Elektrische Antriebsanordnung für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsanordnung für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, mit einem an die Brennkraftmaschine ankuppelbaren elektrischen Anlasser und einer in Antriebsverbindung mit der Brennkraftmaschine stehenden elektrischen Generator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und ist aus DE-A-197 05 610 bekannt.

[0002] Das Starten von Brennkraftmaschinen in Straßenfahrzeugen geschieht seit Jahrzehnten mittels eines elektrischen Anlassers, welcher nur während der Startphase über sein Anlasserritzel und den Zahnkranz auf dem Schwungrad mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mechanisch verbunden ist. Alle Anlassermotoren haben heute die Drehmomentcharakteristik einer Hauptschlußmaschine, welche im wesentlichen durch ein mit steigender Drehzahl stetig auf Null abfallendes Abgabemoment gekennzeichnet ist, beginnend mit dem maximal möglichen Drehmoment bei Stillstand. Diese Charakteristik führt beim Startvorgang zum Drehmomentengleichgewicht zwischen Startermoment und Schleppmoment der Brennkraftmaschine bei Kurbelwellendrehzahlen zwischen 80 und 200 U/min, welche nach bisher gültigen Anforderungen zum Starten ausreichen. Um diese Anlassermotoren möglichst klein, leicht und billig zu realisieren, werden nach bisherigen Anforderungen Gleichstrommaschinen in Reihenschlußbauweise oder mit permanentmagnetischer Erregung und einer möglichst großen mechanischen Übersetzung zur Kurbelwelle verwendet. Die Gesamtübersetzung von Vorgelege im Anlasser sowie Übersetzung vom Starterritzel zur Kurbelwelle beträgt ca. 60:1. Diese hohe Übersetzung macht eine Einrückvorrichtung erforderlich, welche nur bei Betätigung des Starters eine antreibende Verbindung zur Kurbelwelle herstellt und damit den Anlassermotor für Extremdrehzahlen schützt.

[0003] Zukünftige Abgasvorschriften lassen erwarten, daß die beschriebene Auslegung einer Startanlage nicht mehr ausreicht. Die Vorgabe der bisherigen Mindeststartdrehzahlen an der Kurbelwelle bedingen hohe Schadstoffemissionen beim heutigen Startvorgang, und es ist bekannt, daß eine Anhebung der Startdrehzahl auf Werte im Bereich der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine erhebliches Verbesserungspotential in diesem Punkt besitzt.

[0004] Ein weiterer Nachteil der heutigen Startanlagen besteht darin, daß bedingt durch die hohe Übersetzung des Anlassers zur Kurbelwelle und das notwendige Ein- und Ausrücken des Starterritzels Anlaßvorgänge relativ lang dauern und relativ laut sind. Dies wird von den Kunden immer weniger akzeptiert zumal zukünftige Betriebskonzepte der Fahrzeuge zur Einhaltung von Flottenverbrauchszielen wesentlich mehr Anlaßvorgänge nötig machen werden. Hierbei ergeben sich Probleme mit der Lebensdauer heutiger Startanlagen.

[0005] Aus der EP 0 793 013 A1 ist es bekannt, den Startvorgang durch einen riemengetriebenen Drehstrom-Generator (Lichtmaschine) anstelle mit Hilfe eines konventionellen Starters durchzuführen, wobei eine Halbleiterschaltungsanordnung für den motorischen Betrieb als Wechselrichter und für den generatorischen Betrieb als Gleichrichter schaltbar ist. Probleme ergeben sich bei sehr niedrigen Temperaturen, da das Höchstdrehmoment einer solchen Anordnung nicht mehr ausreicht, den Motor dann sicher zu starten. Die Nutzung ist daher allenfalls auf Brennkraftmaschinen mit kleinen Hubräumen beschränkt. Würde man eine Auslegung für große Brennkraftmaschinen durchführen, die auch noch bei niedrigen Temperaturen sicher arbeitet, so würde dies zu nicht akzeptablen großen, schweren und teuren Generatoren führen.

[0006] Gemäß der EP 0 406 182 B1 wird versucht, dieses Problem dadurch zu lösen, daß mittels einer Boost-Schaltung zum Starten eine höhere Spannung erzeugt werden kann, welche im motorisch betriebenen Generator kurzzeitig höhere Ströme bewirkt und damit das Moment steigert. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß der Riementrieb bei tiefen Temperaturen an Haftung verliert und zum Durchrutschen neigt. Außerdem stört die Aufladezeit des Startspeichers, wodurch kurz nacheinander erfolgende Startvorgänge nicht möglich sind. Weiterhin ist die Lebensdauer einer solchen Anordnung für die viele Startvorgänge erforderlich machenden zukünftigen Konzepte unzureichend.

[0007] Bei einer aus der DE-A-197 05 610 das als nächstliegender Stand der Technik angesehen wird, bekannten Antriebsanordnung überlagern sich bei kombiniertem Betrieb die Antriebsmomente von Generator und Anlasser wirkungsvoll, da die aktive Generator mit seinem Drehmoment gerade dort einsetzt, wo der Anlasser nachzulassen beginnt. Die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine wird dadurch weit über die heutzutage mit einem Starter erzielbare Drehzahl hinaus sehr schnell beschleunigt, so daß auch bei tiefen Temperaturen ein schneller und sicherer Start gewährleistet ist. Beim Kaltstart erfolgt daher eine Aufgabenteilung zwischen konventionellem Anlasser (Überwindung des Losbrechmoments) und dem Generator (Erhöhung des Andreh-Drehmoments im Bereich höherer Kurbelwellendrehzahlen).

[0008] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektrische Antriebsanordnung für Brennkraftmaschinen zu schaffen, durch die auf kostengünstige Weise ein schnellerer und komfortabler Anlaßvorgang bei verbessertem Wirkungsgrad möglich ist.

[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

[0010] Durch die erfindungsgemäße Antriebsanordnung ist die Halbleiterschaltung in vorteilhafter Weise für den motorischen Betrieb der als Wechselstrom- oder Drehstromgenerator ausgebildeten Generators als Wechselrichter und für den generatorischen Betrieb als Gleichrichter schaltbar, so daß eine einzige Halbleiterschaltung für beide Betriebsarten eingesetzt werden kann mit entsprechender Wirkungsgradverbesserung durch aktive Gleichrichtung im Generatorbetrieb. Die Einstellung einer definierten Winkellage der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine beim Abstellen derselben mit Hilfe des motorisch betriebenen Generators trägt ebenfalls zur Verbesserung des Wirkungsgrads bei, wobei sich bei einer Kombination dieser Maßnahmen die Wirkungen noch steigern. Hierzu ist der Generator beispielsweise als vollwertiger Vier-Quadranten-Positionierantrieb ausgebildet. Der nächste Startvorgang kann dadurch aus einer definierten Anfangslage heraus erfolgen, wodurch der Startvorgang erheblich beschleunigt und die Schadstoffemission erheblich reduziert wird. Darüberhinaus kann einer der bisher üblichen Sensoren, entweder der OT-Sensor oder der Nockenwellen-Sensor eingespart werden.

[0011] Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Antriebsanordnung möglich.

[0012] Die Entscheidung, ob der Startvorgang allein mittels des motorisch betriebenen Generators oder mittels dieses Generators in Kombination mit dem Anlasser erfolgen soll, trifft die elektronische Steuereinrichtung in optimaler Weise in Abhängigkeit der Motoröltemperatur und/oder der Außentemperatur und/oder der Abstellzeit der Brennkraftmaschine. Zum Starten der Brennkraftmaschine bei niedriger Temperatur sind der Generator und der Anlasser gleichzeitig oder nacheinander zeitlich überlappend oder nicht überlappend einschaltbar. Diese Varianten können beispielsweise alternativ in Abhängigkeit bei jeweiligen Startparameter gewählt werden.

[0013] Besonders günstig für den Verbrauch und eine geringe Schadstoffemission sind Mittel zum Aktivieren von Zündung und/oder Einspritzung beim Startvorgang der Brennkraftmaschine erst bei Drehzahlen nahe der Startdrehzahl, beispielsweise bei 80% der Startdrehzahl.

[0014] In vorteilhafter Weise kann die elektronische Steuereinrichtung auch zur Unterstützung von Verzögerungsvorgängen der Brennkraftmaschine durch Einschalten des generatorisch betriebenen Generators und/oder zur Unterstützung von Beschleunigungsvorgängen der Brennkraftmaschine durch Einschalten des motorisch betriebenen Generators eingesetzt werden. Beispielsweise kann der motorische Betrieb des Generators bei laufender Brennkraftmaschine zur Fahrdynamikuntersützung genutzt werden, also als unterstützender Eingriff des aktiven Generators bei allen Hochlaufvorgängen der Brennkraftmaschine. Andererseits kann auch Rotationsenergie der Brennkraftmaschine bei generatorisch betriebenen Generator rückgewonnen werden, insbesondere im Schubund Bremsbetrieb, so daß der Generator zusätzlich noch den gewünschten Verzögerungsvorgang unterstützt. Dies erfolgt zweckmäßigerweise in Abhängigkeit der Drehzahl der Brennkraftmaschine.

[0015] Der aktive Generator kann auch in vorteilhafter Weise bei Gangwechseln in Schaltgetrieben mit zur Synchronisierung von Motorund Getriebedrehzahlen eingesetzt werden. Die Energie, welche in den Synchronringen des Getriebes zur Drehzahlangleichung umgesetzt werden muß, kann durch den Generator wiedergewonnen werden, wobei sich zusätzlich schnellere Gangwechsel ergeben, die bei entsprechender Auslegung sogar Synchronringe und eine Kupplung entbehrlich machen können. Bei anstehendem Gangwechsel wird der Motor mit Unterstützung des Generators so gesteuert, daß im Triebstrang kein Moment übertragen wird. Dann läßt sich der jeweilige Gang herausnehmen. Danach erfolgt eine erneute Drehzahlangleichung mit Hilfe eines elektronischen Gaspedals bzw. mit Hilfe einer elektronischen Drosselklappe und elektronische Unterstützung. Wenn die Motordrehzahl auf die neue Getriebedrehzahl synchronisiert ist, läßt sich der neue Gang ohne Schaltstoß einlegen.

[0016] Weiterhin kann in vorteilhafter Weise auch durch Einschalten des generatorisch betriebenen Generators oder des motorisch betriebenen Generators ein zu großer Riemenschlupf beim (Durchrutschen) des Antriebsriemens zwischen Brennkraftmaschine und Generator verhindert werden. Zusätzliche Momente am Riementrieb können dadurch riemenfreundlich ein- und ausgekoppelt werden bzw. kompensiert werden, so daß sich die Lebensdauer des Antriebsriemens erhöht und Defekte weitgehend verhindert werden.

[0017] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1

eine schematische Darstellung einer mit einem Anlasser und einem elektrischen Generator versehenen Brennkraftmaschine und

Figur 2

ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise.

[0018] Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine schematisch dargestellte Brennkraftmaschine 10 eines im übrigen nicht dargestellten Kraftfahrzeugs mit einem Anlasser 11 und einem elektrischen Generator 12 (Lichtmaschine) versehen, wobei der elektrische Generator 12 in nicht näher dargestellter Weise über einen Riemenantrieb mit der Brennkraftmaschine 10 gekoppelt ist.

[0019] Der Anlasser 11 ist direkt und der elektrische Generator 12 über eine Halbleiterschaltungsanordnung 13 mit einer Versorgungsbatterie 14 verbunden.

[0020] Eine elektronische Steuereinrichtung 15 steuert den Anlasser 11 und die Halbleiterschaltungsanordnung 13 in Abhängigkeit von Sensorsignalen und Anlaßsteuersignalen, die die Steuereinrichtung 15 mittels eines Anlasserschalters 16 erhält, der im Zündschloß integriert und/oder als separater Anlasserschalter ausgebildet sein kann. Im Ausführungsbeispiel werden der Steuereinrichtung 15 Sensorsignale eines Außentemperatursensors 17, eines Öltemperatursensors 18 und eines Saugrohrdrucksensors 19 zugeführt. Zusätzlich können der Steuereinrichtung 15 jedoch beispielsweise auch noch Sensorsignale zugeführt werden, die vom Batterieladezustand, von der Batteriespannung, vom Batterie- und Bordnetzstrom, von der Motordrehzahl, von Pedalstellungen oder Parameterschaltern abhängig sind.

[0021] Die Halbleiterschaltungsanordnung 13 erhält von der Steuereinrichtung 15 je nach Betriebszustand Steuersignale für einen motorischen (aktiven) oder generatorischen Betrieb des Generators 12. Für den generatorischen Betrieb wird die Halbleiterschalteranordnung 13 als Gleichrichter bzw. Gleichrichterbrücke geschaltet, während sie für den motorischen Betrieb als Wechselrichter für den als Wechselstrom- oder Drehstromgenerator ausgebildeten Generator 12 geschaltet wird.

[0022] Auf ein Anlaßsignal durch den Anlasserschalter 16 hin aktiviert die elektronische Steuereinrichtung 15 den Anlasser 11 und schaltet die Halbleiterschaltungsanordnung 13 als Wechselrichter. Dadurch bewirken der Anlasser 11 und der Generator 12 gemeinsam den Anlaßvorgang der Brennkraftmaschine 10. In der Figur 2 sind die Drehmomente und die mechanische Leistung von Anlasser 11 und Generator 12 an der Kurbelwelle dargestellt, wobei die durchgezogenen Linien die Drehmomente und die gestrichelten Linien die Leistungen in Abhängigkeit der Kurbelwellendrehzahl darstellen. Diese Darstellung zeigt, daß das anfanglich hohe Drehmoment des Anlassers schnell und stetig bei steigender Drehzahl auf verschwindend geringe Werte absinkt und die zunächst ansteigende Leistung ebenfalls noch unterhalb von 300 U/min auf einen Wert von im wesentlichen Null abfällt. Im Gegensatz dazu ist das Drehmoment des Generators 12 konstant und die Leistung steigt im wesentlichen linear an. Das Diagramm zeigt somit, daß der aktive Generator mit seinem Drehmoment gerade dort einsetzt, wo das des Anlassers nachzulassen beginnt. Die Überlagerung beider Antriebsmomente wird auf der Kurbelwelle wirksam und beschleunigt diese weit über die heutzutage mit einem Anlasser erzielbare Drehzahl hinaus.

[0023] Dieser kombinierte Betrieb ist vor allem beim Kaltstart und tiefen Außentemperaturen erforderlich, da der konventionelle Anlasser 11 ein anfänglich sehr hohes Antriebsmoment besitzt, das auch noch bei niedrigen Temperaturen wirksam ist.

[0024] Bei warmer Brennkraftmaschine 10 oder hohen Außentemperaturen wird für den Startvorgang nur der elektrische Generator 12 benötigt, so daß lediglich die Halbleiterschaltungsanordnung 13 entsprechend als Wechselrichter geschaltet wird.

[0025] Diese beiden unterschiedlichen Startabläufe, also der Kaltstart und der Warmstart sind in der Steuereinrichtung 15 als Algorithmus in Abhängigkeit von entsprechenden Sensorsignalen hinterlegt. Beispielsweise kann der Kaltstart dadurch definiert sein, daß die Motoröltemperatur und die Außentemperatur unterhalb einem vorgebbaren Wert liegt und/oder daß die Abstellzeit seit dem letzten Betrieb der Brennkraftmaschine größer als ein vorgebbarer Zeitintervall ist. Entsprechend umgekehrt wird der Warmstart definiert, der somit bei Motoröltemperaturen und Außentemperaturen oberhalb festlegbarer Werte und/oder bei Abstellzeiten kleiner als einem vorgebbaren Zeitintervall liegt. Diese Sensorgrößen können auch in einer bestimmten Funktion zueinander stehen.

[0026] Für den Kaltstart können noch zwei unterschiedliche Startverfahren realisiert werden, wobei beim einen Startverfahren der motorisch arbeitende Generator parallel zum Anlasser 11 arbeitet. Der Anlasser wird dann bei einer bestimmten Drehzahl deaktiviert, und der motorisch betriebene Generator beschleunigt die Kurbelwelle weiter auf die Startdrehzahl.

[0027] Bei der zweiten Variante wird zunächst der Anlasser 11 eingeschaltet und erst nach Erreichen einer bestimmten Drehzahl wird dieser deaktiviert und der motorisch betriebene Generator aktiviert. Zur Verbrauchsreduzierung und zur Verminderung schädlicher Abgase erfolgt bis zum Erreichen von einem Drehzahlwert, der beispielsweise 80% der Startdrehzahl entspricht, keine Einspritzung und keine Zündung, so daß die Brennkraftmaschine 10 erst zu diesem Zeitpunkt gestartet wird, was dann sehr schnell erfolgt. Dies erfolgt mittels einer nicht dargestellten elektronischen Motorsteuerung, die in Wirkverbindung mit der elektronischen Steuereinrichtung 15 stehen kann. Dieses verzögerte Einsetzen von Zündung und Einspritzung erfolgt entsprechend auch bei einem Startvorgang allein durch den Generator 12.

[0028] Übliche Anlasser 11 besitzen eine Gesamtübersetzung von ca. 60:1, die sich aus der Übersetzung von Starterritzel zur Kurbelwelle und aus der Vorgelegeübersetzung ergibt. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann diese Übersetzung deutlich reduziert werden, beispielsweise kann das Vorgelege entfallen, so daß sich eine Gesamtübersetzung von 15:1 ergibt.

[0029] Unabhängig vom Anlaßvorgang kann die elektronische Steuereinrichtung 15 auch noch bei laufender Brennkraftmaschine 10 den Generator 12 beispielsweise zur Fahrdynamikunterstützung steuern. Beispielsweise kann bei allen Beschleunigungsvorgängen der Brennkraftmaschine 10 der motorisch betriebene Generator 12 diese Beschleunigungsvorgänge unterstützen. Andererseits kann er im generatorischen Betrieb auch Verzögerungsvorgänge unterstützen, d.h., im Schubbetrieb und Bremsbetrieb wird er generatorisch betrieben, so daß nicht nur fahrsituationsabhängig elektrische Energie rückgewonnen wird, sondern auch der Verzögerungsvorgang aktiv unterstützt wird.

[0030] Weiterhin kann die elektronische Steuereinrichtung 15 Schaltvorgänge bei Gangwechseln des Getriebes der Brennkraftmaschine 10 aktiv unterstützen und zur Synchronisierung von Motor- und Getriebedrehzahlen eingesetzt werden. Zur Drehzahlerhöhung wird dabei der motorisch betriebene Generator 12 und zur Drehzahlreduzierung der generatorisch betriebene Generator 12 eingesetzt werden. Dies führt zu schnelleren Gangwechseln, wodurch unter Umständen sogar eine Kupplung entfallen kann.

[0031] Weiterhin kann die elektronische Steuereinrichtung 15 zur Verhinderung eines Riemenschlupfes des Antriebsriemens für den Generator 12 dienen. Eine nicht dargestellte Meßeinrichtung zur Erkennung des Riemenschlupfes gibt ihre Meßsignale an die elektronische Steuereinrichtung 15 weiter, die mittels des aktiven Generators 12 den Riemenschlupf verursachende zusätzliche Momente am Riementrieb riemenfreundlich ein- und auskuppelt bzw. kompensiert. Diese Meßeinrichtung zur Erkennung des Riemenschlupfes kann auch Teil der elektronischen Steuereinrichtung 15 sein, wo Drehzahlen von Generator 12 und Brennkraftmaschine 10 miteinander verglichen werden. Zur Riemenschlupferkennung kann beispielsweise am Vorlauftrum und Rücklauftrum des Antriebsriemens je eine Meßrolle federnd angelenkt sein, die die aufgrund unterschiedlicher Momente erfolgende Dehnung des Antriebsriemens erfassen. Die Erkennung des Riemenschlupfes erlaubt eine präventive Riemendiagnose, und ein drohendes Riemenproblem kann dem Fahrer eines Kraftfahrzeugs frühzeitig mitgeteilt werden, beispielsweise durch eine optische- und/oder akustische Warneinrichtung oder ein Display.

[0032] Die elektronische Steuereinrichtung 15 kann weiterhin zur Positionierung der Kurbelwelle eingesetzt werden. Beim Abstellen der Brennkraftmaschine wird der Kurbelwelle durch den motorisch betriebenen Generator 12 eine günstige wohldefinierte Ausgangslage aufgeprägt. Der Generator ist hierzu beispielsweise als vollwertiger Vier-Quadranten-Positionierantrieb ausgebildet. Der nächste Startvorgang der Brennkraftmaschine kann dadurch aus einer definierten Anfangslage heraus erfolgen, wodurch der Startvorgang erheblich beschleunigt wird.

[0033] Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich auch zur Steuerung bzw. Beeinflussung des Auslaufs der Brennkraftmaschine 10. Es stellt ein Problem dar, daß oft undefinierte Mengen an Kraftstoff nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine 10 im Ansaugsystem und in den Zylindern verbleiben. Die leicht flüchtigen Anteile des Kraftstoffes verdunsten, während dies bei den schwer entflammbaren Anteilen nicht der Fall ist. Sie verschlechtern das Abgas beim erneuten Start der Brennkraftmaschine. Dies wird in einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch umgangen, daß beim Abstellen der Brennkraftmaschine 10 die Kraftstoffzufuhr bzw. Kraftstoffeinspritzung abgeschaltet wird. Die Brennkraftmaschine 10 wird dann durch den Generator 12 im motorischen Betrieb für eine gewisse Zeit in Rotation gehalten, wodurch die Brennkraftmaschine gespült und Kraftstoffreste, die sich auch im Katalysator befinden können, unschädlich entsorgt werden. Bei einem erneuten Start der Brennkraftmaschine kann das Motorsteuergerät bzw. die Steuereinrichtung 15 von einer "leeren" Brennkraftmaschine ausgehen, was einen definierten Start erleichtert.

[0034] Nach dem Spülen und der Entsorgung der Kraftstoffreste kann die Brennkraftmaschine 10 definiert mit Hilfe des Generators 12 bei generatorischem Betrieb bis zum Stillstand abgebremst werden, da eine lange Nachlaufphase unerwünscht ist.

[0035] Eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung besteht darin, Start-Stop-Vorgänge der Brennkraftmaschine 10, beispielsweise an Ampeln zu verbessern. Die Chancen für eine Realisierung verbessern sich vor allem dann, wenn der Start der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeugs jeweils ohne Verzögerung erfolgt. Bereits geringste Verzögerungen machen sich hier vor allem subjektiv äußerst störend bemerkbar. Mit Hilfe der elektronischen Steuereinrichtung 15 ist es in Verbindung mit dem Generator 12 möglich, ohne Auskupplung der Brennkraftmaschine das Fahrzeug anzuhalten. Eventuell sonst vorhandene Drehmomentstöße können durch den Generator komfortabel ausgeglichen werden. Der Start erfolgt dann ebenfalls wieder ohne Betätigung einer Kupplung durch "elektrisches" Anfahren, was gänzlich ohne zeitlichen Verzug möglich ist. Dies kann selbstverständlich auch bei ausgekuppelter Brennkraftmaschine erfolgen. Das rein elektrische Anfahren erfolgt im motorischen Betrieb des Generators 12 bei eventueller Unterstützung durch den Anlasser 11, insbesondere bei kalter Brennkraftmaschine oder sehr tiefen Temperaturen. Das Zukuppeln bzw. Anlassen der Brennkraftmaschine 10 kann dann zeitlich etwas verzögert, insbesondere auch impulsförmig erfolgen. Da sich beim Anlassen der Brennkraftmaschine das Fahrzeug dann bereits in Bewegung befindet, wird die Bewegungsenergie des gesamten Fahrzeugs und nicht nur einzelner Triebstrangteile zum Anlassen der Brennkraftmaschine mitgenutzt, so daß ein sicherer Start gewährleistet ist.

[0036] Ein solches Start-Stop-System funktioniert bevorzugt in Verbindung mit einem Straßenzustandserkennungssystem, wie einem elektronischen Stabilisierungssystem oder Antischlupfregelungsystem.

Ansprüche

1. Elektrische Antriebsanordnung für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, mit einem an die Brennkraftmaschine (10) ankoppelbaren elektrischen Anlasser (11) und einer in Antriebsverbindung mit der Brennkraftmaschine (10) stehenden elektrischen Generator (12), die über eine Halbleiterschaltungsanordnung (13) mit einer Versorgungsbatterie (14) verbunden ist, wobei der Generator (12) mittels der Halbleiterschaltungsanordnung (13) wahlweise generatorisch oder motorisch betreibbar ist, und mit einer elektronischen Steuereinrichtung (15) zur Steuerung des Startvorgangs der Brennkraftmaschine (10), der in Abhängigkeit des Signals wenigstens eines Temperatursensors (17, 18) mit Hilfe des motorisch betriebenen Generators (12) allein oder zusammen mit dem Anlasser (11) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschaltungsanordnung (13) für den motorischen Betrieb der als Wechselstrom- oder Drehstromgenerator ausgebildeten Generators (12) als Wechselrichter und für den generatorischen Betrieb als Gleichrichter schaltbar ist, und daß die elektronische Steuereinrichtung (15) zur Einstellung einer definierten Winkellage der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine (10) beim Abstellen derselben mit Hilfe des motorisch betriebenen Generators (12) ausgebildet ist.

2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Startvorgang in Abhängigkeit der Motoröltemperatur und/oder der Außentemperatur und/oder der Abstellzeit der Brennkraftmaschine (10) steuerbar ist.

3. Antriebsanordnung Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinrichtung (15) zum Starten der Brennkraftmaschine (10) bei niedrigen Temperaturen mittels des Generators (12) und des Anlassers (11) und bei höheren Temperaturen mittels des Generators (12) allein ausgebildet ist.

4. Antriebsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Starten der Brennkraftmaschine (10) bei niedrigeren Temperaturen, d.h. Kaltstart, der Generator (12) und der Anlasser (11) gleichzeitig oder nacheinander zeitlich überlappend oder nicht überlappend einschaltbar sind.

5. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Aktivieren von Zündung und/oder Einspritzung beim Startvorgang der Brennkraftmaschine erst bei Drehzahlen nahe der Startdrehzahl vorgesehen sind.

6. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinrichtung (15) zur Unterstützung von Verzögerungsvorgängen der Brennkraftmaschine (10) durch Einschalten des generatorisch betriebenen Generators (12) und/oder zur Unterstützung von Beschleunigungsvorgängen der Brennkraftmaschine (10) durch Einschalten des motorisch betriebenen Generators (12) ausgebildet ist.

7. Antriebsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschalten des generatorisch betriebenen Generators (12) in Abhängigkeit der Drehzahl der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, insbesondere oberhalb einer vorgebbaren Einschaltdrehzahl.

8. Antriebsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschalten der generatorisch betriebenen und/oder des motorisch betriebenen Generators (12) zur Synchronisation von Motor- und Getriebedrehzahl bei Gangwechseln vorgesehen ist.

9. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschalten der generatorisch betriebenen und/oder des motorisch betriebenen Generators zum Ausgleich von unterschiedlichen Momenten am Riementrieb des Generators (12) vorgesehen ist.

10. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinrichtung (15) oder andere Mittel zum Einschalten des motorisch betriebenen Generators (12) nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine (10) und Abschalten der Kraftstoffzufuhr ausgebildet sind, um die Brennkraftmaschine (10) während einer Nachbetriebsphase noch in Rotation zu halten, bis in der Brennkraftmaschine (10) und/oder in einem Katalysator noch enthaltene Kraftstoffreste im wesentlichen entfernt sind.

11. Antriebsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Umschalten des Generators (12) nach der Nachbetriebsphase vom motorischen Betrieb auf den generatorischen Betrieb vorgesehen sind.

12. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinrichtung (15) zur Steuerung des Startvorgangs der Brennkraftmaschine (10) bei im wesentlich gleichzeitigem Anfahren des Kraftfahrzeugs wenigstens mittels des motorisch betriebenen Generators (12) ausgebildet ist.

13. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß beim rein elektronischen Anfahren des Kraftfahrzeugs wenigstens mittels des motorisch betriebenen Generators (12) das Zukuppeln der Brennkraftmaschine (10) verzögert, insbesondere impulsartig, erfolgt.

14. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinrichtung (15) zur Steuerung des Anhaltevorgangs des Kraftfahrzeugs auch ohne Auskuppeln der Brennkraftmaschine (10) mittels des Generators (12) ausgebildet ist.

Claims

1. Electric drive assembly for internal combustion engines in motor vehicles, with an electric starter (11) capable of being coupled to the internal combustion engine (10) and an electric generator (12) in driving connection with the internal combustion engine (10), connected to a supply battery (14) via a semiconductor circuit arrangement (13), the generator (12) being optionally operated in generator or in motor mode by means of the semiconductor circuit arrangement (13), and with an electronic control unit (15) for the control of the starting process of the internal combustion engine (10), which starting process is effected in dependence on the signal of at least one temperature sensor (17, 18) either solely by means of the generator (12) in motor mode or in combination with the starter (11), characterised in that the semiconductor circuit arrangement (13) is switched as an inverter circuit for the motor mode of the generator (12), which is designed as an ac generator or alternator, and as a rectifier circuit for its generator mode, and in that the electronic control unit (15) is designed to adjust the crankshaft of the internal combustion engine (10) to a defined angular position when stopping it with the aid of the generator (12) operating in motor mode.

2. Drive assembly according to claim 1, characterised in that the starting process can be controlled in dependence on engine oil temperature and/or ambient temperature and/or the stopping time of the internal combustion engine (10).

3. Drive assembly according to claim 1 or 2, characterised in that the electronic control unit (15) is designed to start the internal combustion engine (10) by means of the generator (12) and the starter (11) at low temperatures and by means of the generator (12) on its own at higher temperatures.

4. Drive assembly according to claim 3, characterised in that the generator (12) and the starter (11) can be switched on either simultaneously or in sequence with or without overlap when starting the internal combustion engine (10) at low temperatures, i.e. during a cold start.

5. Drive assembly according to any of the preceding claims, characterised in that means are provided for activating ignition and/or injection during the starting process of the internal combustion engine only at speeds approaching its starting speed.

6. Drive assembly according to any of the preceding claims, characterised in that the electronic control unit (15) is designed to support deceleration processes of the internal combustion engine (10) by activating the generator (12) in generator mode and/or to support acceleration processes of the internal combustion engine (10) by activating the generator (12) in motor mode.

7. Drive assembly according to claim 6, characterised in that the activation of the generator (12) in generator mode is effected in dependence on the speed of the internal combustion engine, in particular above a preset cutting-in speed.

8. Drive assembly according to claim 6 or 7, characterised in that the generator (12) is activated in generator and/or motor mode to synchronise engine and transmission speeds during a gear change.

9. Drive assembly according to any of claims 6 to 8, characterised in that the generator (12) is activated in generator and/or motor mode to compensate for different moments acting on the belt drive of the generator (12).

10. Drive assembly according to any of the preceding claims, characterised in that the electronic control unit (15) or other means for activating the generator (12) in motor mode after the internal combustion engine (10) has been stopped and for disconnecting the fuel supply are designed to keep the internal combustion engine (10) rotating for an after-running phase, until any fuel residues in the internal combustion engine and/or in a catalyst are substantially removed.

11. Drive assembly according to claim 10, characterised in that means are provided for switching the generator (12) from motor to generator mode after the after-running phase.

12. Drive assembly according to any of the preceding claims, characterised in that the electronic control unit (15) is designed to control the starting process of the internal combustion engine (10) while essentially starting the motor vehicle simultaneously at least by means of the generator (12) operating in motor mode.

13. Drive assembly according to claim 12, characterised in that the internal combustion engine (10) is connected with a time delay, in particular in a pulsed manner, when the motor vehicle is started purely electronically at least by means of the generator (12) operating in motor mode.

14. Drive assembly according to any of the preceding claims, characterised in that the electronic control unit (15) is designed to control the stopping process of the motor vehicle by means of the generator (12) without disconnecting the internal combustion engine (10).

Revendications

1. Dispositif d'entraînement électrique pour moteurs à combustion interne dans des véhicules automobiles, comportant un démarreur électrique (11) pouvant être couplé au moteur à combustion interne (10) et un générateur électrique (12) qui est relié selon une liaison d'entraînement au moteur à combustion interne (10) et est connecté à une batterie d'alimentation (14) par l'intermédiaire d'un montage à semiconducteurs (13), le générateur (12) pouvant fonctionner au choix en tant que générateur ou en tant que moteur à l'aide du montage à semiconducteurs (13), et comportant un dispositif de commande électronique (15) pour commander l'opération de démarrage du moteur à combustion interne (10), qui s'effectue en fonction du signal d'au moins un capteur de température (17, 18) à l'aide du générateur (12) fonctionnant en moteur, seul ou conjointement avec le démarreur (11), caractérisé en ce que le montage à semiconducteurs (13) peut être connecté en tant qu'onduleur pour le fonctionnement en moteur du générateur (12) agencé en tant que générateur à courant alternatif ou à courant triphasé, et en tant que redresseur pour le fonctionnement en générateur, et que le dispositif de commande électronique (15) est agencé pour régler une position angulaire définie du vilebrequin du moteur à combustion interne (10) lors de l'arrêt de ce dernier, à l'aide du générateur (12) fonctionnant en moteur.

2. Dispositif d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de démarrage est commandable en fonction de la température de l'huile du moteur et/ou de la température extérieure et/ou de la durée d'arrêt du moteur à combustion interne (10).

3. Dispositif d'entraînement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de commande électronique (15) est agencé, de manière faire démarrer le moteur à combustion interne (10) aux basses températures à l'aide du générateur (12) et du démarreur (11) et dans le cas de températures plus élevées, à l'aide du générateur (12) seul.

4. Dispositif d'entraînement selon la revendication 3, caractérisé en ce que pour le démarrage du moteur à combustion interne (10) aux basses températures, c'est-à-dire dans le cas d'un démarrage à froid, le générateur (12) et le démarreur (11) peuvent être activés simultanément ou successivement en chevauchement ou sans chevauchement dans le temps.

5. Dispositif d'entraînement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour activer l'allumage et/ou l'injection lors de l'opération de démarrage du moteur à combustion interne uniquement pour des vitesses de rotation proches de la vitesses de rotation de démarrage.

6. Dispositif d'entraînement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de commande électronique (15) est agencé de manière à assister des opérations de décélération du moteur à combustion interne (10) par activation du générateur (12) fonctionnant en générateur et/ou de manière à assister des opérations d'accélération du moteur à combustion interne (10) par activation du générateur (12) fonctionnant en moteur.

7. Dispositif d'entraînement selon la revendication 6, caractérisé en ce que le branchement du générateur (12) fonctionnant en générateur est prévu en fonction de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne, notamment au-dessus d'une vitesse de rotation d'activation pouvant être prédéterminée.

8. Dispositif d'entraînement selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'activation du générateur (12) fonctionnant en générateur et/ou du générateur fonctionnant en moteur est prévu pour la synchronisation de la vitesse de rotation du moteur et de la boîte de vitesse lors de changements de vitesse.

9. Dispositif d'entraînement selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'activation du générateur fonctionnant en générateur et/ou du générateur fonctionnant en moteur est prévu pour la compensation de couples différents au niveau du dispositif d'entraînement à courroie du générateur (12).

10. Dispositif d'entraînement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de commande électronique (15) ou d'autres moyens sont agencés pour réaliser l'activation du générateur fonctionnant en moteur (12) après l'arrêt du moteur à combustion interne (10) et l'interruption de l'alimentation en carburant, de manière à maintenir encore en rotation le moteur à combustion interne (10) pendant une phase de fonctionnement complémentaire, jusqu'à ce que des restes de carburant encore présents dans le moteur à combustion interne (10) et/ou dans un catalyseur soient essentiellement éliminés.

11. Dispositif d'entraînement selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens pour commuter le générateur (12), après la phase de fonctionnement complémentaire, depuis le fonctionnement en moteur au fonctionnement en générateur.

12. Dispositif d'entraînement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de commande électronique (15) est conçu pour l'opération de commande de démarrage du moteur à combustion interne (10) dans le cas d'un démarrage essentiellement simultané du véhicule automobile au moins à l'aide du générateur (12) fonctionnant en moteur.

13. Dispositif d'entraînement selon la revendication 12, caractérisé en ce que dans le cas d'un pur démarrage électronique du véhicule automobile au moins au moyen du générateur fonctionnant en moteur (12), le couplage du moteur à combustion interne (10) s'effectue d'une manière retardée, notamment selon un mode impulsionnel.

14. Dispositif d'entraînement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de commande électronique (15) est conçue pour la commande de l'opération d'arrêt du moteur à combustion interne sans découplage du moteur à combustion interne (10) à l'aide du générateur (12).

Zeichnung