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Es wird ein Verfahren zur Leerlaufdrehzahleinstellung eines Verbrennungsmotors beschrieben. Der Verbrennungsmotor wird von einer Recheneinheit gesteuert und ist mit einem Generator gekoppelt, der elektrische Verbraucher eines Kraftfahrzeugs versorgt.
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Die Druckschrift
US 7,290,525 B1 offenbart ein Motorsteuersystem für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug, das dem Motor ermöglicht, die Motordrehzahl unter einer Drehmomentbelastung durch einen elektrischen Generator zu modifizieren. Dabei wird der Motor einer Drehmomentbelastung durch einen Generator ausgesetzt, der mit dem Motor gekoppelt ist. Die Recheneinheit vergleicht die gewünschte Drehzahl mit der aktuellen Drehzahl des Motors, um einen Abweichungswert zu bestimmen.
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Dazu wird die Drehzahlbelastung des Generators aufgrund des Abweichungswertes durch Erhöhen oder Vermindern der Drehmomentbelastung in der Weise, dass der absolute Wert der Drehzahlabweichung vermindert wird, variiert. Die Generatorsteuerung wird dabei mit einer traditionellen Zündzeitpunkt-Steuerungsmethode kombiniert, indem das Erfordernis einer optimalen Zündzeitpunkteinstellung im Wesentlichen zurückgefahren wird. Dabei kann der Generator entweder in einem Spannungssteuerungsmodus oder in einem Lastzyklussteuerungsmodus abhängig von unterschiedlichen Konditionen betrieben werden. Somit basiert die Drehzahlsteuerung auf einer Modifizierung der Drehmomentlast des elektrischen Generators.
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Eine Aufgabe einer Ausführungsform der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Leerlaufdrehzahleinstellung eines Verbrennungsmotors anzugeben, mit dem der Brennstoffverbrauch eines Kraftfahrzeugs weiter vermindert werden kann. Weiterhin soll ein Kraftfahrzeug mit vermindertem Brennstoffverbrauch angegeben werden. Schließlich soll ein Computerprogramm geschaffen werden, das in einer Recheneinheit einer Verbrennungsmaschine zur Brennstoffverbrauchsminderung einsetzbar ist.
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Diese Aufgabe wird mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leerlaufdrehzahleinstellung eines Verbrennungsmotors. Der Verbrennungsmotor weist eine Recheneinheit auf und ist mit einem Generator gekoppelt, der elektrische Verbraucher eines Kraftfahrzeugs versorgt. Dabei weist das Verfahren nachfolgende Verfahrensschritte auf. Zunächst wird der Verbrennungsmotor bei einer Leerlaufdrehzahl mit einem auf ”früh” gestellten Zündwinkel und kleiner Zylinderfüllung betrieben. Während des Leerlaufs wird geprüft, ob bei einer Lasterhöhung des Generators ein Spannungseinbruch einer Batterie einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Bei Überschreiten des Schwellwertes wird der Zündwinkel in Richtung auf ”spät” unter Vergrößern einer Drehmomentreserve durchgeführt, bis der Spannungseinbruch der Batterie den Schwellwert wieder unterschreitet. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne wird die Drehmomentreserve vermindert.
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Während des Leerlaufs ohne Drehmomentreserve wird somit geprüft, ob bei einer Lasterhöhung des Generators ein Spannungseinbruch einer Batterie einen voreingestellten Schwellwert überschreitet. Bei Überschreiten des Schwellwertes wird eine Zylinderfüllung erhöht und ein Verstellen des Zündwinkels von ”früh” in Richtung auf ”spät” unter Bilden einer Drehmomentreserve durchgeführt, bis der Schwellwert unterschritten wird und sich eine Solldrehzahl unter Generatorlast einstellt. Nach einer kalibrierten Zeitspanne wird innerhalb eines begrenzten Zeitintervalls die Drehmomentreserve auf Null heruntergefahren.
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Ein Vorteil dieses Verfahrens ist es, dass die Leerlaufdrehzahl des Motors mit einem verbrauchsoptimierten Leerlaufzündzeitpunkt läuft, wobei der Zündzeitpunkt auf die frühestmögliche Position gestellt ist, bei der ein Leerlauf des Motors bei minimalem Brennstoffverbrauch gerade noch gesichert ist. Wenn nun plötzlich ein externer Verbraucher beispielsweise unter Belastung des Generators zugeschaltet wird, wird mit dem beschriebenen Verfahren sichergestellt, dass kein plötzlicher Einbruch in der Leerlaufdrehzahl eintreten kann, da ständig die Batteriespannung dahingehend überprüft wird, ob ein Batteriespannungseinbruch auftritt, der einen voreingestellten Schwellwert unterschreitet und damit die verbrauchsoptimierte Leerlaufzündung dahingehend geändert wird, dass eine Drehmomentreserve zur Erhöhung der Zylinderfüllung und durch Spätstellung des Zündwinkels aufgebaut wird.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Leerlaufdrehzahl ohne Drehmomentreserve beibehalten wird, solange der Spannungseinbruch der Batterie den voreingestellten Schwellwert nicht überschreitet. Andererseits kann auch in einer bevorzugten Ausgestaltung die Drehmomentreserve durch Erhöhung der Leerlaufzündung in Richtung auf ”spät” weiter erhöht werden, solange eine Solldrehzahl unter Generatorlast nicht erreicht wird. Für diese Leerlaufdrehzahleinstellung wird vorzugsweise die Batteriespannung im Leerlauf des Verbrennungsmotors ständig überwacht, um frühzeitig einen Betriebspunkt einzustellen, der eine Drehmomentreserve vorsieht, wobei optional so vorgegangen werden kann, dass ein negativer Gradient der Batteriespannung das oben erwähnte Verfahren auslöst.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird beim Erreichen oder Überschreiten einer Aktivierungsbedingung des negativen Gradienten der Batteriespannung automatisch eine Drehmomentreserve durch den mittels der Recheneinheit gesteuerten Verbrennungsmotor aufgebaut. Wenn jedoch der negative Gradient der Batteriespannung beendet ist, was ebenfalls messtechnisch durch Überwachung der Batteriespannung erfasst werden kann, erfolgt über eine Zeitverzögerung ein Abbau der Drehmomentreserve. Dabei wird vorzugsweise die Drehzahl des Verbrennungsmotors auf die Leerlaufdrehzahl ohne Drehmomentreserve heruntergeregelt, solange ein Gaspedalsensor der Recheneinheit ein 0%-Signal übermittelt.
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Anstelle der Batteriespannung kann auch die Induktion des Generators über einen entsprechenden Generatoranschluss überwacht werden. Bei einem Ansteigen der Induktion über einen voreingestellten Schwellwert wird die Recheneinheit veranlasst, eine entsprechende Drehmomentreserve aufzubauen. Sobald der Anstieg der Induktion wieder zurückgegangen ist, kann dann der Verbrennungsmotor mit verbrauchsoptimierter Zündung ohne Drehmomentreserve mit der Leerlaufdrehzahl betrieben werden.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug einen Verbrennungsmotor, eine Recheneinheit, einen Generator und eine Batterie aufweist. Ein Drehzahlmesser ist zur Erfassung einer Leerlaufdrehzahl ohne Drehmomentreserve ausgebildet. Ein Batteriespannungsmesser ist zum Prüfen, ob bei Lasterhöhung des Generators ein Spannungseinbruch einer Batterie einen voreingestellten Schwellwert überschreitet, ausgebildet. Eine Einstellvorrichtung ist zum Erhöhen einer Zylinderfüllung und zum Verstellen des Zündwinkels von ”früh” in Richtung auf ”spät” bei Überschreiten des Schwellwertes unter Bilden einer Drehmomentreserve ausgebildet. Die Recheneinheit ist zum Vermindern der Drehmomentreserve innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne ausgebildet.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm, das, wenn es auf einer Recheneinheit eines Kraftfahrzeugs ausgeführt wird, die Recheneinheit anleitet, nachfolgende Schritte auszuführen. Zunächst wird der Verbrennungsmotors bei einer Leerlaufdrehzahl mit einem auf ”früh” gestellten Zündwinkel und kleiner Zylinderfüllung betrieben. Während des Leerlaufs wird geprüft, ob bei einer Lasterhöhung des Generators ein Spannungseinbruch einer Batterie einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Bei Überschreiten des Schwellwertes wird der Zündwinkel in Richtung auf ”spät” unter Vergrößern einer Drehmomentreserve durchgeführt, bis der Spannungseinbruch der Batterie den Schwellwert wieder unterschreitet. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne wird die Drehmomentreserve vermindert.
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Ferner ist es vorgesehen, dass ein computerlesbares Medium eingesetzt wird, auf dem das obige Computerprogramm gespeichert ist.
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Nachfolgend wird an Hand eines Flussdiagramms ein Durchführungsbeispiel und an Hand einer Figur eine Ausführungsform näher erläutert.
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1 zeigt mit den 1A und 1B ein Verfahrensbeispiel an Hand eines Flussdiagramms;
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2 zeigt ein Kraftfahrzeug, das Komponenten zur Durchführung der oben beschriebenen Verfahren aufweist.
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Mit den nachfolgenden Verfahrensschritten des in 1A und 1B gezeigten Flussdiagramms wird sichergestellt, dass ein Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs im Leerlauf mit verbrauchsoptimaler Leerlaufzündung betrieben werden kann, ohne dass die Gefahr besteht, dass der Verbrennungsmotor aussetzt. Dazu wird nach dem Start in dem Verfahrensschritt 1 festgestellt, dass der Motor im Leerlauf läuft, das heißt, dass das Gaspedal auf 0% steht und der Motor angelassen wurde, so dass er nun im ersten Verfahrensschritt im Leerlauf mit verbrauchsoptimaler Leerlaufzündung läuft. Verbrauchsoptimal heißt, dass er eine Sollleerlaufdrehzahl bei minimalem Brennstoffverbrauch beibehält.
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Im Verfahrensschritt 2 schaltet der Fahrer einen elektrischen Verbraucher beliebiger Art zu, wobei die Induktion des Generators erhöht werden muss und damit auch die Stromaufnahme des Generators steigt. Dabei kann die Spannung einer Batterie einen Spannungseinbruch aufweisen, der jedoch, wenn die Batterie ausreichend geladen ist, im Prinzip keine Änderung der Ansteuerung des Motors in Richtung der Bildung der oben erwähnten Drehmomentreserve erfordert. Somit wird im Verfahrensschritt 2 überprüft, ob der Fahrer einen elektrischen Verbraucher beliebiger Art hinzuschaltet oder nicht. Ist das nicht der Fall, kann der Motor im Leerlauf mit verbrauchsoptimierter Leerlaufzündung weiterlaufen.
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Ist das jedoch der Fall, so bedeutet das im Verfahrensschritt 3, dass ein elektrischer Verbraucher zugeschaltet wurde. In diesem Fall prüft mit dem Verfahrensschritt 4 die Software der Recheneinheit (ECU), ob der Gradient des Batteriespannungseinbruchs eine kalibrierte Schwelle überschreitet. Ist das nicht der Fall, kann wie bereits oben erwähnt der Motor im Leerlauf mit verbrauchsoptimierter Leerlaufzündung gemäß Verfahrensschritt 1 weiterlaufen.
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Ist das jedoch der Fall, so stellt die Recheneinheit (ECU) im Verfahrensschritt 5 eine Drehmomentreserve zur Verfügung, indem die Zylinderfüllung erhöht wird und der Zündwinkel von ”früh” nach ”spät” verstellt wird.
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In einem weiteren Verfahrensschritt 6 folgt dann die Prüfung, ob ein weiterer Spannungseinbruch vorhanden ist. Ist das nicht der Fall, kann mit dem siebten Verfahrensschritt die Drehmomentreserve nach einer kalibrierbaren Zeit auf Null zurückgefahren werden.
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Wird im Verfahrensschritt 8 festgestellt, dass die Drehmomentreserve bestehen bleibt, so prüft die Software der Recheneinheit (ECU), ob eine Abweichung zur Solldrehzahl eintritt. Tritt diese nicht ein, so kann über den Verfahrensschritt 7 wieder zum Verfahrensschritt 1 zurückgefahren werden.
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Tritt diese Abweichung ein, so kompensiert im Verfahrensschritt 10 die Leerlaufeinstellung der Recheneinheit (ECU) den Drehzahleinbruch durch Erhöhung der Leerlaufzündung, das heißt, Zündung auf einen späteren Zeitpunkt stellen, womit ein optimaler Drehmomentzuwachs sofort möglich ist.
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Im darauf folgenden elften Verfahrensschritt wird wieder geprüft, ob eine Abweichung zur Solldrehzahl weiterhin vorhanden ist. Ist das nicht der Fall, so kann über den Verfahrensschritt 7 nach einer kalibrierten Zeit die Drehmomentreserve heruntergefahren werden. Ist das jedoch der Fall, so werden die Verfahrensschritte 8, 9, 10 und 11 solange wiederholt, bis keine Abweichung zur Solldrehzahl mehr vorhanden ist. Mit dem Verfahrensschritt 7 wird nach einer kalibrierbaren Zeit die Drehmomentreserve wieder auf Null gefahren.
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Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Verfahren wird bei einem Vergleichsverfahren eine beliebige Solldrehzahl von der Motorsteuerung vorgegeben, und über die Einstellungen von ”Zündung” und ”Drosselklappe” wird die Leerlaufdrehzahl konstant gehalten. Mit der Drosselklappe wird der Leerlaufluftbedarf eingestellt, wobei für einen mageren Brennstoffgehalt ein hoher Luftanteil und für einen reichen Brennstoffgehalt ein niedriger Luftanteil eingestellt wird. Mit der Zündung wird ein schneller Drehmomentaufbau und Drehmomentabbau eingeleitet, um den Verbrennungsmotor auf konstanter Solldrehzahl im Leerlauf zu halten.
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Die Einstellung der Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors über die Luft gestaltet sich im Allgemeinen schwierig, da eine sofortige Drehmomenterhöhung oder Drehmomentabsenkung nicht möglich ist. Das Öffnen der Drosselklappe führt zunächst zur Saugrohrdruckerhöhung und die Luft muss erst die Zylinder füllen und durch Verbrennung wird dann ein Drehmoment erzeugt. Dadurch entsteht frühestens nach ein bis zwei Sekunden eine Drehmomenterhöhung. Somit eignet sich die Lufteinstellung nur zur Langzeitkorrektur der Leerlaufdrehzahl.
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Um daher ein Drehmoment sofort verstellen zu können, wird die Leerlaufzündung eingesetzt. Deshalb werden Verbrennungsmotoren im Leerlauf nicht mit dem eigentlichen optimalen Zündwinkel bezüglich des geringsten Brennstoffverbrauchs betrieben, sondern mit einer deutlich späteren Zündung. Durch die spätere Zündung ergibt sich die Möglichkeit, durch schnelles Erhöhen der Zündung sofort ein Drehmoment aufzubauen und somit die Leerlaufdrehzahl wieder zu stabilisieren. Diese so genannte Drehmomentreserve kann von der Recheneinheit je nach Leerlauflastzustand aufgebaut und sichergestellt werden.
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Der Aufbau einer Drehmomentreserve bedeutet damit die Verlagerung des Zündwinkels von ”früh” in Richtung nach ”spät” und gleichzeitig die Öffnung der Drosselklappe, da bei späterer Zündung sofort die Drehzahl zurückgehen würde. Es ist demnach der Betriebspunkt bei konstanter Leerlaufdrehzahl mit einem schlechteren Wirkungsgrad verbunden. Der Verbrauch wird somit aufgrund der Drehmomentreserve höher, um plötzliche Drehzahlschwankungen schnell auszuregeln.
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Die Leerlaufeinstellung muss somit bei dem Vergleichsverfahren eine ständige Drehmomentreserve vorhalten, um auf motorinterne Störgrößen, wie ein Schalten von Ventilen, von Nockenwellen oder von Drehklappen und so weiter, und vor allen Dingen, um auf motorexterne Störungsgrößen, die aus einer Lasterhöhung des Generators bei Zuschalten von elektrischen Lasten kommen, vorbereitet zu sein. Jegliche Art von elektrischen Verbrauchern im Kraftfahrzeug, die plötzlich und mit sofortiger Drehmomentanforderung an den Generator zugeschaltet werden, führt zu einem sofortigen Drehzahleinbruch des Motors. Dieses ist in Bezug auf die Leerlaufdrehzahl zu vermeiden, um auch die Leerlaufstabilitätskriterien bei einer Leerlaufsolldrehzahl ±30 Umdrehungen pro Minute einzuhalten und dem Kunden eine stabilere Leerlaufdrehzahl zur Verfügung zu stellen.
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Diese Nachteile des Vergleichsverfahrens zur Leerlaufdrehzahleinstellung eines Verbrennungsmotors wird durch das oben beschriebene Verfahren vermieden.
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2 zeigt ein Kraftfahrzeug 110, das Komponenten zur Durchführung der oben beschriebenen Verfahren aufweist. Das Kraftfahrzeug 110 wird mit einem Verbrennungsmotor 100 betrieben. Der Verbrennungsmotor 100 treibt mit einer Kurbelwelle 111 einen Generator 13 an, der Verbraucher 14 und eine Batterie 15 über Versorgungsleitungen 112 bis 114 mit Strom versorgt. Der Ladezustand der Batterie 15 wird von einem Batteriespannungsmesser 18 erfasst und einer Recheneinheit 12 über eine Signalleitung 115 zugeführt. Eine Gaspedalstellung eines Gaspedals 116 wird von einem Gaspedalsensor 16 erfasst und über eine Signalleitung 117 an die Recheneinheit 12 übertragen. Ferner wird mit einem Drehzahlmesser 17 die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors 100 erfasst und über eine Signalleitung 118 der Recheneinheit 12 zugeführt. Die Recheneinheit 12 verfügt über die obigen Verfahrensprogramme und veranlasst über eine Stellleitung 119 ein Verstellen eines Zündwinkels mittels einer Einstellvorrichtung 19 unter Optimierung des Brennstoffverbrauchs im Leerlaufbetrieb des Verbrennungsmotors 100.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verfahrensschritt
- 2
- Verfahrensschritt
- 3
- Verfahrensschritt
- 4
- Verfahrensschritt
- 5
- Verfahrensschritt
- 6
- Verfahrensschritt
- 7
- Verfahrensschritt
- 8
- Verfahrensschritt
- 9
- Verfahrensschritt
- 10
- Verfahrensschritt
- 11
- Verfahrensschritt
- 12
- Recheneinheit
- 13
- Generator
- 14
- Verbraucher
- 15
- Batterie
- 16
- Gaspedalsensor
- 17
- Drehzahlmesser
- 18
- Batteriespannungsmesser
- 19
- Einstellvorrichtung
- 100
- Verbrennungsmotor
- 110
- Kraftfahrzeug
- 111
- Kurbelwelle
- 112
- Versorgungsleitung
- 113
- Versorgungsleitung
- 114
- Versorgungsleitung
- 115
- Signalleitung
- 116
- Gaspedal
- 117
- Signalleitung
- 118
- Signalleitung
- 119
- Stellleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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