Verfahren und Steuersystem zum Positionieren einer Kurbelwelle beim Abstellen eines Verbrennmotors

Beschreibung

GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Steuersystem zum Positionieren einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

[0002] Verbrennungsmotoren müssen zum Starten mit Hilfe eines Starters z.B. in Form eines Elektromotors angeworfen werden, der mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors direkt oder indirekt gekoppelt ist. Die Kurbelwelle wird dann durch den Starter auf eine zum Anspringen des Verbrennungsmotors benötigte Motordrehzahl beschleunigt.

[0003] Je nach Lagewinkel der Kurbelwelle variiert das Startmoment, das der Starter anfänglich aufbringen muss. Insbesondere wenn sich ein Zylinder gerade im Verdichtungstakt befindet, bewirkt dies ein hohes Startmoment, das sich ungünstig auf das Startverhalten des Verbrennungsmotors auswirkt.

[0004] Um das Startverhalten des Verbrennungsmotors zu verbessern, ist aus der Druckschrift DE 198 17 497 Al der Anmelderin bekannt, die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors vor dem Starten auf einen bestimmten Startwinkel zu bringen, von dem ausgehend der Startvorgang durchgeführt wird. Auf diese Weise kann eine ungünstige Stellung der Kurbelwelle zu Beginn des Startens vermieden und die Startzeit des Verbrennungsmotors oder das anfängliche, beim Startvorgang durch den Starter zu überwindende Drehmoment verringert werden. Das Positionieren der Kurbelwelle kann nach dem Stoppen des Verbrennungsmotors oder vor dem Anlassen des Verbrennungsmotors durchgeführt werden.

[0005] Normalerweise werden zum Starten von Verbrennungsmotoren Anlasserelektromotoren verwendet, die mit Hilfe einer feldorientierten Regelung angesteuert werden. Es handelt sich bei diesen Elektromotoren insbesondere um Asynchron- bzw. Synchronmotoren. Solche Elektromotoren werden mit Hilfe einer Motorsteuerung betrieben, die zur Realisierung der feldorientierten Regelung als Eingangsgröße die Drehzahl des Rotors bzw. der Kurbelwelle benötigen.

[0006] Die Kurbelwelle ist dazu beispielsweise mit einem Lagesensor versehen, der den Lagewinkel der Kurbelwelle ermittelt und daraus die Drehzahl der Kurbelwelle bestimmt. Die Genauigkeit der bestimmten Drehzahl hängt jedoch davon ab, wie exakt der Lagewinkel durch den Lagesensor ermittelt wurde. Auch werden häufig Drehzahlsensoren vorgesehen, um die Drehzahl direkt zu erfassen.

[0007] In beiden Fällen ist die ermittelte Drehzahl relativ ungenau. Dies führt insbesondere bei geringen Drehzahlen der Kurbelwelle dazu, dass der relative Fehler sehr groß wird und eine feldorientierte Regelung zur Ansteuerung des Elektromotors nicht mehr möglich ist. Somit kann das aktive Positionieren der Kurbelwelle, insbesondere beim Stoppen des Verbrennungsmotors, kurz vor dem Stillstand der Kurbelwelle, mit Hilfe des Elektromotors nicht mehr zuverlässig durchgeführt werden.

[0008] Mit Hilfe von genaueren Sensoren zur Erfassung von Lagewinkel und/oder Drehzahl wäre es möglich, dieses Problem zu lösen. Es ist jedoch wünschenswert, die Kurbelwelle auf einen Startwinkel unter Beibehaltung der bisherigen Komponenten des Motorsystems zu positionieren.

[0009] EP 1 136 696 A offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Positionieren einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine zum Einstellen eines Startwinkels. Hierzu wird der Verbrennungsmotor mittels einer elektrischen Maschine derart abgebremst, dass die Kurbelwelle sich zum Zeitpunkt des vollständigen Stillstands des Verbrennungsmotors in ihrer vorbestimmten Winkelposition befindet. Die Abbremsung des Verbrennungsmotors erfolgt, indem nach Ausschalten des Verbrennungsmotors die Winkelpositionssignale der rotierenden Kurbelwelle von einem Positionsfühler erfasst und an die elektronische Steuerung der elektrischen Maschine weitergeleitet werden. Die elektronische Steuerung steuert die elektrische Maschine derart, dass ein auf die Kurbelwelle wirkendes Gegenmoment erzeugt wird.

[0010] DE 100 30 001 A offenbart eine Vorrichtung zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine, wobei wenigstens eine Verstelleinrichtung aktivierbar ist, die nach Beendigung des regulären Betriebes der Brennkraftmaschine angesteuert wird und die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und/oder die Nockenwelle der Brennkraftmaschine in eine vorgebbare Winkelstellung bewegt.

[0011] DE 44 30 651 A1 offenbart ein Verfahren und System, bei dem zum Positionieren ein Elektromotor zunächst umgekehrt betrieben wird. Ein Kurbelwellenwinkelsensor erfasst unter Verwendung eines Absolutwert-Drehcodierers den (absoluten) Winkel der Kurbelwelle.

[0012] DE 100 30 000 A1 beschreibt eine Anordnung mit einer steuerbaren Kupplung, die einen Kraftschluss zwischen einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine und einer Welle, die mit einem elektrischen Antriebssystem verbunden ist, ermöglicht. Zudem umfasst die Anordnung eine Sensorik, die den Kurbelwinkel erfasst, also einen Absolutwert-Lagesensor.

[0013] EP 1 365 145 A2 beschreibt eine Vorrichtung zum Starten eines Motors, die eine Kurbelwellenwinkeldetektionsvorrichtung umfasst, also einen Absolutwert-Lagesensor. Zudem wird die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zum Positionieren durch einen Elektromotor in Rückwärtsrichtung gedreht.

[0014] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren sowie ein verbessertes Steuersystem zum Positionieren der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors zur Verfügung zu stellen.

[0015] Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche 1 und 8.

[0016] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0017] Bei der Ansteuerung des Elektromotors zum Positionieren der Kurbelwelle auf den Startwinkel wird in einen Steuerbetrieb umgeschaltet, so dass der Elektromotor unabhängig von der Drehzahl angesteuert wird. Dies ist vorteilhaft, da die Drehzahlerfassung und -auswertung bei herkömmlichen Motorsystemen in der Regel zu ungenau ist, um den Elektromotor bei kleinen Drehzahlen mit einer feldorientierten Regelung zu betreiben. Insbesondere bei sehr kleinen Drehzahlen, wie sie beispielsweise beim Auslaufen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors kurz vor dem Anhalten der Kurbelwelle auftreten, kann die Erfassungsungenauigkeit der Drehzahl dazu führen, dass die relative Abweichung sehr groß wird, so dass eine feldorientierte Motorregelung nicht mehr möglich ist, ohne erheblich Laufstörungen beim Betrieb des Elektromotors zu erhalten.

[0018] Das Verwenden der Steuerbetriebsart für den Elektromotor hat ferner den Vorteil, dass der Elektromotor unabhängig von der erfassten Drehzahl der Kurbelwelle betrieben wird. Dies ist möglich, indem der Elektromotor zur Erzielung einer vorbestimmten Drehmomentes mit einer bestimmten Ansteuerfrequenz sowie mit einer bestimmten Spannung bzw. Strom betrieben wird. Damit lässt sich der Elektromotor so betreiben, dass der Lagewinkel angefahren werden kann. Strom bzw. Spannung und Frequenz werden so gewählt, dass das aufgebrachte Drehmoment ausreichend ist, um ein Zurückdrehen des Verbrennungsmotors zu verhindern. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, die genaue Position des Verbrennungsmotors auch mit Lage-/Drehzahl-Sensoren zu bestimmen, die keine Links-/Rechtslauferkennung besitzen.

[0019] Weitere Merkmale der Erfindung sind den offenbarten Gegenständen und Verfahren entnehmbar oder sind für den Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen und den angefügten Zeichnungen ersichtlich.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0020] Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft und anhand der angefügten Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Startersystems für einen Verbrennungsmotor; und

Fig. 2 ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

[0021] In Figur 1 ist ein Motorsystem z. B. für ein Kraftfahrzeug veranschaulicht. Es weist z.B. einen nach dem Viertaktverfahren arbeitenden Vierzylinderverbrennungsmotor 1 auf, der Drehmomente über eine Kurbelwelle 2, zu weiteren (nicht gezeigten) Teilen eines Antriebssystems des Kraftfahrzeuges auf die Antriebsräder des Kraftfahrzeuges überträgt.

[0022] Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist unmittelbar auf der Kurbelwelle 2 ein als Starter/Generator dienender Elektromotor 4, angeordnet. Der Elektromotor 4 weist einen fest mit der Kurbelwelle 2 verbundenen Rotor (nicht gezeigt) auf, sowie einen z. B. am Gehäuse des Verbrennungsmotors 1 abgestützten Stator (nicht gezeigt) auf. Der Elektromotor 4 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Asynchronmotor 4 ausgebildet, kann jedoch auch als Synchronmotor öder ähnliches ausgebildet sein.

[0023] Ein solcher Elektromotor 4 besitzt ein hohes Drehmoment für den Starterbetrieb. Bei anderen (nicht gezeigten) Ausführungsformen ist der Elektromotor 4 über ein Übersetzungsgetriebe mit der Kurbelwelle 2 gekoppelt, ggf. über ein zwischengeschaltetes Einspurgetriebe. Der Elektromotor 4 ist so ausgelegt, dass er zum Einstellen einer gewünschten Kurbelwinkelstellung das erforderliche Drehmoment in Laufrichtung des Verbrennungsmotors und außerdem beim Starten die erforderliche Startleistung zum direkten Antreiben der Kurbelwelle 2 auf die erforderliche Startdrehzahl aufbringen kann.

[0024] Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird der Elektromotor von einer Steuereinheit 5 angesteuert. Die Steuereinheit 5 umfasst eine Ansteuereinheit 6, um den Elektromotor 4 mit Hilfe von Ansteuersignalen, insbesondere mit Hilfe von PWM-Signalen (Pulsweitenmodulationssignale) anzusteuern. Die Ansteuersignale werden im Allgemeinen abhängig von der aktuellen Motordrehzahl, der gewünschten Solldrehzahl und/oder vom Lagewinkel des Rotors des Elektromotors 4 generiert. Die Steuereinheit 5 steuert des Weiteren den Vorgang zur Startwinkeleinstellung sowie den Startvorgang.

[0025] Von einem Lagesensor 7 der im gezeigten Ausführungsbeispiel an der Kurbelwelle angebracht ist, empfängt die Steuereinheit 5 den aktuellen Lagewinkel der Kurbelwelle. Der Lagesensor kann gemäß einer weiteren Ausführungsform auch in dem Elektromotor 4 integriert sein und z. B. als Hall-Effekt-Drehwinkelsensor ausgebildet sein, um den Rotorwinkel zu messen. Der gemessene Rotorwinkel entspricht aufgrund der direkten Kopplung des Rotors mit der Kurbelwelle 2, dem Lagewinkel.

[0026] Der Startvorgang des Verbrennungsmotors 1 wird in besonderer Weise vorbereitet: Nach Beendigung des Motorbetriebes, z. B. beim oder kurz nach dem Abschalten der Zündung des Kraftfahrzeugs steuert die Steuerungseinheit 5 den Elektromotor 4 über die Ansteuereinheit 6 so an, dass die Kurbelwelle 2 in eine für den nächsten Start günstige Kurbelwinkelstellung, den Startwinkel, gebracht wird. Hierbei führt der Elektromotor 4 die Kurbelwelle 2 des auslaufenden Verbrennungsmotors 1, um den gewünschten Startwinkel einzustellen.

[0027] Der Lagesensor 7 dient in erster Linie zur Lagewinkelerfassung. Er wird jedoch auch zur Drehzahlerfassung für vielfältige Funktionen innerhalb des Motorsystems insbesondere auch für die Einspritzsteuerung des Verbrennungsmotors verwendet. Die üblicherweise verwendeten Lagesensoren weisen in der Regel jedoch nur eine Genauigkeit auf, die für die herkömmlichen Funktionen ausreichend ist. Das Erreichen des Startwinkels kann durch eine Signalflanke des Lagesensors 7 angegeben werden. Insbesondere kann das Erreichen des Startwinkels durch ein CAN-Signal angegeben werden.

[0028] Der Elektromotor 4 wird üblicherweise in einer Regelungsbetriebsart (closed loop) betrieben, d.h. abhängig z.B. von der Drehzahl und der gewünschten SollDrehzahl werden die Ansteuersignale von der Ansteuereinheit 6 generiert. Wenn die Drehzahl der Kurbelwelle 2 bzw. der aktuelle Lagewinkel jedoch nur mit einer geringen Genauigkeit erfasst wird, führt dies vor allem bei kleinen Drehzahlen der Kurbelwelle 2 zu erheblichen relativen Fehlern, die ein präzises Betreiben des Elektromotors 4 in der Regelungsbetriebsart verhindern. Geringe Drehzahlen treten jedoch beim Auslaufen der Kurbelwelle kurz vor dem Stillstand auf. Dabei ist gerade beim Einstellen des Lagewinkels beim Auslaufen der Kurbelwelle nach dem Beendigen des Motorbetriebes ein besonders präzises Betreiben des Elektromotors 4 notwendig, um den Startwinkel einzustellen.

[0029] Die Steuereinheit 5 ist daher so gestaltet, dass sie beim Auslaufen des Verbrennungsmotors den Elektromotor 4 unterhalb einer Grenzdrehzahl in einer Steuerbetriebsart (open loop) betreibt. D.h. der Elektromotor 4 wird nicht länger in einer feldorientierten Regelung betrieben, die bei der Generierung der Ansteuersignale die aktuelle Rotordrehzahl berücksichtigt, sondern nun unabhängig von der aktuellen Drehzahl mit festgelegten Größen wie z.B. der Ansteuerfrequenz, sowie festgelegten Strom- und Spannungsverläufen betrieben, um den Kurbelwinkel mit einem dadurch bestimmten Drehmoment noch ein kurzes Stück weiter auf den Startwinkel zu drehen. Das Erreichen des Startwinkels kann durch eine Signalflanke des Lagesensors 7 angezeigt werden. Die Steuereinheit 5 stoppt dann die Ansteuerung des Elektromotors 4 unmittelbar.

[0030] Die Steuereinheit 5 steuert also den Elektromotor 4 unterhalb der Grenzdrehzahl in der Steuerbetriebsart an, um den Startwinkel anzufahren. Die Grenzdrehzahl liegt bei einer Drehzahl, bei der die herkömmliche Drehzahlerfassung zu ungenau wird, um einen störungsfreien Betrieb des Elektromotors mit einer feldorientierten Regelung zu ermöglichen. Diese Grenzdrehzahl liegt beispielsweise bei Drehzahlen im Bereich von 5 bis 50 U/min, kann jedoch auch darunter oder darüber liegen. Strom bzw. Spannung und Frequenz sind dabei so gewählt, dass das aufgebrachte Drehmoment ausreichend ist, um ein Zurückdrehen des Verbrennungsmotors zu verhindern. Dadurch ist es möglich, die genaue Position des Verbrennungsmotors auch mit Lage-/Drehzahl-Sensoren zu bestimmen, die keine Links-/Rechtslauferkennung besitzen.

[0031] Bei herkömmlichen Drehzahlsensoren, wie sie in Motorsystemen üblicherweise Verwendung finden, bzw. bei der Verwendung von Lagesensoren wird die Drehrichtung nicht detektiert, da der Verbrennungsmotor nur in eine Drehrichtung betrieben wird. Aus diesem Grund ist es notwendig, dass die Steuereinheit 5 den Elektromotor 4 in der Steuerbetriebsart so ansteuert, dass die Kurbelwelle 2 weiter in der üblichen Drehrichtung der Kurbelwelle gedreht wird, um den Startwinkel einzustellen. Strom bzw. Spannung und Frequenz müssen so gewählt werden, dass das aufgebrachte Drehmoment ausreichend ist, ein Zurückdrehen des Verbrennungsmotors zu verhindern. Dadurch ist es möglich, die genaue Position des Verbrennungsmotors auch mit Lage-/Drehzahl-Sensoren zu bestimmen, die keine Links-/Rechtslauferkennung besitzen.

[0032] Beim Stoppen des Verbrennungsmotors steuert die Steuereinheit 5 den Verbrennungsmotor 1 so an, dass unterhalb einer weiteren Grenzdrehzahl, die größer ist als die Grenzdrehzahl, eine Brennstoffzufuhr für den Verbrennungsmotor abgeschaltet wird. Die Grenzdrehzahl liegt vorzugsweise in einem Bereich, unter dem kein selbstständiger Motorbetrieb des Verbrennungsmotors 1 bzw. kein rundlaufender Motorbetrieb möglich ist. Insbesondere liegt die weitere Grenzdrehzahl bei ca. 800 U/min, kann jedoch auch größere oder kleinere Werte annehmen. Ferner kann der Elektromotor 4 unterhalb der weiteren Grenzdrehzahl gemäß der Regelungsbetriebsart mit einer feldorientierten Regelung weiter abhängig von der Drehzahl angesteuert werden, um Schwingungen der Kurbelwelle, welche beim Stoppen des Verbrennungsmotors auftreten, zu dämpfen Dazu wird das Auslaufen der Kurbelwelle 2 mit Hilfe des Elektromotors 4 geführt, d.h. der Elektromotor 4 mindert durch ein zusätzliches Drehmoment die Schwankungen bei der Abnahme der Drehzahl beim Auslaufen des Verbrennungsmotors 1.

[0033] Bei Unterschreiten der Grenzdrehzahl wird dann von der feldorientierten Regelung der Regelungsbetriebsart auf den Steuerbetrieb der Steuerbetriebsart umgeschaltet, um am Ende des Auslaufvorgangs den Startwinkel möglichst genau einzustellen. Dabei wird der Elektromotor 4 so angesteuert, dass er den Startwinkel mit einem vorbestimmten Drehmoment, d.h. einer vorbestimmten Drehzahl, bzw. mit einem vorbestimmten Drehmomentenverlauf anfährt.

[0034] Der "optimale" Lagewinkel zum Starten eines Verbrennungsmotors, also der Startwinkel, hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie u. a. vom Motortyp, Zylinderzahl und Zündfolge, und außerdem von dem angestrebten Startverhalten, ob z. B. für den nächsten Start ein geringes Startmoment zu Beginn des Startvorgangs, eine verkürzte Startdauer oder zumindest ein reproduzierbares Startverhalten mit immer gleichbleibenden Startbedingungen gewünscht wird. Für einen wie in Fig. 1 dargestellten Vierzylinder-Viertaktverbrennungsmotor 1 liegt zum Beispiel ein möglicher günstiger Startwinkel mit verringertem Startmoment in einem Bereich unmittelbar nach dem oberen Totpunkt des zuerst gezündeten Zylinders. Da bei einem Vierzylinder-Reihenmotor üblicherweise die beiden äußeren Zylinder im Gleichlauf zueinander, aber im Gegenlauf zu den beiden inneren Zylindern betrieben werden, liegt demnach ein möglicher günstiger Startwinkel unmittelbar nach dem oberen Totpunkt der beiden äußeren Zylinder des Verbrennungsmotors 1.

[0035] Der Vorteil dieses eingestellten Startwinkels ist, dass das zu Beginn des darauf folgenden Startvorgangs von der Startermaschine 4 aufzubringende Losbrechmoment erheblich geringer ist als bei bekannten Startersystemen. Wird der Verbrennungsmotor 1 aus dieser eingestellten Kurbelwinkelstellung heraus gestartet, so setzen zumindest die beiden äußeren Zylinder des Verbrennungsmotors 1 der elektrische Maschine 4 ein relativ geringes, vorwiegend reibungsbedingtes Moment entgegen. Bis zum nächsten Verdichtungstakt (der beiden inneren Zylinder) kann die elektrische Maschine 4 dem System genügend (Start-) Energie zum Überwinden der Kompression zuführen.

[0036] Alternativ kann ein günstiger Startwinkel auch kurz vor dem unteren Totpunkt liegen, wenn es in erster Linie darum geht, ein reproduzierbares Startverhalten mit gleichbleibenden Startbedingungen zu erzielen, weil diese Startwinkelposition stabiler gegenüber etwaigen Fahrzeugbewegungen zwischen dem Abschalten des Verbrennungsmotors und dem nächsten Starvorgang ist.

[0037] In dem Flussdiagramm gemäß Fig. 2 wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Positionieren der Kurbelwelle auf einen Startwinkel veranschaulicht: Im Schritt S1 wird zunächst abgefragt, ob der Verbrennungsmotor 1 ausgeschaltet werden soll. Der Benutzer des Kraftfahrzeugs kann dies durch Ausschalten der Zündung oder ähnlichem bewirken. Dabei wird durch die Steuereinheit die Zufuhr von Kraftstoff zu dem Verbrennungsmotor gestoppt und die Drehzahl der Kurbelwelle nimmt ab.

[0038] Unterschreitet die aktuelle Drehzahl der Kurbelwelle 2 die weitere Grenzdrehzahl (Schritt S2), so wird der Regelungsbetrieb für den Elektromotor 4 eingestellt (Schritt S3). Dann übernimmt der Elektromotor 4 angesteuert durch die Steuereinheit 5 die Führung der Kurbelwelle 2 (Schritt S3), um beim Auslaufen des Verbrennungsmotors 1 auftretende Schwingungen zu dämpfen. Der Elektromotor wird dabei mit der feldorientierten Regelung betrieben und kann so in optimaler Weise durch die Ansteuereinheit 6 angesteuert werden.

[0039] Unterschreitet die Drehzahl die Grenzdrehzahl (Schritt S5), deren Wert angibt, dass die Erfassung der Drehzahl nun zu ungenau ist, um den Elektromotor im Regelungsbetrieb zu betreiben, so wird in Schritt S6 in den Steuerbetrieb des Elektromotors 4 umgeschaltet. Im Steuerbetrieb kann dann der Startwinkel angefahren werden.

Ansprüche

1. Verfahren zum Positionieren einer Kurbelwelle (2) eines Verbrennungsmotors (1) auf einen Startwinkel mit Hilfe eines unmittelbar auf der Kurbelwelle (2) angeordneten als Starter/Generator dienenden Elektromotors (4), wobei:

- der Elektromotor (4) gemäß einer Regelungsbetriebsart abhängig von der Drehzahl der Kurbelwelle (2) ansteuerbar ist,

- die Kurbelwelle (2) nach einem Stoppen des Verbrennungsmotors (1) auf den Startwinkel verfahren wird, um bei einem nachfolgenden Starten den Verbrennungsmotor (1) aus diesem Startwinkel heraus zu starten,

dadurch gekennzeichnet, dass,

- der Elektromotor (4) unterhalb einer Grenzdrehzahl in einer Steuerbetriebsart unabhängig von der Drehzahl in einem Steuerbetrieb so angesteuert wird, dass die Kurbelwelle (2) weiter in der üblichen Drehrichtung der Kurbelwelle gedreht wird, um den Startwinkel einzustellen, und Strom bzw. Spannung und Frequenz so gewählt werden, dass das aufgebrachte Drehmoment ausreichend ist, ein Zurückdrehen des Verbrennungsmotors zu verhindern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Stoppen des Verbrennungsmotors (1) bei Unterschreiten der Grenzdrehzahl von einer feldorientierten Regelung der Regelungsbetriebsart auf den Steuerbetrieb der Steuerbetriebsart umgeschaltet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erreichen des Startwinkels durch eine Flanke eines Drehzahlsensors oder durch eine Flanke eines Lagesensors angegeben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Erreichen des Startwinkels durch ein CAN-Signal angegeben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Startwinkel derjenige Kurbelwinkel gewählt wird, bei dem die Startdauer des Verbrennungsmotors verringert ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Startwinkel derjenige Kurbelwinkel gewählt wird, bei dem das Startmoment verringert ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Startwinkel ein Kurbelwinkel kurz vor dem unteren Totpunkt eines Zylinders gewählt wird.

8. Steuersystem zum Ansteuern eines unmittelbar auf einer Kurbelwelle (2) eines Verbrennungsmotor (1) angeordneten als Starter/Generator dienenden Elektromotors (4), um die Kurbelwelle (2) auf einen Startwinkel zu positionieren, wobei das Steuersystem umfasst:

- eine Erfassungseinrichtung (7) zum Empfangen und/oder Ermitteln eines Lagewinkels und/oder der Drehzahl der Kurbelwelle (2); und

- eine Steuereinheit (5), die geeignet ist, den Elektromotor (4) in einer Regelungsbetriebsart abhängig von der Drehzahl der Kurbelwelle anzusteuern und die Kurbelwelle (2) nach einem Stoppen des Verbrennungsmotors (1) auf den Startwinkel zu verfahren, so dass bei einem nachfolgenden Starten der Verbrennungsmotor (1) von diesem Startwinkel heraus gestartet wird,

dadurch gekennzeichnet, dass

- die Steuereinheit so gestaltet ist, um den Elektromotor (4) gemäß einer Steuerbetriebsart unterhalb einer vorgegebenen Grenzdrehzahl in einem gesteuerten Betrieb unabhängig von der Drehzahl anzusteuern, so dass die Kurbelwelle (2) weiter in der üblichen Drehrichtung der Kurbelwelle gedreht wird, um den Startwinkel einzustellen, und Strom bzw. Spannung und Frequenz so gewählt werden, dass das aufgebrachte Drehmoment ausreichend ist, ein Zurückdrehen des Verbrennungsmotors zu verhindern.

9. Steuersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) beim Stoppen des Verbrennungsmotors (1) bei Unterschreiten der Grenzdrehzahl von einer feldorientierten Regelung der Regelungsbetriebsart auf den Steuerbetrieb der Steuerbetriebsart umschaltet.

10. Steuersystem nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit so gestaltet ist, um den Elektromotor (4) in der Steuerbetriebsart mit einem vorbestimmten Drehmoment anzusteuern, um die Kurbelwelle (2) auf den Startwinkel zu bewegen, wobei das Drehmoment durch die Ansteuerfrequenz sowie die Spannung oder den Strom einstellbar ist.

Claims

1. A method for positioning a crankshaft (2) of an internal combustion engine (1) at a starting angle with the aid of an electric motor (4) which is arranged directly on the crankshaft (2) and serves as a starter/generator, wherein:

- the electric motor (4) can be actuated depending on the rotational speed of the crankshaft (2) according to a closed-loop mode of operation,

- the crankshaft (2) is moved so as to be at the starting angle once the internal combustion engine (1) has stopped in order to start the internal combustion engine (1) from said starting angle when it is started again,

characterized in that

- below a rotational speed threshold, the electric motor (4) is actuated independently of the rotational speed in open-loop operation in an open-loop mode of operation in such a manner that the crankshaft (2) continues to be rotated in the usual direction of rotation of the crankshaft in order to set the starting angle, and the current or the voltage and the frequency are selected such that the torque applied is sufficient to prevent the internal combustion motor from rotating back.

2. A method according to claim 1, characterized in that a switch is made from field-oriented regulation of the closed-loop mode of operation to open-loop operation of the open-loop mode of operation when the rotational speed decreases below the rotational speed threshold when the internal combustion engine (1) stops.

3. A method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that an edge of a rotational speed sensor or an edge of a position sensor indicates that the starting angle has been reached.

4. A method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a CAN signal indicates that the starting angle has been reached.

5. A method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the starting angle selected is the crank angle at which the time required to start the internal combustion engine is reduced.

6. A method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the starting angle selected is the crank angle at which the starting torque is reduced.

7. A method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the starting angle selected is a crank angle shortly before the bottom dead centre of the cylinder.

8. A control system for actuating an electric motor (4) which is arranged directly on a crankshaft (2) of an internal combustion engine (I) and serves as a starter/generator in order to position the crankshaft (2) at a starting angle, wherein the control system comprises:

- a detection device (7) for receiving and/or determining an angular position and/or the rotational speed of the crankshaft (2); and

- a control unit (5) which is suitable for actuating the electric motor (4) depending on the rotational speed of the crankshaft in a closed-loop mode of operation and to move the crankshaft (2) so as to be at the starting angle once the internal combustion engine (1) has stopped, so that the internal combustion engine (1) is started from said starting angle when it is started again,

characterized in that

- the control unit is designed to actuate the electric motor (4) independently of the rotational speed in open-loop operation according to an open-loop mode of operation below a predefined rotational speed threshold, so that the crankshaft (2) continues to be rotated in the usual direction of rotation of the crankshaft in order to set the starting angle, and the current or the voltage and the frequency are selected such that the torque applied is sufficient to prevent the internal combustion motor from rotating back.

9. A control system according to claim 8, characterized in that the control unit (5) makes a switch from field-oriented regulation of the closed-loop mode of operation to open-loop operation of the open-loop mode of operation when the rotational speed decreases below the rotational speed threshold when the internal combustion engine (1) stops.

10. A control system according to any one of claims 8 or 9, characterized in that the control unit is designed to actuate the electric motor (4) with a predefined torque in the open-loop mode of operation in order to move the crankshaft (2) so as to be at the starting angle, wherein the torque can be adjusted by means of the actuating frequency as well as the voltage or the current.

Revendications

1. Procédé de positionnement d'un vilebrequin (2) d'un moteur à combustion (1) sur un angle de démarrage à l'aide d'un moteur électrique (4) disposé directement sur le vilebrequin (2) et servant de démarreur/alternateur :

- le moteur électrique (4) étant pilotable selon une commande à boucle fermée en fonction de la vitesse de rotation du vilebrequin (2),

- le vilebrequin (2) étant, après un arrêt du moteur à combustion (1), déplacé vers l'angle de démarrage afin de, lors d'un démarrage suivant, faire démarrer le moteur à combustion (1) à partir de cet angle de démarrage,

caractérisé en ce que

- le moteur électrique (4), au-dessous d'une vitesse de rotation limite, dans une commande à boucle ouverte, est piloté indépendamment de la vitesse de rotation dans un mode de commande de sorte que le vilebrequin (2) continue à être mis en rotation dans le sens de rotation habituel du vilebrequin pour régler l'angle de démarrage, et le courant ou la tension et la fréquence sont choisis de sorte que le couple appliqué est suffisant pour empêcher une rotation en arrière du moteur à combustion.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lors de l'arrêt du moteur à combustion (1), lors du passage au-dessous de la vitesse de rotation limite, il y a passage d'une régulation de la commande à boucle fermée orientée sur le champ au mode de commande de la commande en boucle ouverte.

3. Procédé selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'obtention de l'angle de démarrage est indiquée par un flanc du capteur de vitesse de rotation ou par un flanc d'un capteur de position.

4. Procédé selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'obtention de l'angle de démarrage est indiquée par un signal CAN.

5. Procédé selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'est sélectionné en tant qu'angle de démarrage l'angle de vilebrequin pour lequel la durée de démarrage du moteur à combustion est réduite.

6. Procédé selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'est sélectionné en tant qu'angle de démarrage l'angle de vilebrequin pour lequel le couple de démarrage est réduit.

7. Procédé selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'est sélectionné en tant qu'angle de démarrage un angle de vilebrequin peu avant le point mort bas d'un cylindre.

8. Système de commande pour le pilotage d'un moteur électrique (4) disposé directement sur un vilebrequin (2) d'un moteur à combustion (1) et servant de démarreur/alternateur, pour positionner le vilebrequin (2) sur un angle de démarrage, le système de commande comprenant :

- un équipement de détection (7) pour recevoir et/ou déterminer un angle de position et/ou la vitesse de rotation du vilebrequin (2) ; et

- une unité de commande (5) qui est appropriée pour piloter le moteur électrique (4) dans la commande à boucle fermée en fonction de la vitesse de rotation du vilebrequin et pour déplacer le vilebrequin (2), après un arrêt du moteur à combustion (1), sur l'angle de démarrage de sorte que, lors d'un démarrage suivant, le moteur à combustion (1) est démarré à partir de cet angle de démarrage,

caractérisé en ce que

- l'unité de commande est constituée pour piloter le moteur électrique (4) selon une commande à boucle ouverte au-dessous d'une vitesse de rotation limite prédéfinie dans un mode commandé indépendamment de la vitesse de rotation de sorte que le vilebrequin (2) continue à être mis en rotation dans le sens de rotation habituel afin de régler l'angle de démarrage, et le courant ou la tension et la fréquence sont choisis de sorte que le couple appliqué est suffisant pour empêcher une rotation en arrière du moteur à combustion.

9. Système de commande selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'unité de commande (5), lors de l'arrêt du moteur à combustion (1), lors du passage au-dessous de la vitesse de rotation limite, passe d'une régulation de la commande à boucle fermée orientée sur le champ au mode de commande de la commande en boucle ouverte.

10. Système de commande selon une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que l'unité de commande est constituée de façon à piloter le moteur électrique (4) dans la commande à boucle ouverte avec un couple prédéterminé pour déplacer le vilebrequin (2) vers l'angle de démarrage, le couple pouvant être réglé par la fréquence de pilotage ainsi que par la tension ou le courant.

Zeichnung