DE102010062157B4 - Verfahren zum Betreiben einer lambda-geregelten Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer lambda-geregelten benzinbetriebenen Brennkraftmaschine, an deren Abtriebswelle durch die Lambda-Regelung bewirkte Drehmomentschwingungen auftreten, beschrieben. Um diese Drehmomentschwingungen zu kompensieren, wird eine ein negatives Drehmoment von der Abtriebswelle abgreifende und/oder die Abtriebswelle mit einem positiven Drehmoment beaufschlagende elektrische Maschine so gesteuert, dass das von ihr abgegriffene oder das von ihr beaufschlagte Drehmoment Drehmomentschwingungen aufweist, die zu den durch die Lambda-Regelung erzeugten Drehmomentschwingungen der Antriebswelle entgegengesetzt sind. Auf diese Weise wird die Laufruhe der Brennkraftmaschine, insbesondere im Leerlauf oder bei geringer Last, verbessert.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer lambda-geregelten benzinbetriebenen Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Patentanspruch 1.
  • Eine Lambda-Regelung wird bei benzinbetriebenen Brennkraftmaschinen durchgeführt, um das Luft/Kraftstoffverhältnis (Lambda-Wert) auf einen optimalen Wert einzuregeln, der in der Regel dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis (Lambda = 1) entspricht. Diese Regelung ist erforderlich, um einen Dreiwegekatalysator optimal betreiben zu können. Da das von der Brennkraftmaschine abgegebene Drehmoment vom Luft/Kraftstoffverhältnis abhängig ist, führt die durchgeführte Regelung zu geringfügigen Drehmomentschwingungen, die sich beispielsweise im Leerlauf der Brennkraftmaschine durch ein periodisches Ansteigen und Abfallen der Drehzahl der Brennkraftmaschine äußern.
  • Diesen Effekt hat man bisher entweder toleriert oder kompensiert, indem man die Motorsteuerung so durchgeführt hat, dass sich die auftretenden Drehmomentschwingungen mehrerer Zylinderreihen neutralisieren. Ferner hat man eine Kompensation durch eine Verzögerung des Zündzeitpunktes erreicht. Die zuerst genannte Vorgehensweise ist naturgemäß nur bei größeren Motoren, die mehrere Zylinderreihen aufweisen, möglich. Im an zweiter Stelle genannten Fall wird der Kraftstoffverbrauch erhöht.
  • Ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 ist aus der DE 10 2008 047 476 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine Drehzahlstabilisierung der Brennkraftmaschine über die elektrische Maschine, insbesondere im Motorleerlauf, realisiert. Im Motorleerlauf ist die Solldrehzahl von einem Steuergerät bzw. einer Steuerungseinheit oder direkt von der elektrischen Maschine vorgegeben. Auf diese Solldrehzahl soll die Brennkraftmaschine geregelt werden. Liegt die Drehzahl der Brennkraftmaschine über der Solldrehzahl, wird die Brennkraftmaschine über die elektrische Maschine abgebremst. Liegt jedoch die Drehzahl der Brennkraftmaschine unterhalb der Sollwertvorgabe, wird die Brennkraftmaschine über die elektrische Maschine beschleunigt und auf die Solldrehzahl geregelt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der angegebenen Art anzugeben, mit dem auch bei kleineren Benzinmotoren eine besonders gute Laufruhe der Brennkraftmaschine, insbesondere im Leerlauf und bei geringerer Last, erzielbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.
  • Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Zur Kompensation der durch die Lambda-Regelung der benzinbetriebenen Brennkraftmaschine erzeugten Drehmomentschwingungen bzw. Drehzahlschwingungen wird daher erfindungsgemäß eine mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine gekoppelte elektrische Maschine benutzt. Diese elektrische Maschine, die entweder Drehmoment von der Abtriebswelle abgreifen oder diese mit Drehmoment beaufschlagen kann, wird erfindungsgemäß so gesteuert, dass ihr Drehmomentverbrauch oder ihre Drehmomentbeaufschlagung genau so moduliert wird, dass die durch die Lambda-Regelung der Brennkraftmaschine erzeugten Drehmomentschwingungen kompensiert oder ausgeglichen werden.
  • Dabei wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Lambda-Signal gemessen und hieraus ein den Drehmomentschwingungen entsprechender Wert ermittelt, der der Steuerung der elektrischen Maschine zugeführt wird.
  • Wenn die elektrische Maschine ein negatives Drehmoment von der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine abgreift und auf diese Weise elektrischen Strom erzeugt, so wird vorzugsweise der von der elektrischen Maschine erzeugte Strom so geregelt, dass sich die gewünschten zur Kompensation verwendeten Schwingungen des abgegriffenen Drehmomentes ergeben.
  • Wird von der elektrischen Maschine Drehmoment erzeugt, das zur Beaufschlagung der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine dient, so wird dieses Drehmoment vorzugsweise so geregelt, dass sich die gewünschten zur Kompensation verwendeten Schwingungen des beaufschlagten Drehmomentes ergeben.
  • Wenn die elektrische Maschine eine solche ist, deren Läufer mit der Antriebswelle der Brennkraftmaschine gekoppelt ist, insbesondere eine konventionelle Lichtmaschine oder ein Starter-Generator, wird vorzugsweise die Amplitude des in den Läuferwicklungen erzeugten Stroms auf geeignete Sollwerte geregelt, so dass sich der gewünschte Drehmomentverlauf der elektrischen Maschine ergibt.
  • Erfindungsgemäß wird daher eine Steuerung einer elektrischen Maschine durchgeführt, um den Effekt von durch Lambda-Schwingungen hervorgerufenen Drehmomentschwingungen zu kompensieren. Hierdurch wird das Laufverhalten der Brennkraftmaschine verbessert, insbesondere die Laufruhe im Leerlauf oder bei geringer Last gesteigert, da die vorstehend beschriebenen Drehzahlschwankungen ausgeschaltet werden.
  • Als elektrische Maschinen können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren solche Verwendung finden, die Drehmoment von der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine abgreifen oder diese mit Drehmoment beaufschlagen. Zur ersten Gruppe von elektrischen Maschinen gehören beispielsweise solche, die mit der Brennkraftmaschine (deren Abtriebswelle) über eine Welle, eine Kette oder einen Riemen etc. verbunden sind, wie beispielsweise eine konventionelle Lichtmaschine auch ein Starter-Generator, der sowohl Drehmoment zur Stromerzeugung abgreift als auch ein positives Moment zum Anlassen des entsprechenden Fahrzeuges generieren kann. Zur zweiten Gruppe von elektrischen Maschinen zählen beispielsweise Elektromotoren von Hybridfahrzeugen, wenn diese parallel zum Verbrennungsmotor laufen.
  • Das erfindungsgemäß Verfahren sei nachfolgend anhand eines Beispiels erläutert. Beschrieben wird der Fall, bei dem eine elektrische Maschine (beispielsweise ein Asynchronmotor) mit der Brennkraftmaschine über eine Welle oder über einen Riemen verbunden ist. Bei laufender Brennkraftmaschine erzeugt ein Wechselrichter Drehströme in den Läuferwicklungen der elektrischen Maschine, welche über ein magnetisches Drehfeld das Drehmoment der elektrischen Maschine erzeugen, dessen Größe u. a. von der Amplitude der Drehströme abhängt. Die elektrische Maschine kann dabei eine konventionelle Lichtmaschine sein oder beispielsweise ein Starter-Generator, über den auch ein positives Moment zum Antrieb des Fahrzeuges generiert werden kann.
  • Die Drehstromamplitude in den Läuferwicklungen der Asynchronmaschine wird erfindungsgemäß auf geeignete Sollwerte geregelt, so dass sich der gewünschte Momentenverlauf der elektrischen Maschine ergibt. Hierbei kann die Zuordnung zwischen Strom und Drehmoment mit Hilfe eines eigenen Steuergerätes erfolgen, welches den Wechselrichter ansteuert. Der Momentensollwert der elektrischen Maschine wird dabei durch Messung des Lambda-Signals ermittelt und berücksichtigt den gewünschten Momentenverlauf für die Kompensation der Lambda-Schwingungen als positive oder negative Verschiebung auf das geforderte Grundmoment. Letzteres ist positiv im antreibenden Betrieb und negativ im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine.
  • Von den Figuren zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer mit einer elektrischen Maschine gekoppelten Brennkraftmaschine; und
  • 2 ein Diagramm, das den durch Lambda-Schwingungen erzeugten Drehmomentverlauf sowie die entsprechende Drehmomentkompensation durch eine elektrische Maschine zeigt.
  • 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 gemäß dem vorstehend beschriebenen Beispiel. Die Brennkraftmaschine 1 weist eine Abtriebswelle 2 auf, mit der eine elektrische Maschine 3 in Form eines Starter-Generators gekoppelt ist. Die Abtriebswelle 2 führt zu einem Getriebe 5 und einer nachfolgenden Antriebseinrichtung eines Fahrzeuges.
  • Ein Luftansaugtrakt der Brennkraftmaschine ist mit 8 bezeichnet und weist vier Injektoren 7 auf, die Kraftstoff in die Ansaugleitungen der Brennkraftmaschine einspritzen. In einem entsprechenden Abgastrakt 9 der Brennkraftmaschine ist ein Dreiwegekatalysator 10 angeordnet. Stromauf und stromab des Katalysators 10 befinden sich zwei Abgassonden Lambda1 und Lambda2 im Abgastrakt 9, die entsprechende Signale über die Abgaskonzentration einer Steuereinheit (ECU) 6 der Brennkraftmaschine zuführen. Die elektrische Maschine 3 weist einen Wechselrichter 4 auf, der über einen Signalbus 11 mit der Steuereinheit 6 in Verbindung steht.
  • Mit TQCE ist das von der Brennkraftmaschine erzeugte Drehmoment an der Abtriebswelle 2 bezeichnet. Mit TQEM ist das Drehmoment der elektrischen Maschine (das von dieser abgegriffene und/oder beaufschlagte Drehmoment) bezeichnet. Mit TQTOT ist das gesamte Drehmoment bezeichnet, das sich aus QCE und TQEM zusammensetzt. Das Verfahren zum Betreiben der hier dargestellten lambda-geregelten benzinbetriebenen Brennkraftmaschine läuft in der vorstehend geschilderten Weise ab.
  • 2 zeigt schematisch den durch die Lambda-Schwingungen erzeugten Drehmomenteffekt. Die entsprechenden trapezförmigen Schwingungen sind mit der durchgezogenen Linie 20 gekennzeichnet. Die entsprechende, durch die elektrische Maschine erzielte Drehmomentkompensation ist mit der gestrichelten Linie 30 angedeutet.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Betreiben einer lambda-geregelten benzinbetriebenen Brennkraftmaschine, an deren Abtriebswelle durch die Lambda-Regelung bewirkte Drehmomentschwingungen auftreten, wobei diese Drehmomentschwingungen dadurch kompensiert werden, dass eine ein negatives Drehmoment von der Abtriebswelle abgreifende oder die Abtriebswelle mit einem positiven Drehmoment beaufschlagende elektrische Maschine so gesteuert wird, dass das von ihr abgegriffene oder das von ihr beaufschlagte Drehmoment Drehmomentschwingungen aufweist, die zu den durch die Lambda-Regelung bewirkten Drehmomentschwingungen der Abtriebswelle entgegengesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Lambda-Signal gemessen und hieraus ein den Drehmomentschwingungen entsprechender Wert ermittelt wird, der der Steuerung der elektrischen Maschine zugeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der von der elektrischen Maschine erzeugte Strom so geregelt wird, dass sich die gewünschten zur Kompensation verwendeten Schwingungen des abgegriffenen Drehmomentes ergeben.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das von der elektrischen Maschine erzeugte Drehmoment zur Beaufschlagung der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine so geregelt wird, dass sich die gewünschten zur Kompensation verwendeten Schwingungen des beaufschlagten Drehmomentes ergeben.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die elektrische Maschine eine solche ist, deren Läufer mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude des in den Läuferwicklungen erzeugten Stroms auf geeignete Sollwerte geregelt wird, so dass sich der gewünschte Drehmomentverlauf der elektrischen Maschine ergibt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrische Maschine eine konventionelle Lichtmaschine oder ein Startergenerator verwendet wird.
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