DE10030367A1

DE10030367A1 - Antriebseinheit, insbesondere für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10030367A1
Application number: DE10030367A
Authority: DE
Inventors: Juergen Lang; Dittmar Wieland
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2002-03-14
Anticipated expiration: 2020-06-22
Also published as: DE10030367C5; DE10030367B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kolbenmotor, einem über eine steuerbare Kupplung damit antriebsverbundenen, als Starter und als Generator betreibbaren Startergenerator und mit einer Steuerung, die einen Impulsstart des Kolbenmotors mit den folgenden Schritten ermöglicht: DOLLAR A - bei stillstehendem Kolbenmotor und vollständig geöffneter Kupplung wird der Startergenerator als Starter betrieben und auf eine Starterdrehzahl gebracht, DOLLAR A - durch Betätigen der Kupplung wird der Kolbenmotor eingekuppelt, wobei eine Eingangsdrehzahl und eine Ausgangsdrehzahl der Kupplung aneinander angeglichen werden, bis die Kupplung vollständig geschlossen ist. DOLLAR A Um eine Überhöhung des durch die Kupplung übertragenen Übertragungsmoments beim Einkuppeln zu reduzieren, betätigt die Steuerung beim Impulsstart die Kupplung so, daß eine Kupplungskraft, die das Übertragungsmoment zwischen Startergenerator und Kolbenmotor bewirkt, beim Einkuppeln reduziert wird, bevor Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl gleich sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kolbenmotor und einem über eine steuerbare Kupplung damit antriebsverbundenen Startergenerator entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Antriebseinheit ist aus der DE 197 45 995 A1 bekannt und besitzt einen Startergenerator, der sowohl als Starter als auch als Generator betrieben werden kann. Des weiteren verfügt die Antriebseinheit über eine Steuerung, die einen sogenannten "Impulsstart" des Kolbenmotors ermöglicht. Zu Beginn eines solchen Impulsstarts steht der Kolbenmotor still und die Kupplung ist vollständig geöffnet. Dann wird der Startergenerator als Starter betrieben und auf eine relativ hohe Starterdrehzahl gebracht. Sobald der Startergenetator die gewünschte Starterdrehzahl erreicht hat, wird durch eine entsprechende Betätigung der Kupplung der Kolbenmotor eingekuppelt, wobei eine Eingangsdrehzahl der Kupplung und eine Ausgangsdrehzahl der Kupplung aneinander angeglichen werden. Sobald Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl gleich sind, ist die Kupplung vollständig geschlossen.

Bei einer derartig aufgebauten Antriebseinheit kommt es im Verlauf eines derartigen Impulsstarts mit dem vollständigen Schließen der Kupplung zu einer kurzzeitigen Überhöhung der zwischen Startergenerator und Kolbenmotor übertragenen Übertragungsmomente, was zu einer extremen Materialbeanspruchung im Antriebsstrang führt und Nachteile hinsichtlich des Fahrkomforts und der Geräuschentwicklung mit sich bringt.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine Antriebseinheit der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine Überhöhung des Antriebsmoments beim vollständigen Schließen der Kupplung reduziert ist.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine Antriebseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine das Übertragungsmoment zwischen Startergenerator und Kolbenmotor bewirkende Kupplungskraft vor dem vollständigen Schließen der Kupplung zu reduzieren. Die Erfindung nutzt dabei die Erkenntnis, daß bei einer als Reibungskupplung ausgebildeten Kupplung die von der Kupplung übertragbaren Übertragungsmomente von der Kupplungskraft und den wirksamen Reibungskoeffizienten abhängen. Diese Reibungskoeffizienten treten zwischen einem Antriebsglied und einem Abtriebsglied der Kupplung auf, die miteinander in Kontakt stehen, um Übertragungsmomente übertragen zu können. Da entsprechend einer physikallschen Gesetzmäßigkeit bei zwei miteinander in Kontakt stehenden Gegenständen der Haftreibungskoeffizient stets größer ist als der Gleitreibungskoeffizient, kommt es bei der finalen Angleichung der Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl in der Kupplung zu einem sprunghaften Anstieg des übertragenen Moments, sofern die. Kupplungskraft konstant bleibt. Hier setzt die Erfindung ein und reduziert rechtzeitig vor diesem sprunghaften Momentenanstieg die Kupplungskraft, wodurch der Momentanstieg beim Übergang zwischen Haftreibung und Gleitreibung reduziert oder eliminiert wird. Da somit wirksam eine Überhöhung des übertragenen Moments beim Schließen der Kupplung verhindert werden kann, erhöht sich die Lebensdauer der Antriebseinheit, wobei sich außerdem deren Komfort und Laufruhe verbessern.

Vorzugsweise wird die Steuerung so ausgebildet, daß sie beim Impulsstart die Kupplung so betätigt, daß die Reduzierung der Kupplungskraft so ausfällt, daß sich das Übertragungsmoment bis zum vollständigen Schließen der Kupplung nicht mehr erhöht, wodurch der Antriebsstrang geschont wird.

Bevorzugt wird jedoch eine Ausführungsform, bei der die Steuerung so ausgebildet ist, daß sich die Kupplungskraft durch die Betätigung der Kupplung beim Impulsstart so reduziert, daß das Übertragungsmoment bis zum vollständigen Schließen der Kupplung im wesentlichen konstant bleibt. Durch diese Ausgestaltung der Steuerung ergibt sich ein besonders homogener Drehmomentenverlauf im Antriebsstrang.

Die Steuerung kann so ausgebildet sein, daß sie beim Impulsstart die Kupplung in Abhängigkeit eines vorbestimmten Zeitablaufs betätigt. Ein derartiger Zeitablauf kann in Versuchsreihen kennfeldmäßig erfaßt werden, wodurch in der Regel zuverlässige Funktionsabläufe erzielt werden können. Ebenso ist es möglich, die Steuerung so auszubilden, daß beim Impulsstart die Kupplung in Abhängigkeit einer Differenz zwischen Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl betätigt wird. Hierdurch ergibt sich eine bessere Anpassung des Impulsstartes an die tatsächlich herrschenden Betriebsbedingungen.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform, bei der die Kupplung als Reibungskupplung ausgebildet ist, deren Antriebsglied und Abtriebsglied miteinander in Kontakt stehen, um die Übertragungsmomente zu übertragen, kann die Steuerung so ausgebildet sein, daß sie beim Impulsstart eine Betätigung der Kupplung ermöglicht, bei der das Verhältnis von reduzierter Kupplungskraft zu unreduzierter Kupplungskraft etwa gleich groß ist wie das Verhältnis von Gleitreibungskoeffizient zu Haftreibungskoeffizient zwischen Antriebsglied und Abtriebsglied. Bei dieser Ausgestaltung unterbleibt eine sprunghafte Momentüberhöhung.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die einzige Fig. 1 zeigt eine schematisierte Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit.

Entsprechend Fig. 1 weist eine Antriebseinheit 1 nach der Erfindung einen Kolbenmotor 2 auf, der eine Kurbelwelle 3 besitzt, die im Inneren des Kolbenmotors 2 von nicht dargestellten Kolben angetrieben wird. Der Kolbenmotor 2 ist über seine Kurbelwelle 3 mit einer Kupplung 4 antriebsverbunden, die als Reibungskupplung ausgebildet ist und dementsprechend ein Antriebsglied 5 und ein Abtriebsglied 6 besitzt. Des weiteren enthält die Kupplung 4 Aktuatoren 7, mit deren Hilfe in der Kupplung 4 eine Kupplungskraft 8 erzeugt werden kann, die hier durch Pfeile symbolisiert ist und die hier das Antriebsglied 5 gegen das Abtriebsglied 6 anpreßt, damit diese miteinander in Kontakt stehen, um eine Momentübertragung über die Kupplung 4 zu erzielen. Die Kupplung 4 ist steuerbar ausgebildet, was durch eine Steuerleitung 9 symbolisiert wird, die mit einer Steuerung 10 verbunden ist.

Die Kupplung 4 ist außerdem mit einem Startergenerator 11 antriebsverbunden, der einen innenliegenden Rotor 12 aufweist.

Der Startergenerator 11 zeigt somit einen konzentrisch zu einem Triebstrang 13 angeordneten Aufbau, wobei der Rotor 12 hier direkt mit der Antriebsseite der Kupplung 4 verbunden ist. Der Startergenerator 11 ist über eine Steuerleitung 14 mit der Steuerung 10 verbunden und kann einerseits als Starter und andererseits als Generator betrieben werden. Beim Betrieb als Starter treibt der Startergenerator 11 den Kolbenmotor 2 an, um diesen zu starten. Beim Betrieb des Startergenerators 11 als Generator treibt der Kolbenmotor 2 den Startergenerator 11 an, um die Stromversorgung der Antriebseinheit 1 zu gewährleisten.

Hierbei wird klar, daß die Bezeichnungen "Antriebsglied", "Antriebsseite", "Abtriebsglied" und "Abtriebsseite" gegeneinander austauschbar sind, da sie funktional davon abhängen, ob der Startergenerator 11 als Generator oder als Starter betrieben wird. Bezüglich der Kupplung 4 sind die Bezeichnungen hier jedoch so gewählt, daß sie der Funktion entsprechen, die beim Betrieb des Startergenerators 11 als Starter auftreten.

Der Startergenerator 11 ist außerdem mit einem Schwungrad 15 sowie über eine weitere Kupplung 16 mit einem Getriebe 17 antriebsverbunden. Dieses Getriebe 17 ist somit eingangsseitig mit dem Kolbenmotor 2 und ausgangsseitig mit einem Antriebsstrang 18 verbunden.

Darüber hinaus können bei der hier dargestellten besonderen Ausführungsform Sensoren 19 und 20 vorgesehen sein, die über entsprechende Signalleitungen 21 und 22 mit der Steuerung 10 verbunden sind. Die Sensoren 19 und 20 sind als Drehzahlsensoren ausgebildet und können die eingangsseitige und die ausgangsseitige Drehzahl der Kupplung 4 ermitteln, wobei der Drehzahlsensor 19 die Eingangsdrehzahl und der Drehzahlsensor 20 die Ausgangsdrehzahl der Kupplung 4 detektiert und der Steuerung 10 übermittelt.

Zur Durchführung eines Impulsstarts arbeitet die erfindungsgemäße Antriebseinheit 1 wie folgt:
Zu Beginn des Impulsstarts steht der Kolbenmotor 2 bzw. dessen Kurbelwelle 3 still. Die Kupplung 4 wird so betätigt, daß sie offen ist, d. h. Antriebsglied 5 und Abtriebsglied 6 stehen nicht miteinander in Kontakt. Der Startergenerator 11 wird als Starter betrieben und auf eine vorbestimmte Starterdrehzahl gebracht. Die Steuerung 10 sorgt außerdem dafür, daß im Getriebe 17 ein Leerlaufgang eingelegt ist und/oder daß die zusätzliche Kupplung 16 ebenfalls vollständig geöffnet ist. Durch das Beschleunigen des Starters 11 wird das damit gekoppelte Schwungrad 15 ebenfalls beschleunigt.

Sobald der Rotor 12 und somit das Schwungrad 15 die gewünschte Starterdrehzahl erreicht haben, die bei der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform außerdem mit der Eingangsdrehzahl der Kupplung 4 übereinstimmt, betätigt die Steuerung 10 die Kupplung 4 so, daß die Aktuatoren 7 eine relativ hohe Kupplungskraft 8 erzeugen. Auf diese Weise wird der Kolbenmotor 2 eingekuppelt, wobei die Motordrehzahl bzw. die Kurbelwellendrehzahl zunimmt. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht die Motordrehzahl bzw. die Kurbelwellendrehzahl der Ausgangsdrehzahl der Kupplung 4.

Während der Zunahme der Ausgangsdrehzahl kann die Eingangsdrehzahl gleich bleiben oder abnehmen; jedenfalls nähern sich Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl unter der Wirkung der Kupplungskraft 8 aneinander an.

Dabei wird über die Sensoren 19 und 20 die Eingangsdrehzahl permanent mit der Ausgangsdrehzahl verglichen.

Sobald eine Differenz zwischen Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl einen vorbestimmten Grenzwert erreicht, wird die Kupplungskraft 8 reduziert, wodurch sich bei der Einstellung des Gleichlaufs zwischen Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl ein Sprung des Übertragungsmoments reduziert oder im Idealfall verhindert werden kann. Es ist klar, daß die Kupplungskraft 8 dabei nur so weit reduziert wird, daß das verbleibende Übertragungsmoment noch hinreichend groß ist, die Eingangsdrehzahl und die Ausgangsdrehzahl der Kupplung 4 vollständig aneinander anzugleichen. Nachdem sich zwischen Kupplungseingang und Kupplungsausgang ein Gleichlauf eingestellt hat, kann die Kupplungskraft 8 wieder erhöht werden, wobei es dann zu keiner Änderung des Übertragungsmoments kommt.

Während beim gezeigten Ausführungsbeispiel die Kupplungskraft 8 in Abhängigkeit der Differenz zwischen Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl gesteuert wird, kann bei einer anderen Ausführungsform beispielsweise eine zeitabhängige Steuerung der Kupplung 4 bzw. deren Kupplungskraft 8 vorgesehen sein. Ebenso kann die Steuerung der Kupplungskraft 8 in Abhängigkeit des Übertragungsmoments durchgeführt werden.

Claims

1. Antriebseinheit, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kolbenmotor (2), mit einem über eine steuerbare Kupplung (4) damit antriebsverbundenen, als Starter und als Generator betreibbaren Startergenerator (11) und mit einer Steuerung (10), die einen Impulsstart des Kolbenmotors (2) mit den folgenden Schritten ermöglicht:

- bei stillstehendem Kolbenmotor (2) und vollständig geöffneter Kupplung (4) wird der Startergenerator (11) als Starter betrieben und auf eine Starterdrehzahl gebracht
- durch Betätigen der Kupplung (4) wird der Kolbenmotor (2) eingekuppelt, wobei eine Eingangsdrehzahl und eine Ausgangsdrehzahl der Kupplung (4) aneinander angeglichen werden, bis die Kupplung (4) vollständig geschlossen ist,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerung (10) beim Impulsstart die Kupplung (4) so betätigt, daß sich eine Kupplungskraft (8), die ein Übertragungsmoment zwischen Startergenerator (11) und Kolbenmotor (2) bewirkt, vor dem vollständigen Schließen der Kupplung (4) reduziert.

2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (10) beim Impulsstart die Kupplung (4) so betätigt, daß die Kupplungskraft (8) beim Einkuppeln reduziert wird, bevor Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl gleich sind, wobei die reduzierte Kupplungskraft (8) ausreichend groß gewählt ist, die Eingangsdrehzahl und die Ausgangsdrehzahl weiter aneinander anzugleichen.

3. Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (10) beim Impulsstart die Kupplung (4) so betätigt, daß die Kupplungskraft (8) erhöht wird, sobald Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl gleich sind.

4. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (10) beim Impulsstart die Kupplung (4) so betätigt, daß sich die Kupplungskraft (8) so reduziert, daß das Übertragungsmoment bis zum vollständigen Schließen der Kupplung (4) nicht mehr zunimmt.

5. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (10) beim Impulsstart die Kupplung (4) so betätigt, daß sich die Kupplungskraft (8) so reduziert, daß das Übertragungsmoment bis zum vollständigen Schließen der Kupplung (4) im wesentlichen konstant bleibt.

6. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (10) beim Impulsstart die Kupplung (4) in Abhängigkeit eines vorbestimmten Zeitablaufs betätigt.

7. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (10) beim Impulsstart die Kupplung (4) in Abhängigkeit einer Differenz zwischen Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl der Kupplung (4) betätigt.

8. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung beim Impulsstart die Kupplung (4) in Abhängigkeit des Übertragungsmoments betätigt.

9. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer als Reibungskupplung ausgebildeten Kupplung (4), bei der ein Antriebsglied (5) und ein Abtriebsglied (6) miteinander in Kontakt stehen, um die Übertragungsmomente zu übertragen, die Steuerung (10) beim Impulsstart die Kupplung (4) so betätigt, daß das Verhältnis von reduzierter Kupplungskraft (8) zu unreduzierter Kupplungskraft (8) etwa gleich groß ist, wie das Verhältnis von Gleitreibungskoeffizient zu Haftreibungskoeffizient zwischen Antriebsglied (5) und Abtriebsglied (6).

10. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer als Reibungskupplung ausgebildeten Kupplung (4), bei der ein Antriebsglied (5) und ein Abtriebsglied (6) miteinander in Kontakt stehen, um die Übertragungsmomente zu übertragen, die Kupplungskraft (8) bei ungeöffneter Kupplung (4) Antriebsglied (5) und Abtriebsglied (6) aneinander anpreßt.

11. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Startergenerator (11) mit einem Schwungrad (15) antriebsverbunden ist.

12. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Startergenerator (11) mit einer Eingangsseite eines Getriebes (17) antriebsverbunden ist, dessen Ausgangsseite mit einem Antriebsstrang (18) antriebsverbunden ist.

13. Antriebseinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Antriebsverbindung zwischen Startergenerator (11) und Getriebe (17) eine weitere Kupplung (16) angeordnet ist.

14. Antriebseinheit zumindest nach den Ansprüchen 11 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Kupplung (16) zwischen Schwungrad (15) und Getriebe (17) angeordnet ist.

15. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Startergenerator (11) einen innenliegenden Rotor (12) aufweist, der direkt mit der Kupplung (4) antriebsverbunden ist.

16. Antriebseinheit nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Startergenerator (11) konzentrisch zu einem vom Kolbenmotor (2) angetriebenen Triebstrang (13) angeordnet ist.