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Ganzheitliche Betrachtung zur Auswahl der Starteinrichtung des Verbrennungsmotors eines Parallel-Hybrids mit Trennkupplung

Fesefeldt, Thomas Frank :
Ganzheitliche Betrachtung zur Auswahl der Starteinrichtung des Verbrennungsmotors eines Parallel-Hybrids mit Trennkupplung.
[Online-Edition: urn:nbn:de:tuda-tuprints-20578]
Technische Universität , Darmstadt
[Dissertation], (2010)

Offizielle URL: urn:nbn:de:tuda-tuprints-20578

Kurzbeschreibung (Abstract)

Diese Arbeit untersucht, mit welcher Starteinrichtung der Verbrennungsmotor in den verschiedenen Fahrzuständen eines Parallel-Hybrids mit Trennkupplung zwischen Motor und E-Maschine bestmöglich hinzugeschaltet werden kann. Zunächst werden die möglichen Starteinrichtungen vorgestellt und diskutiert. Zwei wesentliche Startarten werden dabei eingeführt, die den Kern der Dissertation von Dipl.-Ing. Sören Müller und der vorliegenden Arbeit bilden: (a) Der Quick Start (QS) mittels starterunterstützten Direktstarts und (b) Der Hybrid Start (HS) mittels kurbelwellenintegrierten E-Motors. Diese Arbeit behandelt die durchgeführten Untersuchungen zum Quick Start. Begleitet werden die Startversuche am Motorenprüfstand durch ein volldynamisches, semi-empirisches, physikalisch basiertes Simulationsmodell, das speziell für den Startvorgang des untersuchten Motors entwickelt wurde. Es wird gezeigt, dass sich Vorteile bezüglich der Startdauer und des Energiebedarfs ergeben, wenn bereits in den ersten Kompressionstakt nach dem Losbrechen des Motors eingespritzt und gezündet wird und der Anlasser den Motorhochlauf nur bis zur ersten Zündung unterstützt. Die Vorraussetzungen einen solchen QS reproduzierbar und robust durchführen zu können, werden von einer Motorauslaufstrategie mit Hilfe der Drosselklappe geschaffen. Die Ergebnisse der Analysen zum QS und HS werden in einem Vergleich der Startarten zusammengefasst, der auch eine umfassende Startenergiebetrachtung enthält. Die Bewertungskriterien, die für die Auswahl der Starteinrichtung aufgestellt worden sind, gliedern sich in die Kategorien Fahrtwunscherfüllung, Komfort, Robustheit, Aufwand und Emissionen. Daraus wird als Ergebnis formuliert, dass insbesondere die Startdauer und der Startkomfort für den HS sprechen. Ob diese Vorteile aber den deutlich höheren Aufwand bzgl. Entwicklung, Kosten und Bauraum aufwiegen, kann nicht pauschal beantwortet werden. In allen Kategorien ist der QS zumindest konkurrenzfähig, wobei die Lebensdauer des Starters für den Betrieb in einem Parallel-Hybrid abgesichert werden muss.

Typ des Eintrags: Dissertation
Erschienen: 2010
Autor(en): Fesefeldt, Thomas Frank
Titel: Ganzheitliche Betrachtung zur Auswahl der Starteinrichtung des Verbrennungsmotors eines Parallel-Hybrids mit Trennkupplung
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Diese Arbeit untersucht, mit welcher Starteinrichtung der Verbrennungsmotor in den verschiedenen Fahrzuständen eines Parallel-Hybrids mit Trennkupplung zwischen Motor und E-Maschine bestmöglich hinzugeschaltet werden kann. Zunächst werden die möglichen Starteinrichtungen vorgestellt und diskutiert. Zwei wesentliche Startarten werden dabei eingeführt, die den Kern der Dissertation von Dipl.-Ing. Sören Müller und der vorliegenden Arbeit bilden: (a) Der Quick Start (QS) mittels starterunterstützten Direktstarts und (b) Der Hybrid Start (HS) mittels kurbelwellenintegrierten E-Motors. Diese Arbeit behandelt die durchgeführten Untersuchungen zum Quick Start. Begleitet werden die Startversuche am Motorenprüfstand durch ein volldynamisches, semi-empirisches, physikalisch basiertes Simulationsmodell, das speziell für den Startvorgang des untersuchten Motors entwickelt wurde. Es wird gezeigt, dass sich Vorteile bezüglich der Startdauer und des Energiebedarfs ergeben, wenn bereits in den ersten Kompressionstakt nach dem Losbrechen des Motors eingespritzt und gezündet wird und der Anlasser den Motorhochlauf nur bis zur ersten Zündung unterstützt. Die Vorraussetzungen einen solchen QS reproduzierbar und robust durchführen zu können, werden von einer Motorauslaufstrategie mit Hilfe der Drosselklappe geschaffen. Die Ergebnisse der Analysen zum QS und HS werden in einem Vergleich der Startarten zusammengefasst, der auch eine umfassende Startenergiebetrachtung enthält. Die Bewertungskriterien, die für die Auswahl der Starteinrichtung aufgestellt worden sind, gliedern sich in die Kategorien Fahrtwunscherfüllung, Komfort, Robustheit, Aufwand und Emissionen. Daraus wird als Ergebnis formuliert, dass insbesondere die Startdauer und der Startkomfort für den HS sprechen. Ob diese Vorteile aber den deutlich höheren Aufwand bzgl. Entwicklung, Kosten und Bauraum aufwiegen, kann nicht pauschal beantwortet werden. In allen Kategorien ist der QS zumindest konkurrenzfähig, wobei die Lebensdauer des Starters für den Betrieb in einem Parallel-Hybrid abgesichert werden muss.

Ort: Darmstadt
Verlag: Technische Universität
Freie Schlagworte: Quick Start, Hybrid Start, Parallel-Hybrid, Hybrid, Trennkupplung, Direktstart, Start, Parallel, P2-Hybrid, P2, Simulation, Starteinrichtung, ISG, RSG, Starter, Anlasser, starterunterstützter, EM, E-Maschine, Motorauslauf, Drosselklappe, Motorenprüfstand, Motorprüfstand, Startenergie, Energiebedarf
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 16 Fachbereich Maschinenbau > Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugantrieben (VKM)
16 Fachbereich Maschinenbau
Hinterlegungsdatum: 19 Feb 2010 13:03
Offizielle URL: urn:nbn:de:tuda-tuprints-20578
Referenten: Hohenberg, Professor Günter ; Rinderknecht, Professor Stephan
Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 27 Januar 2010
Schlagworte in weiteren Sprachen:
Einzelne SchlagworteSprache
Quick Start, Hybrid Start, Parallel-Hybrid, hybrid, disconnecting, clutch, direct, start, parallel, P2-Hybrid, P2, simulation, starting device, ISG, starter, alternator, EM, electric, motor, coast down, throttle, test bed, energieEnglisch
Alternatives Abstract:
Alternativer AbstractSprache
This work analyzes which starting device the combustion engine is best restarted with in any of the possible drive states of a hybrid powertrain layout with a disconnecting clutch between the engine and the electric motor. At first, all technically feasible starting devices are presented and discussed. Two starting procedures are therewith introduced that form the core of the accompanying dissertation of Dipl.-Ing. Sören Müller and this thesis: (a) The Quick Start (QS) which is a form of a starter initiated direct start and (b) The Hybrid Start (HS) with a crankshaft integrated electric motor. This paper covers the research carried out on the Quick Start. The start experiments performed at the test bed have been backed up by the development of a fully dynamic, semi-empiric, physically based simulation model that has been especially designed for the re-start. It is shown that start duration and energy consumption benefit from injecting fuel in the first compression stroke after break-away and disabling the starter right after the first ignition. The conditions to perform such a Quick Start reproducible and robust are provided by a special engine coast down strategy using the throttle valve. The results of the analysis on QS and HS are summarized in a comparison of the start procedures which also includes a thorough investigation of the different energy demands. The evaluation criterions for the selection of the starting device are classified into the following categories: Drive-away performance, comfort, robustness, costs, and emissions. The conclusion states that the start duration and the re-start comfort are particularly better with the HS. A blanket answer cannot be given, if those advantages over the QS counterweigh the considerably higher costs regarding development, expenses, and installation space. In each category the QS is at least competitive, whereas the durability of the starter motor in a hybrid powertrain has to be ensured for lifetime.Englisch
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