DE102007004171A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl - Google Patents

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Abstract

Eine Vorrichtung (2) zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine (3) eines Fahrzeugs (1) umfasst einen Messwertaufnehmer (8) zum Erfassen einer Auslastung des elektrischen Generators (4) und ein Einstellmittel (10) zum Einstellen der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine (3) in Abhängigkeit von der erfassten Auslastung des elektrischen Generators (4). Der elektrische Generator (4) wird dabei von der Verbrennungskraftmaschine (3) angetrieben.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine, eines Fahrzeugs, wobei die Verbrennungskraftmaschine einen elektrischen Generator antreibt, und insbesondere eine Leerlaufdrehzahlabsenkung der Verbrennungskraftmaschine bei geringen Bordnetzlasten.
  • Die elektrische Versorgung eines Bordnetzes und einer Starterbatterie eines Kraftfahrzeugs erfolgt bei konventionellen Antrieben durch einen an eine Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs gekoppelten Generator. Ein derartiger Generator wird im Allgemeinen auch als Lichtmaschine bezeichnet. Da der Generator bzw. die Lichtmaschine an die Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist, ist die maximal mögliche elektrische Abgabeleistung der Lichtmaschine im Allgemeinen von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine abhängig. Im Allgemeinen weist insbesondere im Leerlauf bzw. im leerlaufnahen Bereich der Verbrennungskraftmaschine die maximal mögliche Leistungsabgabe der Lichtmaschine einen deutlich geringeren Wert als bei höheren Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine auf.
  • Da bei modernen Fahrzeugen, wie zum Beispiel Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, die Anzahl der elektrischen Verbraucher stetig wächst, bestimmt neben weiteren Parametern der elektrische Leistungsbedarf des Bordnetzes die minimale Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, da im Allgemeinen auch bereits bei einer Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine ausreichend Energie zur Versorgung von im Allgemeinen üblich eingeschalteten Verbrauchern des Bordnetzes bereitgestellt werden sollte. Stellt die Lichtmaschine aufgrund der maximal möglichen Abgabeleistung bei einer Leerlaufdrehzahl nicht genügend Energie zur Versorgung des Bordnetzes bereit, so wird auf Energie der Starterbatterie zurückgegriffen. Dies gilt es jedoch im Allgemeinen zu vermeiden, um ein Entladen der Starterbatterie zu vermeiden, um einen nachfolgenden Startvorgang sicherzustellen.
  • Deshalb werden Regelsysteme zur Regelung der Leerlaufdrehzahl verwendet, welche ein Entladen der Starterbatterie vermeiden sollen. Herkömmliche Regelsystem für die Leerlaufdrehzahl verfügen nicht über eine direkte Messung der aufgenommenen Bordnetzleistung, sondern überwachen die Spannung des Bordnetzes und heben bei Unterschreiten verschiedener einstellbarer Spannungsschwellen die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine an, um den Bordnetzleistungsbedarf zu decken, ohne die Starterbatterie zu entladen. Weiterhin wird eine Grundleerlaufdrehzahl eingestellt, welche auch im Leerlauf eine ausreichend hohe maximal abgebbare Leistung der Lichtmaschine bereitstellt, um ein Einbrechen der Bordnetzspannung und somit eine Belastung der Starterbatterie zu vermeiden.
  • In herkömmlichen Vorrichtungen zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl in einer Verbrennungskraftmaschine wird, wie in 3 gezeigt, eine Spannung des Bordnetzes U zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl n herangezogen. Ausgehend von einer Grundleerlaufdrehzahl nmot1, welche auch im Leerlauf eine ausreichend hohe Leistungsfähigkeit der Lichtmaschine gewährleistet, um ein Einbrechen der Bordnetzspannung und somit eine Belastung der Bordnetzbatterie möglichst zu vermeiden, wird die Bordnetzspannung U überwacht. Sobald die Bordnetzspannung U unter einen Wert U2 sinkt, wird die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine auf nmot2 erhöht. Dadurch wird die maximal abgebbare Leistung des elektrischen Generators erhöht und eine Versorgung des Bordnetzes sichergestellt sowie ein Entladen der Starterbatterie vermieden. Sollte die Spannung des Bordnetzes weiter absinken, beispielsweise unter einen Wert U1, so wird die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine auf einen Wert nmot3 erhöht.
  • Bei einer geringen Bordnetzleistungsaufnahme kann jedoch die Grundleerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine nicht weiter abgesenkt werden, da aus der Spannungsinformation des Bordnetzes keine Information über die Leistungsaufnahme des Bordnetzes zur Verfügung steht.
  • Daher wird bei einer geringen Leistungsaufnahme des Bordnetzes im Allgemeinen die Verbrennungskraftmaschine mit einer unnötig hohen Leerlaufdrehzahl betrieben, was zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und zu einer erhöhten Schadstoffemission des Fahrzeugs führt. Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs bereitzustellen, welches die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine derart einstellt, dass ein von der Verbrennungskraftmaschine angetriebener elektrischer Generator ausreichend Energie zur Versorgung des Bordnetzes bereitstellt und gleichzeitig die Verbrennungskraftmaschine auf einer derart niedrigen Drehzahl läuft, dass ein Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine und eine Schadstoffemission der Verbrennungskraftmaschine im Leerlauf erheblich reduziert werden. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche zur Durchführung dieses Verfahren geeignet ist.
  • Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 1 und einer Vorrichtung zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 14 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs bereitgestellt, wobei die Verbrennungskraftmaschine einen elektrischen Generator antreibt. Die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine wird dabei in Abhängigkeit einer Auslastung des elektrischen Generators eingestellt.
  • Indem die Auslastung des elektrischen Generators zur Regelung der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine verwendet wird, kann die Leerlaufdrehzahl derart eingestellt werden, dass eine bestimmte Auslastung des elektrischen Generators nicht überschritten wird und somit sichergestellt ist, dass der elektrische Generator eine ausreichende Leistung zur Versorgung der aktuell benötigten Leistung im Bordnetz betrieben wird und außerdem die Drehzahl deutlich unter die Grundleerlaufdrehzahl gemäß dem Stand der Technik abgesenkt werden kann, ohne dass die Gefahr besteht, dass der elektrische Generator nicht ausreichend Leistung zur Versorgung des Bordnetzes bereitstellt. Im Falle einer höheren Leistungsaufnahme des Bordnetzes wird durch das Verfahren eine hohe Leerlaufdrehzahl eingestellt, welche sich z. B. auch im Bereich gemäß dem Stand der Technik befinden kann. Ferner ist ein Ermitteln der Auslastung des elektrischen Generators bei üblicherweise verwendeten elektrischen Generatoren oder Lichtmaschinen über das so genannte Dynamofeldsignal(DF-Signal) überaus einfach möglich, welches eine Auslastung des elektrischen Generators als einen PWM-Wert (pulsweitenmoduliertes Signal) darstellt. Somit wird durch das Verfahren zum einen eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen der Verbrennungskraftmaschine erreicht und andererseits eine kostengünstige Realisierung des Verfahrens mit herkömmlichen Lichtmaschinen ermöglicht.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Auslastung des elektrischen Generators eine relative Auslastung des Generators umfassen. Die relative Auslastung des Generators gibt bei einer aktuellen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, welche mit dem elektrischen Generator gekoppelt ist, ein Verhältnis zwischen einer aktuell abgegebenen elektrischen Leistung des Generators und einer maximal möglichen abgebbaren elektrischen Leistung des Generators an. Dabei kann die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine angehoben werden, wenn die Auslastung des elektrischen Generators steigt.
  • Indem eine relative Auslastung des Generators bei einer aktuellen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine verwendet wird, kann wie zuvor erläutert sichergestellt werden, dass einerseits ausreichend Leistung zur Versorgung des Bordnetzes von dem elektrischen Generator bereitgestellt werden kann und andererseits die Leerlaufdrehzahl derart abgeregelt werden kann, dass ein Kraftstoffverbrauch und eine Schadstoffemission der Verbrennungskraftmaschine minimiert werden. Die relative Auslastung des Generators lässt sich kostengünstig aus dem Dynamofeldsignal(DF-Signal) ableiten. Dazu wird ein Pegel des DF-Signals in Relation zu einem drehzahlabhängigen Maximalpegel des DF-Signals gesetzt und somit die relative Auslastung des Generators bestimmt. Dieses Verfahren stellt ein äußerst kostengünstiges Verfahren zur Bestimmung der relativen Auslastung des Generators bereit.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Verbrennungskraftmaschine eine Grundleerlaufdrehzahl zugeordnet werden und die Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit der Auslastung des elektrischen Generators auf eine höhere Drehzahl als die Grundleerlaufdrehzahl eingestellt werden. Die Grundleerlaufdrehzahl kann hierbei die geringste mögliche Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine sein.
  • Die Grundleerlaufdrehzahl wird als Leerlaufdrehzahl nach Belastungswechseln der Verbrennungskraftmaschine, wie zum Beispiel nach einem Anlassen der Verbrennungskraftmaschine oder nach einem Loslassen des Gaspedals, einem Trennen der Verbrennungskraftmaschine von einem Antriebsstrang des Fahrzeugs und weiteren die Leerlaufdrehzahl beeinflussenden Funktionen verwendet. Sobald diese Grundleerlaufdrehzahl erreicht ist, wird die Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit der Auslastung des elektrischen Generators von dem Verfahren eingestellt, um den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen zu minimieren. Somit ist ein sicherer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Verbrennungskraftmaschine eine Grundleerlaufdrehzahl zugeordnet werden und die Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit der Auslastung des elektrischen Generators nur auf eine höhere Drehzahl als die Grundleerlaufdrehzahl eingestellt werden. Wie zuvor erwähnt, wird dadurch nach einem Lastwechsel oder einem Anlassvorgang der Verbrennungskraftmaschine ein sicherer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet. Indem die Leerlaufdrehzahl von dem Verfahren zum Einstellen der Leerlaufdrehzahl nur auf eine höhere Drehzahl als die Grundleerlaufdrehzahl eingestellt werden kann, wird eine minimale Leerlaufdrehzahl sichergestellt, welche einen ruhigen Lauf der Verbrennungskraftmaschine bewirkt und somit dem Komfort der Insassen des Fahrzeugs zugute kommt. Nichtsdestotrotz kann diese Grundleerlaufdrehzahl erheblich niedriger gewählt werden als bei Leerlaufdrehzahlregelungen gemäß dem Stand der Technik, da für diese Grundleerlaufdrehzahl keine durchschnittliche Leistungsaufnahme eines Bordnetzes zugrunde gelegt wird. Somit ist auch in dieser Ausführungsform eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen möglich.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Leerlaufdrehzahl linear zu einem Ansteigen bzw. Absinken der Auslastung des Generators angehoben bzw. abgesenkt werden.
  • Durch eine lineare Regelung kann eine bestimmte Auslastung des elektrischen Generators sehr genau eingehalten werden und somit die Leerlaufdrehzahl bedarfsgerecht eingestellt werden, wodurch die Kraftstoffeinsparung und die Reduktion der Schadstoffemission besonders wirksam sind.
  • Andererseits kann die Leerlaufdrehzahl aber auch in Abhängigkeit von einem Ansteigen bzw. Absinken der Auslastung des Generators in Stufen angehoben bzw. abgesenkt werden.
  • In diesem Fall wird die Leerlaufdrehzahl und somit die Auslastung des elektrischen Generators auf einen bestimmten Wert zwar nicht so exakt geregelt, dafür wird die Verbrennungskraftmaschine nur in verschiedenen Drehzahlstufen betrieben, was von einem Benutzer des Fahrzeugs im Gegensatz zu einer Verbrennungskraftmaschine mit einer kontinuierlich veränderlichen Leerlaufdrehzahl als angenehmer empfunden werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner die Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit von einer elektrischen Aufnahmeleistung eines an den Generator angeschlossenen Bordnetzes des Fahrzeugs einstellen. Dazu werden beispielsweise mit Hilfe eines Nebenschlusswiderstands (Shunt) die aktuelle Stromaufnahme des Bordnetzes und daraus die aktuelle Leistungsaufnahme bestimmt. Aus einer Kennlinie des elektrischen Generators, welche die maximal abgebbare Leistung des elektrischen Generators in Abhängigkeit von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine angibt, kann eine Leerlaufdrehzahl für die Verbrennungskraftmaschine ermittelt werden, welche sicherstellt, dass eine Versorgung des Bordnetzes mit elektrischer Energie aus dem Generator sichergestellt ist.
  • Ferner kann in einer bevorzugten Ausführungsform die Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit einer elektrischen Aufnahmeleistung einer an den Generator angeschlossenen Starterbatterie des Fahrzeugs eingestellt werden. Auf diese Art und Weise wird zusätzlich sichergestellt, dass auch im Leerlaufbetrieb der Verbrennungskraftmaschine die Starterbatterie des Fahrzeugs aufgeladen wird, sofern dies notwendig ist. Somit wird eine sichere Versorgung von sowohl dem Bordnetz als auch der Starterbatterie sichergestellt und gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemission der Verbrennungskraftmaschine minimiert. Zusätzlich kann ein von der Batterie ermittelter Ladezustand (State of Charge, SOC) und/oder alterungsbedingter Zustand (State of Health, SOH) der Batterie berücksichtigt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren die Leerlaufdrehzahl unter Berücksichtigung einer Hysterese einstellen. Die Hysterese ist beispielsweise derart ausgestaltet, dass die Leerlaufdrehzahl in dem Fall, in welchem eine erhöhte elektrische Leistung von dem Bordnetz gefordert wird, unmittelbar erhöht wird, und in dem Fall, in welchem die geforderte elektrische Leistung des Bordnetzes verringert wird, die Leerlaufdrehzahl erst nach einer vorbestimmten Verzögerungszeit abgesenkt wird.
  • Dadurch kann ein häufiges Auf- und Abregeln der Leerlaufdrehzahl vermieden werden, was für einen Benutzer des Fahrzeugs als angenehmer empfunden werden kann.
  • Ferner kann das Verfahren zum Einstellen der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine derart ausgestaltet sein, dass nach einem Anheben der Leerlaufdrehzahl aufgrund einer erhöhten. Leistungsaufnahme des Bordnetzes im Leerlaufbetrieb die Leerlaufdrehzahl erst wieder abgesenkt wird, wenn der Leerlaufdrehzahlbereich bzw. der Leerlaufbetrieb zwischenzeitlich verlassen wurde. Ein derartiges Verfahren stellt eine weitere Möglichkeit dar, ein häufiges Auf- und Abregeln der Leerlaufdrehzahl zu vermeiden, um den Komfort für einen Benutzer des Fahrzeugs zu erhöhen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Einstellen der Leerlaufdrehzahl kann die Leerlaufdrehzahl ferner in Abhängigkeit einer eingelegten Fahrstufe eines automatischen Antriebsgetriebes des Fahrzeugs, einer aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs, einer Einstellung eines Fahrkomfortreglers des Fahrzeugs, einer Betätigung eines Bremspedals des Fahrzeugs oder einer Betätigung eines Kupplungspedals des Fahrzeugs eingestellt werden. So kann beispielsweise, wenn die Fahrstufe „neutral" oder „parken" des automatischen Getriebes des Fahrzeugs eingelegt ist, die Leerlaufdrehzahl wie zuvor beschrieben eingestellt werden, wohingegen in den übrigen Fahrstufen beispielsweise die Leerlaufdrehzahl nicht abgesenkt wird, damit ein rasches Beschleunigen des Fahrzeugs sichergestellt wird, da die Verbrennungskraftmaschine bei nicht abgesenkter Leerlaufdrehzahl rascher auf eine Leistungsanforderung reagieren kann.
  • Eine Einstellung des Fahrkomfortreglers des Fahrzeugs kann beispielsweise die zuvor erwähnten Ausgestaltungen in Bezug auf die lineare oder stufenweise Regelung der Leerlaufdrehzahl und der Hystereseeigenschaften der Leerlaufdrehzahlregelung beeinflussen. So kann beispielsweise bei einer Einstellung des Fahrkomfortreglers auf „hohen Komfort" sowohl die zuvor erwähnten Hysterese bei der Leerlaufdrehzahl angewendet werden, als auch eine stufenweise Regelung der Leerlaufdrehzahl durchgeführt werden. Im Gegensatz dazu kann bei einer Einstellung des Fahrkomfortreglers auf „niedrigen Komfort", was in diesem Fall mit einem günstigeren Verbrauch des Fahrzeugs einhergeht, eine lineare Regelung der Leerlaufdrehzahl ohne Hysterese verwendet werden.
  • Aus der aktuellen Geschwindigkeit, der Betätigung des Bremspedals sowie der Betätigung des Kupplungspedals des Fahrzeugs oder einer Kombination aus diesen Größen können verschiedene Betriebszustände des Fahrzeugs sowie vermutlich beabsichtigte zukünftige Betriebszustände ermittelt bzw. geschätzt werden und daraus eine Leerlaufdrehzahlregelung abgeleitet werden. Befindet sich das Fahrzeug beispielsweise im Stillstand und das Bremspedal ist betätigt und das Kupplungspedal ist nicht betätigt, so ist nicht mit einem baldigen Beschleunigen des Fahrzeugs zu rechnen und daher eine Drehzahlabsenkung gemäß den zuvor beschriebenen Verfahren sinnvoll. Wird dann das Kupplungspedal betätigt, so ist mit einem baldigen Beschleunigen des Fahrzeugs zu rechnen und somit beispielsweise eine Drehzahlabsenkung nicht mehr sinnvoll, da dies zu einer Beeinträchtigung während des Beschleunigungsvorgangs des Fahrzeugs führen könnte.
  • Wird dagegen während einer Fahrt des Fahrzeugs, welche über die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt wird, das Bremspedal und das Kupplungspedal betätigt und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs kontinuierlich verringert, so kann beispielsweise ein baldiges Anhalten des Fahrzeugs angenommen werden, und dementsprechend bereits während das Fahrzeug noch rollt eine Einstellung und ggf. eine Absenkung der Leerlaufdrehzahl gemäß einem der zuvor beschriebenen Verfahren durchgeführt werden.
  • Somit ist durch Berücksichtigung der eingelegten Fahrstufe, der aktuellen Geschwindigkeit, der Einstellung des Fahrkomfortreglers, der Betätigung des Bremspedals oder der Betätigung des Kupplungspedals eine Einstellung der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine möglich, welche eine verringerte Kraftstoffaufnahme und Schadstoffemission zur Folge hat und trotzdem den gewünschten Fahrkomfort sowie eine rasche Reaktionsgeschwindigkeit der Verbrennungskraftmaschine auf eine Leistungsanforderung sicherstellt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs bereitgestellt. Dabei treibt die Verbrennungskraftmaschine einen elektrischen Generator an. Die Vorrichtung umfasst einen Messwertaufnehmer zum Erfassen einer Auslastung des elektrischen Generators und ein Einstellmittel zum Einstellen der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit von der erfassten Auslastung des elektrischen Generators.
  • Eine derartige Vorrichtung kann zur Durchführung der zuvor genannten Verfahren ausgestaltet sein und weist somit die zuvor im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Verfahren diskutierten Vorteile auf.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine.
  • 2 ist ein Diagramm, welches schematisch den maximal abgebbaren Strom eines elektrischen Generators in Abhängigkeit von einer Drehzahl einer Verbrennungskraftmaschine, welche den elektrischen Generator antreibt, zeigt.
  • 3 ist ein Diagramm, welches die Funktionsweise einer Vorrichtung zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl gemäß dem Stand der Technik zeigt.
  • 4 ist ein Diagramm, welches eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl darstellt.
  • 5 ist ein Diagramm, welches eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl darstellt.
  • 6 ist ein Diagramm, welches noch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl darstellt.
  • 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 1 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine 3, wobei die Verbrennungskraftmaschine 3 einen elektrischen Generator 4 antreibt. Die Verbrennungskraftmaschine 3 kann beispielsweise ein Ottomotor, insbesondere ein direkteinspritzender magerlauftätiger Ottomotor sein. Der elektrische Generator 4 ist mechanisch mit der Verbrennungskraftmaschine 3 beispielsweise über einen Antriebsriemen 5, wie z. B. einen Keilriemen oder einen Zahnriemen, verbunden. Der elektrische Generator, welcher im Allgemeinen auch als Lichtmaschine bezeichnet wird, erzeugt aufgrund einer Drehung einer Antriebsscheibe des elektrischen Generators elektrische Energie zur Versorgung eines Bordnetzes 6 und einer Starterbatterie 7 des Fahrzeugs 1. Die Antriebsscheibe des elektrischen Generators ist über den Antriebsriemen 5 mit der Verbrennungskraftmaschine 3 derart verbunden, dass die Drehzahl des elektrischen Generators proportional zu der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine ist. Somit hat eine Änderung der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine eine direkte Änderung der Drehzahl des elektrischen Generators zur Folge. Daher wird im Folgenden nicht zwischen einer Drehzahl des elektrischen Generators und der Verbrennungskraftmaschine unterschieden, sondern nur Bezug auf die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine genommen.
  • Die Vorrichtung 2 zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl umfasst ferner einen Messwertaufnehmer 8 zum Erfassen einer Auslastung des elektrischen Generators 4. Die Auslastung des elektrischen Generators kann beispielsweise durch Erfassen eines so genannten Dynamofeldsignals(DF-Signal) des elektrischen Generators 4 durchgeführt werden. Dieses DF-Signal kann beispielsweise eine Spannung bereitstellen, welche eine relative Auslastung des elektrischen Generators darstellt und der Messwertaufnehmer 8 kann beispielsweise mit Hilfe einer Abbildungstabelle eine relative Auslastung des elektrischen Generators 4 aus diesem DF-Signal erzeugen. Dazu wird das DF-Signal über eine Verbindung 9 von dem elektrischen Generator 4 zu dem Messwertaufnehmer 8 übertragen.
  • Die Vorrichtung 2 zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl umfasst ferner ein Einstellmittel 10 zum Einstellen der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine 3, welches über eine Verbindung 11 mit einer Motorelektronik 12 der Verbrennungskraftmaschine 3 verbunden ist.
  • Außerdem umfasst die Vorrichtung 2 ein Erfassungsmittel 13, welches beispielsweise über einen Fahrzeugkommunikationsbus 14 mit verschiedenen Sensoren des Fahrzeugs 1 verbunden ist, um Betriebszustände des Fahrzeugs zu erfassen. Die mit dem Erfassungsmittel 13 verbundenen Sensoren können beispielsweise Sensoren zum Erfassen einer Betätigung eines Bremspedals 15 oder eines Kupplungspedals 16 sowie einen Sensor zum Erfassen einer aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 über einen Radsensor 17 umfassen.
  • Ferner umfasst das Fahrzeug 1 ein Getriebe 18, welches über eine Verbindung 19 mit der Verbrennungskraftmaschine 3 verbunden ist, um die Antriebskraft der Verbrennungskraftmaschine 3 über einen Antriebsstrang 20 auf die Räder 21 des Fahrzeugs zu übertragen.
  • 2 ist ein Diagramm, welches den maximal abgebbaren elektrischen Strom eines elektrischen Generators in Abhängigkeit einer Drehzahl, mit welcher der elektrische Generator angetrieben wird, darstellt. Da in einem Kraftfahrzeug die elektrische Ausgangsspannung eines elektrischen Generators üblicherweise auf eine feste Spannung oder einen engen Spannungsbereich geregelt wird, ist die abgegebene elektrische Leistung des elektrischen Generators näherungsweise proportional zu dem abgegebenen elektrischen Strom des elektrischen Generators. Die in Kraftfahrzeugen üblicherweise verwendeten elektrischen Generatoren, welche auch Lichtmaschine genannt werden, weisen üblicherweise eine in 2 gezeigten Charakteristik auf. Diese zeigt, dass sie ihre maximale Leistung bzw. ihren maximalen Strom Imax ab einer konstruktionsbedingten Drehzahl n2 abgeben können. Unterhalb dieser Drehzahl n2 sinkt der maximal abgebbare Strom und somit die maximal abgebbare Leistung der Lichtmaschine drastisch ab, wie in 2 dargestellt. Da die Verbrennungskraftmaschine 3 über einen verhältnismäßig weiten Bereich im Betrieb des Fahrzeugs betrieben wird, beispielsweise in einem Bereich von weniger als 1000 Umdrehungen pro Minute bis hin zu über 6000 Umdrehungen pro Minute, wird, um eine effiziente Arbeitsweise der Lichtmaschine auch bei hohen Drehzahlen sicherzustellen, die Lichtmaschine und die Verbindung der Lichtmaschine zur Verbrennungskraftmaschine derart ausgelegt, dass die Drehzahl n2 einer deutlich höheren Drehzahl als der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine entspricht. So kann beispielsweise n2 1000 Umdrehungen pro Minute betragen, während die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine beispielsweise 700 Umdrehungen pro Minute betragen kann, wobei bei dieser Leerlaufdrehzahl n1 ein zuverlässiger und komfortabler Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 3 sichergestellt werden kann.
  • Nachfolgend werden Bezug nehmend auf 4–6 verschiedene Ausführungsformen des Verfahrens zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine erläutert. werden, welche von der Vorrichtung 2 der 1 durchgeführt werden können.
  • 4 zeigt ein Verfahren, in welchem die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine 3 in einem Bereich zwischen nLL1 und nLL2 in Abhängigkeit von einer Auslastung des elektrischen Generators 4 eingestellt wird. Die Vorrichtung 2 ermittelt anhand des DF-Signals des elektrischen Generators 4 die augenblickliche Auslastung des elektrischen Generators 4, wobei die Auslastung als ein relativer Wert von dem Messwertaufnehmer 8 der Vorrichtung 2 bereitgestellt wird, welcher eine aktuelle Auslastung des elektrischen Generators in Bezug auf eine bei der aktuellen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine maximal möglichen abgebbaren Leistung des elektrischen Generators 4 ermittelt. Wie in 4 dargestellt, wird die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine linear in Abhängigkeit der Auslastung des elektrischen Generators zwischen einer Auslastung DFmin und einer Auslastung DFmax zwischen den Leerlaufdrehzahlen nLL1 und nLL2 eingestellt. Solange sich die Auslastung des elektrischen Generators zwischen 0% und DFmin befindet, wird die Verbrennungskraftmaschine bei einer Drehzahl nLL1 betrieben. Beträgt die Auslastung des elektrischen Generators einen Wert zwischen DFmin und DFmax, so wird proportional zu der Auslastung die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine von nLL1 bis nLL2 hochgeregelt. Übersteigt die Auslastung des elektrischen Generators den Wert DFmax, so findet keine weitere Erhöhung der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine statt. Der Wert für DFmax kann dabei beispielsweise 80% betragen, vorzugsweise 60% und weiter vorzugsweise 40% betragen. Der Wert für DFmax wird dementsprechend größer als der Wert von DFmin gewählt, beispielsweise in einem Bereich von 40–100%, vorzugsweise 80%.
  • Indem die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit von der Auslastung des elektrischen Generators eingestellt wird, kann die Leerlaufdrehzahl bei einer geringen Auslastung des elektrischen Generators sehr weit herabgeregelt werden und somit der Kraftstoffverbrauch sowie die Schadstoffemissionen erheblich reduziert werden. Gleichzeitig kann sichergestellt werden, dass der elektrische Generator ausreichend Energie zur Versorgung der elektrischen Verbraucher des Bordnetzes bereitstellt und somit nicht auf elektrische Energie der Starterbatterie zur Versorgung des Bordnetzes zurückgegriffen werden muss. Indem eine Mindestdrehzahl nLL1 für die Leerlaufdrehzahl vorgesehen wird, kann ein sicherer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet werden. Durch Bereitstellen eines höchst zulässigen Leerlaufdrehzahlwertes nLL2 kann sichergestellt werden, dass die Verbrennungskraftmaschine auch bei einem extrem hohen Stromverbrauch des Bordnetzes nur bis zu einer vorbestimmten maximalen Leerlaufdrehzahl aufgeregelt wird, um einen ausreichenden Komfort im Leerlaufbetrieb sicherzustellen. Da in diesem Fall jedoch nicht mehr gewährleistet werden kann, dass die Starterbatterie im Betrieb des Fahrzeugs nicht entladen wird, kann alternativ, wie in 5 dargestellt, eine obere Beschränkung der Leerlaufdrehzahl entfallen, und die Leerlaufdrehzahl aufgrund einer erhöhten Auslastung des Generators auch über nLL2 hinaus erhöht werden.
  • Alternativ kann, wie in 6 dargestellt, die Einstellung der Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit von einem Ansteigen bzw. Absinken der Auslastung des elektrischen Generators in Stufen erfolgen. Zusätzlich kann wie in 6 dargestellt, bei diesem Einstellungsverfahren eine Hysterese verwendet werden, um ein häufiges Ändern der Leerlaufdrehzahl zu vermeiden.
  • Der durchgezogene Graph der 6 gibt dabei die Einstellung der Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit von der Auslastung des elektrischen Generators bei einem Erhöhen der Auslastung und Überschreiten der Auslastungsschwellen DF2 und DF4 an, wohingegen die gestrichelte Linie der 6 die Einstellung der Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit von der Auslastung des elektrischen Generators bei einem Absinken der Auslastung und Unterschreiten der Auslastungsschwellen DF3 und DF1 angibt. Beträgt beispielsweise die Auslastung des elektrischen Generators einen Wert kleiner als DF1, so wird eine Leerlaufdrehzahl von nLL1 eingestellt. Steigt die Auslastung nun an, so wird die Leerlaufdrehzahl nLL1 bis zum Erreichen einer Auslastung DF2 beibehalten. Wird die Auslastung DF2 überschritten, so steigt die Leerlaufdrehzahl auf nLL2 an. Wird die Auslastung weiter erhöht, so bleibt die Leerlaufdrehzahl bis zum Erreichen einer Auslastung DF4 auf einem Wert von nLL2. Bei Überschreiten der Auslastung von DF4 wird die Leerlaufdrehzahl auf nLL3 erhöht. Eine weitere Erhöhung der Auslastung führt in dem hier gezeigten Beispiel zu keiner weiteren Erhöhung der Leerlaufdrehzahl. Es ist jedoch denkbar, weitere Stufen mit höheren Leerlaufdrehzahlen bei höheren Auslastungen vorzusehen. Wenn die Auslastung des Generators absinkt, so wird die Leerlaufdrehzahl nLL3 bis zu einem Absinken der Auslastung auf einen Wert DF3, welcher kleiner als DF4 ist, beibehalten. Erst wenn die Auslastung den Wert DF3 unterschreitet, wird die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine auf nLL2 reduziert. Eine weitere Absenkung der Leerlaufdrehzahl auf nLL1 wird erst bei einem Unterschreiten der Auslastung unter einen Wert DF1 durchgeführt.
  • Die Verwendung einer stufenweisen Regelung. anstatt der in 4 und 5 gezeigten linearen Regelung wird von den meisten Benutzern von Fahrzeugen als angenehmer empfunden, insbesondere wenn die stufenweise Regelung in Verbindung mit einer Hysterese wie in 6 dargestellt durchgeführt wird, da in diesem Fall Drehzahländerungen nur sehr selten auftreten und somit der Benutzer des Fahrzeugs nicht durch übermäßig häufige Drehzahländerungen irritiert wird.
  • Die Vorrichtung 2 zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine 3 weist ferner ein Erfassungsmittel 13 auf, welches über einen Fahrzeugkommunikationsbus 14 einem Betätigungszustand eines Bremspedals 15 und eines Kupplungspedals 16 sowie eine aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 über. den Radsensor 17 erfassen kann. Die so erfassten Daten können zusätzlich zur Einstellung der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine 3 verwendet werden. Wenn beispielsweise die Auslastung des elektrischen Generators DFmin oder weniger beträgt, das Fahrzeug stillsteht und das Kupplungspedal 16 nicht betätigt ist, kann die Leerlaufdrehzahl auf nLL1 reduziert werden, wohingegen bei gleicher Auslastung und stillstehendem Fahrzeug aber betätigtem Kupplungspedal 16 die Leerlaufdrehzahl beispielsweise auf nLL2 oder einen vorbestimmten Wert zwischen nLL1 und nLL2 eingestellt werden kann, da in dem Zustand mit betätigtem Kupplungspedal 16 ein baldiges Losfahren des Fahrzeugs zu erwarten ist, wobei eine Leerlaufdrehzahl größer als nLL1 vorteilhaft ist, um das Anfahren zu erleichtern und den Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs zu verbessern. Befindet sich das Fahrzeug 1 dagegen in Bewegung (Geschwindigkeit größer Null) und es wird eine Betätigung von sowohl dem Bremspedal 15 als auch dem Kupplungspedal 16 erfasst, so kann eine bedarfsgerechte Absenkung der Leerlaufdrehzahl, wie im Zusammenhang mit 4–6 beschrieben, unmittelbar durchgeführt werden, da in dieser Situation nicht mit einer unmittelbaren Leistungsanforderung von der Verbrennungskraftmaschine 3 zu rechnen ist. Somit ist es möglich, eine bedarfsgerechte Absenkung der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine 3 durchzuführen, und den Kraftstoffverbrauch sowie die Schadstoffemissionen zu verringern, ohne Einbußen beim Komfort oder der Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs zu bewirken.
    • 1
    Fahrzeug
    2
    Vorrichtung zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl
    3
    Verbrennungskraftmaschine
    4
    elektrischer Generator
    5
    Antriebsriemen
    6
    Bordnetz
    7
    Starterbatterie
    8
    Messwertaufnehmer
    9
    Verbindung
    10
    Einstellmittel
    11
    Verbindung
    12
    Motorelektronik
    13
    Erfassungsmittel
    14
    Fahrzeugkommunikationsbus
    15
    Bremspedal
    16
    Kupplungspedal
    17
    Radsensor
    18
    Getriebe
    19
    Verbindung
    20
    Antriebsstrang
    21
    Rad

Claims (15)

  1. Verfahren zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine (3) eines Fahrzeugs (1), wobei die Verbrennungskraftmaschine (3) einen elektrischen Generator (4) antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine (3) in Abhängigkeit einer Auslastung des elektrischen Generators (4) eingestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslastung des elektrischen Generators (4) eine relative Auslastung des Generators (4) umfasst, welche bei einer aktuellen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (3) ein Verhältnis zwischen einer aktuell abgegebenen elektrischen Leistung des Generators (4) und einer maximal möglichen abgebbaren elektrischen Leistung des Generators (4) aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine (3) abgesenkt wird, wenn die Auslastung des elektrischen Generators (4) sinkt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine (3) angehoben wird, wenn die Auslastung des elektrischen Generators (4) steigt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungskraftmaschine (3) eine Grundleerlaufdrehzahl (nLL2) zugeordnet wird und die Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit der Auslastung des elektrischen Generators (4) auf eine höhere (nLL3) der niedrigere Drehzahl (nLL1) als die Grundleerlaufdrehzahl (n1) eingestellt wird.
  6. Verfahren nach. einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungskraftmaschine (3) eine Grundleerlaufdrehzahl (nLL1) zugeordnet wird und die Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit der Auslastung des elektrischen Generators (4) nur auf eine höhere Drehzahl (nLL2) als die Grundleerlaufdrehzahl (nLL1) eingestellt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufdrehzahl linear zu einem Ansteigen bzw. Absinken der Auslastung des Generators (4) angehoben bzw. abgesenkt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit von einem Ansteigen bzw. Absinken der Auslastung des Generators (4) in Stufen angehoben bzw. abgesenkt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufdrehzahl ferner in Abhängigkeit von einer elektrischen Aufnahmeleistung eines an den Generator (4) angeschlossenen Bordnetzes (6) des Fahrzeugs (1) eingestellt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufdrehzahl ferner in Abhängigkeit von einer elektrischen Aufnahmeleistung einer an den Generator (4) angeschlossenen Starterbatterie (7) des Fahrzeugs (1) eingestellt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufdrehzahl unter Berücksichtigung einer Hysterese eingestellt wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Anheben der Leerlaufdrehzahl die Leerlaufdrehzahl erst wieder abgesenkt wird, wenn der Leerlaufdrehzahlbereich zwischenzeitlich verlassen wurde.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufdrehzahl ferner in Abhängigkeit einer eingelegten Fahrstufe eines automatischen Antriebsgetriebes des Fahrzeugs (1), einer aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs (1), einer Einstellung eines Fahrkomfortreglers des Fahrzeugs (1), einer Betätigung eines Bremspedals (15) des Fahrzeugs (1) oder einer Betätigung eines Kupplungspedals (16) des Fahrzeugs (1), eingestellt wird.
  14. Vorrichtung (2) zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine (3) eines Fahrzeugs (1), wobei die Verbrennungskraftmaschine (3) einen elektrischen Generator (4) antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Messwertaufnehmer (8) zum Erfassen einer Auslastung des elektrischen Generators (4) und ein Einstellmittel (10) zum Einstellen der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine (3) in Abhängigkeit von der erfassten Auslastung des elektrischen Generators (4) umfasst.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–13 ausgestaltet ist.
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