WO2011160744A1 - Method and arrangement for starting an internal combustion engine - Google Patents
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- F02N2300/102—Control of the starter motor speed; Control of the engine speed during cranking
Definitions
- the invention relates to a method for starting an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and an apparatus for starting a
- Internal combustion engines can be started speed-controlled by means of power electronics and an electric machine.
- Speed control of the generator is carried out in a second start phase, a current control of a stator. From the second start phase results in an irregular
- DE 10 2007 005 240 A1 discloses a method for starting an internal combustion engine of a motor vehicle by which method a starting comfort is to be significantly increased. It is by means of an electric machine
- Speed setpoint controlled This temporarily approximately constant speed is carried out during the onset of injection and ignition of the internal combustion engine until the internal combustion engine has started and has reached a stationary operating point, in which he regulates the speed value itself.
- the speed setpoint is an idle speed or higher than the idle speed lying high speed. In this way, comfort-impairing speed irregularities,
- Internal combustion engine in which the internal combustion engine is started by means of an electric machine with a predetermined torque of the electric machine.
- US 2005/0252474 A1 discloses a method for starting a
- the internal combustion engine in cold conditions.
- the internal combustion engine is started by means of an electric machine so that a minimum speed of the internal combustion engine is ensured by the electric machine for a certain period of time. A speed up of the engine is thereby facilitated.
- Combustion engine and start components is significantly higher in such a motor vehicle due to the higher number of starts than in a motor vehicle without stop-start automatic system.
- life-reducing loads affect in particular hydrodynamic bearings of internal combustion engines.
- a lubricating fluid is not evenly distributed in the lubricating gap, so that initially stiction or mixed friction between the moving parts of the sliding bearing occurs.
- the object is achieved by a method for starting an internal combustion engine of a motor vehicle having the features of patent claim 1 and by a device for starting an internal combustion engine of a motor vehicle having the features of patent claim 8.
- the method for starting the internal combustion engine of the motor vehicle is characterized in that the internal combustion engine is set in a rotational movement by an action of an electrical machine, which is coupled to a crankshaft of the internal combustion engine or, namely via an actuatable clutch, coupled.
- the starting of the internal combustion engine takes place with a very specific time profile of a rotational speed of the crankshaft of the internal combustion engine.
- a desired time profile of the rotational speed of the crankshaft can be brought about by a scalable torque build-up of the electric machine in conjunction with a determination of the rotational speed of the crankshaft.
- Torque can be connected by means of a connected to the electric machine Power electronics done, which has means for determining the speed of the crankshaft.
- the method for starting the internal combustion engine with the desired time profile of the rotational speed of the crankshaft has at least 3 steps.
- the specific speed is referred to below as plateau speed, since the progression graphic of the speed substantially has a plateau over the time after reaching this speed.
- the rotation of the rotational movement of the crankshaft to the plateau speed has a substantially strictly monotonically increasing course.
- a second method step in which, for a first time after reaching the plateau speed by means of a speed control by the power electronics of the electric machine, the speed of the crankshaft is kept substantially constant within a range around the plateau speed.
- the speed can be further increased, but in comparison to the speed increase in the first and in a third process section with a significantly reduced slope of
- the third method step in which a further increase in the rotational speed takes place, wherein the further increase in the rotational speed occurs after the first time period has elapsed.
- the target speed usually an idle speed of
- the target rotational speed is expediently dependent on an engine or coolant temperature and / or on an ambient temperature and / or on further parameters.
- at least one further method step may take place, in which the rotational speed is kept constant again for a certain period of time at a higher value than the plateau rotational speed, before it is increased up to the target rotational speed.
- Speed control of the power electronics of the electric machine forced keeping the speed of the internal combustion engine, especially at a warm start, the speed of the engine would rise sharply immediately after fuel injection without a speed plateau forms because a warm start of
- Plateau speed held speed of the internal combustion engine is meant that the speed of the crankshaft does not deviate more than 50 rev / min from the plateau speed, in particular not more than 10 U / min.
- the higher tolerance of 50 U / min has the advantage that a simplified control can be used, but the achievable wear reduction is not so great. With the smaller tolerance of 10 rpm, a large reduction in wear and a good sense of comfort can be achieved.
- Process step meant in each case by at least 50% reduced slope. With such a reduced pitch already occurs an improvement in the wear behavior of the sliding bearing, although not to the extent as in an approximate
- a start of an injection or a combustion of a fuel in the internal combustion engine can, in principle, take place during the first or the second or the third method step.
- a first development of the method provides that the first, the second and the third method step take place during a normal start or warm start of the internal combustion engine, with a normal or warm start occurring in particular when a coolant temperature of the internal combustion engine is greater than -15.degree.
- a coolant temperature of the internal combustion engine is greater than -15.degree.
- a further advantageous development of the method is that the first time period and / or the respective slope of the speed increase and / or a time of commencement of fuel injection and combustion of a
- Ambient temperature and / or a temperature of the internal combustion engine and / or a coolant temperature and / or a temperature of a battery for powering the electrical machine and / or a voltage of the battery depends.
- the fact that the mixed friction can be overcome faster in the case of a warm engine with warm engine oil can be advantageously exploited.
- a shorter first time period or even a less slowed-down high-speed turning, that is to say a less reduced pitch of the high-speed turning is ideally selected in this development.
- Another development of the method is that the further increase in the speed in the third process step takes place under the action of the electric machine on the crankshaft.
- the movement of the crankshaft can be made uniform, which also has a lifetime-increasing effect on the internal combustion engine.
- the plateau speed is between 200 and 900 U / min, more preferably between 350 and 700 U / min and that the first time period is between 100 and 700 ms, preferably between 200 and 500 ms.
- the plateau speed and thus an injection speed is advantageously below a normal idle speed of the engine because thereby the highest reduction in wear is achieved in the internal combustion engine.
- plateau speed should not be too low for acoustic or vibration reasons. It has been shown in experiments that plateau speeds between 350 and 700 rpm as well as first time durations between 100 and 700 ms can achieve improvements in terms of the service life of the slide bearing by a factor of approximately 10 compared to a start procedure without a controlled plateau phase. Plateau speeds between 350 and 700 rev / min and time periods between 200 and 500 ms have also proven to be a particularly effective compromise between a very significant life improvement and at the same time a slight deterioration of the starting times of the internal combustion engine.
- the target speed is preferably an idling speed of the internal combustion engine, for example in the range of about 700 U / min, or a speed of a first load point, which is approached directly from the starting process of the internal combustion engine. If the internal combustion engine is part of a serial hybrid system, it usually eliminates one Idle control, and the target speed is in this case or similar cases advantageously at the speed of the lowest load point, which corresponds to a speed of about 1200 U / min.
- the device for starting an internal combustion engine of a motor vehicle is characterized by an electrical machine, which with a crankshaft of the
- Internal combustion engine is coupled or coupled and power electronics for controlling and regulating the electric machine, which is connected to a device for determining a rotational speed of the crankshaft, from.
- the power electronics have means for carrying out a method according to claim 1. These are, in particular, means for cranking the internal combustion engine up to a plateau speed of the crankshaft and means for maintaining the speed of the crankshaft within a range around the plateau speed for a first period of time or for slowing down the crankshaft of the crankshaft
- this device further comprises a motor control for controlling and regulating the internal combustion engine and communication means for exchanging information between the power electronics and the engine control, wherein the engine control
- Fig. 1 is a schematic representation of a device according to the invention for
- Fig. 2 is a diagram with the plot of the time-dependent speed curve of a
- Fig. 3 is a diagram showing the plot of the time-dependent speed curve of a crankshaft of the internal combustion engine according to an alternative
- a device 1 according to the invention schematically illustrated in FIG. 1 for starting an internal combustion engine 2 of a motor vehicle, not shown, has an electric machine 3, which is connected to a crankshaft 4 of the internal combustion engine 2.
- the electric machine 3 can drive the crankshaft 4, that is, exert positive or negative torques on it.
- a speed n of the crankshaft 4 is detected by a speed sensor 5 and as actual speed n, to a
- the engine controller 7 is connected to power electronics 6 via a CAN bus 8, so that information between the engine controller 7 and the power electronics 6 can be exchanged.
- the power electronics 6 receives the actual speed value n, via the CAN bus 8.
- the power electronics 6 controls and regulates the electric machine 3 and in turn provides a speed setpoint n s for the electric machine 3, wherein the specification of the speed setpoint n s in accordance with a software program as a function of time and different parameters, in particular the parameters of Ambient temperature and / or a temperature of the internal combustion engine and / or a coolant temperature and / or a temperature of a battery for powering the electric machine and / or a voltage of the battery is carried out. Differs the actual speed n, from the
- Speed setpoint n s from the power electronics 6 controls the electric machine 3 so that the crankshaft 4 of the speed setpoint n s is impressed.
- the internal combustion engine 2 is controlled and / or regulated by a motor controller 7.
- a regulation of the idle speed of the internal combustion engine 2 is carried out in a known manner, for example by processing suitable measured values, such as the actual speed n, the crankshaft and by setting appropriate sizes on
- Internal combustion engine 2 such as an injected amount of fuel M.
- Fig. 2 shows a diagram with a time-dependent speed curve 11 of a
- a first method step 12 in which the internal combustion engine 2 is rotated up to a plateau speed 3 of the crankshaft 4 by means of the electric machine 3, is reflected in an increase in the actual rotational speed n, of the crankshaft 4 up to the plateau speed 3 of 600 rev / min again.
- the speed increase is controlled by the power electronics 6 approximately linearly within about 600 ms.
- a second process step 14 Upon reaching the plateau speed 13 of 600 rev / min begins at a time t 0, a second process step 14.
- the speed of the crankshaft 4 held approximately constant, so that for the second process step a straight corner portion with slope zero at a speed actual value n, the crankshaft 4 of 600 rev / min results.
- the second method step 14 ends at a time or after a first time duration 15, which extends from t 0 to ti.
- the plateau speed 13 of 600 rpm provides an optimal compromise between the achievement of a high reduction in wear and a low vibration level in the vehicle.
- the rotational speed n of the crankshaft 4 increases further up to a target rotational speed 17, which is at 1200 rpm. This speed increase takes place without the action of force of the electric machine 3 solely by a torque control of the internal combustion engine 2.
- the increase in the rotational speed of the crankshaft 4 can additionally be effected by acting on the electric machine 3. In this way, a more accurate speed control can be ensured than by the
- Torque control of the internal combustion engine 2 alone would be possible. As a result, material-loading non-uniformities of the rotation of the crankshaft 4 can be compensated.
- the course of the speed curve 11 advantageously depends on vehicle parameters, which characterize a heating state of the internal combustion engine 2 and / or a state of a battery which serves to supply power to the electric machine 3. That is, the power electronics 6 and the motor controller 7 the Control electric machine 3 and the internal combustion engine 2 in a manner and that at least one of the following control variables
- FIG 3 shows a diagram with the plot of the time-dependent speed curve of a crankshaft 4 of the internal combustion engine 2 according to an alternative
- Method step 314 is significantly lower than the slope of the speed increase over time both in the first method step 12 and in the third method step 16.
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Abstract
The invention relates to a method for starting an internal combustion engine of a motor vehicle by means of an electric machine, wherein the method comprises the following steps in order to increase the service life of a hydrodynamic plain bearing: a first step (12), in which a rotational speed increase of a crank shaft of the internal combustion engine up to a plateau rotational speed (13) of the crankshaft by means of the electric machine occurs, a second step (14), in which the rotational speed of the crankshaft is maintained within a range around the plateau speed (13) for a first duration (15) or a rotational speed increase by the electric machine that is significantly slowed compared to the first step (12) and a third step (16) occurs for the first duration (15), and the third step (16), in which the rotational speed of the crankshaft is further increased after the first duration (15) has expired.
Description
Daimler AG Daimler AG
Verfahren und Vorrichtung zum Starten eines Verbrennungsmotors Method and device for starting an internal combustion engine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Starten eines The invention relates to a method for starting an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and an apparatus for starting a
Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8. Internal combustion engine according to the preamble of claim 8.
Es ist bekannt, dass Elektromotoren und Generatoren, bzw. allgemein elektrische Maschinen, mittels einer Leistungselektronik drehzahlgeregelt betrieben werden können. Ebenfalls seit längerem ist in diesem Zusammenhang bekannt, dass It is known that electric motors and generators, or generally electrical machines, can be operated with speed control by means of power electronics. It has also been known for some time that
Verbrennungsmotoren mittels einer Leistungselektronik und einer elektrischen Maschine drehzahlgeregelt gestartet werden können. Internal combustion engines can be started speed-controlled by means of power electronics and an electric machine.
In dem Vortrag„Hybridantrieb für Stadtbusse" (Martin Koellner:„Hybridantrieb für Stadtbusse", VDI-Fachkonferenz Getriebe in Nutzfahrzeugen, Friedrichshafen, 22. und 23. Juni 2010, Folie 15) wird ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors mittels einem Generator offenbart, bei welchem in einer ersten Startphase eine In the lecture "hybrid drive for city buses" (Martin Koellner: "hybrid drive for city buses", VDI conference gearboxes in commercial vehicles, Friedrichshafen, 22 and 23 June 2010, slide 15) discloses a method for starting an internal combustion engine by means of a generator, in which in a first start phase a
Drehzahlregelung des Generators erfolgt, in einer zweiten Startphase eine Stromregelung eines Stators erfolgt. Ab der zweiten Startphase ergibt sich ein unregelmäßiger Speed control of the generator is carried out in a second start phase, a current control of a stator. From the second start phase results in an irregular
Drehzahlverlauf, der stark von Betriebsbedingungen wie zum Beispiel einer Speed curve, which is heavily affected by operating conditions such as one
Motortemperatur abhängt. Nach einem Beenden des Starts durch den Generator beginnt eine Kraftstoffeinspritzung in den Verbrennungsmotor. Ziel war es zu prüfen, ob bei dem vorgestellten Verfahren im Vergleich mit einem konventionellen Verbrennungsmotorstart mit Hilfe eines 24-V-Starters keine größeren Drehzahlunregelmäßigkeiten auftreten. Ein Vergleich von Drehzahlverläufen bei dem Start mit einem 24-V-Starter einerseits und bei dem verfahrensgemäßen Start andererseits zeigte in etwa ein gleiches Maß an Motor temperature depends. After completion of the start by the generator, fuel injection into the engine begins. The aim was to check whether the presented method compared to a conventional engine start with the help of a 24 V starter no major speed irregularities occur. A comparison of speed curves at the start with a 24 V starter on the one hand and in the process start on the other hand showed about the same degree
Drehzahlschwankungen, so dass der verfahrensgemäße Start als nicht ruckeliger als der Start mit dem 24-V-Starter bewertet wurde. Ein Einfluss des Startverfahrens auf einen Verschleiß des Verbrennungsmotors wurde nicht untersucht.
Die DE 10 2007 005 240 A1 offenbart ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs durch welches Verfahren ein Startkomfort deutlich erhöht werden soll. Dabei wird mittels einer elektrischen Maschine ein Speed fluctuations, so that the start of the procedure was judged as not rickier than the start with the 24 V starter. An influence of the starting process on a wear of the internal combustion engine was not examined. DE 10 2007 005 240 A1 discloses a method for starting an internal combustion engine of a motor vehicle by which method a starting comfort is to be significantly increased. It is by means of an electric machine
Drehzahlistwert einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors auf einen Drehzahlsollwert gebracht und der Drehzahlistwert mittels der elektrischen Maschine auf den Speed actual value of a crankshaft of the internal combustion engine brought to a speed setpoint and the actual speed value by means of the electric machine on the
Drehzahlsollwert geregelt. Dieses zeitweise näherungsweise Konstanthalten der Drehzahl erfolgt während dem Einsetzen von Einspritzung und Zündung des Verbrennungsmotors bis der Verbrennungsmotor angesprungen ist und einen stationären Arbeitspunkt erreicht hat, bei dem er den Drehzahlwert selbst regelt. Der Drehzahlsollwert ist dabei eine Leerlaufdrehzahl oder eine höher als die Leerlaufdrehzahl liegende Hochdrehzahl. Auf diese Weise können komfortbeeinträchtigende Drehzahlunregelmäßigkeiten, Speed setpoint controlled. This temporarily approximately constant speed is carried out during the onset of injection and ignition of the internal combustion engine until the internal combustion engine has started and has reached a stationary operating point, in which he regulates the speed value itself. The speed setpoint is an idle speed or higher than the idle speed lying high speed. In this way, comfort-impairing speed irregularities,
insbesondere Drehzahlüberschwinger, wie sie bei einer einsetzenden Verbrennung im Verbrennungsmotor auftreten, durch ein gezieltes Aufbringen von positiven oder negativen Momenten auf die Kurbelwelle durch die elektrische Maschine stark reduziert werden. Durch dieses Verfahren werden, gegenüber einem Startverfahren mit einem konventionellen 24-V-Starter, störende Vibrationen verringert bzw. der Startkomfort erhöht. in particular speed overshoot, as they occur in an incipient combustion in the engine, are greatly reduced by a targeted application of positive or negative moments on the crankshaft by the electric machine. As a result of this procedure, disturbing vibrations or starting comfort are increased compared to a starting procedure with a conventional 24 V starter.
Die DE 10 2005 027 728 A1 offenbart ein Verfahren zum Starten eines DE 10 2005 027 728 A1 discloses a method for starting a
Verbrennungsmotors, bei welchem der Verbrennungsmotor mittels einer elektrischen Maschine mit einem vorgegebenen Drehmoment der elektrischen Maschine gestartet wird. Internal combustion engine, in which the internal combustion engine is started by means of an electric machine with a predetermined torque of the electric machine.
Die US 2005/0252474 A1 offenbart ein Verfahren zum Starten eines US 2005/0252474 A1 discloses a method for starting a
Verbrennungsmotors bei kalten Bedingungen. Dabei wird der Verbrennungsmotor mittels einer elektrischen Maschine so gestartet, dass durch die elektrische Maschine für eine gewisse Zeitdauer eine Mindestdrehzahl des Verbrennungsmotors sichergestellt wird. Ein Drehzahlhochlauf des Verbrennungsmotors wird dadurch erleichtert. Internal combustion engine in cold conditions. In this case, the internal combustion engine is started by means of an electric machine so that a minimum speed of the internal combustion engine is ensured by the electric machine for a certain period of time. A speed up of the engine is thereby facilitated.
Verfahren, wie sie in der DE 10 2007 005 240 A1 beschrieben sind, sind zwar dafür geeignet, einen stetigen Drehzahlverlauf beim Start eines Verbrennungsmotors zu bewirken und damit ruckartige Drehverläufe, die sich komfortmindernd auf das gesamte Kraftfahrzeug übertragen, zu unterdrücken. Diese Verfahren zeigt sich allerdings nachteilig im Hinblick auf Materialabnutzungsprobleme, die sich bei heutigen Although methods such as those described in DE 10 2007 005 240 A1 are suitable for effecting a steady speed curve when an internal combustion engine is started and thus suppressing jerky rotational courses which are transmitted comfort-reducing to the entire motor vehicle. However, these methods are disadvantageous in terms of material wear problems associated with today
Kraftfahrzeugen, welche mit sogenannten Stopp-Start-Automatiksystemen ausgerüstet sind, ergeben. Bei derartigen Kraftfahrzeugen wird der Verbrennungsmotor zum Zwecke der Kraftstoffeinsparung unter bestimmten Betriebsbedingungen, bei denen keine
Momentenabgabe des Verbrennungsmotors erforderlich ist, automatisch abgeschaltet und danach, bei einem Vortriebswunsch durch einen Fahrer, wieder angeschaltet. Die mit einem Motorstart aus dem Motorstillstand einhergehende Materialbelastung von Motor vehicles which are equipped with so-called stop-start automatic systems result. In such motor vehicles, the internal combustion engine for the purpose of fuel economy under certain operating conditions, where no Torque delivery of the internal combustion engine is required, automatically switched off and then, in a propulsion request by a driver, turned on again. The associated with an engine start from the engine standstill material load of
Verbrennungsmotor- und Startkomponenten ist bei einem solchen Kraftfahrzeug aufgrund der höheren Anzahl an Starts deutlich höher als bei einem Kraftfahrzeug ohne Stopp- Start-Automatiksystem. Derartige, die Lebensdauer vermindernde Belastungen wirken sich insbesondere auf hydrodynamische Gleitlager von Verbrennungsmotoren aus. Combustion engine and start components is significantly higher in such a motor vehicle due to the higher number of starts than in a motor vehicle without stop-start automatic system. Such, life-reducing loads affect in particular hydrodynamic bearings of internal combustion engines.
Was den Verschleiß von hydrodynamischen Gleitlagern betrifft, ist zum Beispiel aus der sogenannten Stribeck-Kurve bekannt, dass die Reibung in derartigen Lagern mit zunehmender Relativgeschwindigkeit in einem Schmierspalt des Lagers zunimmt. As far as the wear of hydrodynamic plain bearings is concerned, it is known, for example from the so-called Stribeck curve, that the friction in such bearings increases with increasing relative speed in a lubrication gap of the bearing.
Allerdings ist in einer Anfangsphase der Relativbewegungen eine Schmierflüssigkeit noch nicht gleichmäßig in dem Schmierspalt verteilt, so dass anfänglich eine Haftreibung oder eine Mischreibung zwischen den bewegten Teilen des Gleitlagers auftritt. However, in an initial phase of the relative movements, a lubricating fluid is not evenly distributed in the lubricating gap, so that initially stiction or mixed friction between the moving parts of the sliding bearing occurs.
Angesichts dieser Gesichtspunkte ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die In view of these aspects, it is an object of the present invention, the
Lebensdauer eines hydrodynamischen Gleitlagers eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mit einem Stopp-Start-Automatiksystem zu erhöhen. Life of a hydrodynamic sliding bearing of an internal combustion engine of a motor vehicle with a stop-start automatic system to increase.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung zum Starten eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8. The object is achieved by a method for starting an internal combustion engine of a motor vehicle having the features of patent claim 1 and by a device for starting an internal combustion engine of a motor vehicle having the features of patent claim 8.
Das Verfahren zum Starten des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs zeichnet sich dadurch aus, dass der Verbrennungsmotor durch eine Einwirkung einer elektrischen Maschine, welche mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt ist oder, nämlich über eine betätigbare Kupplung, koppelbar ist, in eine Drehbewegung gesetzt wird. The method for starting the internal combustion engine of the motor vehicle is characterized in that the internal combustion engine is set in a rotational movement by an action of an electrical machine, which is coupled to a crankshaft of the internal combustion engine or, namely via an actuatable clutch, coupled.
Erfindungsgemäß erfolgt das Starten des Verbrennungsmotors mit einem ganz bestimmten zeitlichen Verlauf einer Drehzahl der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors. According to the invention, the starting of the internal combustion engine takes place with a very specific time profile of a rotational speed of the crankshaft of the internal combustion engine.
Ein gewünschter zeitlicher Verlauf der Drehzahl der Kurbelwelle kann durch einen skalierbaren Momentenaufbau der elektrischen Maschine in Verbindung mit einer Bestimmung der Drehzahl der Kurbelwelle bewirkt werden. Der skalierbare A desired time profile of the rotational speed of the crankshaft can be brought about by a scalable torque build-up of the electric machine in conjunction with a determination of the rotational speed of the crankshaft. The scalable
Momentenaufbau kann mittels einer mit der elektrischen Maschine verbundenen
Leistungselektronik erfolgen, welche über Mittel zur Bestimmung der Drehzahl der Kurbelwelle verfügt. Torque can be connected by means of a connected to the electric machine Power electronics done, which has means for determining the speed of the crankshaft.
Das Verfahren zum Starten des Verbrennungsmotors mit dem gewünschten zeitlichen Verlauf der Drehzahl der Kurbelwelle weist dabei mindestens 3 Schritte auf. The method for starting the internal combustion engine with the desired time profile of the rotational speed of the crankshaft has at least 3 steps.
- Ein erster Verfahrensschritt, in welchem die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors durch die elektrische Maschine aus ihrem Stillstand in Drehung versetzt und bis zu einer bestimmten Drehzahl hochgedreht wird. Die bestimmte Drehzahl wird im Folgenden Plateaudrehzahl genannt, da die Verlaufsgraphik der Drehzahl über der Zeit nach Erreichen dieser Drehzahl im Wesentlichen ein Plateau aufweist. Das Hochdrehen der Drehbewegung der Kurbelwelle bis zur Plateaudrehzahl weist dabei einen im Wesentlichen streng monoton steigenden Verlauf auf. - A first step in which the crankshaft of the engine is rotated by the electric machine from its standstill and is turned up to a certain speed. The specific speed is referred to below as plateau speed, since the progression graphic of the speed substantially has a plateau over the time after reaching this speed. The rotation of the rotational movement of the crankshaft to the plateau speed has a substantially strictly monotonically increasing course.
Ein zweiter Verfahrensschritt, in welchem für eine erste Zeitdauer nach Erreichen der Plateaudrehzahl mittels einer Drehzahlregelung durch die Leistungselektronik der elektrischen Maschine die Drehzahl der Kurbelwelle innerhalb eines Bereiches um die Plateaudrehzahl im Wesentlichen konstant gehalten wird. Alternativ dazu kann während des zweiten Verfahrensschrittes die Drehzahl weiter erhöht werden, jedoch im Vergleich zu der Drehzahlerhöhung im ersten und in einem dritten Verfahrensabschnitt mit einer deutlich verringerten Steigung der A second method step in which, for a first time after reaching the plateau speed by means of a speed control by the power electronics of the electric machine, the speed of the crankshaft is kept substantially constant within a range around the plateau speed. Alternatively, during the second method step, the speed can be further increased, but in comparison to the speed increase in the first and in a third process section with a significantly reduced slope of
Drehzahlerhöhung über der Zeit. Speed increase over time.
Der dritte Verfahrensschritt, in welchem eine weitere Erhöhung der Drehzahl erfolgt, wobei die weitere Erhöhung der Drehzahl nach Ablauf der ersten Zeitdauer erfolgt. Im Zuge der weiteren Erhöhung wird die Drehzahl bis zu einer Zieldrehzahl erhöht, wobei die Zieldrehzahl in der Regel einer Leerlaufdrehzahl des The third method step, in which a further increase in the rotational speed takes place, wherein the further increase in the rotational speed occurs after the first time period has elapsed. In the course of further increase the speed is increased up to a target speed, the target speed usually an idle speed of
Verbrennungsmotors entspricht. Dabei ist die Zieldrehzahl sinnvoller Weise von einer Motor- oder Kühlmitteltemperatur und/oder von einer Umgebungstemperatur und/oder von weiteren Parametern abhängig. Selbstverständlich kann im Zuge der weiteren Erhöhung der Drehzahl mindestens ein weiterer Verfahrensschritt erfolgen, in dem die Drehzahl bei einem höheren Wert als der Plateaudrehzahl nochmals für eine gewisse Zeitdauer konstant gehalten wird, bevor bis zur Zieldrehzahl erhöht wird. Internal combustion engine corresponds. In this case, the target rotational speed is expediently dependent on an engine or coolant temperature and / or on an ambient temperature and / or on further parameters. Of course, in the course of the further increase in the rotational speed, at least one further method step may take place, in which the rotational speed is kept constant again for a certain period of time at a higher value than the plateau rotational speed, before it is increased up to the target rotational speed.
Es hat sich gezeigt, dass mittels des genannten Ablaufs die Lebensdauer eines hydrodynamischen Gleitlagers bezogen auf eine feste Anzahl von Startvorgängen des Verbrennungsmotors um ein Vielfaches erhöht werden kann. Möglicherweise liegt dies daran, dass insbesondere während dem zweiten Verfahrensschritt eine vollkommene Verteilung eines Schmieröls auf den reibenden Flächen des Gleitlagers erfolgt, so dass
bei den höheren Drehzahlen, die erst im dritten Verfahrensschritt erreicht werden, nur noch Gleitreibung und keine Misch- oder Haftreibung mehr erfolgt. Mischreibung wirkt sich umso zerstörerischer aus, je höher die Drehzahl ist. Ohne das durch die It has been shown that by means of said sequence, the service life of a hydrodynamic sliding bearing can be increased many times relative to a fixed number of starting processes of the internal combustion engine. This may be due to the fact that, especially during the second process step, a perfect distribution of a lubricating oil takes place on the rubbing surfaces of the plain bearing, so that at the higher speeds, which are reached only in the third process step, only sliding friction and no mixed or static friction occurs more. Mixed friction is all the more destructive, the higher the speed. Without that by the
Drehzahlregelung der Leistungselektronik der elektrischen Maschine erzwungene Konstanthalten der Drehzahl des Verbrennungsmotors würde insbesondere bei einem Warmstart die Drehzahl des Verbrennungsmotors sofort nach Kraftstoffeinspritzung stark ansteigen, ohne dass sich ein Drehzahlplateau bildet, weil ein Warmstart des Speed control of the power electronics of the electric machine forced keeping the speed of the internal combustion engine, especially at a warm start, the speed of the engine would rise sharply immediately after fuel injection without a speed plateau forms because a warm start of
Verbrennungsmotors sehr schnell erfolgt. Andererseits würde bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors dessen Drehzahl sehr lange bei niedrigen Werten verharren, wenn die erste Zeitdauer nicht durch die Leistungselektronik der elektrischen Maschine, welche einen weiteren Drehzahlanstieg nach der ersten Zeitdauer erzwingt, begrenzt werden würde. Durch die Drehzahlregelung der Leistungselektronik der elektrischen Maschine wird sichergestellt, dass die erste Zeitdauer ausreichend lang für eine Ausbildung eines Schmierfilmes auf den Gleitlagern des Verbrennungsmotors ist und zugleich, dass die erste Zeitdauer so kurz wie möglich ist, so dass sich eine Startdauer des Internal combustion engine is very fast. On the other hand, during a cold start of the internal combustion engine, its speed would remain at low values for a very long time if the first time duration were not limited by the power electronics of the electric machine, which forces a further speed increase after the first time period. The speed control of the power electronics of the electric machine ensures that the first period of time is sufficiently long for a formation of a lubricating film on the plain bearings of the internal combustion engine and at the same time that the first time period is as short as possible, so that a starting time of
Verbrennungsmotors nicht unnötig verlängert. Internal combustion engine not unnecessarily extended.
Mit der bei dem zweiten Verfahrensschritt im Wesentlichen konstant um die With the at the second step substantially constant around the
Plateaudrehzahl gehaltenen Drehzahl des Verbrennungsmotors ist gemeint, dass die Drehzahl der Kurbelwelle nicht mehr als um 50 U/min von der Plateaudrehzahl abweicht, insbesondere nicht mehr als 10 U/min. Die höhere Toleranz von 50 U/min hat dabei den Vorteil, dass eine vereinfachte Regelung verwendet werden kann, jedoch ist die damit erzielbare Verschleißverringerung nicht so groß. Bei der kleineren Toleranz von 10 U/min lässt sich eine große Verschleißverringerung und ein gutes Komfortempfinden erreichen. Plateau speed held speed of the internal combustion engine is meant that the speed of the crankshaft does not deviate more than 50 rev / min from the plateau speed, in particular not more than 10 U / min. The higher tolerance of 50 U / min has the advantage that a simplified control can be used, but the achievable wear reduction is not so great. With the smaller tolerance of 10 rpm, a large reduction in wear and a good sense of comfort can be achieved.
Mit der beim zweiten Verfahrensschritt genannten deutlich verringerten Steigung der Drehzahlerhöhung über der Zeit ist eine im Vergleich zum ersten und zweiten With the significantly reduced slope of the speed increase over time mentioned in the second method step, one is compared to the first and second
Verfahrensschritt jeweils um mindestens 50 % verringerte Steigung gemeint. Bei einer derartig verringerten Steigung tritt bereits eine Verbesserung des Verschleißverhaltens des Gleitlagers ein, wenn auch nicht in dem Maße wie bei einer annähernden Process step meant in each case by at least 50% reduced slope. With such a reduced pitch already occurs an improvement in the wear behavior of the sliding bearing, although not to the extent as in an approximate
Konstanthaltung der Drehzahl während des zweiten Verfahrensschrittes. Allerdings hat diese Alternative mit der lediglich verringerten Steigung den Vorteil, dass eine Constant maintenance of the speed during the second process step. However, this alternative with the only reduced slope has the advantage that a
Geschwindigkeit des Startvorgangs vergleichsweise erhöht wird, so dass der Start durch den Fahrer komfortabler erlebt wird.
Ein Beginn einer Einspritzung beziehungsweise einer Verbrennung eines Kraftstoffes in dem Verbrennungsmotor kann prinzipiell während dem ersten oder dem zweiten oder dem dritten Verfahrensschritt erfolgen. Speed of the starting process is increased comparatively, so that the start is experienced by the driver comfortable. A start of an injection or a combustion of a fuel in the internal combustion engine can, in principle, take place during the first or the second or the third method step.
Eine erste Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass der erste, der zweite und der dritte Verfahrensschritt bei einem Normalstart oder Warmstart des Verbrennungsmotors erfolgen, wobei ein Normal- oder Warmstart insbesondere dann vorliegt, wenn eine Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors größer als -15 °C ist. Bei Temperaturen von größer als -15 °C erfolgt bei einem, gemäß dem Stand der Technik, ungebremsten Start des Verbrennungsmotors ein sehr schneller Drehzahlanstieg, welcher schnelle Drehzahlanstieg sich verschleißerhöhend auf die Gleitlager des Verbrennungsmotors auswirkt. Außerdem sind Normal- oder Warmstarts bei Kraftfahrzeugen mit Stopp-Start- Automatiksystemen viel häufiger als in konventionellen Fahrzeugen, wogegen eine Anzahl an Kaltstarts mit Kühlmitteltemperaturen von kleiner als -15 °C in konventionellen Fahrzeugen und in Fahrzeugen mit Stopp-Start-Automatiksystemen annähernd gleich ist. Insbesondere durch die Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte bei Normal- oder Warmstarts des Verbrennungsmotors lässt sich somit im Vergleich zu konventionellen Startverfahren eine hohe Verschleißreduktion erzielen. A first development of the method provides that the first, the second and the third method step take place during a normal start or warm start of the internal combustion engine, with a normal or warm start occurring in particular when a coolant temperature of the internal combustion engine is greater than -15.degree. At temperatures greater than -15 ° C takes place in a, according to the prior art, unrestrained start of the engine, a very fast speed increase, which rapid speed increase wear-increasing effect on the bearings of the engine. In addition, normal or warm starts are much more common in automobiles with stop-start automatic systems than in conventional vehicles, whereas a number of cold starts with coolant temperatures of less than -15 ° C are approximately equal in conventional vehicles and in vehicles with stop-start automatic systems , In particular, by carrying out the method steps according to the invention during normal or warm starts of the internal combustion engine, a high reduction in wear can thus be achieved in comparison to conventional starting methods.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine weitere Weiterbildung des Verfahrens erwiesen, bei welcher der Beginn der Kraftstoffeinspritzung und der Kraftstoffverbrennung in dem Verbrennungsmotor während des zweiten Verfahrensschrittes erfolgt und bei welcher die weitere Erhöhung der Drehzahl allein durch die Kraft des Verbrennungsmotors, das heißt ohne eine Einwirkung der elektrischen Maschine, erfolgt. Auf diese Weise kann ein Gesamtverbrauch an elektrischer Energie auf das Nötige beschränkt werden. Particularly advantageous, a further development of the method has proven, in which the beginning of the fuel injection and fuel combustion in the internal combustion engine during the second process step takes place and in which the further increase in speed solely by the force of the internal combustion engine, that is without an effect of electric machine, done. In this way, a total consumption of electrical energy can be limited to what is necessary.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, dass die erste Zeitdauer und/oder die jeweilige Steigung der Drehzahlerhöhung und/oder ein Zeitpunkt des Beginns der Kraftstoffeinspritzung und -Verbrennung von einer A further advantageous development of the method is that the first time period and / or the respective slope of the speed increase and / or a time of commencement of fuel injection and combustion of a
Umgebungstemperatur und/oder einer Temperatur des Verbrennungsmotors und/oder einer Kühlmitteltemperatur und/oder einer Temperatur einer Batterie zur Stromversorgung der elektrischen Maschine und/oder einer Spannung der Batterie abhängt. Auf diese Weise kann der Umstand, dass die Mischreibung im Falle eines warmen Motors mit warmem Motorenöl schneller überwunden werden kann, vorteilhaft ausgenutzt werden. Im Falle eines warmen Motors wird in dieser Weiterbildung idealer Weise eine kürzere erste Zeitdauer oder auch ein weniger verlangsamtes Hochdrehen, das heißt eine weniger reduzierte Steigung des Hochdrehens, gewählt. Andererseits wird vorteilhafter
Weise bei einer niedrigen Batterietemperatur oder einer niedrigen Batteriespannung eine möglichst batterieschonende Variante des Verfahrens durchgeführt, nämlich mit einem verkürzten Betrieb der elektrischen Maschine und einer vorgezogenen Einspritzung und Verbrennung im Verbrennungsmotor. Ambient temperature and / or a temperature of the internal combustion engine and / or a coolant temperature and / or a temperature of a battery for powering the electrical machine and / or a voltage of the battery depends. In this way, the fact that the mixed friction can be overcome faster in the case of a warm engine with warm engine oil, can be advantageously exploited. In the case of a warm engine, a shorter first time period or even a less slowed-down high-speed turning, that is to say a less reduced pitch of the high-speed turning, is ideally selected in this development. On the other hand, is more advantageous Way at a low battery temperature or a low battery voltage as possible battery-saving variant of the method performed, namely with a shortened operation of the electric machine and a preferred injection and combustion in the internal combustion engine.
Eine andere Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, dass das Hochdrehen des Verbrennungsmotors im ersten Verfahrensschritt und auch die weitere Erhöhung der Drehzahl im dritten Verfahrensschritt jeweils gemäß einem jeweils vorgegebenen im Wesentlichen linear steigenden zeitlichen Verlauf der Drehzahl erfolgt. Auf diese Weise kann ein gleichmäßiger Drehzahlverlauf gewährleistet werden, der sich schonend auf die Komponenten des Verbrennungsmotors auswirkt. Another development of the method is that the revving up of the internal combustion engine in the first method step and also the further increase of the speed in the third method step respectively according to a respective predetermined substantially linearly increasing time course of the speed. In this way, a uniform speed curve can be ensured, which has a gentle effect on the components of the internal combustion engine.
Eine andere Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, dass die weitere Erhöhung der Drehzahl im dritten Verfahrensschritt unter einem Einwirken der elektrischen Maschine auf die Kurbelwelle erfolgt. Durch ein geregeltes Einwirken der elektrischen Maschine kann die Bewegung der Kurbelwelle vergleichmäßigt werden, was sich ebenfalls lebensdauererhöhend auf den Verbrennungsmotor auswirkt. Another development of the method is that the further increase in the speed in the third process step takes place under the action of the electric machine on the crankshaft. By a controlled action of the electric machine, the movement of the crankshaft can be made uniform, which also has a lifetime-increasing effect on the internal combustion engine.
Eine andere Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, dass die Plateaudrehzahl zwischen 200 und 900 U/min beträgt, besonders bevorzugt zwischen 350 und 700 U/min sowie dass die erste Zeitdauer zwischen 100 und 700 ms beträgt, vorzugsweise zwischen 200 und 500 ms. Die Plateaudrehzahl und damit eine Einspritzdrehzahl liegt vorteilhafter Weise unterhalb einer üblichen Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors weil dadurch die höchste Verschleißverminderung bei dem Verbrennungsmotor erzielt wird. Another development of the method is that the plateau speed is between 200 and 900 U / min, more preferably between 350 and 700 U / min and that the first time period is between 100 and 700 ms, preferably between 200 and 500 ms. The plateau speed and thus an injection speed is advantageously below a normal idle speed of the engine because thereby the highest reduction in wear is achieved in the internal combustion engine.
Andererseits soll die Plateaudrehzahl aus Akustik- bzw. Vibrationsgründen nicht zu niedrig liegen. So hat sich bei Versuchen gezeigt, dass sich mit Plateaudrehzahlen zwischen 350 und 700 U/min sowie mit ersten Zeitdauern zwischen 100 und 700 ms Verbesserungen hinsichtlich der Lebensdauer des Gleitlagers um einen Faktor von circa 10 erzielen lassen gegenüber einem Startverfahren ohne eine geregelte Plateauphase. Plateaudrehzahlen zwischen 350 und 700 U/min sowie Zeitdauern zwischen 200 und 500 ms haben sich zudem als besonders wirksamen Kompromiss zwischen einer sehr deutlichen Lebensdauerverbesserung und gleichzeitig einer geringen Verschlechterung der Startzeiten des Verbrennungsmotors erwiesen. On the other hand, the plateau speed should not be too low for acoustic or vibration reasons. It has been shown in experiments that plateau speeds between 350 and 700 rpm as well as first time durations between 100 and 700 ms can achieve improvements in terms of the service life of the slide bearing by a factor of approximately 10 compared to a start procedure without a controlled plateau phase. Plateau speeds between 350 and 700 rev / min and time periods between 200 and 500 ms have also proven to be a particularly effective compromise between a very significant life improvement and at the same time a slight deterioration of the starting times of the internal combustion engine.
Die Zieldrehzahl beträgt vorzugsweise eine Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors, zum Beispiel im Bereich von ca. 700 U/min, oder eine Drehzahl eines ersten Lastpunktes, welcher direkt aus dem Startverfahren des Verbrennungsmotors angefahren wird. Ist der Verbrennungsmotor Teil eines seriellen Hybridsystems, so entfällt üblicherweise eine
Leerlaufregelung, und die Zieldrehzahl liegt in diesem Fall oder ähnlichen Fällen vorteilhafter Weise bei der Drehzahl des niedrigsten Lastpunktes, was einer Drehzahl von circa 1200 U/min entspricht. The target speed is preferably an idling speed of the internal combustion engine, for example in the range of about 700 U / min, or a speed of a first load point, which is approached directly from the starting process of the internal combustion engine. If the internal combustion engine is part of a serial hybrid system, it usually eliminates one Idle control, and the target speed is in this case or similar cases advantageously at the speed of the lowest load point, which corresponds to a speed of about 1200 U / min.
Die Vorrichtung zum Starten eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs zeichnet sich durch eine elektrische Maschine, welche mit einer Kurbelwelle des The device for starting an internal combustion engine of a motor vehicle is characterized by an electrical machine, which with a crankshaft of the
Verbrennungsmotors gekoppelt oder koppelbar ist sowie eine Leistungselektronik zur Steuerung und Regelung der elektrischen Maschine, welche mit einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Drehzahl der Kurbelwelle verbunden ist, aus. Erfindungsgemäß weist die Leistungselektronik Mittel zur Durchführung eines Verfahrens nach dem Anspruch 1 auf. Diese sind insbesondere Mittel zu einem Hochdrehen des Verbrennungsmotors bis zu einer Plateaudrehzahl der Kurbelwelle sowie Mittel zu einem Aufrechterhalten der Drehzahl der Kurbelwelle innerhalb eines Bereiches um die Plateaudrehzahl für eine erste Zeitdauer oder zu einem verlangsamten Hochdrehen der Kurbelwelle des Internal combustion engine is coupled or coupled and power electronics for controlling and regulating the electric machine, which is connected to a device for determining a rotational speed of the crankshaft, from. According to the invention, the power electronics have means for carrying out a method according to claim 1. These are, in particular, means for cranking the internal combustion engine up to a plateau speed of the crankshaft and means for maintaining the speed of the crankshaft within a range around the plateau speed for a first period of time or for slowing down the crankshaft of the crankshaft
Verbrennungsmotors für die erste Zeitdauer. Internal combustion engine for the first period.
In einer Weiterbildung dieser Vorrichtung weist diese weiterhin eine Motorsteuerung zur Steuerung und Regelung des Verbrennungsmotors sowie Kommunikationsmittel zum Austausch von Informationen zwischen der Leistungselektronik und der Motorsteuerung auf, wobei die Motorsteuerung In a further development of this device, this further comprises a motor control for controlling and regulating the internal combustion engine and communication means for exchanging information between the power electronics and the engine control, wherein the engine control
einen Beginn einer Kraftstoffeinspritzung und einer Kraftstoffverbrennung in dem Verbrennungsmotor während oder nach Ablauf der ersten Zeitdauer sowie - eine weitere Erhöhung der Drehzahl der Kurbelwelle durch eine Drehzahlregelung des Verbrennungsmotors nach Ablauf der ersten Zeitdauer a start of fuel injection and fuel combustion in the internal combustion engine during or after expiration of the first period of time, and - a further increase in the rotational speed of the crankshaft by a speed control of the internal combustion engine after the first period has elapsed
bewirken kann. can cause.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Further advantages and features will become apparent from the following description of exemplary embodiments and with reference to the drawings, in which like elements are provided with identical reference numerals.
Dabei zeigen: Showing:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Fig. 1 is a schematic representation of a device according to the invention for
Starten eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, Starting an internal combustion engine of a motor vehicle,
Fig. 2 ein Diagramm mit der Auftragung des zeitabhängigen Drehzahlverlaufs einerFig. 2 is a diagram with the plot of the time-dependent speed curve of a
Kurbelwelle des Verbrennungsmotors entsprechend dem erfindungsgemäßenCrankshaft of the internal combustion engine according to the invention
Verfahren sowie
Fig. 3 ein Diagramm mit der Auftragung des zeitabhängigen Drehzahlverlaufs einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors entsprechend einer alternativen Procedure as well Fig. 3 is a diagram showing the plot of the time-dependent speed curve of a crankshaft of the internal combustion engine according to an alternative
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Embodiment of the method according to the invention.
Eine in Fig. 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Starten eines Verbrennungsmotors 2 eines nichtdargestellten Kraftfahrzeugs weist eine elektrische Maschine 3 auf, welche mit einer Kurbelwelle 4 des Verbrennungsmotors 2 verbunden ist. Die elektrische Maschine 3 kann die Kurbelwelle 4 antreiben, das heißt positive oder negative Drehmomente auf diese ausüben. Eine Drehzahl n der Kurbelwelle 4 wird durch einen Drehzahlsensor 5 erfasst und als Drehzahlistwert n, an eine A device 1 according to the invention schematically illustrated in FIG. 1 for starting an internal combustion engine 2 of a motor vehicle, not shown, has an electric machine 3, which is connected to a crankshaft 4 of the internal combustion engine 2. The electric machine 3 can drive the crankshaft 4, that is, exert positive or negative torques on it. A speed n of the crankshaft 4 is detected by a speed sensor 5 and as actual speed n, to a
Motorsteuerung 7 übermittelt. Die Motorsteuerung 7 ist mit einer Leistungselektronik 6 über einen CAN-Bus 8 verbunden, so dass Informationen zwischen der Motorsteuerung 7 und der Leistungselektronik 6 ausgetauscht werden können. Über den CAN-Bus 8 erhält die Leistungselektronik 6 den Drehzahlistwert n,. Die Leistungselektronik 6 steuert und regelt die elektrische Maschine 3 und gibt ihrerseits einen Drehzahlsollwert ns für die elektrische Maschine 3 vor, wobei die Vorgabe des Drehzahlsollwert ns nach Maßgabe eines Software-Programmes in Abhängigkeit von der Zeit sowie unterschiedlicher Parameter, insbesondere der Parameter einer Umgebungstemperatur und/oder einer Temperatur des Verbrennungsmotors und/oder einer Kühlmitteltemperatur und/oder einer Temperatur einer Batterie zur Spannungsversorgung der elektrischen Maschine und/oder einer Spannung der Batterie erfolgt. Weicht der Drehzahlistwert n, von dem Motor control 7 transmitted. The engine controller 7 is connected to power electronics 6 via a CAN bus 8, so that information between the engine controller 7 and the power electronics 6 can be exchanged. The power electronics 6 receives the actual speed value n, via the CAN bus 8. The power electronics 6 controls and regulates the electric machine 3 and in turn provides a speed setpoint n s for the electric machine 3, wherein the specification of the speed setpoint n s in accordance with a software program as a function of time and different parameters, in particular the parameters of Ambient temperature and / or a temperature of the internal combustion engine and / or a coolant temperature and / or a temperature of a battery for powering the electric machine and / or a voltage of the battery is carried out. Differs the actual speed n, from the
Drehzahlsollwert ns ab, regelt die Leistungselektronik 6 die elektrische Maschine 3 so, dass der Kurbelwelle 4 der Drehzahlsollwert ns aufgeprägt wird. Speed setpoint n s from, the power electronics 6 controls the electric machine 3 so that the crankshaft 4 of the speed setpoint n s is impressed.
Der Verbrennungsmotor 2 wird von einer Motorsteuerung 7 gesteuert und/oder geregelt. Eine Regelung der Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors 2 erfolgt in bekannter Weise, beispielsweise durch Verarbeitung geeigneter Messwerte, wie zum Beispiel des Drehzahlistwertes n, der Kurbelwelle und durch Einstellung geeigneter Größen am The internal combustion engine 2 is controlled and / or regulated by a motor controller 7. A regulation of the idle speed of the internal combustion engine 2 is carried out in a known manner, for example by processing suitable measured values, such as the actual speed n, the crankshaft and by setting appropriate sizes on
Verbrennungsmotor 2, wie zum Beispiel eine eingespritzte Kraftstoffmenge M. Internal combustion engine 2, such as an injected amount of fuel M.
Fig. 2 zeigt ein Diagramm mit einer zeitabhängigen Drehzahlkurve 11 eines Fig. 2 shows a diagram with a time-dependent speed curve 11 of a
Drehzahlistwertes nt der Kurbelwelle 4 des Verbrennungsmotors 2 entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren. Actual speed value n t of the crankshaft 4 of the internal combustion engine 2 according to the method according to the invention.
Ein erster Verfahrensschritt 12, in welchem ein Hochdrehen des Verbrennungsmotors 2 mittels der elektrischen Maschine 3 bis zu einer Plateaudrehzahl 3 der Kurbelwelle 4 erfolgt, spiegelt sich in einem Anstieg des Drehzahlistwertes n, der Kurbelwelle 4 bis zu
der Plateaudrehzahl 3 von 600 U/min wieder. Der Drehzahlanstieg verläuft geregelt durch die Leistungselektronik 6 annähernd linear innerhalb von ca. 600 ms. A first method step 12, in which the internal combustion engine 2 is rotated up to a plateau speed 3 of the crankshaft 4 by means of the electric machine 3, is reflected in an increase in the actual rotational speed n, of the crankshaft 4 up to the plateau speed 3 of 600 rev / min again. The speed increase is controlled by the power electronics 6 approximately linearly within about 600 ms.
Bei Erreichen der Plateaudrehzahl 13 von 600 U/min beginnt zu einem Zeitpunkt t0 ein zweiter Verfahrensschritt 14. Während des zweiten Verfahrensschrittes 14 wird, wiederum geregelt durch die Leistungselektronik 6, die Drehzahl der Kurbelwelle 4 annähernd konstant gehalten, so dass für den zweiten Verfahrensschritt ein gerader Kurvenabschnitt mit Steigung null bei einem Drehzahlistwert n, der Kurbelwelle 4 von 600 U/min resultiert. Der zweite Verfahrensschritt 14 endet zu einem Zeitpunkt bzw. nach einer ersten Zeitdauer 15, die sich von t0 bis ti erstreckt. Die Plateaudrehzahl 13 von 600 U/min stellt dabei einen optimalen Kompromiss zwischen dem Erreichen einer hohen Verschleißminderung und eines niedrigen Vibrationsniveaus im Fahrzeug. Upon reaching the plateau speed 13 of 600 rev / min begins at a time t 0, a second process step 14. During the second process step 14, again controlled by the power electronics 6, the speed of the crankshaft 4 held approximately constant, so that for the second process step a straight corner portion with slope zero at a speed actual value n, the crankshaft 4 of 600 rev / min results. The second method step 14 ends at a time or after a first time duration 15, which extends from t 0 to ti. The plateau speed 13 of 600 rpm provides an optimal compromise between the achievement of a high reduction in wear and a low vibration level in the vehicle.
Vor dem Ende der ersten Zeitdauer 15 erfolgt zu einem Zeitpunkt t2 (welcher somit vor liegt) eine Einspritzung von Kraftstoff in den Verbrennungsmotor 2. Der Drehzahlistwert n, der Kurbelwelle 4 bleibt jedoch auch nach dem Zeitpunkt t2 zunächst bei der Before the end of the first time period 15 takes place at a time t 2 (which is thus before) an injection of fuel into the engine 2. The actual speed n, the crankshaft 4, however, remains after the time t 2 first in the
Plateaudrehzahl 13 von 600 U/min, da in dem Maße, wie sich ein Drehmoment des Verbrennungsmotors auf die Kurbelwelle 4 durch eine einsetzende Verbrennung erhöht, das Drehmoment der elektrischen Maschine 3 durch deren Drehzahlregelung erniedrigt wird. Spätestens zum Zeitpunkt ist das von dem Verbrennungsmotor 2 auf die Plateaudrehzahl 13 of 600 rev / min, since as the torque of the engine increases to the crankshaft 4 by an incipient combustion, the torque of the electric machine 3 is lowered by the speed control. At the latest at the time that is from the engine 2 to the
Kurbelwelle 4 ausgeübte Drehmoment so groß, dass das von der elektrischen Maschine 3 auf die Kurbelwelle 4 ausgeübte Drehmoment null geworden ist. Crankshaft 4 applied torque so large that the torque exerted by the electric machine 3 on the crankshaft 4 torque has become zero.
Ab dem Zeitpunkt ti, an welchem ein dritter Verfahrensschritt 16 beginnt, erhöht sich die Drehzahl n der Kurbelwelle 4 weiter bis zu einer Zieldrehzahl 17, welche bei 1200 U/min liegt. Diese Drehzahlerhöhung erfolgt ohne Krafteinwirkung der elektrischen Maschine 3 allein durch eine Drehmomentregelung des Verbrennungsmotors 2. From the time ti, at which a third process step 16 begins, the rotational speed n of the crankshaft 4 increases further up to a target rotational speed 17, which is at 1200 rpm. This speed increase takes place without the action of force of the electric machine 3 solely by a torque control of the internal combustion engine 2.
Im dritten Verfahrensschritt 16 kann die Erhöhung der Drehzahl der Kurbelwelle 4 zusätzlich durch ein Einwirken der elektrischen Maschine 3 erfolgen. Auf diese Weise kann eine genauere Drehzahlregelung gewährleistet werden als dies durch die In the third method step 16, the increase in the rotational speed of the crankshaft 4 can additionally be effected by acting on the electric machine 3. In this way, a more accurate speed control can be ensured than by the
Momentenregelung des Verbrennungsmotors 2 alleine möglich wäre. Dadurch können materialbelastende Ungleichförmigkeiten der Drehung der Kurbelwelle 4 ausgeglichen werden. Torque control of the internal combustion engine 2 alone would be possible. As a result, material-loading non-uniformities of the rotation of the crankshaft 4 can be compensated.
Der Verlauf der Drehzahlkurve 11 hängt vorteilhafter Weise von Fahrzeugparametern ab, welche einen Erwärmungszustand des Verbrennungsmotors 2 und/oder einen Zustand einer Batterie, welche zur Stromversorgung der elektrischen Maschine 3 dient, charakterisieren. Das heißt, dass die Leistungselektronik 6 und die Motorsteuerung 7 die
elektrische Maschine 3 beziehungsweise den Verbrennungsmotor 2 auf eine Art und Weise steuern und regeln, dass zumindest eine der folgenden Regelgrößen The course of the speed curve 11 advantageously depends on vehicle parameters, which characterize a heating state of the internal combustion engine 2 and / or a state of a battery which serves to supply power to the electric machine 3. That is, the power electronics 6 and the motor controller 7 the Control electric machine 3 and the internal combustion engine 2 in a manner and that at least one of the following control variables
- Plateaudrehzahl 13, Plateau speed 13,
- Zeitpunkt t0, an welchem der zweite Verfahrensschritt 14 beginnt, Time t 0 , at which the second method step 14 begins,
- und damit auch die Steigung des Drehzahlanstieges im ersten - And thus the slope of the speed increase in the first
Verfahrensschritt 12, Procedural step 12,
- Zeitpunkt t2, an welchem die Einspritzung im Verbrennungsmotor 2 startet,Time t 2 , at which the injection starts in the internal combustion engine 2,
- Zeitpunkt ti (beziehungsweise die erste Zeitdauer 15), bei welchem der dritte Verfahrensschritt 16 startet, Time ti (or the first time period 15) at which the third method step 16 starts,
- Zieldrehzahl 17 und die Steigung des Drehzahlanstieges im dritten - Target speed 17 and the slope of the speed increase in the third
Verfahrensschritt 16 Process step 16
abhängig sind von zumindest einem der folgenden Parameter: depend on at least one of the following parameters:
Umgebungstemperatur, Ambient temperature,
- Temperatur des Verbrennungsmotors, - temperature of the internal combustion engine,
Kühlmitteltemperatur, Coolant temperature,
- Temperatur und/oder Spannung der Batterie, welche zur Temperature and / or voltage of the battery used for
Spannungsversorgung der elektrischen Maschine 3 dient. Voltage supply of the electric machine 3 is used.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm mit der Auftragung des zeitabhängigen Drehzahlverlaufs einer Kurbelwelle 4 des Verbrennungsmotors 2 entsprechend einer alternativen 3 shows a diagram with the plot of the time-dependent speed curve of a crankshaft 4 of the internal combustion engine 2 according to an alternative
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei dieser Ausführungsform wird in einer alternativen Form des zweiten Verfahrensschrittes 314 die Plateaudrehzahl 13 nicht konstant gehalten sondern über die ganze erste Zeitdauer 15 stetig erhöht, wobei die Steigung der Drehzahlerhöhung über der Zeit während des zweiten Embodiment of the method according to the invention. In this embodiment, in an alternative form of the second method step 314, the plateau speed 13 is not kept constant but steadily increased over the entire first time period 15, wherein the slope of the speed increase over time during the second
Verfahrensschrittes 314 deutlich niedriger ist als die Steigung der Drehzahlerhöhung über der Zeit sowohl im ersten Verfahrensschritt 12 als auch im dritten Verfahrensschritt 16. Method step 314 is significantly lower than the slope of the speed increase over time both in the first method step 12 and in the third method step 16.
Eine Verbesserung der einer Lebensdauer eines hydrodynamischen Gleitlagers des Verbrennungsmotors (2) ist, wenn auch in geringerem Maße, auch dann noch auf erfindungsgemäße Art und Weise zu erreichen, wenn während des zweiten An improvement in the life of a hydrodynamic sliding bearing of the internal combustion engine (2), even if to a lesser extent, can still be achieved in the manner according to the invention, if during the second
Verfahrensschrittes kurzeitig eine leicht negative Steigung des Drehzahlverlaufs auftritt. Ein solcher negativer Verlauf kann zum Beispiel durch eine weniger komfortabel geregelte beginnende Einspritzung beim Verbrennungsmotor resultieren.
Process step briefly a slight negative slope of the speed curve occurs. Such a negative course can, for example, result from a less conveniently controlled incipient injection in the internal combustion engine.
Claims
Daimler AG Daimler AG
Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors (2) eines Kraftfahrzeugs mittels einer elektrischen Maschine (3), welche mit einer Kurbelwelle (4) des 1. A method for starting an internal combustion engine (2) of a motor vehicle by means of an electric machine (3), which with a crankshaft (4) of the
Verbrennungsmotors (2) gekoppelt ist oder koppelbar ist, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: Combustion engine (2) is coupled or can be coupled, the method comprising the following method steps:
- einen ersten Verfahrensschritt (12), in welchem ein Hochdrehen des - A first method step (12), in which a revolving of the
Verbrennungsmotors (2) mittels der elektrischen Maschine (3) bis zu einer Plateaudrehzahl (13) der Kurbelwelle (4) erfolgt, Internal combustion engine (2) by means of the electric machine (3) up to a plateau speed (13) of the crankshaft (4),
- einen zweiten Verfahrensschritt (14, 314), in welchem ein im Wesentlichen Konstanthalten der Drehzahl der Kurbelwelle (4) innerhalb eines Bereiches um die Plateaudrehzahl (13) für eine erste Zeitdauer (15) oder ein im Vergleich zu dem ersten Verfahrensschritt (12) und einem dritten Verfahrensschritt ( 6) deutlich verlangsamtes Hochdrehen durch eine Drehzahlregelung einer Leistungselektronik der elektrischen Maschine (3) für die erste Zeitdauer (15) erfolgt, a second method step (14, 314) in which a substantially constant speed of the crankshaft (4) is maintained within a range around the plateau speed (13) for a first time duration (15) or in comparison to the first method step (12). and a third method step (6) markedly slowed down spin-up by a speed control of a power electronics of the electric machine (3) for the first time period (15),
- dem dritten Verfahrensschritt (16), in welchem eine weitere Erhöhung der Drehzahl der Kurbelwelle (4) auf eine Zieldrehzahl (17) nach Ablauf der ersten Zeitdauer (15) erfolgt. - The third step (16), in which there is a further increase in the rotational speed of the crankshaft (4) to a target speed (17) after the first time period (15).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , 2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
der erste Verfahrensschritt (12), der zweite Verfahrensschritt (14, 314) und der dritte Verfahrensschritt ( 6) bei einem Normalstart oder Warmstart des the first method step (12), the second method step (14, 314) and the third method step (6) during a normal start or warm start of the
Verbrennungsmotors (2) erfolgen, bei welchen eine Temperatur des Internal combustion engine (2) take place, in which a temperature of the
Verbrennungsmotors (2) höher als -15 °C ist. Internal combustion engine (2) is higher than -15 ° C.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 3. The method according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
- ein Beginn einer Kraftstoffeinspritzung und einer Kraftstoffverbrennung in dem Verbrennungsmotor (2) zu einem vorgegebenen Zeitpunkt (t2) während des zweiten Verfahrensschrittes (14, 314) erfolgt und characterized in that - A start of fuel injection and fuel combustion in the internal combustion engine (2) at a predetermined time (t 2 ) during the second method step (14, 314) takes place and
- die weitere Erhöhung der Drehzahl der Kurbelwelle (4) durch eine - The further increase in the speed of the crankshaft (4) by a
Drehzahlregelung des Verbrennungsmotors (2) erfolgt. Speed control of the internal combustion engine (2) takes place.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Method according to one of claims 1 to 3,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
in dem zweiten Verfahrensschritt (14, 314) die erste Zeitdauer (15) und/oder eine Steigung des Hochdrehens von einer Umgebungstemperatur und/oder einer Temperatur des Verbrennungsmotors (2) und/oder einer Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors (2) und/oder einer Temperatur und/oder einer Spannung einer Batterie für die Stromversorgung der elektrischen Maschine (3) abhängt. in the second method step (14, 314) the first time duration (15) and / or a slope of the high rotation of an ambient temperature and / or a temperature of the internal combustion engine (2) and / or a coolant temperature of the internal combustion engine (2) and / or a temperature and / or a voltage of a battery for the power supply of the electric machine (3) depends.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, Method according to one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Hochdrehen des Verbrennungsmotors (2) bis zu der Plateaudrehzahl (13) in dem ersten Verfahrensschritt (12) und die weitere Erhöhung der Drehzahl bis zu der Zieldrehzahl (17) in dem dritten Verfahrensschritt (16) gemäß einem jeweils vorgegebenen im Wesentlichen linear steigenden zeitlichen Verlauf der Drehzahl erfolgt. the turning up of the internal combustion engine (2) to the plateau speed (13) in the first method step (12) and the further increase of the speed up to the target speed (17) in the third method step (16) according to a respective predetermined substantially linearly increasing temporal Course of the speed takes place.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, Method according to one of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Aufrechterhalten der Drehzahl der Kurbelwelle (4) in dem zweiten maintaining the speed of the crankshaft (4) in the second
Verfahrensschritt (14, 314) in Form eines im Wesentlichen Konstanthaltens der Drehzahl durch die elektrische Maschine (3) erfolgt. Process step (14, 314) in the form of a substantially constant holding the speed by the electric machine (3).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, Method according to one of claims 1 to 6,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die weitere Erhöhung der Drehzahl unter einem drehzahlgeregelten Einwirken der elektrischen Maschine (2) auf die Kurbelwelle (4) erfolgt. the further increase in the speed under a speed-controlled action of the electric machine (2) on the crankshaft (4).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, Method according to one of claims 1 to 7,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Plateaudrehzahl (13) zwischen 200 und 900 U/min beträgt, vorzugsweise zwischen 350 und 700 U/min.
the plateau speed (13) is between 200 and 900 rpm, preferably between 350 and 700 rpm.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 9. The method according to any one of claims 1 to 8,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die erste Zeitdauer (15) zwischen 100 und 700 ms beträgt, vorzugsweise zwischen 200 und 500 ms. the first time duration (15) is between 100 and 700 ms, preferably between 200 and 500 ms.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 10. The method according to any one of claims 1 to 9,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Zieldrehzahl (17) 700 bis 1400 U/min beträgt, vorzugsweise 1100 bis 1300 U/min. the target rotational speed (17) is 700 to 1400 rpm, preferably 1100 to 1300 rpm.
11. Vorrichtung zum Starten eines Verbrennungsmotors (2) eines Kraftfahrzeugs, 11. Device for starting an internal combustion engine (2) of a motor vehicle,
aufweisend including
- eine elektrische Maschine (3), welche mit einer Kurbelwelle (4) des an electric machine (3) connected to a crankshaft (4) of the
Verbrennungsmotors (2) gekoppelt oder koppelbar ist, Combustion engine (2) is coupled or can be coupled,
eine Leistungselektronik (6) zur Steuerung und Regelung der elektrischen Maschine (3), welche mit einer Vorrichtung (5) zur Bestimmung einer a power electronics (6) for controlling and regulating the electric machine (3), which are provided with a device (5) for determining a
Drehzahl der Kurbelwelle (4) verbunden ist, Speed of the crankshaft (4) is connected,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Leistungselektronik (6) mittels der elektrischen Maschine (3) the power electronics (6) by means of the electric machine (3)
ein Hochdrehen des Verbrennungsmotors (2) bis zu einer Plateaudrehzahl (13) der Kurbelwelle (4) sowie a rotation of the internal combustion engine (2) up to a plateau speed (13) of the crankshaft (4) and
- ein im Wesentlichen Konstanthalten der Drehzahl der Kurbelwelle (4) a substantially constant speed of the crankshaft (4)
innerhalb eines Bereiches um die Plateaudrehzahl (13) für eine erste Zeitdauer (15) oder ein verlangsamtes Hochdrehen der Kurbelwelle (4) des Verbrennungsmotors (2) für die erste Zeitdauer (15) within a range around the plateau speed (13) for a first time duration (15) or a slowed down speeding up of the crankshaft (4) of the internal combustion engine (2) for the first time duration (15)
bewirken kann. can cause.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , 12. Device according to claim 11,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Vorrichtung eine Motorsteuerung (7) zur Steuerung und Regelung des the device is a motor controller (7) for controlling and regulating the
Verbrennungsmotors (2) sowie Kommunikationsmittel (8) zum Austausch von Informationen zwischen Leistungselektronik (6) und Motorsteuerung (7) aufweist, wobei die Motorsteuerung (7) Combustion engine (2) and communication means (8) for exchanging information between power electronics (6) and motor control (7), wherein the motor control (7)
- einen Beginn einer Kraftstoffeinspritzung und einer Kraftstoffverbrennung in dem Verbrennungsmotor während oder nach Ablauf der ersten Zeitdauer (15) sowie
- eine weitere Erhöhung der Drehzahl der Kurbelwelle (4) durch eine Drehzahlregelung des Verbrennungsmotors (2) nach Ablauf der ersten Zeitdauer (15) auf eine Zieldrehzahl (17) a start of fuel injection and fuel combustion in the internal combustion engine during or after expiration of the first time period (15) as well as a further increase in the rotational speed of the crankshaft (4) by a rotational speed control of the internal combustion engine (2) after expiration of the first time period (15) to a target rotational speed (17)
bewirken kann.
can cause.
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