CN102052189A - 用于运行内燃机的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于运行内燃机的方法。用于运行车辆的动力传动系中的内燃机(10)的方法，其中，所述动力传动系和/或所述内燃机(10)由控制和/或调节装置(42)来控制或者说调节。在此，所述动力传动系和/或所述内燃机(10)具有电机。该电机在断开内燃机(10)之后暂时作为驱动所述内燃机的电动马达来运行，用于减缓所述内燃机(10)的转速下降。独立权利要求涉及一种设置用于实施所述方法的控制和/或调节装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的方法以及一种按权利要求9前序部分所述的控制和/或调节装置。
背景技术
本身已知，内燃机尤其直喷的汽油机在有利的条件下可以通过所谓的直接起动(Direktstart)来起动。所述直接起动是指在没有通过电气的起动机得到支持的情况下或者在通过电气的起动机得到较小的支持的情况下进行的起动。对于根据燃料直喷的原理工作的内燃机来说，将燃料从单独地分配给每个燃烧室的喷射器直接喷射到封闭的燃烧室中。为起动内燃机，首先将燃料喷射到在暂时转换为内燃机的停机状态时处于压缩冲程或者做功冲程中的气缸中并将其点燃。由此将内燃机的曲轴置于旋转之中。在技术上得到改善的方法在这方面为人所知。
发明内容
本发明尤其涉及车辆的动力传动系中的内燃机的运行，其中所述动力传动系和/或内燃机具有与运转的内燃机一同运转的电机或者能够以能够一同运转的方式与运转的内燃机相耦合的电机。这不仅适用于本发明的方法方面，而且适用于本发明的装置方面。
关于本发明的方法方面，本发明的突出之处在于权利要求1所述特征，根据这些特征，所述电机在断开内燃机之后暂时作为驱动内燃机的电动马达来运行，用于减缓内燃机的转速下降。关于本发明的装置方面，本发明的突出之处在于装置独立权利要求所述的特征。
在此内燃机的断开是指点火和/或喷射的中断。因此，按本发明延长从点火和/或喷射的断开到内燃机的最终停机的持续时间。在这段时间里内燃机惯性运转，而没有将燃料加入到气缸中以及促成点火。在此仅仅吸入空气并且从燃烧室中排出既存的剩余气体体积，从而用空气对燃烧室进行扫气。这获得所期望的在内燃机的停机状态中降低燃烧室充填物中的剩余气体含量的效果。在此剩余气体尤其是指来自燃烧过程或者上次燃烧过程的废气。这种剩余气体尤其在直接起动时会对起动性能产生负面影响，因为它降低了燃烧室中的空气的量或者能够点燃的燃料-空气混合物的量。由此也降低了通过燃烧室充填物的燃烧释放出的转矩。大约5％的剩余气体含量在这里就已经会导致起动性能的显著恶化。作为本发明的结果将剩余气体含量降低到最低限度，由此在接下来重新起动和发动机加速时关于起动可靠性和加速持续时间获得最大可能的效能。
电机在这里是指每种将电能转换为机械的旋转能以及/或者将机械的旋转能转换为电能的机器。在一种设计方案中，它是用在混合动力车辆的动力传动系中的电机。在作为替代方案的设计方案中，它是皮带传动的起动器、起动器/发电机或者皮带传动的发电机如车用发电机(Lichtmaschine)。所有这些设计方案的突出之处在于，所述电机与内燃机一同运转或者能够以能够一同运转的方式与内燃机相耦合。在此所述耦合可以是形状配合的或者传力的刚性的耦合，如在无额外的离合器的皮带传动时的情况一样。作为替代方案或者补充方案，所述耦合也可以通过能够控制的离合器来进行，所述离合器能够在内燃机运转时被操纵。比如可以设置这样的耦合用于将皮带传动的车用发电机或者混合动力车辆的动力传动系中的电的驱动机器耦合到内燃机上。
与传统的起动器不同，所述电机的所提到的设计方案不必啮合到齿环中，这在内燃机运转时出于噪声和磨损原因是困难的。传统的以小齿轮啮合到起动机齿环中的起动器在这个意义上不是与内燃机一同运转的或者能够以能够一同运转的方式与内燃机相耦合的电机。
下面参照将所述电机构造为发电机的设计方案对本发明进行说明。但是所述说明类似地一同适用于其它设计方案。对于驱动装置来说所需的电能从用于存储电能的蓄电池比如车辆蓄电池中取得。
本发明虽然设置了电机的触发。但是主要涉及为接下来的重新起动而对内燃机进行调整，因而本发明更少地涉及电机的触发而更多地涉及一种用于运行内燃机的方法或者说一种设置用于控制内燃机的控制和/或调节装置，其中相应地使用电机。
在一种设计方案中，在断开点火和/或喷射之后通过发电机的电动马达运行来将内燃机的转速恒定地保持在特定的范围内，从而对于转速关于时间的示意图来说暂时产生一个平台阶段。
作为替代方案或者补充方案，持续减缓转速的下降直至停机。在此所述作为电动马达运行的发电机的驱动力矩相应地完全或者部分地对内燃机的摩擦效应和其它的制动效应进行补偿。
优选也借助于发电机将内燃机恒定地保持在一定的转速上，对于该转速来说仅仅出现微小的扭转振动。这些扭转振动可以在所述控制和/或调节装置中通过已经存在的不平稳运转分析轻易地识别出来。如果要在断开内燃机之后识别出这样的振动，那就可以如此控制作为电动马达运行的发电机，从而相应地对内燃机的转速进行适配处理。换句话说，将具有恒定的转速的平台阶段放到一个转速范围中，在该转速范围内所述控制和/或调节装置检测到比较平稳的运转。
有利的是，为实现本发明不需要任何结构上的改动；仅仅必须在所述控制和/或调节装置中相应地对内燃机或其外围的装置特别是其构造为所谓的车用发电机的发电机的控制或者说调节进行适配处理。
此外，对本发明来说重要的特征可以在接下来的说明以及附图中找到，其中所述特征可能不仅单独地而且也在不同的组合中对本发明来说是重要的，而没有相应明确地指出这一点。有利的改进方案可以在从属权利要求中找到。
有利的是，所述发电机在一段相当于内燃机的至少一个工作循环的持续时间里作为电动马达来运行。这意味着，用空气对每个气缸扫气至少一次。这使得所期望地将剩余气体从燃烧室空间去除。在此有利地以如此程度打开内燃机的空气量调节元件或者说节气门，使得空气流量最大。
此外有利的是，在作为电动马达运行的发电机运行时考虑对内燃机的转速产生影响的参数和/或工作参量。产生影响的参数在此可能是：构件的加工公差、老化和磨损、发动机油状态等等。产生影响的工作参量比如是发动机温度。当然可以设想其它的产生影响的用于用在按本发明的方法中的工作参量。许多产生影响的参数和工作参量有利地本来就能够在控制和/或调节装置中获得，因而其可以在断开内燃机时流入到控制和/或调节过程中。
一种优选的设计方案规定，所述作为电动马达运行的发电机的触发或者说调节根据对内燃机的转速产生影响的参数和/或对所述转速产生影响的工作参量进行。因此，无论如何有意义的是，比如将发动机温度作为控制参数一同加入到用于电子触发装置的控制算法中，所述电子触发装置用于控制作为电动马达运行的发电机。在调节作为电动马达运行的发电机的情况下，比如发动机温度可以代表着用于转速的闭环的调节回路中的干扰参量。如果通过测量技术无法获得产生影响的参数比如老化，那么所述调节回路的使用也是有意义的。因此所述调节回路可以用以下方式对这样的参量的影响进行补偿，即调节器具有一种合适的适配算法，用于有效地克服缓慢变化的影响参量如老化和磨损的影响。在一种设计方案中，适配处理通过以下方式进行，即求出调节调整参量与中性值之间的平均的或者经过低通滤波的偏差并且该偏差被作为所述调节调整参量的补充馈入到调节回路中的适配参量所接收。在将调节调整参量与基础值或者预控制值进行乘法的联结时，所述中性值比如等于1。如果而后求平均的调节调整参量比如为1.3，那么0.3的偏差就被乘法的适配值(1+0.3)所接收，使得真正的调节调整参量在适配处理之后又围绕着其中性值1波动。
附图说明
下面借助于附图对本发明的实施例进行示范性的解释。附图相应地以示意性的形式示出：
图1是本发明的技术环境；
图2是控制作为电动马达运行的发电机的基本的流程；
图3是扩展地控制作为电动马达运行的发电机的流程；
图4是调节作为电动马达运行的发电机的流程；
图5是在所述方法的第一设计方案中在内燃机的惯性运动阶段中内燃机的转速关于时间的示意图，以及
图6是在所述方法的第二设计方案中在内燃机的惯性运动阶段中内燃机的转速关于时间的示意图。
具体实施方式
在图1中，比如车辆的内燃机整体具有附图标记10。该内燃机包括多个气缸，在图1中在这些气缸中仅仅示出一个具有燃烧室12的气缸。燃烧用空气通过进气阀14和进气管16进入到燃烧室12中。热的燃烧废气通过排气阀18和排气管20从燃烧室12中导出。将燃料直接由连接到燃料供给系统24上的喷射器22喷入到燃烧室12中。火花塞26点燃在燃烧室12中存在的燃料/空气混合物。该火花塞26连接到点火系统28上。
通过进气管16中的节气门30来调节进入到燃烧室12中的空气的量。为此所述节气门30拥有电气的调节装置32。在内燃机10的运行中，曲轴34被置于旋转之中。驱动装置36与所述曲轴34相连接，该驱动装置36将曲轴34的旋转运动传递到发电机38的驱动装置37上。该发电机38比如构造为所谓的车用发电机并且向车辆的所有电气装置供给电能。此外，该发电机38向存储电能的蓄电池40比如所谓的车辆蓄电池充电。通常所述曲轴34的驱动装置36到发电机38的驱动装置37还要进行机械地变速，用于与曲轴34相比提高发电机38的旋转速度。
所述内燃机10的运行由控制和/或调节装置42来控制和调节。集成到该控制和/或调节装置42中的电子触发装置43控制着喷射器22和点火系统28。此外，所述节气门30的调节装置32以及发电机38也由所述电子触发装置43触发。为进行控制和调节，所述控制和调节装置42从不同的传感器那里得到信号。例如，节气门30的当前的角度位置由角度传感器44来检测。曲轴34的转速nmot由转速传感器46来检测。内燃机10的温度比如冷却剂或者润滑剂的温度通过温度传感器48来检测。
在此要指出，现代的内燃机控制装置在内燃机的范围内具有其它对本发明来说并非十分重要的传感器，因而所述列举在此不是指终结性的列举。此外，设置所述控制和/或调节装置42用于尤其进行编程，从而控制在本申请中所介绍的方法或其设计方案的流程。
对于内燃机10的直接起动来说或者通常为了改进起动性能，将燃料喷射到适合于起动的燃烧室12中并且而后将其点燃。为了得到最佳的空气-燃料混合物，重要的是，所述内燃机10的燃烧室12还仅仅包含尽可能少的来自先前的运行过程中的剩余气体。按本发明这一点通过以下方式来实现，即发电机38在断开内燃机10的点火和/或喷射之后在内燃机10的惯性运动阶段中暂时作为电动马达来运行，用于减缓内燃机10的转速下降。在此额外地经过内燃机10的至少一个工作循环。由此用空气对燃烧室12的空间进行扫气，从而为接下来的直接起动产生指定的条件。
对于车辆的这里用来说明问题的内燃机10来说，在作为电动马达运行时在惯性运动阶段中从蓄电池40中向该发电机38馈送大约100A的电流强度。所述内燃机10的控制和/或调节装置或者单独的通过总线系统与内燃机10的控制仪进行通信的发电机控制仪承担所述控制或者说调节。所述控制和/或调节装置42的概念就这一点而言也包括由控制仪构成的复合体，对于混合动力车辆来说尤其包括内燃机的控制仪和设置用于对电机进行控制的控制仪。所述作为电动马达运行的发电机在以100A的电流强度运行的实例中在驱动装置37上产生大约10Nm的驱动力矩。通过常见的从驱动装置37到驱动装置36的传动比，曲轴34在该实例中达到大约27Nm的驱动力矩。这足以用于在内燃机10上至少部分地对摩擦效应和其它制动效应进行补偿并且由此延长惯性运动阶段，直到每个燃烧室12都经过了至少一个工作循环。当然，所述控制和/或调节装置42也可以改变用于运行发电机38的电流强度直至内燃机10停机。
图2作为功能块示意图示出了在惯性运动阶段中控制作为电动马达运行的发电机38的基本的流程。所述控制和/或调节装置42记录，应该接通内燃机10；开始内燃机10的惯性运动阶段。这意味着，集成在所述控制和/或调节装置42中的电子触发装置43断开点火系统28和通过喷射器26进行的燃料供给并且通过电气的调节装置32最大程度地打开节气门30。所述电子触发装置43现在用对于发电机38作为电动马达运行所必需的电流强度来触发发电机38。通过所述驱动装置37和36将由此产生的驱动力矩传递到内燃机10的曲轴34上。如果每个燃烧室12经过了一个工作循环，那就可以断开电流。内燃机10在正常条件下惯性运转。
图3示出了扩展地控制作为电动马达运行的发电机38的流程。在此并且对接下来的附图来说适用这一点，即不再详细地对这样的元件和所属的方法说明进行解释，所述元件和方法说明与图2的元件及方法说明在功能上等价。相同的附图标记在此相应地表示相同的组件或功能。在图3的方法中，通过温度传感器48来检测内燃机10的温度Tmot。该温度Tmot在断开内燃机10之后影响着内燃机10的转速下降的速度，因为比如润滑剂中的粘度以及由此润滑剂中的内部摩擦随温度上升而降低。因此在图3所示的方法中，温度Tmot作为控制参数进入到集成在所述控制和/或调节装置42中的控制算法50中，使得所述电子触发装置43在确定输送给发电机38的电流强度时可以考虑到所述温度Tmot。在一种设计方案中，调节器参数如PID调节算法的P和/或I和/或I部分取决于温度。
图4示出了在闭环的调节回路中调节作为电动马达运行的发电机38的流程。在此，调节参量是曲轴34的转速nmot。在惯性运动阶段中的额定转速nmotsoll的相应的所期望的变化比如借助于特性曲线保存在所述控制和/或调节装置42中。在联结点51中，作为额定转速nmotsoll和实际值nmot之间的差值形成调节偏差。在调节器52中将这个调节偏差处理成调节调整参量。作为结果，所述调节器52触发所述电子触发装置43，用于如此调整用于运行作为电动马达运行的发电机38的电流强度，使得当前的转速nmot与预先给定的额定转速nmotsoll相匹配。在此，所述当前的转速nmot借助于转速传感器46来检测。利用图4的方法，所述调节回路尤其可以有效地对缓慢变化的影响参量如老化和磨损的影响进行补偿。在所示出的设计方案中，作为调节偏差的补充还向所述调节器52输送了发动机温度Tmot。这用于影响调节参数。
图5和6在图表中示出了在内燃机10的惯性运动阶段中所述内燃机10的转速nmot关于时间t的变化曲线的两种可能性。在时刻t0断开内燃机10。在没有本发明的干预的情况下，转速nmot拥有变化曲线54。在时刻t1内燃机10会停止。本发明延长了从内燃机10的断开时刻t0直到停止时的时间间隔。延长的转速变化曲线用附图标记56来表示。
图5示出了转速下降过程的基本上连续下降的延长的变化曲线。这通过以下方式来实现，即以几乎均匀的电流强度向所述作为电动马达运行的发电机38进行通电。在此发电机38部分地对内燃机10的摩擦效应和其它制动效应进行补偿并且由此减缓转速下降。在时刻t2内燃机10停止，可以切断发电机38的通电。在此如此设计从t0到t2的时间间隔，使得内燃机10经过至少一个工作循环，以便可以通过活塞运动将剩余气体从内燃机10的燃烧室12中排出。优选如此设计所述时间间隔，从而经过多个工作循环。在一种设计方案中如此设计所述时间间隔，使得其比如双倍于在没有发电机38的电动马达运行的情况下的时间间隔。在此也可以经过高达15个工作循环(曲轴旋转30圈)。
图6示出了另一种用于延长转速下降的方案。图6示出了在时刻t0断开内燃机10之后首先未制动的转速下降，直到如此给作为电动马达运行的发电机38通电，从而基本上对所有摩擦效应和其它的制动效应进行补偿。在转速变化曲线中产生平台阶段58，在该平台阶段58中转速基本上没有下降，而是保持在一个恒定的水平上。所述平台阶段优选相应于一种转速，对于该转速来说在曲轴34上仅仅出现微小的扭转振动。在预先给定的时间过去之后降低电流强度。在此还仅仅部分地对所述摩擦效应和其它制动效应进行补偿。内燃机10在时刻t2停止。这里也如此设计从t0到t2的时间间隔，使得内燃机10经过至少一个工作循环，但必要时也经过高达15个工作循环，以便通过活塞运动将剩余气体从内燃机10的燃烧室12中排出。
如早已提到的一样，在一种设计方案中所述电机是发电机，该设计方案的说明在内燃机关闭时的运行方面也适用于具有其它的上面已经定义的电机的设计方案。
Claims (10)
1.用于运行车辆的动力传动系中的内燃机(10)的方法，其中，所述动力传动系和/或所述内燃机(10)具有与运转的内燃机一同运转的或者能够以能够一同运转的方式与运转的内燃机相耦合的电机，其特征在于，所述电机在断开所述内燃机(10)之后暂时作为驱动所述内燃机的电动马达来运行，用于减缓所述内燃机(10)的转速下降。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电机在一段相当于所述内燃机(10)的至少一个工作循环的持续时间里作为电动马达来运行。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述持续时间里在如此程度上打开所述内燃机(10)的空气量调节元件(30)，使得空气流量最大。
4.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，触发所述作为电动马达运行的电机，使得该电机在所述内燃机(10)断开后将该内燃机(10)暂时保持在至少近似恒定的转速上。
5.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述作为电动马达运行的电机运行时考虑对所述内燃机(10)的转速产生影响的参数和/或工作参量。
6.按权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述作为电动马达运行的电机运行时考虑发动机温度Tmot。
7.按权利要求5或6所述的方法，其特征在于，根据对所述内燃机(10)的转速产生影响的参数和/或对所述转速产生影响的工作参量来触发所述作为电动马达运行的电机。
8.按权利要求5或6所述的方法，其特征在于，根据对所述内燃机(10)的转速产生影响的参数和/或对所述转速产生影响的工作参量来调节所述作为电动马达运行的电机。
9.控制和/或调节装置(42)，设置该控制和/或调节装置(42)用于控制车辆的动力传动系中的内燃机(10)，其用于控制所述内燃机的或所述动力传动系的与运转的内燃机一同运转的或者能够以能够一同运转的方式与运转的内燃机相耦合的电机，其特征在于，设置所述控制和/或调节装置(42)用于在断开所述内燃机(10)之后将所述电机暂时作为驱动所述内燃机的电动马达来运行，用于减缓所述内燃机(10)的转速下降。
10.按权利要求9所述的控制和/或调节装置(42)，其特征在于，设置所述控制和/或调节装置(42)用于控制和/或调节按权利要求1到8中任一项所述的方法的流程。
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