DE102007022983A1 - Process to operate an automotive automatic gearbox and transmission with an electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Verbrennungsmotors in einem Antriebsstrang, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The The invention relates to a method for controlling an internal combustion engine in a drive train, in particular in a motor vehicle, according to the in the preamble of claim 1 closer defined type.
Aus
dem Stand der Technik sind die vielfältigsten Verfahren
zur Regelung eines Verbrennungsmotors in einem Antriebsstrang bekannt.
Nur beispielhaft wird auf die
Der tatsächlich realisierte durchschnittliche Wirkungsgrad der zum Antrieb von Kraftfahrzeugen, insbesondere von PKW und leichten Nutzfahrzeugen, eingesetzten Verbrennungsmotoren liegt nicht an der Spitze des bei der Bereitstellung von Energiedienstleistungen, wie z. B. Raumwärme oder Licht erreichten Wirkungsgrades. Dies ist sicherlich auf den deutlich überwiegenden transienten Betrieb dieser Antriebe und die von Verbraucherpräferenzen bestimmten Auslegung, insbesondere der installierten Leistung, zurückzuführen. Die derzeitige Debatte über den Klimawandel und die Tatsache, dass die Automobilindustrie stets im Fokus der öffentlichen Meinung steht, sind Anlass zu breit angelegten Überlegungen zur Identifikation von Verbesserungspotentialen.Of the actually realized average efficiency for driving motor vehicles, especially cars and light Commercial vehicles, internal combustion engines used is not on the forefront of providing energy services, such as B. room heat or light achieved efficiency. This is certainly due to the clearly predominant transient Operation of these drives and those of consumer preferences certain design, in particular the installed capacity. The current debate on climate change and the fact that that the automotive industry is always in the focus of public opinion are reason enough for broad considerations to Identification of potential for improvement.
In jüngster Zeit sind dabei Hybridantriebe in den Mittelpunkt des Interesses gerückt, bei denen sich jedoch insbesondere bei einer Änderung des Übersetzungsverhältnisses und beim Umschalten zwischen dem Verbrennungsmotor und der Elektromaschine sehr häufig ein Schaltruck ergibt, der für die Insassen eines mit diesem Antrieb ausgestatteten Kraftfahrzeugs sehr unangenehm sein kann. Darüber hinaus ist vorstellbar, dass mit einem Stufengetriebe eine genaue Leistungsanpassung nicht möglich ist.In At the moment, hybrid drives are the focus of attention of interest, but in particular when changing the gear ratio and when switching between the internal combustion engine and the electric machine very often results in a shift that is responsible for the Inmates of a motor vehicle equipped with this drive can be very uncomfortable. In addition, it is conceivable that with a step transmission an accurate power adjustment is not is possible.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Regelung eines Verbrennungsmotors in einem Antriebsstrang, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, zu schaffen, mit dem gegenüber den bisher angewandten Verfahren ein besserer Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors realisiert werden kann.It is therefore an object of the present invention, a method for Control of an internal combustion engine in a drive train, in particular in a motor vehicle, to create with the opposite previously applied method a better efficiency of the internal combustion engine can be realized.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.According to the invention This object is achieved by the features mentioned in claim 1.
Durch die erfindungsgemäße Regelung der wenigstens einen sich innerhalb des Antriebsstrangs befindlichen Elektromaschine bei einer Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes derart, dass sich eine Anpassung der Drehzahl des Verbrennungsmotors an die sich nach der Änderung des Übersetzungsverhältnisses ergebende Drehzahl des Verbrennungsmotors ergibt, wird ein ansonsten zwangsläufig auftretender Schaltruck vermieden, wodurch auch sehr große Übersetzungssprünge ohne Komforteinbußen für die Fahrzeuginsassen realisiert werden können. Dies ermöglicht besonders bei Verbrennungsmotoren mit einem niedrigen Hubraum erst die Akzeptanz einer Elektromaschine innerhalb des Antriebsstrangs, also die Realisierung eines Hybridkonzeptes. Zusätzlich zu der Leistungsregelung findet also auch eine Drehzahlregelung des Verbrennungsmotors statt.By the inventive control of at least one inside the drive train located electric machine when changing the gear ratio of the transmission such that an adaptation of the speed of Internal combustion engine after the change of the transmission ratio resulting speed of the internal combustion engine, an otherwise inevitable occurring shift shock avoided, which also causes very large translation jumps without loss of comfort for the vehicle occupants can be realized. This is especially possible in internal combustion engines with a low displacement only the acceptance an electric machine within the drive train, so the realization a hybrid concept. In addition to the power regulation finds So also a speed control of the engine instead.
Erfindungsgemäß ergibt sich also die Koppelung einer Elektromaschine mit dem Verbrennungsmotor, die wahlweise als Elektromotor und als Generator arbeiten kann und die elektrisch so geregelt wird, dass durch Erzeugung eines Last- bzw. Antriebsmomentes erstens der Schaltruck beim Gangwechsel aufgehoben wird und zweitens die genaue Leistungsanpassung an den angestrebten Fahrzustand bewirkt wird, also eine Anpassung an Drehzahl- und Leistungssprünge realisiert wird.According to the invention So the coupling of an electric machine with the internal combustion engine, which can work either as an electric motor and as a generator and which is controlled electrically such that by generating a load or drive torque, first, the shift shock canceled when changing gear and second, the exact power adjustment to the desired driving condition is effected, so an adaptation to speed and power jumps is realized.
Dabei kann die wenigstens eine Elektromaschine je nach Art des Schaltvorgangs, insbesondere ob zu einer größeren oder einer kleineren Übersetzung gewechselt wird, dem Verbrennungsmotor entweder Energie zuführen oder diesem Energie entziehen, um einen sanften Übergang von der einen zu der anderen Übersetzung zu gewährleisten.there the at least one electric machine, depending on the type of switching operation, in particular whether to a larger or a smaller translation is changed, the combustion engine either energy supply or withdraw this energy to make a smooth transition from one to the other to ensure translation.
Besonders vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens können darin bestehen, dass als das automatisierte Getriebe ein automatisiertes Schaltgetriebe, ein automatisiertes CVT-Getriebe oder ein automatisiertes i2-Getriebe verwendet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für sämtliche dieser Getriebearten geeignet.Particularly advantageous developments of the method may be that an automated manual transmission, an automated CVT transmission or an automated i 2 transmission is used as the automated transmission. The method according to the invention is suitable for all these types of transmission.
Um elektrische Energie zu speichern, die zu einem späteren Zeitpunkt zum Antrieb innerhalb des Antriebsstrangs eingesetzt werden kann, kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Elektromaschine zur Speicherung elektrischer Energie aus dem Verbrennungsmotor in einen Speicher als Generator eingesetzt wird.Around to store electrical energy at a later time Timing to drive within the drive train are used can, it can be provided that the at least one electric machine for storing electrical energy from the internal combustion engine in a memory is used as a generator.
Wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die wenigstens eine Elektromaschine als Antriebsquelle innerhalb des Antriebsstrangs eingesetzt wird, so kann der Einsatz des Verbrennungsmotors in diesen Zeitpunkten entfallen, wodurch sich eine Einsparung von Kraftstoff erreichen lässt.If in a further advantageous embodiment of the invention the at least one electric machine as a drive source within the Drivetrain is used, so can the use of the internal combustion engine account for these times, resulting in a saving of Achieve fuel.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass die elektrische Energie zum Antrieb der wenigstens einen Elektromaschine aus einem Speicher entnommen wird. Vorzugsweise handelt es sich dabei um den oben genannten Speicher.It can be provided that the electrical energy taken to drive the at least one electric machine from a memory becomes. Preferably, this is the above memory.
Um einen regenerativen Bremsvorgang durchzuführen, kann außerdem vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Elektromaschine zur Verzögerung eines mit dem Antriebsstrang ausgestatteten Kraftfahrzeugs eingesetzt wird.Around can also perform a regenerative braking be provided that the at least one electric machine for deceleration a motor vehicle equipped with the drive train used becomes.
Ein ruckfreies Zurückschalten ist möglich, wenn in einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens die wenigstens eine Elektromaschine in dem Fall, in dem durch die Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes ein kürzeres Übersetzungsverhältnis eingestellt wird, eine Ausgangswelle des Verbrennungsmotors antreibt.One jerk-free downshift is possible when in an advantageous development of the method which at least an electric machine in the case in which by the change the transmission ratio of the transmission set shorter transmission ratio is driving an output shaft of the internal combustion engine.
Um eine möglichst freie Bewegung innerhalb eines Kennfelds des Verbrennungsmotors zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, ein automatisiertes Getriebe zu verwenden, welches eine Spannweite der Übersetzungen von wenigstens 8 aufweist.Around a movement as free as possible within a map of the internal combustion engine, it is advantageous to use an automated transmission, which is a span having translations of at least 8.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, dass innerhalb des Antriebsstrangs wenigstens zwei Elektromaschinen verwendet werden.A further advantageous embodiment of the invention may consist in at least two electric machines are used within the drive train become.
Wenn dabei vorgesehen ist, dass eine der beiden Elektromaschinen fest mit einer Ausgangswelle des Verbrennungsmotors verbunden wird, und dass wenigstens eine weitere Elektromaschine mittels einer Kupplung lösbar mit einer Ausgangswelle des Verbrennungsmotors verbunden wird, wird einerseits eine rein elektrische Fahrweise ermöglicht und es werden andererseits die Möglichkeiten der Regelung des Gesamtantriebs erweitert.If It is envisaged that one of the two electric machines fixed is connected to an output shaft of the internal combustion engine, and that at least one further electric machine by means of a clutch detachable is connected to an output shaft of the internal combustion engine, is on the one hand allows a purely electric driving and it On the other hand, the possibilities of regulating the Total drive expanded.
Eine überaus vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann darin bestehen, dass als Verbrennungsmotor ein Stirlingmotor verwendet wird.An exceedingly advantageous development of the invention may be that As internal combustion engine a Stirling engine is used.
Die prinzipiellen Vorteile des Stirlingmotors hinsichtlich Wirkungsgrad und Emission können dabei durch die Integration des Leistungsregelsystems des Stirlingmotors mit der Gestaltung und Steuerung des Antriebstrangs sowie durch die Entwicklung einer übergreifenden Betriebsstrategie voll zur Geltung gebracht werden. Dadurch können die funktionalen Schwächen umgangen werden, die sich bei den aus dem Stand der Technik bekannten Versuchen herausgestellt haben, Fahrzeuge mit Direktantrieb zu entwickeln.The principal advantages of the Stirling engine in terms of efficiency and emission can be achieved by integrating the power regulation system of the Stirling engine with the design and control of the powertrain as well as through the development of a comprehensive operating strategy be fully brought to bear. This can reduce the functional weaknesses circumvented, which are known in the prior art Tried to develop vehicles with direct drive.
Eine Kombination aus Stirlingmotor, automatisiertem Schaltgetriebe und Elektromaschine, die als Generator wirken kann, mit einem entsprechenden Antriebsmanagement ermöglicht aufgrund der einfacheren Abgasreinigung Schadstoffemissionen unterhalb von Ottomotoren, Verbräuche unterhalb von direkteinspritzenden Dieselmotoren, und NVH (Noise Vibration Harshness) wie bei heutigen Premiumantrieben.A Combination of Stirling engine, automated manual transmission and Electric machine, which can act as a generator, with a corresponding drive management allows pollutant emissions due to the simpler exhaust gas purification below gasoline engines, consumption below direct injection Diesel engines, and NVH (Noise Vibration Harshness) as in today Premium drives.
Ein derartiger Stirlingmotor kann in besonders einfacher Weise zusätzlich zu der Drehzahlregelung mittels der wenigstens einen Elektromaschine durch Veränderung des Druckpegels in den Arbeitsvolumina geregelt werden, wodurch sich insbesondere durch die innerhalb des Antriebsstrangs vorgesehene wenigstens eine Elektromaschine Möglichkeiten ergeben, beim Abpumpen von Arbeitsmedium aus den Prozessräumen die Regelgeschwindigkeit und die Genauigkeit der Leistungsanpassung sicherzustellen. Wenn die Leistungsverringerung durch Abpumpen von Arbeitsmedium zu langsam ist, kann die Elektromaschine dazu eingesetzt werden, Leistung des Verbrennungsmotors aufnehmen und einem elektrischen Speicher zuführen. In umgekehrter Weise kann die Elektromaschine zur Erhöhung der Leistung die Drehzahl schneller erhöhen als der Leistungsabgabe des Stirlingmotors entspricht, wodurch die Leistung des Stirlingmotors bei konstanter Zuführrate des Druckpegelregelung ebenfalls schneller zunimmt.One Such Stirling engine can in addition in a particularly simple manner to the speed control by means of the at least one electric machine Change in pressure level regulated in the working volumes which, in particular, due to the inside of the drive train provided at least one electric machine options arise when pumping working fluid from the process spaces the control speed and the accuracy of the power adjustment sure. When the power reduction by pumping off Working medium is too slow, the electric machine can be used be, record the performance of the internal combustion engine and an electric Supply memory. In the reverse manner, the electric machine To increase the power increase the speed faster corresponds to the power output of the Stirling engine, whereby the Power of the Stirling engine at constant feed rate of the Pressure level control also increases faster.
Eine weitere Möglichkeit zur Regelung des Stirlingmotors besteht darin, dass dieser zusätzlich zu der Drehzahlregelung mittels der wenigstens einen Elektromaschine durch Veränderung des Hubraums in den Arbeitsvolumina geregelt wird.A further possibility for regulating the Stirling engine exists in that this in addition to the speed control means the at least one electric machine by change of the displacement in the working volumes is regulated.
Des weiteren ist es möglich, den Stirlingmotor zusätzlich zu der Drehzahlregelung mittels der wenigstens einen Elektromaschine durch Veränderung der Phasenverschiebung der Arbeitsraumbildung zu regeln.Of Further it is possible the Stirling engine in addition to the speed control by means of the at least one electric machine by changing the phase shift of the working space formation to regulate.
Auch eine Kombination von zwei oder mehreren dieser zusätzlich zu der Drehzahlregelung mittels der wenigstens einen Elektromaschine möglichen Regelungen des Stirlingmotors ist denkbar.Also a combination of two or more of these in addition to the speed control by means of the at least one electric machine Possible regulations of the Stirling engine is conceivable.
Statt des besonders bevorzugten Stirlingmotors kann als Verbrennungsmotor auch ein Dieselmotor verwendet werden.Instead of The particularly preferred Stirling engine can be used as an internal combustion engine Also a diesel engine can be used.
In einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann als Verbrennungsmotor ein Ottomotor verwendet werden.In an alternative embodiment of the invention Method can be used as internal combustion engine, a gasoline engine.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Ottomotor zusätzlich zu der Drehzahlregelung mittels der wenigstens einen Elektromaschine durch eine Drosselung der angesaugten Luft geregelt wird.in this connection It is advantageous if the gasoline engine in addition to the Speed control by means of at least one electric machine a throttling of the intake air is regulated.
Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es auch möglich, dass der Ottomotor zusätzlich zu der Drehzahlregelung mittels der wenigstens einen Elektromaschine durch eine Steuerung mittels seiner Gaswechselventile und/oder durch eine Veränderung des Verdichtungsverhältnisses geregelt wird. Auch sämtliche Kombinationen der genannten Regelungsarten sind möglich.Alternatively or additionally, it is also possible that the gasoline engine in addition to the speed control by means of at least one electric machine by a control means of its gas change valves and / or regulated by a change in the compression ratio. All combinations of the aforementioned types of control are possible.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.Further yield advantageous embodiments and refinements of the invention from the remaining subclaims. The following is an embodiment of the invention with reference to the drawing shown in principle.
Es zeigt:It shows:
Von
dem automatisierten Getriebe
Mit
dem beschriebenen Antriebsstrang
Zusätzlich
kann vorgesehen sein, dass die Elektromaschine
Eine
weitere Möglichkeit zum Einsatz der Elektromaschine
Wenn
bei der Änderung des Übersetzungsverhältnisses
des Getriebes
Bei
der Ausführungsform des Antriebsstrangs
Mit
dieser Anordnung ist es möglich, die zweite Elektromaschine
Wenn
bei dieser Ausführungsform beim Verfahren zur Regelung
des Verbrennungsmotors
Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß
In
In
dem Kennfeld ist das Drehmoment Md in Newtonmeter (Nm) über
der Drehzahl n in 1/min aufgezeichnet. Die mit dem Bezugszeichen
Mit
dem Bezugszeichen
Bei Auslegungsstudien mit Kreisprozesssimulationsprogrammen haben sich Methoden ergeben, die es insbesondere durch Auslegung der Wärme übertragenden Prozesse, erlauben, das Kennfeld dahingehen zu gestalten, dass der Bestpunkt zu niedrigeren Drehzahlen verschoben wird ohne signifikante Einbußen bei mittleren Drehzahlen in Kauf zu nehmen. Das Kennfeld des Stirlingmotors ist daher im vorliegenden Fall so ausgelegt, dass der beste Wirkungsgrad ungefähr bei 10% der Nennleistung (im vorliegenden Ausführungsbeispiel ca. 50 kW) erreicht wird und allein durch eine Veränderung der Drehzahl eine Änderung der abgegebenen Leistung des Stirlingmotors um einen Faktor von ungefähr 10 bewirkt werden kann.at Design studies with cycle simulation programs have emerged Find methods that transmit it in particular by interpretation of the heat Processes, allow to make the map so that the Bestpunkt shifted to lower speeds without significant Losses at medium speeds to accept. The Characteristic map of the Stirling engine is therefore designed in the present case, that the best efficiency is approximately at 10% of rated power (in present embodiment about 50 kW) is achieved and only by a change in speed a change the power output of the Stirling engine by a factor of about 10 can be effected.
Es
zeigt sich weiter, dass in einem weiten Bereich, oberhalb eines
bestimmten Betriebsdruckes, die Linien
Es
ist dazu notwendig zur Verringerung der Leistung die Drehzahl des
Stirlingmotors relativ zur Fahrgeschwindigkeit zu verringern, also
hoch zu schalten. Zur Erhöhung der Leistung muss die Drehzahl
des Stirlingmotors relativ zur Fahrgeschwindigkeit erhöht
werden, es muss also heruntergeschaltet werden. Dies wird durch
das automatisierte Getriebe
Wenn
also der Fahrer des Kraftfahrzeugs
Hierbei
wird erst wenn das Unterschreiten der minimalen, auf der mit dem
Bezugszeichen
Wie
oben beschrieben kann auch der Stirlingmotor in Fahrsituationen,
in denen dieser nicht benötigt wird, komplett abgeschaltet
werden. Da es bei einem Stirlingmotor hinsichtlich des Wirkungsgrades
relativ ungünstig ist, diesen Abzustellen, wird dieser
im Nichtgebrauchsfall jedoch nicht abgestellt sondern sanft heruntergefahren
und die noch anfallende Energie wird über eine der Elektromaschinen
Eine
weitere Möglichkeit zur Regelung des Stirlingmotors besteht
darin, dass dieser zusätzlich zu der Drehzahlregelung mittels
der wenigstens einen Elektromaschine
Statt
des oben beschriebenen Stirlingmotors kann als Verbrennungsmotor
Im
Falle eines Ottomotors als Verbrennungsmotor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - EP 0540758 B1 [0002] - EP 0540758 B1 [0002]
- - DE 102004032173 A1 [0002] - DE 102004032173 A1 [0002]
- - DE 102005039758 A1 [0002] - DE 102005039758 A1 [0002]
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DE102007022983A DE102007022983A1 (en) | 2007-05-15 | 2007-05-15 | Process to operate an automotive automatic gearbox and transmission with an electric motor |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |