DE19817497A1 - Verfahren und Startersystem zum Starten eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors und ein entsprechendes Startersystem, wobei die Kurbelwelle (4) des Verbrennungsmotors (1) mindestens auf eine zum Anspringen des Verbrennungsmotors (1) notwendige Startdrehzahl beschleunigt wird. Dabei wird vor dem eigentlichen Startvorgang die Kurbelwelle (2) mit Hilfe der elektrischen Maschine (4) für den Startvorgang in einen vorgegebenen Kurbelwinkel gebracht und der Startvorgang von diesem Kurbelwinkel aus begonnen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors sowie ein Startersystem für einen Verbrennungsmotor.

Aus der Praxis ist bekannt, daß Verbrennungsmotoren, z. B. in Kraftfahrzeugen, nicht aus eigener Kraft anlaufen können. Sie müssen zunächst durch eine äußere Kraftquelle, dem sog. Star­ ter, angeworfen und auf die zum Anspringen des Verbrennungs­ motors benötigte Motordrehzahl beschleunigt werden. Erst dann können sie aus eigener Kraft weiterlaufen.

Bei Kraftfahrzeugen wird häufig ein batteriegespeister Gleichstrommotor als elektrischer Starter verwendet, der das notwendige Startmoment über ein in einen Zahnkranz an der Schwungscheibe eingreifendes Antriebsritzel auf die Kurbel­ welle des Verbrennungsmotors überträgt. Aus der DE 44 06 481 A1 ist ferner ein Startersystem mit einem elektrischen Star­ termotor bekannt, deren Rotor direkt auf der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors sitzt und drehfest mit ihr verbunden ist. Bei einer solchen Anordnung nutzt man die Masse des Rotors der elektrischen Maschine zugleich als Schwungmasse.

Das Startmoment eines Verbrennungsmotors und die Mindest- Startdrehzahl hängen unter anderem von Motortyp, Hubvolumen, Zylinderzahl, Lagerreibung, Kompression und Gemischaufberei­ tung und vor allem von der Temperatur ab. Von Bedeutung für die Kompression eines Verbrennungsmotors und damit für seine Startwilligkeit ist auch, in welchem Abschnitt des Arbeits­ verfahrens sich der oder die Zylinder des Motors beim Starten befinden. So wirkt sich beispielsweise die Kompression eines sich gerade im Verdichtungstakt befindlichen Zylinders ungün­ stig für das Starverhalten aus, weil sie dem Starter gleich zu Beginn des Starts ein überhöhtes Drehmoment entgegensetzt. Bisher hat man im Stand der Technik diese Einflußgröße nicht berücksichtigt. Bekannte Starter mußten leistungsmäßig jeden­ falls so ausgelegt werden, daß der Verbrennungsmotor unter allen Bedingungen gestartet werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors anzugeben so­ wie ein entsprechendes Startersystem bereitzustellen.

Diese Aufgabe löst die Erfindung verfahrensmäßig durch den Gegenstand nach Anspruch 1 und vorrichtungsmäßig durch den Gegenstand nach Anspruch 11. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in jeweils abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Danach wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors die Kurbelwelle des Verbrennungsmo­ tors mindestens auf eine zum Anspringen des Verbrennungsmo­ tors notwendige Drehzahl (sog. Startdrehzahl) beschleunigt, wobei hierfür eine elektrische Maschine verwendet wird, deren Rotor direkt oder über eine dazwischen geschaltete Überset­ zung auf die Kurbelwelle einwirkt. Ferner wird die Kurbelwel­ le mit Hilfe der elektrischen Maschine für den Startvorgang in eine vorgegebene Kurbelwinkelstellung bzw. in einen vorge­ gebenen Kurbelwinkel (nachfolgend "Startwinkel" genannt) ge­ bracht und der Verbrennungsmotor aus diesem Startwinkel her­ aus gestartet. Das heißt, daß der eigentliche Startvorgang des Verbrennungsmotors in einer eigens ausgewählten Kurbel­ wellenstellung beginnt.

Ein entsprechendes erfindungsgemäßes Startersystem für einen Verbrennungsmotor umfaßt: eine elektrische Maschine, deren Rotor direkt oder über eine dazwischen geschaltete Überset­ zung mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehfest ver­ bunden ist, um den Verbrennungsmotor mindestens auf eine zum Anspringen notwendige Drehzahl (Startdrehzahl) zu beschleuni­ gen; Mittel zum Erfassen und/oder Ableiten des Kurbelwinkels des Verbrennungsmotors; und eine Steuerungseinrichtung, wel­ che die elektrische Maschine so steuert, daß die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors für den Startvorgang in einen vorgege­ benen Startwinkel gebracht wird.

Bei der Erfindung wurde erkannt, daß die Stellung der Kurbel­ welle bei Startbeginn von wesentlicher Bedeutung für das Startverhalten eines Verbrennungsmotors ist. Aufbauend hier­ auf liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, daß durch Ein­ flußnahme auf den Kurbelwinkel vor dem eigentlichen Startvor­ gang eine wesentliche Verbesserung des Startverhaltens eines Verbrennungsmotors erzielt werden kann. Mit Hilfe der elek­ trischen Maschine, insbesondere wenn diese als sog. Kurbel­ wellenstarter mit einem direkt mit der Kurbelwelle drehfest verbundenen Rotor ausgebildet ist, gelingt es, die zur Ein­ stellung eines gewünschten Startwinkels notwendigen Momente in beide Drehrichtungen der Kurbelwelle und mit großer Genau­ igkeit aufzubringen. Vermeidet man auf diese Weise eine un­ günstige Kurbelwellenstellung zu Beginn des Starts, etwa wenn einer oder mehrere Zylinder eines Verbrennungsmotors gleich zu Beginn verdichten, so kann mit veringerter Startleistung gestartet werden. Vorrichtungsmäßig weist das Startersystem hierfür eine Steuerungseinrichtung auf, welche in Kenntnis des momentanen Kurbelwinkels den Rotor der elektrischen Ma­ schine, ggf. unter Beachtung des Übersetzungsverhältnisses zwischen Rotor und Kurbelwelle, so steuert, daß die Kurbel­ welle in den gewünschten Startwinkel gebracht wird.

Vorteilhaft ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Startersy­ stems sowohl bei Ottomotoren als auch bei Dieselmotoren, z. B. Viertaktmotoren mit Saugrohreinspritzung oder mit Direktein­ spritzung, die für die Verwendung in Personenkraftfahrzeugen ausgelegt sind.

Bei einer bevorzugten erfindungsgemäßen Variante wird als Startwinkel derjenige Kurbelwinkel gewählt, bei welchem das von der elektrischen Maschine aufzubringende Startmoment zu Beginn des Startvorgangs geringer ist als bei bekannten Star­ tersystemen. Bei einem z. B. im Viertaktverfahren arbeitenden Verbrennungsmotor nimmt der Zylinderdruck und damit die von einem Starter zu überwindende Kompression im Verlauf eines Verdichtungstaktes zu und erreicht sein Maximum etwa im Be­ reich des oberen Totpunktes. Wird nun bei einer bevorzugten Verfahrensvariante für einen Viertaktverbrennungsmotor der Kurbelwinkel für den nächsten Start am Ende des Verdichtungs­ taktes, vorzugsweise in einem Bereich unmittelbar nach dem oberen Totpunkt, eingestellt, so muß der Starter bei Startbe­ ginn nur den relativ kompressionsschwachen Ansaugtakt des Verbrennungsmotors überwinden. Außerdem bleiben dem Starter nach Startbeginn fast zwei volle Umdrehungen, um zum Überwin­ den des nächsten Verdichtungstaktes genügend Startleistung aufzubauen. Dies ist insbesondere bei einem Kaltstart gün­ stig.

Bei einer weiteren verfahrensmäßigen Variante wird als Start­ winkel derjenige Kurbelwinkel gewählt, bei welchem die Star­ dauer, d. h. die Dauer vom Startbeginn bis zum Anspringen des Verbrennungsmotors, bis auf ein Minimum verringert ist. Bei einem Viertaktverbrennungsmotor mit Saugrohreinspritzung ist dies vorzugsweise die Kurbelwinkelstellung zu Beginn des An­ saugtaktes, besonders bevorzugt im Überschneidungsbereich zwischen Ausstoß- und Ansaugtakt; bei einem Viertaktverbren­ nungsmotor mit Direkteinspritzung hingegen vorzugsweise die Kurbelwinkelstellung am Ende des Ansaugtaktes. Ist der Ver­ brennungsmotor außerdem mit einer herkömmlichen Sensorik be­ stehend aus induktivem Sensor und Zahnrad mit Bezugsmarke zur Erfassung des Kurbelwinkels ausgestattet, kann der Startwin­ kel-Einstellvorgang und damit die Start zeit auch dadurch ver­ kürzt werden, daß der Startwinkel im Bereich unmittelbar vor der Bezugsmarke der Drehwinkelsensorik gewählt wird. Die Drehwinkelerfassung kann dann ohne Verzögerung gleich zu Be­ ginn des Startvorgangs durchgeführt werden.

Wenn das Starten ohne jede Verzögerung erfolgen kann, so dient dies auch der Verkehrssicherheit und erhöht den Bedie­ nungskomfort z. B. von Kraftfahrzeugen. Ferner ist die zum An­ springen eines Verbrennungsmotors insgesamt benötigte Ener­ giemenge dabei geringer, was vorteilhaft eine kleinere Dimen­ sionierung des Starterenergiespeichers erlaubt.

Die bisherige Darstellung der Erfindung gilt für Einzylinder- und Mehrzylindermotoren gleichermaßen, wenn man die Auswahl des Kurbelwellen-Startwinkels auf denjenigen Zylinder eines Mehrzylindermotors abstimmt, welcher zuerst gezündet wird. In der Regel ist die Reihenfolge, in der die Zylinder nacheinan­ der zünden, vorgegeben. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist aber auch eine Variante denkbar, bei welcher zumindest bei der Auswahl des zuerst gezündeten Zylinders von einer vorgegeben Zündfolge abgewichen wird und ein bestimmter Zy­ linder für die erste Zündung in Abhängigkeit des einzustel­ lenden Startwinkels der Kurbelwelle ausgewählt wird.

Bevorzugt wird der Verbrennungsmotor bereits beim Ausschalten bzw. kurz nach dem Ausschalten der Zündung des Verbrennungs­ motors mit Hilfe der im Antriebsstrang angeordneten elektri­ schen Maschine selbsttätig in eine für den nächsten Start günstigen Startwinkel gebracht, z. B. indem die elektrische Maschine auf die Kurbelwelle des auslaufenden Verbrennungsmo­ tors bremsend oder beschleunigend einwirkt. Alternativ dazu wird der gewünschte Startwinkel erst kurz vor Beginn des Startvorgangs selbsttätig eingestellt, z. B. indem die elek­ trische Maschine die Kurbelwelle des stillstehenden Verbren­ nungsmotors in den gewünschten Startwinkel vorwärts oder rückwärts dreht. Damit ist ein unerwünschtes "Verstellens" des einmal eingestellten Startwinkels in der Zeit zwischen dem Einstellvorgang und dem Startvorgang ausgeschlossen.

Besonders bevorzugt wird in Verbindung mit der letztgenannten Verfahrensvariante die zum Starterbetrieb erforderliche Ener­ gie zumindest teilweise einem Kondensatorspeicher entnommen. Die Aufladung des Kondensatorspeichers kann auf unterschied­ liche Weise erfolgen. Eine Möglichkeit besteht darin, daß der Kondensatorspeicher erst jeweils vor dem Starten aus einer Starterbatterie aufgeladen wird. Erfindungsgemäß wird das den Einstellvorgang des Kurbelwellen-Startwinkels auslösende Si­ gnal gleichzeitig als Signal zum Aufladen des Kondensator­ speichers aus der Starterbatterie verwendet. Das Starten des Verbrennungsmotors kann dann ohne jede Wartezeit erfolgen.

Für die Einstellung des Starwinkels der Kurbelwelle wird der momentane Kurbelwinkel ermittelt, in der Steuerungseinrich­ tung mit dem Wert des vorgegebenen Kurbelwellen-Startwinkels verglichen und eine etwaige Änderung des Kurbelwinkels noch­ mals überwacht wird. Hierfür verwendet man bevorzugt eine in der elektrischen Maschine integrierte Winkelerfassung. Beson­ ders bevorzugt ist dem Rotor der elektrischen Maschine ein geeigneter Drehwinkelsensor, z. B. ein induktiver oder opti­ scher Drehwinkelgeber, zugeordnet. Der Drehwinkel der elek­ trischen Maschine kann aber auch aus dem magnetischen Rück­ fluß des Rotors im Stator der elektrischen Maschine ermittelt werden. Da der Rotor der elektrischen Maschine entweder di­ rekt oder über eine Übersetzung mit der Kurbelwelle des Ver­ brennungsmotors verbunden ist, ergibt sich der Kurbelwinkel unmittelbar oder durch einfache Umrechnung unter Berücksich­ tigung des Übersetzungsverhältnisses.

Für das erfindungsgemäße Startersystem eignet sich grundsätz­ lich jede Art elektrischer Maschine, ob Gleichstrom-, Wech­ selstrom-, Drehstromasynchron-, oder Drehstromsynchronmaschi­ ne, die in der Lage ist, die notwendigen Momente aufzubringen und gewünschte Kurbelwinkeleinstellung präzise durchzuführen. Bevorzugt ist die elektrische Maschine des erfindungsgemäßen Startersystems eine als Starter/Generator fungierende elek­ trische Maschine, die bevorzugt permanent mit dem Verbren­ nungsmotor mitläuft. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der elektrischen Maschine des erfindungsgemäßen Startersy­ stems um eine wechselrichtergesteuerte Drehfeldmaschine. Un­ ter "Dreh-feldmaschine" wird eine Maschine verstanden, in der ein magnetisches Drehfeld auftritt, das um 360° umläuft und dabei den Läufer mitnimmt. Der Wechselrichter empfängt die Signale aus der Steuerungseinrichtung und stellt Wechselströ­ me mit frei einstellbarer Frequenz, Amplitude und Phase be­ reit. Eine solche Anordnung ist zum Aufbringen hoher Momente in beide Drehrichtungen der Kurbelwelle hervorragend geeig­ net.

Ausgestaltungen und Merkmale, die vorstehend oder nachfolgend im Zusammenhang mit dem Verfahren geschildert werden, gelten selbstverständlich auch als im Zusammenhang mit dem entspre­ chenden Startersystem offenbart (und umgekehrt).

Weitere Vorteile, Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen und den angefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Startersystems mit einem Verbrennungsmotor;

Fig. 2 ein schematisches Diagramm zur Darstellung des Mo­ tordrehzahlverlaufs in Abhängigkeit des Kurbelwin­ kels eines Viertaktverbrennungsmotors;

Fig. 3 ein Flußdiagramm einer ersten Verfahrensvariante zum Starten eines Verbrennungsmotors; und

Fig. 4 ein Flußdiagramm einer zweiten Verfahrensvariante zum Starten eines Verbrennungsmotors.

Das Startersystem gemäß Fig. 1 ist z. B. für ein Kraftfahr­ zeug, etwa einen Personenkraftwagen bestimmt. Es weist einen nach dem Viertaktverfahren arbeitenden Vierzylinderverbren­ nungsmotor 1 auf, der Drehmomente über eine Kurbelwelle 2, eine Kupplung 3 und weitere (nicht gezeigte) Teile eines An­ triebsstranges auf die Antriebsräder des Kraftfahrzeuges ab­ gibt. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist unmittelbar auf der Kurbelwelle 2 eine als Starter/Generator dienende elektrische Maschine 4, hier eine Asynchron-Drehstrom­ maschine, angeordnet. Sie weist einen direkt auf der Kurbel­ welle 2 sitzenden und drehfest mit ihr verbundenen Rotor 5, sowie einen z. B. am Gehäuse des Verbrennungsmotors 1 abge­ stützten Stator 6 auf. Ein solche elektrische Maschine be­ sitzt ein hohes Losbrechmoment für den Starterbetrieb.

Bei anderen (nicht gezeigten) Ausführungsformen ist der Rotor einer elektrischen Maschine, z. B. eines Gleichstrom-Reihen­ schlußmotors, über ein Übersetzungsgetriebe mit der Kurbel­ welle 2 gekoppelt, ggf. über ein zwischengeschaltetes Ein­ spurgetriebe.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird die (nicht darge­ stellte) Wicklung des Stators 6 der elektrischen Maschine 4 durch einen Wechselrichter 7 mit elektrischen Wechselströmen bzw. -spannungen praktisch frei einstellbarer Amplitude, Pha­ se und Frequenz gespeist. Es handelt sich bevorzugt um einen Gleichspannungs-Zwischenkreis-Wechselrichter, der im wesent­ lichen aus einem maschinenseitigen Gleichspannungs-Wechsel­ spannungsumrichter 7a, einem Gleichspannungs-Zwischenkreis 7b und einem bordnetzseitigen Gleichspannungswandler 7c aufge­ baut ist. Letzterer ist mit einem Fahrzeugbordnetz 8 und ei­ nem Bordnetz-Langzeitspeicher 9, z. B. einer herkömmlichen Blei-Schwefelsäure-Batterie, gekoppelt. In den Zwischenkreis 7b ist ein Kurzzeitspeicher, hier ein Kondensatorspeicher 10 geschaltet.

Die elektrische Maschine 4 und der Wechselrichter 7 sind so ausgelegt, daß sie zum Einstellen einer gewünschten Kurbel­ winkelstellung vor Startbeginn das erforderliche Drehmoment in beide Drehrichtungen der Kurbelwelle 2 und außerdem beim Starten die erforderliche Startleistung zum direkten Antrei­ ben der Kurbelwelle 2 auf die erforderliche Startdrehzahl aufzubringen vermögen. Eine übergeordnete Steuerungseinrich­ tung 11 steuert den Startwinkeleinstellvorgang und den Start­ vorgang, indem sie den Wechselrichter 7, und zwar den Umrich­ ter 7a und den Wandler 7c steuert. Von einem in der elektri­ schen Maschine 4 integrierten, z. B. innen an deren Gehäuse installierten und dem Rotor 5 zugeordneten induktiven Dreh­ winkelsensor 12 empfängt die Steuerungseinrichtung 11 den ak­ tuellen Drehwinkel des Rotors 5. Der gemessene Rotorwinkel entspricht aufgrund der direkten Kopplung des Rotors 5 mit der Kurbelwelle 2 dem Winkel der Kurbelwelle 2, sog. Kurbel­ winkel.

Erfindungsgemäß wird der Startvorgang in besonderer Weise vorbereitet: Nach Beendigung des Motorbetriebes, z. B. beim oder kurz nach dem Abschalten der Zündung eines Kraftfahr­ zeugs, steuert die Steuerungseinrichtung 11 die elektrische Maschine 4 über den Wechselrichter 7 so, daß die Kurbelwelle 2 in eine für den nächsten Start günstige Kurbelwinkelstel­ lung gebracht wird. Hierbei überträgt die elektrische Maschi­ ne 4 wahlweise bremsende oder beschleunigende Momente auf die Kurbelwelle 2 des auslaufenden Motors 1, um den gewünschten Kurbelwinkelwinkel einzustellen. Bei stillstehendem Motor 1 kann die elektrische Maschine 4 auch so betrieben werden, daß sie die Kurbelwelle 2 vorwärts oder rückwärts in den ge­ wünschten Kurbelwinkel dreht, um z. B. auf dem Weg des "geringsten aufzubringenden Moments" den gewünschten Kurbel­ winkel einzustellen. Dies muß nicht zwangsläufig auch der "kürzeste" Weg sein.

Der "optimale" Kurbelwinkel, also der Startwinkel, zum Star­ ten eines Verbrennungsmotors hängt u. a. ab vom Motortyp, Zy­ linderzahl und Zündfolge, und außerdem von dem angestrebten Startverhalten, ob z. B. für den nächsten Start ein geringes Startmoment zu Beginn des Startvorgangs oder eine verkürzte Startdauer gewünscht wird. Für einen wie in Fig. 1 darge­ stellten Vierzylinder-Viertaktverbrennungsmotor 1 liegt ein günstiger Startwinkel mit verringertem Startmoment in einem Bereich unmittelbar nach dem oberen Totpunkt des zuerst ge­ zündeten Zylinders. Da bei einem Vierzylinder-Reihenmotor üb­ licherweise die beiden äußeren Zylinder im Gleichlauf zuein­ ander, aber im Gegenlauf zu den beiden inneren Zylindern be­ trieben werden, liegt demnach der günstige Startwinkel unmit­ telbar nach dem oberen Totpunkt der beiden äußeren Zylinder des Verbrennungsmotors 1.

Der Vorteil dieses eingestellten Startwinkels ist, daß das zu Beginn des darauffolgenden Startvorgangs von der Starterma­ schine 4 aufzubringende Losbrechmoment erheblich geringer ist als bei bekannten Startersystemen. Wird der Verbrennungsmotor 1 aus dieser eingestellten Kurbelwinkelstellung heraus ge­ startet, 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 Zylin­ der) kann die elektrische Maschine 4 dem System genügend (Start)energie zum Überwinden der Kompression zuführen.

Das Diagramm in Fig. 2 soll veranschaulichen, wie der "optimale" Startwinkel z. B. mit verringertem Startmoment für beliebige Motortypen und Antriebsanordnungen ermittelt werden kann. Fig. 2 zeigt schematisch die Abhängigkeit der Motor­ drehzahl n vom Kurbelwinkel ϕ bei konstantem Drehmoment der elektrischen Startermaschine. Der spezifische wellenförmige Verlauf ist konstruktionsbedingt, insbesondere abhängig von Motortyp, Hubvolumen, Zylinderzahl, Lagerreibung, Verdich­ tungsverhältnis, etc. Die Bereiche a mit abnehmender Drehzahl n gefolgt von Bereichen b mit zunehmender Drehzahl n gehen einher mit den sich wiederholenden Verdichtungsphasen gefolgt von Verbrennungsphasen z. B. eines Viertaktmotors. In den Be­ reichen geringster Drehzahl liegen demgemäß auch die Bereiche größter Kompression, denen eine kompressionsarme Arbeitsphase des Verbrennungsmotors folgt. Wählt man für den Kurbelwinkel die Werte ϕ_i, so entspricht dies einer "optimalen" Kurbelwel­ lenstellung mit verringertem Anlaufmoment. Im Falle eines Vierzylinder-Viertaktverbrennungsmotors liegen die Startwin­ kel ϕ_i um ca. 180° auseinander, da die beiden äußeren und die beiden inneren Zylinder jeweils synchron laufen. Ein entspre­ chendes Kennfeld ist z. B. in der Steuerungseinrichtung 11 in Fig. 1 gespeichert.

In dem Flußdiagramm gemäß Fig. 3 wird eine erste Verfahrens­ variante zum Starten mit verringertem Startmoment veranschau­ licht: Im Schritt S1 erfolgt ein Kommando zum Einstellen des Kurbelwellen-Startwinkels beim bzw. kurz nach dem Abschalten des Verbrennungsmotors 1 (z. B. durch Ausschalten der Zündung im Kraftfahrzeug). Sodann erfolgt im Schritt S2 eine direkte Messung des Kurbelwinkels oder eine Messung des Rotorwinkels der elektrischen Startermaschine 4 und eine Ableitung des Kurbelwinkels. Ferner ermittelt die Steuerungseinrichtung 11 den gewünschten "optimalen" Startwinkel der Kurbelwelle 2 und die ggf. erforderliche Kurbelwinkeländerung, um den gewünsch­ ten Startwinkel einzustellen. Sodann wird im Schritt S3 mit Hilfe der elektrischen Maschine 4 die Kurbelwelle 2 in die für den nächsten Start gewünschte Kurbelwinkelstellung durch Bremsen oder Beschleunigen der Kurbelwelle in der Auslaufpha­ se des Motors. Die Schritte S2 und S3 können während des Mo­ torstillstands auch laufend wiederholt werden, um sicherzu­ stellen, daß keine unerwünschte Änderung des Startwinkels bis zum nächsten Start erfolgt. Auf ein Startkommando im Schritt S4, welches den eigentlichen Starvorgang einleitet, wird im Schritt S5 die Kurbelwelle 2 des Verbrennungsmotors 1 von der elektrischen Maschine 4 auf eine vorgegebene Startdrehzahl angetrieben. Im darauffolgenden Schritt S6 springt dann der Verbrennungsmotor 1 (nach Verstreichen der typischen Start­ dauer) an. Bei einem Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung kann man zwischen den Schritten S5 und S6 auch erst die Startdauer verstreichen lassen, bis der Kraftstoff einge­ spritzt wird, d. h. der Verbrennungsmotor 4 wird für eine be­ stimmte Zeitdauer ohne Kraftstoffbeimischung bis zum Errei­ chen und ggf. noch weiter bei der Startdrehzahl angetrieben.

Bei der Verfahrensvariante gemäß Fig. 4 wird im Schritt S1 das Kommando zum Einstellen des gewünschten Startwinkels erst kurz vor Beginn des nächsten Startvorgangs gegeben. Dieses kann bei einem Kraftfahrzeug z. B. durch Öffnen der Zentral­ verriegelung ausgelöst werden. Bei dieser Variante wird au­ ßerdem der Kondensatorspeicher 10 als Energiespeicher für die gesamte oder einen Teil der für den Starterbetrieb benötigten Energie verwendet. Ausgelöst durch das Einstellkommando im Schritt S1 wird deshalb vor allem bei längerem Motorstill­ stand der Kondensatorspeicher 10 für den nächsten Startvor­ gang aus der Batterie 9 aufgeladen (Schritt S2). Der zum si­ cheren Starten erforderliche Aufladungspegel des Kondensator­ speichers 10 kann auch in Abhängigkeit der Motor- und/oder Außentemperatur gewählt werden. Die darauffolgenden Schritte S3 bis S7 entsprechen dann im wesentlichen den Schritten S2 bis S6 des Verfahrens gemäß Fig. 3. Das vorliegende Verfahren ist lediglich dahingehend modifiziert, daß im Schritt S6 die gesamte oder ein Teil der für den Betrieb der elektrischen Maschine 4 benötigten Energie aus dem Kondensatorspeicher 10 stammt.

Claims (18)

1. Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors (1), wo­ bei:

• - die Kurbelwelle (2) des Verbrennungsmotors (1) min­ destens auf eine zum Anspringen des Verbrennungsmo­ tors (1) notwendige Drehzahl (Startdrehzahl) be­ schleunigt wird,
• - hierfür eine elektrische Maschine (4) verwendet wird, deren Rotor (5) direkt oder über eine dazwi­ schengeschaltete Übersetzung auf die Kurbelwelle (2) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß
• - die Kurbelwelle (2) mit Hilfe der elektrischen Ma­ schine (4) für den Startvorgang in einen vorgegebe­ nen Kurbelwinkel (Startwinkel) gebracht wird, und
• - der Verbrennungsmotor (1) aus diesem Startwinkel heraus gestartet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Startwinkel derjenige Kurbelwinkel gewählt wird, bei welchem das Startmoment verringert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Viertaktverbrennungsmotor der Startwinkel am Ende des Verdichtungstaktes, vorzugsweise in einem Be­ reich unmittelbar nach dem oberen Totpunkt, gewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Startwinkel derjenige Kurbelwinkel gewählt wird, bei welchem die Startdauer verringert ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Viertaktverbrennungsmotor mit Saugrohrein­ spritzung der Startwinkel zu Beginn des Ansaugtaktes ge­ wählt wird.

6. verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Viertaktverbrennungsmotor mit Direkteinsprit­ zung der Startwinkel am Ende des Ansaugtaktes gewählt wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Mehrzylinderverbrennungs­ motor der Startwinkel mit Rücksicht darauf gewählt wird, welcher der mehreren Zylinder zuerst gezündet wird.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Startwinkel bei oder unmittelbar nach Abschalten des Verbrennungsmotors selbsttätig ein­ gestellt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Startwinkel kurz vor Beginn des Startvorganges selbsttätig eingestellt wird.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbelwinkel des Verbrennungsmo­ tors (1) aus der Winkelstellung des Rotors (5) der elek­ trischen Maschine (4) abgeleitet wird.

11. Startersystem für einen Verbrennungsmotor (1), mit:

• - einer elektrischen Maschine (4), deren Rotor (5) direkt oder über eine dazwischengeschaltete Über­ setzung mit der Kurbelwelle (2) des Verbrennungsmo­ tors (1) verbunden ist, um die Kurbelwelle (2) mindestens auf eine zum Anspringen des Verbren­ nungsmotors (1) notwendige Drehzahl (Startdrehzahl) zu beschleunigen,
• - Mittel zum Erfassen und/oder Ableiten des Kurbel­ winkels des Verbrennungsmotors (1), gekennzeichnet durch
• - eine Steuerungseinrichtung (11), welche die elek­ trische Maschine (4) so steuert, daß die Kurbelwel­ le (2) für den Startvorgang in einen vorgegebenen Kurbelwinkel (Startwinkel) gebracht wird.

12. Startersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung (11) die Rotorwinkelerfas­ sung der elektrischen Maschine (4) verwendet, um den Kurbelwinkel des Verbrennungsmotors (1) abzuleiten.

13. Startersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rotor (5) der elektrischen Maschine (4) ein in­ tegrierter Drehwinkelsensor zugeordnet ist.

14. Startersystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor (1) ein Viertakt-Diesel- oder Ottomotor mit Saugrohreinspritzung oder mit Direkteinspritzung ist, der für die Verwendung in Personenkraftfahrzeugen ausgelegt ist.

15. Startersystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzung und Zündung des Kraftstoffes in den Brennraum des Verbrennungsmotors (1) erst nach Erreichen der Startdrehzahl erfolgt.

16. Startersystem nach einem der Ansprüche 11 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine (4) als Starter/Generator ausgebildet ist.

17. Startersystem nach einem der Ansprüche 11 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine (4) eine wechselrichtergesteuerte Drehstrommaschine ist.

18. Startersystem nach einem der Ansprüche 11 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß die zum Starten erforderliche Energie zumindest teilweise einem Kondensatorspeicher (10) entnommen wird.