WO2001063124A1 - Start- und/oder positioniersystem und -verfahren - Google Patents

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WO2001063124A1
WO2001063124A1 PCT/DE2001/000306 DE0100306W WO0163124A1 WO 2001063124 A1 WO2001063124 A1 WO 2001063124A1 DE 0100306 W DE0100306 W DE 0100306W WO 0163124 A1 WO0163124 A1 WO 0163124A1
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WO
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torque
speed
electrical machine
combustion engine
internal combustion
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PCT/DE2001/000306
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Ahner
Manfred Ackermann
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • 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
    • F02N5/00—Starting apparatus having mechanical power storage
    • F02N5/04—Starting apparatus having mechanical power storage of inertia type
    • 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
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/04—Starting of engines by means of electric motors the motors being associated with current generators

Definitions

  • the invention relates to a system for staring and / or positioning an internal combustion engine with the features mentioned in the preamble of claim 1.
  • the invention relates to a method for starting and / or positioning an internal combustion engine with those mentioned in the preamble of claim 16.
  • a so-called swing-use automat k m overrun phases can cause the internal combustion engine to be switched off / disengaged.
  • the electrical machine is a starter generator
  • the so-called impulse start has already been proposed for this purpose.
  • the internal combustion engine is connected to the starter generator via a pulse start clutch, which in turn is connected to the vehicle transmission via a clutch.
  • the start is carried out in such a way that the flywheel mass of the starter generator is accelerated to the so-called wind-up speed by the starter generator when the pulse start clutch is open and the drive clutch is open.
  • the impulse start clutch is closed with the drive clutch still open, so that the internal combustion engine is rapidly accelerated via the clutch torque until the clutch sticks, whereby the internal combustion engine is then prevented from stopping too quickly by the electromotive torque.
  • the internal combustion engine can still be started successfully even if the drive torque of the electrical machine is only 50% of the total towing torque.
  • the level of the required drive torque of the electrical machine depends on the design of the coupling and other vehicle boundary conditions, for example the injection technology and the type of transmission.
  • crankshaft direct start requires a drive torque of the electrical machine that is approximately 140% of the total towing torque.
  • the impulse start clutch is very complex because it has to be designed for the maximum vehicle torques and a portion of the alternating torques of the internal combustion engine. Furthermore, the injection technology has to be redesigned for the high dynamics of the pulse start. Advantages of the education
  • the electrical machine in the system according to the invention is controlled by a circuit in such a way that the electrical machine excites the spring-damper unit in a vibration-like manner, the arriplitude of which is smaller than the total towing torque, and that Spring-damper unit, at least in a steady state, transmits a torque to the internal combustion engine, the amplitude of which is greater than or equal to the total towing torque, the complex pulse start clutch can be omitted.
  • the electrical machine is activated in such a way that the electrical machine excites the spring-damper unit in a vibration-like manner, the amplitude of which is smaller than the total towing torque, and in which the spring-damper Unit, at least in a steady state, transmits a torque to the internal combustion engine, the amplitude of which is greater than or equal to the total towing torque.
  • the torque with which the electric machine activates the spring-damper unit schwingungsformig having a positive "value when the rotational speed of the electric machine is positive.
  • a positive speed is to be understood here as a speed at which the direction of rotation of the electrical machine equals the direction of rotation of the crankshaft of the combustion engine. mungscrs that results when the internal combustion engine is running.
  • the positive value of the torque with which the machine sees the spring-steamer unit in the form of a spray is preferably a constant value.
  • the torque with which the electrical machine excites the spring-damper unit preferably has a negative value if the speed of the electrical machine is negative.
  • a negative rotational speed of the electrical machine is to be understood here as a rotational speed that occurs when the electrical machine rotates, and is opposite 2 to the direction of rotation of the crankshaft that results when the internal combustion engine is running.
  • the torque with which the electrical machine excites the spring-steamer unit has a negative value if the speed of the electrical machine is negative and the speed of the crankshaft of the internal combustion engine is greater than or equal to zero.
  • the torque with which the electrical machine controls the spring-steamer unit has a negative value if the number of drums of the electrical machine is negative, the number of drums of the crankshaft of the internal combustion engine is large or equal to zero and the torque that the spring steamer E__nh ⁇ t transferred to the internal combustion engine is less than a predetermined value.
  • the negative value of the torque with which the electrical machine excites the spring-steamer unit can also be a constant value.
  • the torque with which the electrical machine excites the spring-steamer unit is preferably brought to a positive value at a negative rotational speed of the electrical machine when the speed of the crankshaft is less than zero.
  • a model calculation is preferably used to estimate the torque, taking into account the speed of the crankshaft of the internal combustion engine, the speed of the electrical machine and the spring characteristic of the spring of the spring / damper unit.
  • the spring-steamer unit preferably has a spring that is progressive with a positive twist.
  • the electrical machine can iron a rotor that forms the secondary mass of a two-mass flywheel.
  • a first speed sensor is preferably provided, which detects the speed of the crankshaft of the internal combustion engine.
  • a second speed sensor can detect the speed of the electrical machine.
  • the output signal of the first speed sensor and / or the output signal of the second speed sensor is preferably supplied to the circuit.
  • the electrical machine is preferably connected to a vehicle transmission via a clutch.
  • the spring-damper unit excites the 'electric machine, has a positive value when the rotational speed of the electric machine is positive.
  • positive rpm is to be understood as the positive rpm defined above.
  • This positive value of the torque with which the electrical machine excites the spring-damper unit is preferably a constant value.
  • the torque with which the electrical machine excites the spring-damper unit has a negative value if the speed of the electrical machine is negative.
  • Negative speed is also to be understood here as the negative speed defined above.
  • the inventive. Methods are provided that the torque with which the electrical machine excites the spring-damper unit, a negative ven value if the speed of the electrical machine is negative and the speed of the crankshaft of the internal combustion engine is greater than or equal to zero.
  • the torque with which the electrical machine excites the spring-damper unit has a negative value if the speed of the electrical machine is negative, the speed of the crankshaft of the internal combustion engine is greater than or equal to Mull, and the torque that the spring-damper unit transmits to the internal combustion engine is less than a predetermined value.
  • the negative value of the torque can be a constant value.
  • the torque with which the electrical machine excites the spring-damper unit is brought to a positive value at a negative speed of the electrical machine if the speed of the crankshaft of the internal combustion engine is less than zero.
  • a model calculation is preferably used to estimate the torque, which takes into account the speed of the crankshaft of the internal combustion engine, the speed of the electrical machine, and the characteristic of the spring-damper unit.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an embodiment of the system according to the present invention
  • FIG. 4 shows the curve of the torque with which the electrical machine excites the spring-damper unit, the curve of the torque that the spring-damper unit transmits to the internal combustion engine, the curve loss of the speed of the crankshaft of the internal combustion engine and the course of the curve of the speed of the electrical machine, for the area of the quasi-stationary drive;
  • Figure 5 shows the curve of the torque with which the electrical machine excites the spring-damper unit, the curve of the torque that . the spring damper unit transmits to the internal combustion engine, the curve of the number of wires
  • FIG. 1 shows a known system for starting a combustion motor VM, which is connected via a pulse start clutch ISK to an electrical machine in the form of a starter generator S / G.
  • the starter generator S / G is connected via a clutch K to a vehicle body.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of the present invention.
  • the crankshaft V ' / i of an internal combustion engine VM is connected to an electrical machine in the form of a start generator S / G via a spring / steam unit F / D.
  • the speed D2 of the crankshaft KW of the internal combustion engine VM is detected by a first speed sensor DG1.
  • the speed D1 of the starter generator S / G is also detected by a second speed sensor DG2.
  • the starter generator S / G is connected via a clutch K to a fan gear transmission FG, the clutch K preferably being disengaged during the starting or positioning process.
  • the electrical machine can be a machine with a gear without a reduction gear.
  • the positioning and / or starting of the pre-identification motor VM is carried out directly by a type of drive of the electrical machine S / G with periodic oscillation excitation and the torque transmission via the F ⁇ d ⁇ r-Dampfer-E h ⁇ it F / D.
  • the spring / steam unit E / F / D can either be a torsion spring / steam unit which is already used for damping the initial damping or a modified design of this unit.
  • Dab ⁇ i is di ⁇ electric machine S / G "r vegeta with the spring-Dampf ⁇ r-E h ⁇ it F / D correct phase driven, the Scnwmgung wodurcn sow ⁇ it excited /; ⁇ ro that the internal combustion engine ICE in pe ⁇ odiscnen Zeitonasen via the torsion spring of the spring damper ⁇ inheit F / D is turned on.
  • a positive torque M2 of the starter generator S / G is sufficient for triggering control. However, in the border area, with extremely small torques M2 of the starter generator S / G, positive and negative torques M2 are more favorable in relation to the total towing torque M1.
  • the speed D2 of the crankshaft KVJ of the combustion engine VM is ensor by a first rehischennahls DG1 is detected while the speed Dl of the electrical machine S / G is detected by a second speed sensor DG2.
  • the spring torque can be estimated using the following calculation model:
  • ⁇ c is the difference between the number D2 of the crankshaft KW of the internal combustion engine VM and the speed Dl of the electrical machine S / G.
  • the vibration in both directions of rotation of the starter generator S / G can be positively excited with bipolar control (by energy supply);
  • the starter generator S / G must be braked in good time in order to prevent the internal combustion engine VM from turning back.
  • FIGS. 5 and 6 show the same curves, with the exception that instead of the number of wires Dl of the electrical machine S / G, the angle of rotation W2 of the crankshaft is shown.
  • the curves apply to an internal combustion engine that has a total towing torque Ml of 150 Nm. This corresponds to the total towing torque of a mid-range engine at -25 ° C.
  • the torque M2 with which the electrical machine S / G excites the spring-damper unit corresponds to 50 Nm in the case shown.
  • the torsional stiffness and the damping values of the spring / damper unit F / D were determined according to values from F ⁇ d ⁇ r-Där ⁇ pf ⁇ r- systems, which are used to decouple the alternating torque. te of the internal combustion engine VM between the Vercr ⁇ nnungsmotor VM and the vehicle transmission FG are used.
  • the torque M2 with which the starter generator excites the spring-damper emission F / D, is always fully controlled with excitation at a positive number of revolutions Dl, while at negative speed Dl only the phase with positive torsional torque is used.
  • the starter generator S / G was only driven with full positive or negative torque M2 or with a torque of zero.
  • crankshaft KW will turn back very weakly for a short time, but this is not a problem here.
  • This weak turning back of the crankshaft KW can also be prevented by briefly counter-phase activation of the starter generator S / G if this brings advantages.
  • the average speed of the crankshaft KW also results from the angle of rotation curve W2, a speed of 22 l / minute being achieved in the case shown.
  • the limits of the torque of the starter generator S / G for positioning in the desired direction of rotation ii ⁇ g ⁇ n with damping, which are common in a two-mass flywheel, are approximately 5 times below the total attachment torque Ml. «• This can also be shown by a simulation calculation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Starten und/oder Positionieren eines Verbrennungsmotors VM, wobei eine elektrische Maschine S/G vorgesehen ist, die über eine Feder-Dämpfer-Einheit F/D mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist, der ein Gesamtanschleppdrehmoment M1 aufweist. Es ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine S/G von einer Schaltung derart angesteuert wird, dass die elektrische Maschine die Feder-Dämpfer-Einheit F/D mit einem Drehmoment M2 schwingungsförmig anregt, dessen Amplitude kleiner als das Gesamtanschleppdrehmoment M1 ist, und dass die Feder-Dämpfer-Einheit F/D, zumindest in einem eingeschwungenen Zustand, ein Drehmoment M3 auf den Verbrennungsmotor VM überträgt, dessen Amplitude grösser oder gleich dem Gesamtanschleppdrehmoment M1 ist.

Description

Start- und/oder Positioniersystem und -verfahren
Die Erfindung betrifft ein System zum Starren und/oder Positionieren eines Verbrennungsmotors, mit den im Ober- begriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Starten und/oder Positionieren eines Verbrennungsmotors mit den im Oberbegriff des Anspruchs 16 genannter. Merkmalen.
Stand der Technik
Der Start eines Verbrennungsmotors erfordern beim Direktantrieb ein Antriebssystem, das auf die Kaltsizart- Grenztemperatur dimensioniert ist, die im Allgemeinen bei -25°C angenommen wird. Auch bei dieser Kaltstart- Grenztemperatur muss zum Starten des Verbrennungsmotors das Gesamtanschleppdrehmoment überwunden werden, das unter Anderem durch das Schleppmoment, das Gasfedermoment und die Beschleunigungsmomente des Verbrennungsmotors be- eiήflusst wird. Dieses Gesamtanschleppdrehmoment kann für ein typisches Mittelklasse-Fahrzeug, beispielsweise 200 Nm betragen.
Zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs ist es bereits bekannt, den Verbrennungsmotor beim zeitweisen Stillstand des Fahrzeugs, beispielsweise an einer Ampel, abzuschal- ten, um ihn erst kurz vor oder bei der Weiterfahrt nieder zu starten, sodass sich ein Start-Stopp-Betrieb ergibt.
Weiterhin kann eine sogenannte Schwung-Nutz-Automat k m Schubphasen ein Abschalten/Auskuppeln des Verbrennungsmotors be/ irken .
Derartige neue Fahrzeugfunktionen sowie die inzwischen deutlich erhöhten Forderungen an die elektrische Leistung des Borcretzes führten zur Entwicklung des Ξtartergenera- tors, eι~er elektrischen Maschine, die sowohl als Starter als aucr als Generator nutzbar ist. Weiterhin ist es bereits bekannt, den Verbrennungsmotor vor dem Start vorzu- positionieren, um das eigene Potential des Verbrennungs- motors beim Startvorgang besser nutzen zu können.
Insbesondere dann, wenn die elektrische Maschine e n Startergeneratcr ist, kommt es entscheidend darauf an, das benctigte Drehmoment der elektrischen Maschine soweit zu reduzieren, dass der im Generatorbetrieb notwendige Strom auch für den Start ausreicht, das heißt, der Aufwand für die elektrische Maschine und den Wechselrichter muß sowonl bezüglich der Start- als auch der Generatorfunktion minimiert werden.
Zu diesem Zweck wurde bereits der sogenannte Impulsstart vorgescniagen . Zur Durchfuhrung dieses Impulsstarts ist der Verbrennungsmotor über eine Impulsstart-Rupplung mit dem Startergenerator verbunden, der wiederum über eine Kupplung mit dem Fahrzeuggetriebe verbunden ist. Der Start wird dabei so durchgeführt, dass d e Schwungmasse des Startergenerators bei offener I pulsstart- Kupplung und offener Fahrkupplung durch den Ξtartergene- rator auf die sogenannte Aufziehdrehzahl beschleunigt wird. Wenn diese Aufziehdrehzahl erreicht ist, wird die Impulsstart-Kupplung bei noch offener Fahrkupplung geschlossen, sodass der Verbrennungsmotor über die Kupplungsmomente rasch beschleunigt wird, bis die Kupplung, haftet, wobei der Verbrennungsmotor anschließend durch die elektromotorischen Drehmomente am zu schnellen Stehenbleiben gehindert wird.
Durch das Impulsstart-Verfahren kann der Verbrennungsmotor auch dann noch erfolgreich gestartet werden, wenn das Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine nur 50% des Gesamtanschleppdrehmoments beträgt. Die Höhe des erforderlichen Antriebsmomentes der elektrischen Maschine hängt dabei von der Ausführungsfor der Kupplung und weiteren Fahrzeug-Randbedingungen ab, beispielsweise der Einspritztechnik und dem Gεtriebetyp.
Im Vergleich hierzu erfordert der sogenannte Kurbelwellen-Direktstart ein Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine, das ca. 140% des Gesamtanschleppdrehmoments be- trägt.
Die Impulsstart-Kupplung ist sehr aufwendig, da sie auf die maximalen Fahrzeugnutzmomente und einen Anteil der Wechselmomente des Verbrennungsmotors ausgelegt sein muss. Weiterhin muss die Einsprit technik für die hohe Dynamik des Impulsstartes neu ausgelegt werden. Vorteile der Lrfi dung
Dadurch, dass die elektrische Maschine bei dem erfin- dungsgεrr.äßen System von einer Schaltung derart angesteu- ert wird, dass die elektrische Maschine die Feder- Dämpfer-Einheit mit einem Drehmoment schwingungsformig anregt, dessen Arriplitude kleiner als das Gesamtanschleppdrehmoment ist, und dass die Feder-Dämpfer-Einheit, zumindest in einem eingeschwungenen Zustand, ein Drehmoment auf de Verbrennungsmotor überträgt, dessen Amplitude größer oder gleich dem Gesamtanschleppdrehmoment ist, kann die aufwendige Impulsstart-Kupplung entfallen.
Gleiches gilt r das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem die Ans euerung der elektrischen Maschine derart erfolgt, dass die elektrische Maschine die Feder-Dämpfer-Einheit mit einem Drehmoment schwingungsformig anregt, dessen Amplitude kleiner als das Gesamtanschleppdrehmoment ist, und bei dem die Feder-Dämpfer-Einheit, zumindest in einem eingeschwungenen Zustand, ein Drehmoment auf den Verbrennungsmotor überträgt, dessen Amplitude größer oder gleich dem Gesamtanschleppdrehmoment ist.
Bei dem erfindungsgemäßen System ist es vorteilhaft, wenn das Drehmoment, mit dem die elektrische Maschine die Feder-Dämpfer-Einheit schwingungsformig anregt, einen positiven "Wert aufweist, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine positiv ist.
Unter positiver Drehzahl ist hier eine Drehzahl zu verstehen, bei der die Drehrichtung der elektrischen Maschine gleich der Drehrichtung der Kurbelwelle des Verbren- nungsmotcrs ist, die sich bei laufendem Verbrennungsmotor ergibt .
Der positive Wert des Drehmoments, mit dem die eleκtrι- sehe Maschine die Feder-Dampfer-Einheit scnwmgungs ormig anregt, ist vorzugsweise ein konstanter Wert.
Vorzugsweise weist das Drehmoment, mit dem die elektrische Maschine die Feder-Dampfer-Einheit anregt, einen ne- gativεn Wert auf, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine negativ ist.
Unter negativer Drehzahl der elektrischen Maschine ist hier eine Drehzahl zu verstehen, die bei einer Drehπch- tung der elektrischen Maschine auftritt, αie entgegengesetzt 2 der Drehrichtung der Kurbelwelle ist, die sich bei laufendem Verbrennungsmotor ergibt.
Weiterhir kann es vorteilhaft sein, wenn das Drehmoment, mit dem die elektrische Maschine die Feder-Dampfer- Emheit anregt, dann einen negativen Wert aufweist, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine negativ und die Drehzahl der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors großer oder gleich Null ist.
Es ist eoenfalls denkbar, dass das Drehmoment, mit dem die elektrische Maschine die Feder-Dampfer-Emheit, ansteuert, dann einen negativen Wert aufweist, wenn die Drenzahl αer elektrischen Maschine negativ, die Drenzahl der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors großer oder glεich Null unα das Drεhmoment, das die Feder-Dampfer-E__nhειt auf den Verbrennungsmotor übertragt, kleiner als ein vorgegebener Wert ist.
Auch der negative Wert des Drehmoments, mit dem diε elek- frische Maschine die Feder-Dampfer-Einheit anregt, kann ein konstanter Wert sein.
Vorzugsweise wird das Drehmoment, mit dem die elektrische Maschine die Feder-Dampfer-Emheit anregt, bei einer ne- gativen Drehzanl der elektrischen Maschine auf einen positiven Wert gebracht, wenn die Drehzahl der Kurbelwelle kleiner Null st.
Zur Abschätzung des Drenmoments ird vorzugsweise eine Modellrechung eingesetzt, bei der die Drehzahl der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, die Drehzahl der elektrischen Maschine und die Federkennlinie der Feder der Feder-Dampfer-Emheit berücksichtigt wird.
Die Feder-Dampfer-Emheit weist vorzugsweise eine Feder auf, die bei einer positiven Verdrehung progressiv ist.
Die elektrische Maschine kann einen Läufer auf eisen, der die Sekundarmasse eines Zwei-Massen-Schwungrades bildet.
Vorzugsweise ist ein erster Drehzahlsensor vorgesehen, der die Drehzahl der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors εrfasst .
Ein zweiter Drehzahlsensor kann die Drehzahl der elektrischen Maschine erfassen. Das Ausgangssignal des ersten Drehzahlsensors und/oder das Ausgangssignal des zweiten Drehzahlsensors wird vorzugsweise der Schaltung zugeführt.
Die elektrischε Maschinε ist vorzugsweise über eine Kupplung mit einem Fahrzeuggetriebe verbunden.
Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorteilhaft, wenn das Drehmoment, mit dem' die elektrische Ma- schine die Feder-Dämpfer-Einheit anregt, einen positiven Wert aufweist, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine positiv ist.
Unter positiver Drεhzahl ist auch in diesem Fall die oben definierte positive Drehzahl zu verstehen.
Dieser positivε Wεrt dεs Drehmoments, mit dem die elektrischε Maschine die Feder-Dämpfer-Einheit anregt, ist vorzugsweise ein konstanter Wert.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Drehmoment, mit dem die elektrische Maschine die Feder-Dämpfer-Einheit anregt, einen negativen Wert aufweist, wenn die Drehzahl der elektrischen Ma- schine negativ ist.
Unter negativer Drehzahl ist auch hier die oben definierte negativε Drεhzahl zu verstehen.
Weiterhin kann bei dem erfindungsgemäßer. Verfahren vorgesehen sein, dass das Drehmoment, mit dem die elektrische Maschine die Feder-Dämpfer-Einheit anregt, einen negati- ven Wert aufweist, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine negativ, und die Drehzahl der Kurbelwelle des Verbrennungsmotor größer oder gleich Null ist.
Ebenso kann vorgesεhen sein, dass das Drehmoment, mit dem die elektrische Maschine die Feder-Dämpfer-Einheit anregt, einen negativen Wert aufweist, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine negativ, die Drehzahl der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors größer oder gleich Mull, und das Drehmoment, das die Feder-Dämpfer-Einheit auf den Verbrennungsmotor überträgt, kleiner als ein vorgegebener Wert ist .
Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der negati- ve Wert des Drehmoments ein konstanter Wert sein.
Weiterhin kann vorgesεhen sein, dass das Drehmoment, mit dem die elektrische Maschine die Feder-Dämpfer-Einheit anregt, bei einεr negativen Drehzahl der elektrischen Ma- schine auf einen positiven Wert gebracht wird, wenn die Drehzahl der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors kleiner Null ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Abschätzung des Drehmoments vorzugsweisε eine Modellrechnung einge- sεtzt, die die Drεhzahl der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, die Drehzahl der elektrischen Maschine und die Kennliniε dεr Fεdεr der Feder-Dämpfer-Einheit berücksichtigt . Zeichnungen
Ein Aus ührungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 ein bekanntes System zum Impulsstarten eines Verbrεnnungsmotors;
Figur 2 εinε schεmatische Darstellung einer Ausführungsform des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 3 den Kurvenverlauf des Drehmoments, mit dem die elektrische Maschine die Feder- Dämpfer-Einheit anregt, den Kurvenverlauf des Drehmoments, das die Feder-Dämpfer- Einheit auf den Verbrennungsmotor über- trägt, den Kurvenverlauf der Drehzahl der
-Kurbelwellε des Verbrennungsmotors und den Kurvenvεrlauf der Drehzahl der elektrischen Maschine, für den Bereich des Anschwingens;
Figur 4 den Kurvenverlauf des Drehmoments, mit dem die elektrische Maschine die Feder- Dämpfer-Einheit anregt, den Kurvenverlauf des Drεhmoments, das die Feder-Dämpfer- Einheit auf den Verbrennungsmotor überträgt, den Kurvenverlatf der Drεhzahl dεr Kurbelwellε des Verbrennunαsmotors und den Kurvenverlauf der Drehzahl der elektrischen Maschine, für den Berεich des quasi stationären Antriebs;
Figur 5 den Kurvenvεrlauf des Drehmoments, mit dem die elektrische Maschine die Feder- Dämpfer-Einheit anregt, den Kurvenverlauf des Drehmoments, das . die Feder-Dämpfer- Einheit auf den Verbrennungsmotor über- tragt, den Kurvenverlauf der Drεhzahl der
Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und den Kurvenverlauf des Drehwinkels der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, für den Bereich des Anschwingens;
Figur 6 den Kurvenverlauf des Drehmoments, mit dem die elektrische Maschine die Feder- Dampfer-Einheit anregt, den Kurvenverlauf des Drehmoments, das die Feder-Dampfer- Einheit auf den Vεrbrεnnungs otor übertragt, den Kurvεnverlauf dεr Drεhzahl der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und den Kurvenverlauf des Drεhwinkels der Kurbelwelle des Verbrεnnungsmotors, für dεn Berεich dεs quasi stationären Antriebs;
In den Figuren 3 bis β ist auf der horizontalen Achse 10 die Zeit sec aufgetragen, auf der linken vertikalen Achse 11 ist das Drehmoment in Nm aufgetragen, und auf der rechten vertikalen Achse 12 ist die Drehzahl in 1/min aufgetragen. In den Figuren 5 unα 6 ist auf der rechtεn vertκalen Achse 12 zusätzlich noch der P _rDεl..ellendreh- win el ° angegeben.
Figur 1 zeigt ein bekanntes System zum Starten eines Vεr- brεnnungsmotors VM, der über eine Impulsstart-Kupplung ISK mit einer elektπschεn Maschine in Form eines Star- tergenεrators S/G verbunden ist. Der Startergenerator S/G ist über eine Kupplung K mit einem Fahrzeuggetπεbe verbunden.
Bei dem in Figur 1 dargestellten System lauft der Start des Verbrennungsmotors so ab, wie dies eingangs beschrieben wurαe.
Bεschreioung αes Ausfuhrungsbeispiels
In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegεnden Erfindung dargestellt. Die Kurbεlwεlle V'/i eines Verbrennungsmotors VM ist über eine Feder-Dampfer-Ξmheit F/D mit einer elektrischen Maschine in Form eines Startεrge- nerators S/G verbunden. Die Drehzahl D2 der Kurbelwelle KW des Verbrennungsmotors VM wird über einen ersten Drehzahlsensor DG1 erfasst. Ebenso wird die Drehzahl Dl des Startergenerators S/G durch einen zweiten Drehzahlsensor DG2 erfasst.
Der Startergenεrator S/G ist ubεr eine Kupplung K mit einem Fanrzeuggεtriebe FG verbunden, wobei die Kupplung K wahrend des Start- oder Positioniervorgangs vorzugswεise geoffnεt ist. Unabhängig davon, ob die elektrische Maschine m Form eines Startergenerators S/G vorliegt oder nicnt, kann die elektrische Maschine eine Maschine mit ocer ohne Untersetzungsgetriebe sein.
Das Positionieren und/oder Starten des Vεrorennungsmotors VM erfolgt bei dieser Ausfuhrungsform dircn eine Antriebsart der elektrischen Maschine S/G mit periodischer Schwmgαngsanregung und der Drehnomentucertragung über die Fεdεr-Dampfer-E hεit F/D.
Die Fedεr-Dampfεr-E hεit F/D kann entweder eine ohnehin zur Anfriebssch mgungsdampfung vo nandenε lorsionsfeder- Dampfer-Einheit oder eine modifizierte Auslegung diεser Einheit sein.
Dabεi wird diε elektrische Maschine S/G " rbindung mit der Feder-Dampfεr-E hεit F/D phasenrichtig angesteuert, wodurcn die Scnwmgung sowεit angeregt /;ιro, dass der Verbrennungsmotor VM in peπodiscnen Zeitonasen über die Torsionsfeder der Feder-Dampfer-Ξinheit F/D angedreht wird.
Zur Anrεgungs-Stεuerung reicht ein positives Drehmoment M2 des Startergenerators S/G aus. Allerdings sind im Grenzberεich, bεi extrem kleinen Drehmomenten M2 des Startergenerators S/G im Verhältnis zum Gesamtanschleppdrehmoment Ml positive und negative Drehmomente M2 günstiger .
Wie erw hnt, wird die Drehzahl D2 der Kurbelwelle KVJ des Verbrεnnunαsmotors VM durch einen ersten reh∑ahls ensor DG1 erfasst, während die Drehzahl Dl der elektrischen Maschine S/G durch einen zweiten Drehzahlsensor DG2 erfasst wird.
Das Federmoment kann durch das folgende Rechenmodell abschätzt werden:
MFeder = ΔΦ*CFsdεr ( ΔΦ )
Dabei gilt:
ΔΦ = JΔωdz
Wobei Δc die Differenz der Drεhzahl D2 der Kurbelwelle KW des Verbrennungsmotors VM und der Drehzahl Dl der elektrischen Maschine S/G ist.
Bei diesem Rechenmodell sind alle energierelevanten Größen ständig unter Kontrolle, sodass einε Antriebs- Regelung der elektrischen Maschine in Form eines Startεr- gεnerators S/G gemäß den folgenden Regeln erfolgεn kann:
1. Zunächst kann die Schwingung in beiden Drehrichtungen des Startergenerators S/G bei bipolarer Ansteue- rung (durch Energiezuführung) positiv angeregt werde ;
1.1 Bei positiven Drehzahlen des Startεrgenerator s S/G werden positive Drehmomente M2 des Startergenerators S/G eingesetzt; 1.2 Bei negativen Drehzahlen des Startergenerators S/G, die zeitlich begrenzt sind, werden negative Drehmomente M2 des Startergenerators S/G eingesetzt;
2. Bei negativen Werten des Federmoments M3 muss der Startεrgenerator S/G rechtzeitig abgebremst werden, um ein Rückdrehen des Verbrennungsmotors VM zu verhindern.
In den Figuren 3 und 4 sind die Verläufe des Drehmoments M2, mit dem die elektrische Maschine S/G die Feder- Dämpfer-Einheit F/D anregt, des Drehmoments M3, das die Feder-Dämpfer-Einheit F/D auf den Verbrennungsmotor VM überträgt, die Drehzahl Dl der elektrischen Maschine S/G sowie die Drεhzahl D2 der Kurbelwelle KW des Verbrennungsmotors VM dargestellt.
In den Figuren 5 und 6 sind die gleichen Kurven dargestellt, mit der Ausnahme, dass anstelle der Drεhzahl Dl der elεktrischen Maschine S/G der Drεhwinkεl W2 der Kur- bεlwεllε dargestellt ist.
Die Kurven gelten für einen Verbrennungsmotor, der ein Gesamtanschleppdrehmoment Ml von 150 Nm aufweist. Dies entspricht dem Gesamtanschleppdrehmoment eines Mittelklasse-Motors bei -25°C. Das Drehmoment M2, mit dem die elektrische Maschine S/G die Feder-Dämpfer-Einheit anregt, entspricht in dem dargεstεlltεn Fall 50 Nm.
Die Torsionssteifigkeit und die Dämpfungswerte der Feder- Dämpfer-Einheit F/D wurden nach Werten von Fεdεr-Därαpfεr- Systεmεn fεstgelegt, die zur Abkopplung der Wechselmomεn- te des Verbrennungsmotors VM zwischen dem Vercrεnnungsmo- tor VM und dem Fahrzeuggεtriebe FG verwendεt werden.
Beim Andrehen der elektrischen Maschine in Form eines Startergenerators S/G und geöffneter Kupplung K bleibt der Verbrennungsmotor VM zunächst in der Haftreibung stehen. Dabei zieht der Startergenerator S/G die Torsionsfe- der gegεn das Haftdrehmoment auf.
Das Drehmoment M2 , mit dem der Startergenerator die Feder-Dampfer-Emhεit F/D anregt, wird bei positiver Drεhzahl Dl das Startergenεrator immer voll m Anregung ausgesteuert, wahrend bei negativεr Drehzahl Dl nur diε Phase mit positivem Torsionsdrεhmomεnt genutzt vird.
Zur Reduzierung der Verlustlεistung wurdε der Startergenεrator S/G nur mit vollem positiven oder negativem Drehmoment M2 bzw. mit einem Drehmoment von Null ange- stεuert .
Das Drehmoment M3, das die Feder-Dampfer-Einheit F/D auf den Verbrennungsmotor VM übertragt, überschreitet in Figur 3 bei der Zeitmarke von 0,12 Sekunden zum ersten Mal den Wert des Gesamtanschleppdrehmoments Ml, sodass die Kurbelwelle KW zu diesεm Zeitpunkt das erste Mal angedreht wird, wie dies dεm Kurvenverlauf D2 zu entnehmen ist.
In der nächsten negativen Halbperiode kommt kurzzeitig ein ganz schwaches Zurückdrehen der Kurbelwelle KW zustande, das hier ]edoch nicht störend ist. Dieses schwache Zurückdrehen der Kurbelwelle KW kann durch eine kurzzeitige gegenphasige Anstεuεrung des Startergenerators S/G auch verhindert v/erden, wenn dies Vorteile mit sich bringt.
In den Figuren 4 und 6 ist zu erkennen, wie sich die Schwingung stabilisiert, und dass ab einem Zeitpunkt von etwa 0,5 Sekunden eine quasi stationäre gεpulstε Vorwärtsbewegung der Kurbelwelle KW zustande kommt, wobei die Pulsfrequenz bei dem dargestεllten Fall etwa bei 12 Hz liegt und sich automatisch dem Wert der Torsionsdämp- fεr-Eigεnfrequenz anpasst.
Die gemittelte Drehzahl der Kurbelwellε KW εrgibt sich auch aus dεr Drehwinkelkurve W2, wobei im dargestellten Fall eine Drehzahl von 22 1/Minute erreicht wird.
Die Grenzen des Drehmoments des Startergenerators S/G für ein Positionierεn in der gεwünschtεn Drεhrichtung iiεgεn bεi Dämpfungεn, diε bεi einem Zwei-Massen-Ξchwungrad üblich sind, etwa., bei Faktor 5 unter dem Gesamtanschlεpp- drehmoment Ml. «•Dies lässt sich auch durch eine Simulationsrechnung zεigεn.

Claims

Patentansprüche
1. System zum Starten und/oder Positionieren eines Verbrennungsmotors (VM) , mit einer elektrischen Maschine
(S/G) , die über εinε Feder-Dämpfer-Einheit (F/D) mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist, der ein Gesamtanschleppdrehmoment (Ml) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (S/G) von einer Schaltung derart angestεuert wird, dass die εlektrische Maschine (S/G) die Fεdεr-D mpf r-Einheit (F/D) mit einem Drehmoment (M2) schwingungsformig anregt, dessen Amplitude kleiner als das Gesamtanschleppdrehmoment (Ml) ist, und dass die Fe- dεr-Dämpfεr-Einhεit (F/D), zumindest in einem eingeschwungenen Zustand, ein Drehmoment (M3) auf den Vεrbrennungsmotor (VM) übertragt, dessen Amplitude größer oder gleich dem Gesamtanschleppdrehmoment (Ml) ist.
2. System nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomεnt (M2) einen positiven Wert aufweist, wenn die Drεhzahl (Dl) der elektrischen Maschine (S/G) positiv ist.
3. System nach einem der vorhεrgehεndεn Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der positive Wert des Drehmoments (M2) ein konstanter Wert ist.
4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomεnt (M2) einen negativen Wert aufweist, wenn die Drehzahl (Dl) der elektrischen Maschine (S/G) negativ ist.
5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment (M2) einεn negativen Wert aufwεist, wenn die Drεhzahl (Dl) der elektrischen Maschine (S/G) negativ und die Drehzahl (D2) der Kurbelwellε (KW) dεs Vεrbrennungsmotors (VM) großer oder gleich I _11 ist .
6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomεnt (M2) einen ne- gativen 'Wert aufweist, wenn die Drεhzahl (Dl) der elektrischen Maschine (S/G) negativ, die Drεhzahl (D2) der Kurbelwellε (KW) dεs Verbrennungsmotors 'VM) großer oder gleich Nαll und das Drehmomεnt (M3) kleiner als ein vorgegebener Wert ist.
7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der negative Wert des Drehmoments (M2; ein konstanter Wert ist.
8. System nach einem dεr vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment (M2) bei einer negativen Drehzahl (Dl) der elektrischen Maschine (S/G) auf einen positiven Wert gebracht wird, wenn die Drehzahl (D2) der Kurbεlwelle (KW) dεs Verbrennungsmotors (VM) kleiner Mull ist.
9. System nacn einεm dεr vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aoschatzung dεs Drehmoments (M3) eine Modellrεchnung εmgεsεtzt wird, diε diε Drehzahl ( D2 ) der Kurbelwelle (KW) des Verbrennungsmotors (VM) , die Drehzahl (Dl) der elektrischen Maschine (S/G) und die Fedεrkεnnliniε dεr Fεder dεr Feder-DampferEinheit (F/D) berücksichtigt.
10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die Feder-Dampfer-Einheit
(F/D) eine Fedεr aufweist, die bei einεr positivεn Verdrehung progressiv ist.
11. System nach einεm dεr vorhergehender. Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (S/G) einen Läufer aufweist, der die Ξe-.undarmasse εinεs Zwei- Massεn-Schwungradεs bildεt.
12. System nach εinεm dεr vorhεrgεhεnden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass ein erster Drehzahlsensor
(DG1) vorgesεhen ist, der diε Drehzahl (D2) der Kurbεl- welle (KW) dεs .Verbrennungsmotors (VM) erfasst.
13. System nach einεm der vorhεrgεhεndεn Ansprüchε, da- durch gekennzeichnet, dass ein zweitεr Drεhzahls εnsor
(DG2) vorgεsεhεn ist, dεr diε Drehzahl (Dl) der elεktri- schεn Maschine (S/G) erfasst.
14. Systεm nacn einem dεr vorhεrgεhenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltung das Ausgangs- signal ces ersten Drehzahlsεnsors (DG1) und/odεr das Ausgangssignal des zweiten Drehzahlsensors (DG2) zugeführt wird.
15. S stem nach einεm dεr vorhergehεndεn Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die εlεktrischε Maschine (S/G) über ε e Kupplung (K) mit einem Fahrzeuggetriebe (FG)
Figure imgf000022_0001
16. erfahren zum Starten und/oder Positionieren eines Verbrennungsmotors (VM) , das die Ansteuεrung ε er elektrische' Maschine (S/G) umfasst, die über eine Feder- Dampfe_-Ξ nheιt (F/D) mit einem Verbrennungsmotor verbunden ist, der ein Gesamtanschlεppdrεhmoment (Ml) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung dεrart erfolgt, tass die elektrische Maschine (S/G) die Feder- Dampfer-Ξmheit (F/D) mit einem Drehmoment (M2) schwin- gungsformig anregt, dessen Amplitude kleiner als das Ge- samtanscnleppdrehmomεnt (Ml) ist, und dass diε Fεder- Dampfer-Einheit (F/D) , zumindest einem eingeschwungenen Zustand, ein Drehmoment (M3) auf den Verbrennungsmotor (VM übertragt, dessen Amplitude großer oder gleich dem Gesamtanschleppdrehmoment (Ml) ist.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment (M2) einen positiven Wert aufweist, wenn o_e Drehzahl (Dl) der elektrischen Maschine (S/G) DOSltl" ist.
18. Vεrfahrεn nach εinεm dεr Anspruch 16 odεr 17, dadurch gekennzeichnet, dass der positive Wert dεs Drehmoments (M2) ein konstanter Wert ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment (M2) einen negativεn Wεrt aufweist, wenn die Drehzahl (Dl) der elektrischen Maschine (S/G) negativ ist.
20. Verfahren nach einem der Anspr che 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment (M2) εinεn negativen Wert aufweist, wenn die Drehzahl (Dl) der elektrischen Maschine (S/G) negativ und die Drehzahl (D2) der Kurbelwelle (KW) des Verbrεnnungsmotors 'VM) großεr oder gleich Null ist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment (M2) einεn nεgativen Wert aufweist, wenn die Drehzahl (Dl) der elεktrischen Maschinε (S/G) nεgativ, diε Drεhzahl (D2) dεr Kurbelwelle (KW) des Verbrennungsmotors (VM) großer oder glεich Null und das Drεhmomεnt (M3) klεiner als ein vorgegebener Wert ist.
22. Verfahrεn nach εinem dεr Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der negative Wεrt dεs Drehmoments (M2) ein konstanter Wert ist.
23. Vεrfahrεn nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment (M2) bei einer negativen Drεhzahl (Dl) dεr εlεktrischεn Maschine (S/G) auf einen positiven Wert gebracht wird, wenn diε Drεhzahl (D2) dεr Kurbelwelle kleiner Null ist.
24. Verfahrεn nach εinem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abschätzung des Drehmoments (M3) eine Modεllrεchnung εingεsεtzt wird, die die Drehzahl (D2) der Kurbelwellε (KW) dεs Vεrbrennungsmotors (VM) , die Drehzahl (Dl) der elεktrischεn Maschinε (S/G) und die Federkennlinie der Fedεr dεr Feder-Dampfer-Einheit (F/D) berüc sichtigt .
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