Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Startvorgangs einer Brennkraft- maschine eines hybridischen Antriebsstrangs mittels eines in einem Riementrieb mit einem Entkoppler angeordneten Startergenerators.

Hybridische Antriebsstränge weisen eine Brennkraftmaschine auf, welche von einer Elektromaschine unterstützt und auch gestartet wird. Die Elektromaschine ist dabei als Elektromotor wirksam und kann auch beispielsweise zur Rekuperation oder zum Laden eines Akkumulators mittels der Brennkraftmaschine als Generator betrieben werden. Beispielsweise kann eine derartige, als Startergenerator bezeichnete Elektro- maschine in einem Riementrieb in einer Riemenscheibenebene der Brennkraftma- schine angeordnet sein. Zur Dämpfung von Drehschwingungen in dem Riementrieb kann ein beispielsweise aus der Druckschrift WO 2014/094 760 A1 bekannter Ent- koppler integriert sein, der bevorzugt direkt als Riemenscheibe an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine aufgenommen ist und beispielsweise über den Umfang verteilt Bogenfedern aufweist, die zwischen eingangs- und ausgangsseitigen Beaufschla- gungsmitteln des Entkopplers beaufschlagt werden.

Um unterschiedliche Momentenanforderungen an den Startergenerator in den einzel- nen Betriebssituationen erfüllen zu können, ist beispielsweise aus den Druckschriften DE 10 2011 087 697 A1 und DE 10 2014 207 720 A1 ein Verfahren zur Steuerung ei- nes Riementriebs bekannt, bei dem mittels eines schaltbaren Planetengetriebes zwei unterschiedliche Übersetzungen zwischen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und dem Rotor des Startergenerators einstellbar sind. Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Verfahrens zur Durchführung eines Startvorgangs einer Brennkraftmaschine mittels eines in einem Riementrieb aufge- nommenen Startergenerators, gegebenenfalls ohne Planetengetriebe. Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren derart zu verbessern, dass auf den Riementrieb wirkende Belastungen während des Starts verringert werden.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von dem An- spruch 1 abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegen- stands des Anspruchs 1 wieder.

Das vorgeschlagene Verfahren dient der Steuerung eines Startvorgangs einer Brenn- kraftmaschine eines hybridischen Antriebsstrangs mittels eines in einem Riementrieb mit einem Entkoppler angeordneten Startergenerators. Hierbei kann eine schaltbare Übersetzung zwischen dem Startergenerator und der Brennkraftmaschine oder ledig- lich eine Übertragung der anstehenden Momente ohne Übersetzung eines Getriebes wie Planetengetriebes zwischen der Kurbelwelle und dem Rotor des Startergenerators vorgesehen sein. Der Entkoppler kann direkt an der Kurbelwelle aufgenommen sein und über den Umfang verteilt angeordnete Bogenfedern enthalten die jeweils stirnsei- tig von eingangs- und ausgangsseitigen Beaufschlagungsmitteln des Entkopplers, bei- spielsweise Flanschteilen, Anschlägen in der Riemenscheibe oder dergleichen beauf- schlagt werden. Hierbei kann zwischen dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil vor einem Wirkeingriff der Bogenfedern ein Freiwinkel ausgebildet sein.

Um einen sicheren, schnellen und guten Start der Brennkraftmaschine mittels des Startergenerators zu erzielen, muss zuerst gegebenenfalls ein Freiwinkel abgebaut und das Losbrechmoment der Brennkraftmaschine überwunden werden. Hierzu wer- den Startmomente mit hohen Gradientenverläufen eingestellt. Es hat sich hierbei ge- zeigt, dass verglichen mit einem linearen Gradientenverlauf des Startmoments mit bei- spielsweise 600Nm/s des Startergenerators vom Beginn des Starts bis zum Abschluss des Startvorgangs, der zu Überschwingern und hohen Belastungen des Entkopplers im Bereich dessen Nabe und anderen Bauteilen des Riementriebs führen kann, eine Steuerung des Gradientenverlaufs eines Startmoments des Startergenerators zumin- dest zweistufig vorteilhaft ist. Dies bedeutet, dass während des Startvorgangs der Gradientenverlauf innerhalb beispielsweise einer halben Sekunde zumindest zweimal geändert wird. Die Gradientenänderung erfolgt mittels einer entsprechenden Steue- rung des Startergenerators.

Die Einstellung der Stufen beziehungsweise ein Stufenwechsel des Gradientenver- laufs kann zeitabhängig vorgenommen werden. Hierbei kann beispielsweise ein typi- sches Startverhalten der Brennkraftmaschine, ein zeitabhängiges Verhalten des Rie- mentriebs samt Entkoppler und dergleichen empirisch erfasst und/oder simuliert und in dem Steuergerät zur Steuerung des Startverhaltens hinterlegt werden. Die entspre- chenden Stufen werden dann anhand dieses abgespeicherten Startverhaltens einge- stellt.

Alternativ oder zusätzlich kann ein Stufenwechsel des Gradientenverlaufs drehzahlab- hängig vorgenommen werden. Hierzu können die Drehzahlen der Brennkraftmaschine und/oder des Startergenerators interaktiv erfasst und ausgewertet werden.

Beispielsweise kann zur Vermeidung einer großen Vorspannung der Bogenfedern und dadurch entstehenden Achslasten im Entkoppler und im Riementrieb, zur Überwin- dung des Losbrechmoments der Brennkraftmaschine und/oder dergleichen ein Gradi- entenverlauf eingestellt werden, der unterhalb eines maximalen Startmomentgradien- ten bleibt, so dass ein hoher Überschwinger des Startergenerators vermieden und die auf den Entkoppler bei noch stehender oder sich gegenüber der Drehzahl des Starter- generators langsam drehender Kurbelwelle einwirkenden Kräfte vermindert bleiben, bis sich die aufgrund der hohen Massen träge beschleunigende Kurbelwelle im We- sentlichen mit der Drehzahl des Rotors des Startergenerators bewegt. Hierbei kann eine erste Stufe eines Gradienten des Startmoments eingestellt werden, bis eine Drehzahl der Kurbelwelle im Wesentlichen gleich dem Rotor erfasst wird und/oder eine entsprechende Zeit ab Bestromung des Startergenerators vergangen ist.

In einer zweiten Stufe kann anschließend an die erste Stufe ein Startmomentgradient mit maximal vorgesehenem Startmomentgradienten eingestellt werden. Die zweite Stufe kann beispielsweise eingestellt werden, sobald die Kurbelwelle sich mit gleicher Drehzahl wie der Rotor des Startergenerators dreht und/oder eine entsprechende Zeit ab Bestromung oder seit der Einstellung der zweiten Stufe vergangen ist.

Ausgehend von dem maximalen Startmomentgradient von beispielsweise 800Nm/s kann ein Verhältnis der Startmomentgradienten der ersten Stufe zur zweiten Stufe bei- spielsweise im Wesentlichen zwischen 0,4 und 0,7, bevorzugt 0,56 betragen. Eine Dauer des Startmomentgradienten der ersten Stufe bis zu einem Start der zweiten Stufe kann zwischen 0,05s und 0,07s, bevorzugt 0,06s eingestellt werden.

Insbesondere bei einem Einsatz eines Entkopplers mit Freiwinkel kann eine der ersten Stufe vorgeschaltete Vorstufe zum Aufbrauch eines gegebenenfalls vorhandenen Freiwinkels eingestellt werden. Der Startmomentgradient dieser Vorstufe kann gegen- über dem Startmomentgradienten der ersten Stufe erhöht, beispielsweise auf den ma- ximalen Startmomentgradienten eingestellt werden, da keine hohen Gegenkräfte des Entkopplers zu erwarten sind. Die Dauer der Vorstufe kann beispielsweise 0,01 s be- tragen oder beendet werden, sobald die Drehzahl der Kurbelwelle ungleich Null ist.

Die Erfindung wird anhand des in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbei- spiels näher erläutert. Diese zeigen:

Figur 1 ein Diagramm der Drehzahlen an einem Entkoppler und einer Brenn- kraftmaschine sowie einem Startmoment eines Startergenerators über die Zeit während eines Startvorgangs der Brennkraftmaschine, Figur 2 ein Diagramm eines Verdrehwinkels des Entkopplers der Figur 1 über die Zeit während eines Startvorgangs der Brennkraftmaschine und

Figur 3 ein Diagramm der Axialbelastung ausgewählter Komponenten eines Rie- mentriebs über die Zeit während eines Startvorgangs der Brennkraftma- schine.

Die Figur 1 zeigt das Diagramm 100 mit der Drehzahl n des Startergenerators, der Brennkraftmaschine und eines an der Kurbelwelle angeordneten Entkopplers sowie das Startmoment des Startergenerators über die Zeit t in einer für den Start der Brennkraftmaschine ungünstigen Stellung des Riementriebs. Die Kurve 101 zeigt die Drehzahl n(STG) des Startergenerators, die Kurve 102 zeigt die Drehzahl n(E) des Entkopplers und die Kurve 103 die Drehzahl n(BR) der Brennkraftmaschine. Der Ent- koppler ist mit einem Freiwinkel versehen, so dass der Gradientenverlauf des Start- moments M des Startergenerators, welches in der Kurve 104 gezeigt ist, zwischen dem Zeitpunkt t=0 zu Beginn der Bestromung des Startergenerators bis zum Zeitpunkt t3 in drei Startmomentgradienten unterteilt ist.

In der Vorstufe Dt(V) zwischen dem Zeitpunkt t=0 und dem Zeitpunkt t1 wird der Start- momentgradient aufgrund des in Nulllage des Freiwinkels stehenden Entkopplers auf einen für den vorliegenden Riementrieb maximalen Startmomentgradienten von bei- spielsweise 800Nm/s unter Aufbrauch des Freiwinkels gebracht. Der Entkoppler ent- hält dabei eine Federeinrichtung, die beispielsweise Bogenfedern enthält, welche nach Aufbrauch des Freiwinkels entsprechend einer vorgegebenen Kennlinie kompri- miert werden. Aufgrund der durch die Bewegung des Entkopplers ohne Federeinwir- kung geringen Belastung des Riementriebs kann hier der maximale Startmomentver- lauf eingestellt werden. Die Dauer der Vorstufe Dt(V) kann beispielsweise zeitgesteu- ert 0, 1 s betragen oder anhand einer Drehzahlumkehr des Startergenerators und/oder bei beginnender Drehzahlentwicklung der Drehzahl n(BR) beendet werden.

In der ersten Stufe Dt1 wird das Losbrechmoment der Brennkraftmaschine mit seinen hohen Trägheitsmomenten überwunden und die Federeinrichtung bei einem Startmo- ment M(St) von beispielsweise 25Nm in der gezeigten Ausführungsform des Riemen- triebs vorgespannt. Hierbei nehmen die Drehzahlen n(STG), n(E) des Startergenera- tors und des Entkopplers ab. Bei überwundenem Losbrechmoment fängt die Drehzahl n(BR) der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine an zu steigen und die Drehzahlen n(STG), n(E), n(BR) gleichen sich an. Aufgrund der hohen Belastung durch das Los- brechmoment und die Federvorspannung wird der Startmomentgradient in der ersten Stufe Dt1 gegenüber dem maximalen Startergradienten beispielsweise auf einen Startergradienten 450Nm/s abgesenkt. Die erste Stufe Dt1 kann zeitgesteuert bei- spielsweise abhängig von der Auslegung des Riementriebs nach 0,06s oder drehzahl- gesteuert bei Drehzahlgleichheit der Drehzahlen n(STG), n(E), n(BR) beendet wer- den.

An die erste Stufe Dt1 schließt sich die zweite Stufe Dt2 an, die sich zwischen den Zeitpunkten t2, t3 erstreckt. Der Zeitpunkt t3 ist durch das maximale Startmoment M(max) begrenzt. In der zweiten Stufe Dt2 wird aufgrund der geringeren Belastung des Riementriebs durch die gegenüber dem Losbrechmoment kleinere Gleitreibung der Brennkraftmaschine wieder der maximale Startmomentgradient eingestellt.

Die Figur 2 zeigt das Diagramm 200 mit dem in der Kurve 201 gezeigten Verdrehwin- kel a des Entkopplers entgegen der Wirkung seiner Federeinrichtung über die Zeit t während eines Starts der Brennkraftmaschine entsprechend Figur 1 . Der Wirkbereich der Federeinrichtung liegt zwischen den Maximalwinkeln a(max) und -a(max). In der Vorstufe Dt(V) wird der Entkoppler aus seiner Nulllage a = 0 unter nahezu vollständi- gem Aufbrauch des Freiwinkels a(Fr) verdreht und in der ersten Stufe Dt1 bis zum ma- ximalen Winkel -a(max) unter Zug verdreht. Am maximalen Winkel -a(max) verbleibt der Entkoppler bis zu einem nachlassenden Startermoment bei größeren Zeiten t und pendelt nach dem Start wieder in die Nulllage a = 0 ein.

Die Figur 3 zeigt das Diagramm 300 der Achskräfte F einzelner Komponenten des Riementriebs während eines Startvorgangs der Brennkraftmaschine entsprechend Fi- gur 1. Die Kurve 301 zeigt die auf den Entkoppler und den Startergenerator wirkende Achskraft. Die Kurve 302 zeigt die auf eine in den Riementrieb integrierte Wasser- pumpe wirkende Achskraft. Die Kurve 303 zeigt die auf einen ersten Riemenspanner wirkende Achskraft. Die Kurve 304 zeigt die auf einen in den Riementrieb integrierten Klimakompressor wirkende Achskraft und die Kurve 305 zeigt die auf einen zweiten Riemenspanner wirkende Achskraft.

Durch die stufenweise Anwendung der Startmomentgradienten kann ein wesentliches Überschwingen der auf die Komponenten, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ins- besondere auf die Wasserpumpe wirkenden Achskräfte über eine tolerierbare Belas- tungsgrenze F(lim) verhindert werden.

Bezugszeichenliste

100 Diagramm

101 Kurve

102 Kurve

103 Kurve

104 Kurve

200 Diagramm

201 Kurve

300 Diagramm

301 Kurve

302 Kurve

303 Kurve

304 Kurve

305 Kurve

F Achskraft

F(lim) Belastungsgrenze

M Startmoment

M(max) maximales Startmoment

M(St) Startmoment am Zeitpunkt t1

M(STG) Startmoment des Startergenerators n Drehzahl

n(BR) Drehzahl Brennkraftmaschine

n(E) Drehzahl Entkoppler

n(STG) Drehzahl Startergenerator

t Zeit

t1 Zeitpunkt

t2 Zeitpunkt

t3 Zeitpunkt

a Verdrehwinkel

a(max) maximaler Verdrehwinkel

a(Fr) Freiwinkel

Dt1 erste Stufe

Dt2 zweite Stufe Dt(V) Vorstufe