptiert zumal zukünftige Betriebskonzepte der Fahrzeuge zur Einhaltung von Flottenverbrauchszielen wesentlich mehr Anlaßvorgänge nötig machen werden. Hierbei ergeben sich Probleme mit der Lebensdauer heutiger Startanlagen.Another disadvantage of today's launch facilities is that due to the high gear ratio of the starter to the crankshaft and the necessary engagement and disengagement of the starter pinion Occasions take a relatively long time and are relatively loud. This is less and less accepted by customers, especially future ones Operating concepts of vehicles for compliance with fleet consumption targets make much more starting necessary become. This results in problems with the life of today Launch facilities.
Aus der EP 0 793 013 A1 ist es bekannt, den Startvorgang durch
einen riemengetriebenen Drehstrom-Generator (Lichtmaschine) anstelle
mit Hilfe eines konventionellen Starters durchzuführen,
wobei eine Halbleiterschaltungsanordnung für den motorischen
Betrieb als Wechselrichter und für den generatorischen Betrieb
als Gleichrichter schaltbar ist. Probleme ergeben sich bei sehr
niedrigen Temperaturen, da das Höchstdrehmoment einer solchen
Anordnung nicht mehr ausreicht, den Motor dann sicher zu starten.
Die Nutzung ist daher allenfalls auf Brennkraftmaschinen
mit kleinen Hubräumen beschränkt. Würde man eine Auslegung für
große Brennkraftmaschinen durchführen, die auch noch bei niedrigen
Temperaturen sicher arbeitet, so würde dies zu nicht akzeptablen
großen, schweren und teuren Generatoren führen.From
Gemäß der EP 0 406 182 B1 wird versucht, dieses Problem dadurch
zu lösen, daß mittels einer Boost-Schaltung zum Starten eine
höhere Spannung erzeugt werden kann, welche im motorisch betriebenen
Generator kurzzeitig höhere Ströme bewirkt und damit
das Moment steigert. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß
der Riementrieb bei tiefen Temperaturen an Haftung verliert und
zum Durchrutschen neigt. Außerdem stört die Aufladezeit des
Startspeichers, wodurch kurz nacheinander erfolgende Startvorgänge
nicht möglich sind. Weiterhin ist die Lebensdauer einer
solchen Anordnung für die viele Startvorgänge erforderlich machenden
zukünftigen Konzepte unzureichend.According to
Bei einer aus der DE-A-197 05 610 das als nächstliegender Stand der Technik angesehen wird, bekannten Antriebsanordnung überlagern sich bei kombiniertem Betrieb die Antriebsmomente von Generator und Anlasser wirkungsvoll, da die aktive Generator mit seinem Drehmoment gerade dort einsetzt, wo der Anlasser nachzulassen beginnt. Die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine wird dadurch weit über die heutzutage mit einem Starter erzielbare Drehzahl hinaus sehr schnell beschleunigt, so daß auch bei tiefen Temperaturen ein schneller und sicherer Start gewährleistet ist. Beim Kaltstart erfolgt daher eine Aufgabenteilung zwischen konventionellem Anlasser (Überwindung des Losbrechmoments) und dem Generator (Erhöhung des Andreh-Drehmoments im Bereich höherer Kurbelwellendrehzahlen).In one of DE-A-197 05 610 which is considered to be the closest prior art, known drive arrangement The drive torques overlap in combined operation of generator and starter effective as the active generator with its torque just where the starter to let up. The crankshaft of the internal combustion engine This is far superior to what can be achieved with a starter today Speed also accelerated very quickly, so that even at low temperatures ensures a quick and safe start is. When cold start, therefore, a division of responsibilities between conventional starter (overcoming the breakaway torque) and the generator (increasing the cranking torque in Range of higher crankshaft speeds).
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektrische Antriebsanordnung für Brennkraftmaschinen zu schaffen, durch die auf kostengünstige Weise ein schnellerer und komfortabler Anlaßvorgang bei verbessertem Wirkungsgrad möglich ist.The object of the present invention is to provide an electrical To provide drive arrangement for internal combustion engines, through the inexpensive way a faster and more cost effective comfortable starting process possible with improved efficiency is.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Antriebsanordnung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by an electric drive arrangement
solved with the features of
Durch die erfindungsgemäße Antriebsanordnung ist die Halbleiterschaltung in vorteilhafter Weise für den motorischen Betrieb der als Wechselstrom- oder Drehstromgenerator ausgebildeten Generators als Wechselrichter und für den generatorischen Betrieb als Gleichrichter schaltbar, so daß eine einzige Halbleiterschaltung für beide Betriebsarten eingesetzt werden kann mit entsprechender Wirkungsgradverbesserung durch aktive Gleichrichtung im Generatorbetrieb. Die Einstellung einer definierten Winkellage der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine beim Abstellen derselben mit Hilfe des motorisch betriebenen Generators trägt ebenfalls zur Verbesserung des Wirkungsgrads bei, wobei sich bei einer Kombination dieser Maßnahmen die Wirkungen noch steigern. Hierzu ist der Generator beispielsweise als vollwertiger Vier-Quadranten-Positionierantrieb ausgebildet. Der nächste Startvorgang kann dadurch aus einer definierten Anfangslage heraus erfolgen, wodurch der Startvorgang erheblich beschleunigt und die Schadstoffemission erheblich reduziert wird. Darüberhinaus kann einer der bisher üblichen Sensoren, entweder der OT-Sensor oder der Nockenwellen-Sensor eingespart werden.By the drive arrangement according to the invention, the semiconductor circuit advantageously for motor operation the generator designed as an AC or alternator as inverter and for generator operation switchable as a rectifier, so that a single semiconductor circuit can be used for both modes with corresponding efficiency improvement by active rectification in generator mode. The setting of a defined Angular position of the crankshaft of the internal combustion engine when parking the same with the help of the motor-operated generator also contributes to the improvement of the efficiency, wherein if the combination of these measures still has effects increase. For this purpose, the generator is for example as a fuller Four-quadrant positioning drive trained. Of the The next start procedure can thus be from a defined starting position take place, whereby the starting process considerably accelerates and significantly reduces pollutant emissions becomes. In addition, one of the usual sensors, Either the OT sensor or the camshaft sensor saved become.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch
1 angegebenen Antriebsanordnung möglich.By the measures listed in the dependent claims are
advantageous developments and improvements in the
Die Entscheidung, ob der Startvorgang allein mittels des motorisch betriebenen Generators oder mittels dieses Generators in Kombination mit dem Anlasser erfolgen soll, trifft die elektronische Steuereinrichtung in optimaler Weise in Abhängigkeit der Motoröltemperatur und/oder der Außentemperatur und/oder der Abstellzeit der Brennkraftmaschine. Zum Starten der Brennkraftmaschine bei niedriger Temperatur sind der Generator und der Anlasser gleichzeitig oder nacheinander zeitlich überlappend oder nicht überlappend einschaltbar. Diese Varianten können beispielsweise alternativ in Abhängigkeit bei jeweiligen Startparameter gewählt werden.The decision whether the starting process alone by means of the motor operated generator or by means of this generator in Combination with the starter should be made, meets the electronic Control device in an optimal manner depending on the Engine oil temperature and / or the outside temperature and / or the shutdown time the internal combustion engine. To start the internal combustion engine at low temperature are the generator and the starter simultaneously or successively temporally overlapping or not overlapping switched on. These variants can, for example alternatively as a function of the respective start parameters to get voted.
Besonders günstig für den Verbrauch und eine geringe Schadstoffemission sind Mittel zum Aktivieren von Zündung und/oder Einspritzung beim Startvorgang der Brennkraftmaschine erst bei Drehzahlen nahe der Startdrehzahl, beispielsweise bei 80% der Startdrehzahl. Particularly favorable for consumption and low pollutant emissions are means for activating ignition and / or Injection during the starting process of the internal combustion engine only at Speeds near the starting speed, for example at 80% of Starting speed.
In vorteilhafter Weise kann die elektronische Steuereinrichtung auch zur Unterstützung von Verzögerungsvorgängen der Brennkraftmaschine durch Einschalten des generatorisch betriebenen Generators und/oder zur Unterstützung von Beschleunigungsvorgängen der Brennkraftmaschine durch Einschalten des motorisch betriebenen Generators eingesetzt werden. Beispielsweise kann der motorische Betrieb des Generators bei laufender Brennkraftmaschine zur Fahrdynamikuntersützung genutzt werden, also als unterstützender Eingriff des aktiven Generators bei allen Hochlaufvorgängen der Brennkraftmaschine. Andererseits kann auch Rotationsenergie der Brennkraftmaschine bei generatorisch betriebenen Generator rückgewonnen werden, insbesondere im Schubund Bremsbetrieb, so daß der Generator zusätzlich noch den gewünschten Verzögerungsvorgang unterstützt. Dies erfolgt zweckmäßigerweise in Abhängigkeit der Drehzahl der Brennkraftmaschine.Advantageously, the electronic control device also to support deceleration processes of the internal combustion engine by switching on the generator operated Generator and / or to support acceleration the internal combustion engine by turning on the motor operated generator can be used. For example, can the motor operation of the generator with the internal combustion engine running be used for driving dynamics support, ie as Supportive intervention of the active generator during all startup procedures the internal combustion engine. On the other hand, too Rotation energy of the internal combustion engine operated as a generator Generator are recovered, especially in the thrust and Braking operation, so that the generator additionally the desired Delay process supported. This is done appropriately depending on the speed of the internal combustion engine.
Der aktive Generator kann auch in vorteilhafter Weise bei Gangwechseln in Schaltgetrieben mit zur Synchronisierung von Motorund Getriebedrehzahlen eingesetzt werden. Die Energie, welche in den Synchronringen des Getriebes zur Drehzahlangleichung umgesetzt werden muß, kann durch den Generator wiedergewonnen werden, wobei sich zusätzlich schnellere Gangwechsel ergeben, die bei entsprechender Auslegung sogar Synchronringe und eine Kupplung entbehrlich machen können. Bei anstehendem Gangwechsel wird der Motor mit Unterstützung des Generators so gesteuert, daß im Triebstrang kein Moment übertragen wird. Dann läßt sich der jeweilige Gang herausnehmen. Danach erfolgt eine erneute Drehzahlangleichung mit Hilfe eines elektronischen Gaspedals bzw. mit Hilfe einer elektronischen Drosselklappe und elektronische Unterstützung. Wenn die Motordrehzahl auf die neue Getriebedrehzahl synchronisiert ist, läßt sich der neue Gang ohne Schaltstoß einlegen.The active generator can also advantageously with gear changes in manual transmissions with to synchronize engine and Transmission speeds are used. The energy, which implemented in the synchronizing rings of the transmission for speed matching must be recovered by the generator with faster gear changes, the synonymous with appropriate interpretation even synchronizer rings and a Clutch can make dispensable. With pending gear change the engine is controlled with the support of the generator so that no torque is transmitted in the drive train. Then you can relax take out the respective gear. Thereafter, a renewed Speed adjustment using an electronic accelerator pedal or with the help of an electronic throttle and electronic Support. When the engine speed to the new transmission speed synchronized, the new gear can be without Engage shift shock.
Weiterhin kann in vorteilhafter Weise auch durch Einschalten des generatorisch betriebenen Generators oder des motorisch betriebenen Generators ein zu großer Riemenschlupf beim (Durchrutschen) des Antriebsriemens zwischen Brennkraftmaschine und Generator verhindert werden. Zusätzliche Momente am Riementrieb können dadurch riemenfreundlich ein- und ausgekoppelt werden bzw. kompensiert werden, so daß sich die Lebensdauer des Antriebsriemens erhöht und Defekte weitgehend verhindert werden.Furthermore, in an advantageous manner by switching of the generator-operated generator or the motor-operated generator Generator too large belt slip when (slipping) the drive belt between the engine and Generator can be prevented. Additional moments on the belt drive can be connected and disconnected belt-friendly or be compensated, so that the life of the drive belt increased and defects are largely prevented.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1- eine schematische Darstellung einer mit einem Anlasser und einem elektrischen Generator versehenen Brennkraftmaschine und
Figur 2- ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise.
- FIG. 1
- a schematic representation of a provided with a starter and an electric generator internal combustion engine and
- FIG. 2
- a diagram to explain the mode of action.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine
schematisch dargestellte Brennkraftmaschine 10 eines im übrigen
nicht dargestellten Kraftfahrzeugs mit einem Anlasser 11 und
einem elektrischen Generator 12 (Lichtmaschine) versehen, wobei
der elektrische Generator 12 in nicht näher dargestellter Weise
über einen Riemenantrieb mit der Brennkraftmaschine 10 gekoppelt
ist.In the embodiment shown in Figure 1 is a
schematically illustrated
Der Anlasser 11 ist direkt und der elektrische Generator 12
über eine Halbleiterschaltungsanordnung 13 mit einer Versorgungsbatterie
14 verbunden. The
Eine elektronische Steuereinrichtung 15 steuert den Anlasser 11
und die Halbleiterschaltungsanordnung 13 in Abhängigkeit von
Sensorsignalen und Anlaßsteuersignalen, die die Steuereinrichtung
15 mittels eines Anlasserschalters 16 erhält, der im Zündschloß
integriert und/oder als separater Anlasserschalter ausgebildet
sein kann. Im Ausführungsbeispiel werden der Steuereinrichtung
15 Sensorsignale eines Außentemperatursensors 17,
eines Öltemperatursensors 18 und eines Saugrohrdrucksensors 19
zugeführt. Zusätzlich können der Steuereinrichtung 15 jedoch
beispielsweise auch noch Sensorsignale zugeführt werden, die
vom Batterieladezustand, von der Batteriespannung, vom Batterie-
und Bordnetzstrom, von der Motordrehzahl, von Pedalstellungen
oder Parameterschaltern abhängig sind.An
Die Halbleiterschaltungsanordnung 13 erhält von der Steuereinrichtung
15 je nach Betriebszustand Steuersignale für einen motorischen
(aktiven) oder generatorischen Betrieb des Generators
12. Für den generatorischen Betrieb wird die Halbleiterschalteranordnung
13 als Gleichrichter bzw. Gleichrichterbrücke geschaltet,
während sie für den motorischen Betrieb als Wechselrichter
für den als Wechselstrom- oder Drehstromgenerator ausgebildeten
Generator 12 geschaltet wird.The
Auf ein Anlaßsignal durch den Anlasserschalter 16 hin aktiviert
die elektronische Steuereinrichtung 15 den Anlasser 11 und
schaltet die Halbleiterschaltungsanordnung 13 als Wechselrichter.
Dadurch bewirken der Anlasser 11 und der Generator 12 gemeinsam
den Anlaßvorgang der Brennkraftmaschine 10. In der Figur
2 sind die Drehmomente und die mechanische Leistung von Anlasser
11 und Generator 12 an der Kurbelwelle dargestellt, wobei
die durchgezogenen Linien die Drehmomente und die gestrichelten
Linien die Leistungen in Abhängigkeit der Kurbelwellendrehzahl
darstellen. Diese Darstellung zeigt, daß das anfanglich
hohe Drehmoment des Anlassers schnell und stetig bei steigender
Drehzahl auf verschwindend geringe Werte absinkt und die
zunächst ansteigende Leistung ebenfalls noch unterhalb von 300
U/min auf einen Wert von im wesentlichen Null abfällt. Im Gegensatz
dazu ist das Drehmoment des Generators 12 konstant und
die Leistung steigt im wesentlichen linear an. Das Diagramm
zeigt somit, daß der aktive Generator mit seinem Drehmoment gerade
dort einsetzt, wo das des Anlassers nachzulassen beginnt.
Die Überlagerung beider Antriebsmomente wird auf der Kurbelwelle
wirksam und beschleunigt diese weit über die heutzutage mit
einem Anlasser erzielbare Drehzahl hinaus.Activated in response to a starting signal through the
Dieser kombinierte Betrieb ist vor allem beim Kaltstart und
tiefen Außentemperaturen erforderlich, da der konventionelle
Anlasser 11 ein anfänglich sehr hohes Antriebsmoment besitzt,
das auch noch bei niedrigen Temperaturen wirksam ist.This combined operation is especially at cold start and
low outside temperatures required, as the
Bei warmer Brennkraftmaschine 10 oder hohen Außentemperaturen
wird für den Startvorgang nur der elektrische Generator 12 benötigt,
so daß lediglich die Halbleiterschaltungsanordnung 13
entsprechend als Wechselrichter geschaltet wird.With a warm
Diese beiden unterschiedlichen Startabläufe, also der Kaltstart
und der Warmstart sind in der Steuereinrichtung 15 als Algorithmus
in Abhängigkeit von entsprechenden Sensorsignalen hinterlegt.
Beispielsweise kann der Kaltstart dadurch definiert
sein, daß die Motoröltemperatur und die Außentemperatur unterhalb
einem vorgebbaren Wert liegt und/oder daß die Abstellzeit
seit dem letzten Betrieb der Brennkraftmaschine größer als ein
vorgebbarer Zeitintervall ist. Entsprechend umgekehrt wird der
Warmstart definiert, der somit bei Motoröltemperaturen und Außentemperaturen
oberhalb festlegbarer Werte und/oder bei Abstellzeiten
kleiner als einem vorgebbaren Zeitintervall liegt.
Diese Sensorgrößen können auch in einer bestimmten Funktion zueinander
stehen.These two different start procedures, so the cold start
and the warm start are in the
Für den Kaltstart können noch zwei unterschiedliche Startverfahren
realisiert werden, wobei beim einen Startverfahren der
motorisch arbeitende Generator parallel zum Anlasser 11 arbeitet.
Der Anlasser wird dann bei einer bestimmten Drehzahl deaktiviert,
und der motorisch betriebene Generator beschleunigt
die Kurbelwelle weiter auf die Startdrehzahl.For the cold start can have two different starting procedures
be realized, wherein at a startup of the
motor-operated generator parallel to the
Bei der zweiten Variante wird zunächst der Anlasser 11 eingeschaltet
und erst nach Erreichen einer bestimmten Drehzahl wird
dieser deaktiviert und der motorisch betriebene Generator aktiviert.
Zur Verbrauchsreduzierung und zur Verminderung schädlicher
Abgase erfolgt bis zum Erreichen von einem Drehzahlwert,
der beispielsweise 80% der Startdrehzahl entspricht, keine Einspritzung
und keine Zündung, so daß die Brennkraftmaschine 10
erst zu diesem Zeitpunkt gestartet wird, was dann sehr schnell
erfolgt. Dies erfolgt mittels einer nicht dargestellten elektronischen
Motorsteuerung, die in Wirkverbindung mit der elektronischen
Steuereinrichtung 15 stehen kann. Dieses verzögerte
Einsetzen von Zündung und Einspritzung erfolgt entsprechend
auch bei einem Startvorgang allein durch den Generator 12.In the second variant, the
Übliche Anlasser 11 besitzen eine Gesamtübersetzung von ca.
60:1, die sich aus der Übersetzung von Starterritzel zur Kurbelwelle
und aus der Vorgelegeübersetzung ergibt. Bei der erfindungsgemäßen
Anordnung kann diese Übersetzung deutlich reduziert
werden, beispielsweise kann das Vorgelege entfallen, so
daß sich eine Gesamtübersetzung von 15:1 ergibt.
Unabhängig vom Anlaßvorgang kann die elektronische Steuereinrichtung
15 auch noch bei laufender Brennkraftmaschine 10 den
Generator 12 beispielsweise zur Fahrdynamikunterstützung steuern.
Beispielsweise kann bei allen Beschleunigungsvorgängen der
Brennkraftmaschine 10 der motorisch betriebene Generator 12
diese Beschleunigungsvorgänge unterstützen. Andererseits kann
er im generatorischen Betrieb auch Verzögerungsvorgänge unterstützen,
d.h., im Schubbetrieb und Bremsbetrieb wird er generatorisch
betrieben, so daß nicht nur fahrsituationsabhängig
elektrische Energie rückgewonnen wird, sondern auch der Verzögerungsvorgang
aktiv unterstützt wird. Regardless of the starting process, the
Weiterhin kann die elektronische Steuereinrichtung 15 Schaltvorgänge
bei Gangwechseln des Getriebes der Brennkraftmaschine
10 aktiv unterstützen und zur Synchronisierung von Motor- und
Getriebedrehzahlen eingesetzt werden. Zur Drehzahlerhöhung wird
dabei der motorisch betriebene Generator 12 und zur Drehzahlreduzierung
der generatorisch betriebene Generator 12 eingesetzt
werden. Dies führt zu schnelleren Gangwechseln, wodurch unter
Umständen sogar eine Kupplung entfallen kann.Furthermore, the
Weiterhin kann die elektronische Steuereinrichtung 15 zur Verhinderung
eines Riemenschlupfes des Antriebsriemens für den Generator
12 dienen. Eine nicht dargestellte Meßeinrichtung zur
Erkennung des Riemenschlupfes gibt ihre Meßsignale an die elektronische
Steuereinrichtung 15 weiter, die mittels des aktiven
Generators 12 den Riemenschlupf verursachende zusätzliche Momente
am Riementrieb riemenfreundlich ein- und auskuppelt bzw.
kompensiert. Diese Meßeinrichtung zur Erkennung des Riemenschlupfes
kann auch Teil der elektronischen Steuereinrichtung
15 sein, wo Drehzahlen von Generator 12 und Brennkraftmaschine
10 miteinander verglichen werden. Zur Riemenschlupferkennung
kann beispielsweise am Vorlauftrum und Rücklauftrum des
Antriebsriemens je eine Meßrolle federnd angelenkt sein, die
die aufgrund unterschiedlicher Momente erfolgende Dehnung des
Antriebsriemens erfassen. Die Erkennung des Riemenschlupfes erlaubt
eine präventive Riemendiagnose, und ein drohendes Riemenproblem
kann dem Fahrer eines Kraftfahrzeugs frühzeitig mitgeteilt
werden, beispielsweise durch eine optische- und/oder akustische
Warneinrichtung oder ein Display.Furthermore, the
Die elektronische Steuereinrichtung 15 kann weiterhin zur Positionierung
der Kurbelwelle eingesetzt werden. Beim Abstellen
der Brennkraftmaschine wird der Kurbelwelle durch den motorisch
betriebenen Generator 12 eine günstige wohldefinierte Ausgangslage
aufgeprägt. Der Generator ist hierzu beispielsweise als
vollwertiger Vier-Quadranten-Positionierantrieb ausgebildet.
Der nächste Startvorgang der Brennkraftmaschine kann dadurch
aus einer definierten Anfangslage heraus erfolgen, wodurch der
Startvorgang erheblich beschleunigt wird.The
Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich auch zur Steuerung
bzw. Beeinflussung des Auslaufs der Brennkraftmaschine 10. Es
stellt ein Problem dar, daß oft undefinierte Mengen an Kraftstoff
nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine 10 im Ansaugsystem
und in den Zylindern verbleiben. Die leicht flüchtigen Anteile
des Kraftstoffes verdunsten, während dies bei den schwer
entflammbaren Anteilen nicht der Fall ist. Sie verschlechtern
das Abgas beim erneuten Start der Brennkraftmaschine. Dies wird
in einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch umgangen, daß beim
Abstellen der Brennkraftmaschine 10 die Kraftstoffzufuhr bzw.
Kraftstoffeinspritzung abgeschaltet wird. Die Brennkraftmaschine
10 wird dann durch den Generator 12 im motorischen Betrieb
für eine gewisse Zeit in Rotation gehalten, wodurch die Brennkraftmaschine
gespült und Kraftstoffreste, die sich auch im Katalysator
befinden können, unschädlich entsorgt werden. Bei einem
erneuten Start der Brennkraftmaschine kann das Motorsteuergerät
bzw. die Steuereinrichtung 15 von einer "leeren" Brennkraftmaschine
ausgehen, was einen definierten Start erleichtert.The arrangement according to the invention is also suitable for control
or influencing the outlet of the
Nach dem Spülen und der Entsorgung der Kraftstoffreste kann die
Brennkraftmaschine 10 definiert mit Hilfe des Generators 12 bei
generatorischem Betrieb bis zum Stillstand abgebremst werden,
da eine lange Nachlaufphase unerwünscht ist.After rinsing and disposal of the fuel residues, the
Eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung
besteht darin, Start-Stop-Vorgänge der Brennkraftmaschine 10,
beispielsweise an Ampeln zu verbessern. Die Chancen für eine
Realisierung verbessern sich vor allem dann, wenn der Start der
Brennkraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeugs jeweils ohne Verzögerung
erfolgt. Bereits geringste Verzögerungen machen sich
hier vor allem subjektiv äußerst störend bemerkbar. Mit Hilfe
der elektronischen Steuereinrichtung 15 ist es in Verbindung
mit dem Generator 12 möglich, ohne Auskupplung der Brennkraftmaschine
das Fahrzeug anzuhalten. Eventuell sonst vorhandene
Drehmomentstöße können durch den Generator komfortabel ausgeglichen
werden. Der Start erfolgt dann ebenfalls wieder ohne
Betätigung einer Kupplung durch "elektrisches" Anfahren, was
gänzlich ohne zeitlichen Verzug möglich ist. Dies kann selbstverständlich
auch bei ausgekuppelter Brennkraftmaschine erfolgen.
Das rein elektrische Anfahren erfolgt im motorischen Betrieb
des Generators 12 bei eventueller Unterstützung durch den
Anlasser 11, insbesondere bei kalter Brennkraftmaschine oder
sehr tiefen Temperaturen. Das Zukuppeln bzw. Anlassen der
Brennkraftmaschine 10 kann dann zeitlich etwas verzögert, insbesondere
auch impulsförmig erfolgen. Da sich beim Anlassen der
Brennkraftmaschine das Fahrzeug dann bereits in Bewegung befindet,
wird die Bewegungsenergie des gesamten Fahrzeugs und nicht
nur einzelner Triebstrangteile zum Anlassen der Brennkraftmaschine
mitgenutzt, so daß ein sicherer Start gewährleistet ist.Another application of the drive arrangement according to the invention
is to start-stop operations of the
Ein solches Start-Stop-System funktioniert bevorzugt in Verbindung mit einem Straßenzustandserkennungssystem, wie einem elektronischen Stabilisierungssystem oder Antischlupfregelungsystem.Such a start-stop system preferably works in conjunction with a road condition detection system, such as an electronic Stabilization system or traction control system.
Claims (14)
- Electric drive assembly for internal combustion engines in motor vehicles, with an electric starter (11) capable of being coupled to the internal combustion engine (10) and an electric generator (12) in driving connection with the internal combustion engine (10), connected to a supply battery (14) via a semiconductor circuit arrangement (13), the generator (12) being optionally operated in generator or in motor mode by means of the semiconductor circuit arrangement (13), and with an electronic control unit (15) for the control of the starting process of the internal combustion engine (10), which starting process is effected in dependence on the signal of at least one temperature sensor (17, 18) either solely by means of the generator (12) in motor mode or in combination with the starter (11), characterised in that the semiconductor circuit arrangement (13) is switched as an inverter circuit for the motor mode of the generator (12), which is designed as an ac generator or alternator, and as a rectifier circuit for its generator mode, and in that the electronic control unit (15) is designed to adjust the crankshaft of the internal combustion engine (10) to a defined angular position when stopping it with the aid of the generator (12) operating in motor mode.
- Drive assembly according to claim 1, characterised in that the starting process can be controlled in dependence on engine oil temperature and/or ambient temperature and/or the stopping time of the internal combustion engine (10).
- Drive assembly according to claim 1 or 2, characterised in that the electronic control unit (15) is designed to start the internal combustion engine (10) by means of the generator (12) and the starter (11) at low temperatures and by means of the generator (12) on its own at higher temperatures.
- Drive assembly according to claim 3, characterised in that the generator (12) and the starter (11) can be switched on either simultaneously or in sequence with or without overlap when starting the internal combustion engine (10) at low temperatures, i.e. during a cold start.
- Drive assembly according to any of the preceding claims, characterised in that means are provided for activating ignition and/or injection during the starting process of the internal combustion engine only at speeds approaching its starting speed.
- Drive assembly according to any of the preceding claims, characterised in that the electronic control unit (15) is designed to support deceleration processes of the internal combustion engine (10) by activating the generator (12) in generator mode and/or to support acceleration processes of the internal combustion engine (10) by activating the generator (12) in motor mode.
- Drive assembly according to claim 6, characterised in that the activation of the generator (12) in generator mode is effected in dependence on the speed of the internal combustion engine, in particular above a preset cutting-in speed.
- Drive assembly according to claim 6 or 7, characterised in that the generator (12) is activated in generator and/or motor mode to synchronise engine and transmission speeds during a gear change.
- Drive assembly according to any of claims 6 to 8, characterised in that the generator (12) is activated in generator and/or motor mode to compensate for different moments acting on the belt drive of the generator (12).
- Drive assembly according to any of the preceding claims, characterised in that the electronic control unit (15) or other means for activating the generator (12) in motor mode after the internal combustion engine (10) has been stopped and for disconnecting the fuel supply are designed to keep the internal combustion engine (10) rotating for an after-running phase, until any fuel residues in the internal combustion engine and/or in a catalyst are substantially removed.
- Drive assembly according to claim 10, characterised in that means are provided for switching the generator (12) from motor to generator mode after the after-running phase.
- Drive assembly according to any of the preceding claims, characterised in that the electronic control unit (15) is designed to control the starting process of the internal combustion engine (10) while essentially starting the motor vehicle simultaneously at least by means of the generator (12) operating in motor mode.
- Drive assembly according to claim 12, characterised in that the internal combustion engine (10) is connected with a time delay, in particular in a pulsed manner, when the motor vehicle is started purely electronically at least by means of the generator (12) operating in motor mode.
- Drive assembly according to any of the preceding claims, characterised in that the electronic control unit (15) is designed to control the stopping process of the motor vehicle by means of the generator (12) without disconnecting the internal combustion engine (10).
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