DE102019203591A1 - Method for operating an arrangement with an internal combustion engine and an electrical machine - Google Patents
Method for operating an arrangement with an internal combustion engine and an electrical machine Download PDFInfo
- Publication number
- DE102019203591A1 DE102019203591A1 DE102019203591.4A DE102019203591A DE102019203591A1 DE 102019203591 A1 DE102019203591 A1 DE 102019203591A1 DE 102019203591 A DE102019203591 A DE 102019203591A DE 102019203591 A1 DE102019203591 A1 DE 102019203591A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- internal combustion
- combustion engine
- speed
- value
- crankshaft
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/0097—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating speed signals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
- B60W20/10—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
- B60W20/13—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand in order to stay within battery power input or output limits; in order to prevent overcharging or battery depletion
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
- B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
- B60W10/06—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of combustion engines
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
- B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
- B60W10/08—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of electric propulsion units, e.g. motors or generators
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
- B60W10/24—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of energy storage means
- B60W10/26—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of energy storage means for electrical energy, e.g. batteries or capacitors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units, or advanced driver assistance systems for ensuring comfort, stability and safety or drive control systems for propelling or retarding the vehicle
- B60W30/18—Propelling the vehicle
- B60W30/20—Reducing vibrations in the driveline
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D29/00—Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto
- F02D29/06—Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto peculiar to engines driving electric generators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D31/00—Use of speed-sensing governors to control combustion engines, not otherwise provided for
- F02D31/001—Electric control of rotation speed
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D37/00—Non-electrical conjoint control of two or more functions of engines, not otherwise provided for
- F02D37/02—Non-electrical conjoint control of two or more functions of engines, not otherwise provided for one of the functions being ignition
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/0002—Controlling intake air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/0205—Circuit arrangements for generating control signals using an auxiliary engine speed control
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
- F02D41/08—Introducing corrections for particular operating conditions for idling
- F02D41/083—Introducing corrections for particular operating conditions for idling taking into account engine load variation, e.g. air-conditionning
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1497—With detection of the mechanical response of the engine
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units, or advanced driver assistance systems for ensuring comfort, stability and safety or drive control systems for propelling or retarding the vehicle
- B60W30/18—Propelling the vehicle
- B60W30/20—Reducing vibrations in the driveline
- B60W2030/206—Reducing vibrations in the driveline related or induced by the engine
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W2710/00—Output or target parameters relating to a particular sub-units
- B60W2710/06—Combustion engines, Gas turbines
- B60W2710/0644—Engine speed
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D2200/00—Input parameters for engine control
- F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
- F02D2200/10—Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
- F02D2200/1002—Output torque
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D2200/00—Input parameters for engine control
- F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
- F02D2200/10—Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
- F02D2200/101—Engine speed
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D2200/00—Input parameters for engine control
- F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
- F02D2200/10—Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
- F02D2200/1012—Engine speed gradient
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D2200/00—Input parameters for engine control
- F02D2200/50—Input parameters for engine control said parameters being related to the vehicle or its components
- F02D2200/503—Battery correction, i.e. corrections as a function of the state of the battery, its output or its type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
- F02D2250/18—Control of the engine output torque
- F02D2250/24—Control of the engine output torque by using an external load, e.g. a generator
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung mit einer Brennkraftmaschine mit Kurbelwelle und einer damit drehmomentübertragend gekoppelten elektrischen Maschine, die mit einem Energiespeicher elektrisch verbunden ist, wobei in einem vorgegebenen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine bei einem vorbestimmten Kurbelwellenwinkel (φ) innerhalb eines Arbeitsspiels (A) eines Zylinders der Brennkraftmaschine ein aktueller Wert (nmax) der Drehzahl (n) der Kurbelwelle ermittelt wird, und wobei die elektrische Maschine derart angesteuert wird, dass durch eine Drehmomentübertragung zwischen der elektrischen Maschine und der Kurbelwelle die Drehzahl (n) erhöht wird, wenn der aktuelle Wert (nmax) kleiner als ein entsprechender Vergleichswert (n) ist, und/oder reduziert wird, wenn der aktuelle Wert (nmax) größer als der Vergleichswert (n) ist.The invention relates to a method for operating an arrangement with an internal combustion engine with a crankshaft and an electric machine coupled therewith in a torque-transmitting manner, which is electrically connected to an energy storage device, wherein in a predetermined operating range of the internal combustion engine at a predetermined crankshaft angle (φ) within a working cycle (A) of a cylinder of the internal combustion engine, a current value (nmax) of the speed (n) of the crankshaft is determined, and the electric machine is controlled in such a way that the speed (n) is increased by a torque transmission between the electric machine and the crankshaft when the current value (nmax) is smaller than a corresponding comparison value (n), and / or is reduced if the current value (nmax) is greater than the comparison value (n).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung mit einer Brennkraftmaschine mit Kurbelwelle und einer damit drehmomentübertragend gekoppelten elektrischen Maschine, die mit einem Energiespeicher elektrisch verbunden ist, sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.The present invention relates to a method for operating an arrangement having an internal combustion engine with a crankshaft and an electric machine coupled therewith in a torque-transmitting manner, which is electrically connected to an energy store, as well as a computing unit and a computer program for its implementation.
Stand der TechnikState of the art
Bei Brennkraftmaschinen wird durch im Arbeitstakt erzeugte kinetische Energie die Drehzahl erhöht, durch die nachfolgenden Ausstoß-, Ansaug- und Verdichtungstakte hingegen wird die Drehzahl wieder reduziert. Damit ergeben sich auch innerhalb eines Arbeitsspiels eines Zylinders einer Brennkraftmaschine gewisse Drehzahlschwankungen.In internal combustion engines, the kinetic energy generated in the working cycle increases the speed, while the subsequent exhaust, intake and compression cycles reduce the speed again. This also results in certain speed fluctuations within a working cycle of a cylinder of an internal combustion engine.
Je höher die Anzahl der Zylinder einer Brennkraftmaschine ist, bei denen dann die Arbeitstakte zueinander auch versetzt sind, desto eher können solche Drehzahlschwankungen zumindest zum Teil ausgeglichen werden.The higher the number of cylinders of an internal combustion engine, in which the work cycles are then also offset from one another, the more likely it is that such speed fluctuations can be at least partially compensated for.
Gerade bei Brennkraftmaschinen mit geringer Anzahl an Zylindern, wie sie insbesondere bei Krafträdern verwendet werden, ist ein Ausgleich dieser Drehzahlschwankungen somit weniger gut möglich.In the case of internal combustion engines with a small number of cylinders, such as are used in particular in motorcycles, it is therefore less possible to compensate for these speed fluctuations.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung mit Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for operating an arrangement with an internal combustion engine and an electrical machine as well as a computing unit and a computer program for its implementation are proposed with the features of the independent claims. Advantageous configurations are the subject of the subclaims and the description below.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben einer Anordnung mit einer Brennkraftmaschine mit Kurbelwelle und einer damit drehmomentübertragend gekoppelten elektrischen Maschine, die mit einem Energiespeicher, beispielsweise einer Batterie, elektrisch verbunden ist. Als Brennkraftmaschine kommt dabei insbesondere eine Brennkraftmaschine mit höchstens zwei Zylindern, bevorzugt genau einem Zylinder, in Betracht, wie sie typischerweise in Krafträdern verwendet wird.A method according to the invention is used to operate an arrangement with an internal combustion engine with a crankshaft and an electric machine coupled to it in a torque-transmitting manner, which is electrically connected to an energy store, for example a battery. An internal combustion engine with a maximum of two cylinders, preferably precisely one cylinder, such as is typically used in motorcycles, comes into consideration as the internal combustion engine.
Wenngleich das vorgeschlagene Verfahren nachfolgend insbesondere in Bezug auf eine Brennkraftmaschine mit (genau) einem Zylinder beschrieben wird, ist dies auch auf Brennkraftmaschinen mit zwei oder auch mehr Zylindern übertragbar und dort anwendbar.Although the proposed method is described below in particular with reference to an internal combustion engine with (precisely) one cylinder, this can also be transferred to internal combustion engines with two or more cylinders and can be used there.
Ergänzend zu den eingangs erwähnten Drehzahlschwankungen bei Brennkraftmaschinen kommt hinzu, wie sich herausgestellt hat, dass die in einem Arbeitstakt in einem Zylinder erzeugte kinetische Energie - und damit auch die damit einhergehende Drehzahländerung - statistisch schwankt. Dies ist beispielsweise auf unterschiedliche Luftmengen, die zugeführt werden, und eine Güte der jeweiligen Verbrennung zurückzuführen. Entsprechend wirkt sich dies dann auch auf die nachfolgenden Takte aus, auch auf nachfolgende Arbeitstakte. Insbesondere bei solchen Brennkraftmaschine mit geringer Anzahl an Zylindern kann aber dies - wie auch die ohnehin üblichen Drehzahlschwankungen - weniger gut ausgeglichen werden, sodass es dort zu einer insgesamt hohen Drehzahlschwankung kommt.In addition to the speed fluctuations in internal combustion engines mentioned at the beginning, it has been found that the kinetic energy generated in a cylinder in a work cycle - and thus also the associated speed change - fluctuates statistically. This is due, for example, to different amounts of air that are supplied and the quality of the respective combustion. This then has a corresponding effect on the following cycles, including the following work cycles. In particular in the case of such internal combustion engines with a small number of cylinders, however, this - as well as the speed fluctuations that are usual anyway - can be compensated less well, so that there is an overall high speed fluctuation there.
Es ist nun möglich, durch eine Verstellung von in den Zylinder zugeführter Luftmenge und/oder durch eine Verstellung eines Zündzeitpunktes der Brennkraftmaschine auf eine möglichst konstante Drehzahl zu regeln. Dies betrifft insbesondere einen Leerlaufbetrieb. Hierbei kann jedoch nur einmal pro Zylinder und Arbeitsspiel drehzahlregulierend eingegriffen werden, was keine besonders schnelle bzw. gute Regelung der Drehzahl ermöglicht, insbesondere nicht bei Brennkraftmaschinen mit geringer Anzahl an Zylindern.It is now possible to regulate the internal combustion engine to as constant a speed as possible by adjusting the amount of air supplied to the cylinder and / or by adjusting an ignition point. This applies in particular to idle operation. Here, however, speed-regulating action can only be taken once per cylinder and working cycle, which does not allow particularly fast or good control of the speed, in particular not in internal combustion engines with a small number of cylinders.
Es wird nun vorgeschlagen, dass in einem vorgegebenen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine bei einem vorbestimmten Kurbelwellenwinkel innerhalb eines Arbeitsspiels eines Zylinders der Brennkraftmaschine ein aktueller Wert der Drehzahl der Kurbelwelle ermittelt wird. Zudem wird die elektrische Maschine derart angesteuert, dass durch eine Drehmomentübertragung zwischen der elektrischen Maschine und der Kurbelwelle die Drehzahl erhöht wird, wenn der aktuelle Wert kleiner als ein entsprechender Vergleichswert (also ebenfalls in dem vorgegebenen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine bei dem vorbestimmten Kurbelwellenwinkel) ist, und/oder reduziert wird, wenn der aktuelle Wert größer als der Vergleichswert ist.It is now proposed that a current value of the rotational speed of the crankshaft be determined in a predetermined operating range of the internal combustion engine at a predetermined crankshaft angle within a working cycle of a cylinder of the internal combustion engine. In addition, the electric machine is controlled in such a way that the rotational speed is increased by a torque transmission between the electric machine and the crankshaft if the current value is less than a corresponding comparison value (i.e. also in the predetermined operating range of the internal combustion engine at the predetermined crankshaft angle), and / or is reduced if the current value is greater than the comparison value.
Vorzugsweise wird als der vorbestimmte Kurbelwellenwinkel innerhalb des Arbeitsspiels ein einem Drehzahlmaximum innerhalb des Arbeitsspiels entsprechender Kurbelwellenwinkel verwendet. Ein solches Drehzahlmaximum stellt sich typischerweise am Ende des Arbeitstaktes ein.A crankshaft angle corresponding to a speed maximum within the work cycle is preferably used as the predetermined crankshaft angle within the work cycle. Such a maximum speed typically occurs at the end of the work cycle.
Insbesondere kann auch anhand des aktuellen Werts und des Vergleichswerts der Drehzahl eine Energiedifferenz zwischen einer von der Brennkraftmaschine aktuell bereitgestellten Energie (also insbesondere die im Arbeitstakt erzeugte Energie, die in kinetische Energie umgewandelt wird) und einem Vergleichsenergiewert ermittelt werden, wobei die elektrische Maschine derart angesteuert wird, dass durch die Drehmomentübertragung zwischen der elektrischen Maschine und der Kurbelwelle diese Energiedifferenz ausgeglichen wird.In particular, an energy difference between an energy currently provided by the internal combustion engine (i.e. in particular the energy generated in the work cycle that is converted into kinetic energy) and a comparison energy value can also be determined on the basis of the current value and the comparison value for the speed, the electrical machine being controlled in this way becomes, that this energy difference is compensated by the torque transmission between the electric machine and the crankshaft.
Die Ermittlung einer solchen Energie kann beispielsweise anhand eines Modells der Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung der Drehzahl erfolgen. Für eine nähere Erläuterung hierzu sei an dieser Stelle auf die noch folgenden Ausführungen verwiesen.Such energy can be determined, for example, using a model of the internal combustion engine, taking into account the speed. For a more detailed explanation of this, reference is made to the remarks below.
Als Vergleichswert für die Drehzahl kommt im Rahmen dieses Verfahrens insbesondere ein Mittelwert der Drehzahl (in dem vorgegebenen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine bei dem vorbestimmten Kurbelwellenwinkel) über eine Vielzahl von Arbeitsspielen hinweg in Betracht. Der Mittelwert kann arithmetisch oder anderweitig berechnet sein, auch ein Medianwert kommt in Betracht. Anstatt einer Mittelung kann auch ein Modell verwendet werden, um einen solchen Vergleichswert als mittleren oder üblichen Wert zu erhalten. Entsprechendes gilt dann für den Energievergleichswert.In the context of this method, a mean value of the speed (in the specified operating range of the internal combustion engine at the predetermined crankshaft angle) over a large number of work cycles can be considered as a comparison value for the speed. The mean value can be calculated arithmetically or otherwise; a median value can also be considered. Instead of an averaging, a model can also be used to obtain such a comparison value as an average or usual value. The same then applies to the energy comparison value.
Wie sich aus obigen Erläuterungen ergibt, wird eine aktuelle Drehzahl bei dem vorbestimmten Kurbelwellenwinkel typischerweise unterhalb oder oberhalb des Vergleichswertes liegen. Durch geeignete Ansteuerung der elektrischen Maschine kann nun ein beschleunigendes oder bremsendes Drehmoment auf die Kurbelwelle ausgeübt werden. Wie genau bzw. wie stark beschleunigend bzw. bremsend die elektrische Maschine hierzu angesteuert werden muss, lässt sich insbesondere anhand der erwähnten Energiedifferenz ermitteln.As can be seen from the above explanations, a current speed at the predetermined crankshaft angle will typically be below or above the comparison value. An accelerating or braking torque can now be exerted on the crankshaft by suitable control of the electrical machine. How exactly or how strongly accelerating or braking the electrical machine has to be controlled for this purpose can be determined in particular on the basis of the energy difference mentioned.
Die elektrische Maschine kann beispielsweise derart angesteuert werden, dass sie ausgehend von einem aktuellen Zeitpunkt, zu dem die Energiedifferenz berechnet wurde, bis zu einem Kurbelwellenwinkel, der einem Gas-Wechsel-Oberen-Totpunkt entspricht, gleichmäßig oder anderweitig verteilt Drehmoment auf die Kurbelwelle ausübt. Je nach nötiger Energieabgabe oder Energieaufnahme kann aber dies auch bis über den Gas-Wechsel-Oberen-Totpunkt hinaus erfolgen.The electric machine can be controlled, for example, in such a way that, starting from a current point in time at which the energy difference was calculated, up to a crankshaft angle corresponding to a gas change top dead center, it exerts torque on the crankshaft uniformly or in some other way. Depending on the required energy output or energy consumption, this can also take place beyond the gas change top dead center.
Durch das vorgeschlagene Verfahren können nun besonders effektiv und vor allem besonders schnell die Drehzahlschwankungen, die aufgrund der statisch ungleichmäßigen Verbrennungsvorgänge entstehen, ausgeglichen werden. Im Vergleich zu einem drehzahlregelnden Eingriff mittels Anpassung von Luftmenge bzw. Zündzeitpunkt ist eine Ansteuerung der elektrischen Maschine deutlich schneller möglich.With the proposed method, the fluctuations in speed that arise due to the statically uneven combustion processes can now be compensated particularly effectively and, above all, particularly quickly. In comparison to a speed-regulating intervention by adapting the amount of air or ignition timing, the electrical machine can be controlled much faster.
Generell kann eine elektrische Maschine motorisch oder generatorisch betrieben werden, d.h. es kann elektrische Energie aus dem Energiespeicher entnommen und als mechanische Energie als beschleunigendes Drehmoment auf die Kurbelwelle abgegeben werden bzw. es kann mechanische Energie als bremsendes Drehmoment von der Kurbelwelle entnommen und als elektrische Energie dem Energiespeicher zugeführt werden. Insgesamt kann dabei zwischen voller motorischer und voller generatorischer Leistung variiert werden.In general, an electrical machine can be operated as a motor or generator, i.e. electrical energy can be taken from the energy store and delivered to the crankshaft as mechanical energy as accelerating torque, or mechanical energy can be taken from the crankshaft as braking torque and fed to the energy store as electrical energy. Overall, you can vary between full motor and full generator power.
Es ist nun aber auch zu bedenken, dass die elektrische Maschine typischerweise zur Erzeugung elektrischer Energie, die dem Energiespeicher und/oder einem damit elektrisch verbundenen Bordnetz zuzuführen ist, verwendet wird. Die Ansteuerung der elektrischen Maschine, wie sie vorstehend vorgeschlagen wird, d.h., dass beschleunigend oder bremsend auf die Kurbelwelle eingewirkt wird, kann nun dem (üblichen) Betrieb, bei dem elektrische Energie bereitgestellt wird, überlagert werden.However, it must now also be taken into account that the electrical machine is typically used to generate electrical energy that is to be fed to the energy store and / or to an on-board network that is electrically connected to it. The control of the electrical machine, as suggested above, i.e. that the crankshaft is accelerated or braked, can now be superimposed on the (usual) operation in which electrical energy is provided.
Dabei ist es nicht unbedingt nötig, die elektrische Maschine motorisch zu betreiben, vielmehr kann bereits eine beschleunigende Wirkung auf die Kurbelwelle auch dadurch erzielt werden, dass weniger Energie für den Energiespeicher bzw. das Bordnetz erzeugt wird. Relativ gesehen - in Bezug auf die im regulären Betrieb erzeugte, bremsende Wirkung der elektrischen Maschine - kann dann trotzdem eine beschleunigende Wirkung erreicht werden.In this case, it is not absolutely necessary to operate the electric machine with a motor; rather, an accelerating effect on the crankshaft can also be achieved in that less energy is generated for the energy store or the on-board network. In relative terms - in relation to the braking effect of the electrical machine generated during regular operation - an accelerating effect can still be achieved.
Insofern ist es besonders bevorzugt, wenn die elektrische Maschine weiterhin derart angesteuert wird, dass eine Spannung des Energiespeichers und/oder eines damit elektrisch verbundenen Bordnetzes innerhalb eines vorgegebenen Sollbereichs gehalten wird. Alternativ oder zusätzlich zur Spannung kann auch ein Ladezustand des Energiespeichers verwendet werden. Insbesondere kann dabei ein Istwert für die Spannung bzw. den Ladezustand innerhalb des Sollbereichs gehalten oder auch variiert werden. Während es bisher üblich ist bzw. war, die Spannung im Bordnetz auf einen bestimmten Sollwert zu regeln, wird durch die Verwendung eines Sollbereichs erreicht, dass gewisse Variationen der Spannung möglich sind. Durch die vorstehend erwähnte Ansteuerung der elektrischen Maschine, bei der beschleunigend oder bremsend auf die Kurbelwelle eingewirkt wird, folgt nämlich auch eine Veränderung der bereitgestellten Spannung.In this respect, it is particularly preferred if the electrical machine continues to be controlled in such a way that a voltage of the energy store and / or of an on-board network electrically connected to it is kept within a predefined setpoint range. As an alternative or in addition to the voltage, a state of charge of the energy store can also be used. In particular, an actual value for the voltage or the state of charge can be kept within the target range or varied. While it has been customary up to now to regulate the voltage in the vehicle electrical system to a specific target value, the use of a target range means that certain variations in the voltage are possible. As a result of the aforementioned control of the electrical machine, in which the crankshaft is accelerated or braked, a change in the voltage provided also follows.
Insbesondere wird dabei, insbesondere im Rahmen eines schnellen Regelpfades, die Drehzahl mittels eines Sollwerts für die Spannung des Energiespeichers und/oder eines damit elektrisch verbundenen Bordnetzes bzw. des Ladezustands des Energiespeichers als Stellwert auf einen vorgegebenen Wert eingeregelt. Außerdem ist dabei bevorzugt, dass, wenn der Sollwert der Spannung des Energiespeichers und/oder des damit elektrisch verbundenen Bordnetzes bzw. des Ladezustands des Energiespeichers einen Rand des Sollbereichs erreicht oder überschreitet, der Sollwert der Spannung bzw. des Ladzustands unter Veränderung eines von der Brennkraftmaschine erzeugten Drehmoments auf einen vorgegebenen Wert innerhalb des Sollbereichs, insbesondere einen Wert, der mittig in dem Sollbereich liegt, eingestellt wird. Damit wird das Solldrehmoment der Brennkraftmaschine in einem langsameren Regelpfad kontinuierlich bleibenden (mittleren) Drehzahlabweichungen und einem sich ändernden Energiebedarf des elektrischen Systems nachgeführt.In particular, especially within the scope of a fast control path, the speed is regulated to a predetermined value as a control value by means of a setpoint for the voltage of the energy store and / or an electrical system connected to it or the state of charge of the energy store. In addition, it is preferred that if the setpoint of the voltage of the energy store and / or of the electrical system connected to it or the state of charge of the Energy store reaches or exceeds an edge of the target range, the target value of the voltage or the state of charge is set by changing a torque generated by the internal combustion engine to a predetermined value within the target range, in particular a value that is centrally located in the target range. In this way, the setpoint torque of the internal combustion engine is tracked in a slower control path, continuously remaining (mean) speed deviations and a changing energy requirement of the electrical system.
Insgesamt wird damit ein Mehrgrößenregler bereitgestellt, der als Eingangsgrößen eine Leistung der elektrischen Maschine und ein von der Brennkraftmaschine erzeugtes bzw. bereitgestelltes Drehmoment aufweist, und als Ausgangsgrößen die Spannung bzw. den Ladzustand des Energiespeichers bzw. die Spannung des damit elektrisch verbundenen Bordnetzes und die Drehzahl, insbesondere als Leerlaufdrehzahl. Dabei wird berücksichtigt, dass durch eine Änderung der Leistung der elektrischen Maschine zum einen die Spannung bzw. Ladung eingestellt wird, gleichzeitig aber auch eine Querkopplung auf die Drehzahl besteht, da durch eine Erhöhung der Leistung der elektrischen Maschine (insbesondere im generatorischen Betrieb) die Drehzahl sinkt (was wiederum die Leistung der elektrischen Maschine beeinflusst). Durch das Drehmoment der Brennkraftmaschine wird im Wesentlichen die Drehzahl beeinflusst, wobei dadurch mit einer veränderten Drehzahl auch wiederum die Leistung der elektrischen Maschine geändert wird und dies dann Einfluss auf die Spannung bzw. den Ladzustand hat.Overall, a multivariable controller is provided which has as input variables a power of the electrical machine and a torque generated or provided by the internal combustion engine, and the voltage or the state of charge of the energy store or the voltage of the electrical system connected to it and the speed as output variables , especially as idle speed. It is taken into account that the voltage or charge is set by changing the power of the electric machine, but at the same time there is also a cross coupling to the speed, since the speed is increased by increasing the power of the electric machine (especially in generator mode) decreases (which in turn affects the performance of the electrical machine). The rotational speed is essentially influenced by the torque of the internal combustion engine, with a changed rotational speed also changing the power of the electrical machine in turn and this then having an influence on the voltage or the state of charge.
Durch die beiden erwähnten Regelpfade kann nun zum einen die Drehzahl möglichst gut und gezielt geregelt werden, falls nötig aber auch die Spannung bzw. der Ladezustand dahingehend korrigiert werden, dass sie innerhalb des vorgegebenen Sollbereichs bleibt. Insgesamt wirkt sich dies auch positiv auf etwaige Schadstoffemissionen aus.On the one hand, the two control paths mentioned allow the speed to be controlled as effectively and specifically as possible, but if necessary the voltage or the state of charge can also be corrected so that it remains within the specified target range. Overall, this also has a positive effect on any pollutant emissions.
Vorteilhafterweise wird eine Leistung der elektrischen Maschine nur einmal pro Arbeitsspiel und/oder nicht während eines Einspritzvorgangs und/oder nicht während eines Aufladens einer Zündspule der Brennkraftmaschine verändert. Damit kann erreicht werden, dass die Verbrennung bzw. der Verbrennungsvorgang an sich möglichst wenig beeinflusst wird.The power of the electrical machine is advantageously changed only once per working cycle and / or not during an injection process and / or not during charging of an ignition coil of the internal combustion engine. It can thus be achieved that the combustion or the combustion process itself is influenced as little as possible.
Besonders sogenannte verschleppte (unerwartet schlechte) Verbrennungen und damit verbundene Drehzahleinbrüche treten im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine auf. Zu gute Verbrennungen dagegen treten seltener und nur mit geringem, damit verbundenen Drehzahlanstieg auf.In particular, so-called delayed (unexpectedly bad) burns and the associated drops in speed occur when the internal combustion engine is idling. Burns that are too good, on the other hand, occur less frequently and only with a slight increase in speed.
Da eine größtmögliche Effizienz des elektrischen Bordnetzes erzielt werden kann, wenn die Leistungsabgabe der elektrischen Maschine möglichst konstant gehalten wird, kann zu Gunsten dieser Effizienz auf einen Drehmomenten-Regeleingriff der elektrischen Maschine bei zu guten Verbrennungen verzichtet werden. Stattdessen wird in diesen Fällen ein leichter Drehzahlüberschwinger in Kauf genommen und lediglich bei verschleppten Verbrennungen zu Gunsten der Drehzahlstabilität ein Drehmomenteneingriff mit der elektrischen Maschine vorgenommen. Mit anderen Worten wird also bevorzugt die elektrische Maschine derart angesteuert, dass durch eine Drehmomentübertragung zwischen der elektrischen Maschine und der Kurbelwelle die Drehzahl erhöht wird, wenn der aktuelle Wert kleiner als ein entsprechender Vergleichswert, nicht jedoch reduziert wird, wenn der aktuelle Wert größer als der Vergleichswert ist.Since the greatest possible efficiency of the on-board electrical system can be achieved if the power output of the electrical machine is kept as constant as possible, a torque control intervention by the electrical machine in the event of excessive combustion can be dispensed with in favor of this efficiency. Instead, a slight speed overshoot is accepted in these cases and torque intervention with the electrical machine is only carried out in the case of delayed combustion in favor of speed stability. In other words, the electric machine is preferably controlled in such a way that the rotational speed is increased by a torque transmission between the electric machine and the crankshaft if the current value is less than a corresponding comparison value, but not reduced if the current value is greater than Comparison value is.
Besonders bevorzugt wird als der vorgegebene Betriebsbereich der Brennkraftmaschine ein Leerlaufbetrieb verwendet. Da insbesondere im Leerlaufbetrieb starke Drehzahlschwankungen auftreten, kann mit dem vorgeschlagenen Verfahren ein besserer Leerlauf erreicht werden. Insbesondere kann auf diese Weise sogar die Leerlaufdrehzahl reduziert werden. Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich jedoch ebenfalls für andere Betriebsbereiche, insbesondere solche mit geringer Last und/oder geringer Drehzahl (aber über der Leerlaufdrehzahl). Idle operation is particularly preferably used as the predetermined operating range of the internal combustion engine. Since strong speed fluctuations occur particularly in idle operation, better idling can be achieved with the proposed method. In particular, the idling speed can even be reduced in this way. However, the proposed method is also suitable for other operating ranges, in particular those with a low load and / or low speed (but above the idling speed).
Insgesamt kann damit auf eine Verstellung des Zündwinkels zur Drehzahlregelung verzichtet und dieser damit konstant auf den optimalen Wert eingestellt werden. Dies hat unmittelbar eine effizientere bzw. stärkere Verbrennung zur Folge. Damit könnte die Luft- und Kraftstoffmenge pro Verbrennung entsprechend reduziert und damit der Verbrauch und die Emissionen des Verbrennungsmotors gesenkt werden.Overall, an adjustment of the ignition angle for speed control can thus be dispensed with and this can thus be set constantly to the optimal value. This immediately results in more efficient or stronger combustion. In this way, the amount of air and fuel per combustion could be reduced accordingly, thereby lowering the consumption and emissions of the internal combustion engine.
Insbesondere kann auch eine Modellierung des Energiespeichers, der insbesondere als Batterie ausgebildet ist, und auch von dessen Zuständen beispielsweise auf der Recheneinheit, gegebenenfalls durch zusätzliches Messen des Batteriestroms, erfolgen und damit der Ladezustand des Energiespeichers ermittelt werden. In diesem Fall kann die oben vorgestellte Regelung, wie schon erwähnt den Ladezustand statt der Spannung regeln oder die Regelung dahingehend erweitert werden, dass die Spannung (Ladespannung) innerhalb eines Sollbereichs eingeregelt wird und gleichzeitig ein gewünschter Ladezustand geregelt wird.In particular, the energy store, which is designed as a battery, and also its states, for example on the computing unit, can be modeled, if necessary by additional measurement of the battery current, and the state of charge of the energy store can thus be determined. In this case, the regulation presented above can, as already mentioned, regulate the state of charge instead of the voltage, or the regulation can be expanded so that the voltage (charge voltage) is regulated within a setpoint range and a desired state of charge is regulated at the same time.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.A computing unit according to the invention, e.g. a control unit of a motor vehicle is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.
Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich. The implementation of a method according to the invention in the form of a computer program or computer program product with program code for performing all method steps is advantageous, since this causes particularly low costs, in particular if an executing control device is also used for other tasks and is therefore available anyway. Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, magnetic, optical and electrical memories such as hard drives, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc. A program can also be downloaded via computer networks (Internet, intranet, etc.).
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and configurations of the invention emerge from the description and the accompanying drawing.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is illustrated schematically in the drawing using exemplary embodiments and is described below with reference to the drawing.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt schematisch eine Anordnung mit Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine, mit der ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist. -
2 zeigt schematisch einen Drehzahlverlauf einer Brennkraftmaschine zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform. -
3 zeigt schematisch einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. -
4 zeigt schematisch einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
-
1 shows schematically an arrangement with an internal combustion engine and an electrical machine with which a method according to the invention can be carried out. -
2 shows schematically a speed curve of an internal combustion engine to explain a method according to the invention in a preferred embodiment. -
3 shows schematically a sequence of a method according to the invention in a further preferred embodiment. -
4th shows schematically a sequence of a method according to the invention in a further preferred embodiment.
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention
In
Die elektrische Maschine
Mittels einer als Steuergerät ausgebildeten Recheneinheit
An der bzw. für die Kurbelwelle
In
Insgesamt sind dabei drei Arbeitsspiele A, jeweils mit Arbeits-, Ausstoß-, Ansaug- und Verdichtungstakt, zu sehen. Beispielhaft sind ein Zünd-Oberer-Totpunkt ZOT und ein Gaswechsel-Oberer-Totpunkt GOT eingezeichnet. Innerhalb eines Arbeitsspiels tritt somit in etwa bei ZOT eine minimale Drehzahl und in etwa 90° bis180° Kurbelwellenwinkel später eine maximale Drehzahl auf. Bei GOT liegt die Drehzahl bei einem mittleren Wert.A total of three work cycles A can be seen, each with a work, discharge, intake and compression cycle. An ignition top dead center ZOT and a gas exchange top dead center GOT are shown by way of example. Within one work cycle, a minimum speed occurs approximately at TDC and a maximum speed occurs later at approximately 90 ° to 180 ° crankshaft angle. With GOT the speed is at an average value.
Neben den Drehzahlschwankungen innerhalb eines Arbeitsspiels ist auch zu sehen, dass die maximale (und auch die minimale) Drehzahl innerhalb eines Arbeitsspiels zwischen den Arbeitsspielen variiert. Verschiedene Werte für die maximale Drehzahl sind mit nmax,soll und nmax bezeichnet. Dies ist, wie eingangs erläutert, beispielsweise auf statistische Abweichungen der Verbrennungsvorgänge zurückzuführen.In addition to the speed fluctuations within a work cycle, it can also be seen that the maximum (and also the minimum) speed within a work cycle varies between the work cycles. Various values for the maximum speed are denoted by n max, soll and nmax. As explained above, this is due, for example, to statistical deviations in the combustion processes.
Beispielhaft und zur Erläuterung des vorgeschlagenen Verfahrens soll nachfolgend der mit nmax,soll bezeichnete Wert einer maximalen Drehzahl einem mittleren Wert entsprechen und damit als Vergleichswert dienen.By way of example and to explain the proposed method, the value designated by n max, should correspond to a mean value and thus serve as a comparison value.
Ziel einer Regelung oder Steuerung im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens ist beispielsweise, die Drehzahl zu Beginn von Einlass-Öffnen bei jedem Arbeitsspiel auf den gleichen Wert einzuregeln. Der Punkt Einlass-Öffnen liegt dabei kurz vor dem GOT. Ausgangspunkt ist dann beispielsweise ein Drehzahlmaximum bei einem vorbestimmten Kurbelwellenwinkel φ1, etwa bei 180°KW nach ZOT, also beispielsweise der Wert nmax.The aim of regulation or control within the framework of the proposed method is, for example, to set the speed at the beginning of the inlet opening to the same value in every work cycle to regulate. The point to open the inlet is just before the GOT. The starting point is then, for example, a speed maximum at a predetermined crankshaft angle φ 1 , for example at 180 ° CA after ZOT, that is to say, for example, the value nmax.
Durch Vergleich mit einem Vergleichswert bzw. einem erwarteten Drehzahlmaximum nmax,soll wird berechnet, wieviel Energie zu viel oder zu wenig durch die Verbrennung im Vergleich zu einer Median- bzw. typischen Verbrennung erzeugt wurde. Wurde zu viel Energie erzeugt, wird über eine Steuerung zum Beispiel für die Zeit bis GOT die zu viel erzeugte Energie über die elektrische Maschine in den Energiespeicher gespeichert. Wurde zu wenig Energie erzeugt, wird diese Energie über die elektrische Maschine in das System hineingebracht.By comparison with a comparison value or an expected maximum speed n max, it is calculated how much energy too much or too little was generated by the combustion in comparison to a median or typical combustion. If too much energy has been generated, the electrical machine stores the excess energy in the energy store via a controller, for example for the time until GOT. If too little energy was generated, this energy is fed into the system via the electrical machine.
Typischerweise können besonders gute Verbrennungen nur etwas mehr Energie in das System bringen als im Mittel, schlechte bzw. verschleppte Verbrennungen hingegen können deutlich weniger Energie in das System bringen als im Mittel. Somit wird im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens insgesamt mehr beschleunigend als bremsend auf die Kurbelwelle eingewirkt.Typically, particularly good burns can only bring a little more energy into the system than on average, while bad or delayed burns, on the other hand, can bring significantly less energy into the system than on average. Thus, in the context of the proposed method, the crankshaft is acted on by accelerating rather than braking.
Die Berechnung der Energiedifferenz ΔE kann beispielsweise quadratisch erfolgen, sie berechnet sich dann als:
Die Konstante CT korreliert hierbei mit dem Trägheitsmoment der Brennkraftmaschine bei dem Kurbelwellenwinkel φ1 und kann beispielsweise im System gelernt oder geeignet appliziert werden.The constant C T here correlates with the moment of inertia of the internal combustion engine at the crankshaft angle φ 1 and can, for example, be learned in the system or appropriately applied.
Um einen aktuellen Vergleichswert nmax,soll,i zu erhalten, kann beispielsweise eine recheneffiziente Mittelung aller bisher gemessenen Werte erfolgen. Dann ergibt sich mit Hilfe eines rekursiven Filters der Vergleichswert als
Ebenso sind auch andere Berechnungen zur Mittelung möglich, solange eine ausreichend starke Mittelung erfolgt. Mögliche Filterfaktoren für die oben erwähnte Gleichung sind beispielsweise M = 50 bis M = 100. Aber auch kleinere/größere Werte können je nach Zielsystem bevorzugt sein. Hierbei wird die erste gemessene Drehzahl gleichgesetzt mit der ersten gemittelten Drehzahl.Other averaging calculations are also possible as long as a sufficiently strong averaging is used. Possible filter factors for the above-mentioned equation are, for example, M = 50 to M = 100. However, smaller / larger values can also be preferred depending on the target system. Here, the first measured speed is equated with the first averaged speed.
Aus der berechneten Energiedifferenz ΔE kann ein Stellwunsch für die elektrische Maschine abgeleitet werden. Die fehlende bzw. überschüssige Energie wird elektrisch bis zu einem weiteren (konstant gehaltenen) Kurbelwellenwinkel φ2 im gleichen Arbeitsspiel kompensiert. Eine geeignete Position kann hierbei beispielsweise 360° Kurbelwellenwinkel nach φ1 sein.A control request for the electrical machine can be derived from the calculated energy difference ΔE. The missing or excess energy is electrically compensated for up to a further (kept constant) crankshaft angle φ 2 in the same working cycle. A suitable position here can be, for example, a 360 ° crankshaft angle according to φ 1 .
Vorteilhafterweise wird die Position so gewählt, dass während der Dauer der Einspritzung und der Zündung eine konstante Batteriespannung realisiert wird, die elektrische Maschine also ihre Ausgangsleistung möglichst konstant hält und φ2 nicht in diese zwei Bereiche fällt.The position is advantageously chosen such that a constant battery voltage is realized during the duration of the injection and the ignition, that is to say that the electrical machine keeps its output power as constant as possible and φ 2 does not fall within these two ranges.
Um die Energiedifferenz zu kompensieren, muss während des Kurbelwellenwinkelintervalls von φ1 bis φ2 die entsprechende Energiemenge elektrisch aufgebracht bzw. abgenommen werden. Hierzu wird das Zeitintervall Δt, das zum Überstreichen des Kurbelwellenwinkelintervalls nötig ist, berechnet mit:
Zur Versorgung des Bordnetzes bzw. des Energiespeichers mit elektrischer Energie muss ständig eine entsprechende Leistung der elektrischen Maschine generatorisch eingestellt werden. Daher sollte die oben berechnete elektrische Leistung als Offset auf eine Grundleistung addiert werden.In order to supply the on-board network or the energy store with electrical energy, a corresponding output of the electrical machine must constantly be set as a generator. Therefore, the electrical power calculated above should be added as an offset to a basic power.
Da die Brennkraftmaschine, typischerweise durch das Motorsteuergerät, so eingestellt wird, dass im Mittel die gewünschte Drehzahl nsoll eingehalten wird, verändert sich die mittlere Ausgangsleistung der elektrischen Maschine nur bedingt durch den Wirkungsgrad der elektrischen Energiewandlung in Energiespeicher und elektrischer Maschine und Ansteuerhardware.Since the internal combustion engine is set, typically by the engine control unit, in such a way that the desired speed n setpoint is maintained on average, the average output power of the electrical machine changes only to a limited extent due to the efficiency of the electrical energy conversion in the energy storage device and electrical machine and control hardware.
Wird keine Momenten- oder Leistungsberechnung der elektrischen Maschine verwendet, sondern eine Regelung des Polradwinkels, kann auch unter Vernachlässigung dabei auftretender Ungenauigkeiten mittels eines Konvertierungsfaktors direkt eine Polradwinkeldifferenz Δδ aus der Energiedifferenz berechnet werden. Damit gilt:
Die beiden Konstanten lassen sich zusammenfassen zu einer kombinierten Konstante C:
Der berechnete Polradwinkeloffset Δδ wird auf den momentan gestellten Polradwinkel addiert und ergibt sich im Mittel, wie oben im Leistungsfall, zu Null, da die Brennkraftmaschine im Mittel die Solldrehzahl alleine einhalten kann.The calculated pole wheel angle offset Δδ is added to the currently set pole wheel angle and results on average, as in the power case above, at zero, since the internal combustion engine can maintain the target speed on its own on average.
In
Dies ist beispielhaft dargestellt, nämlich mit den Eingangsgrößen der Leistung P der elektrischen Maschine und dem von der Brennkraftmaschine erzeugten bzw. bereitgestellten Drehmoment M, und mit den Ausgangsgrößen der Spannung U des Energiespeichers bzw. des damit elektrisch verbundenen Bordnetzes und der Drehzahl n, insbesondere als Leerlaufdrehzahl.This is shown as an example, namely with the input variables of the power P of the electrical machine and the torque M generated or provided by the internal combustion engine, and with the output variables of the voltage U of the energy store or the electrical system connected to it and the speed n, in particular as Idle speed.
Dabei wird auch zum Ausdruck gebracht, dass durch eine Änderung der Leistung P zum einen die Spannung U eingestellt wird, gleichzeitig aber auch eine Querkopplung auf die Drehzahl n besteht, da durch eine Erhöhung der Leistungsabgabe der elektrischen Maschine (insbesondere im generatorischen Betrieb) die Drehzahl sinkt (was wiederum die Leistung der elektrischen Maschine beeinflusst). Durch das Drehmoment M wird im Wesentlichen die Drehzahl n beeinflusst, wobei mit einer veränderten Drehzahl n wiederum die Leistung P geändert wird und dies dann Einfluss auf die Spannung U hat.It is also expressed that the voltage U is set by changing the power P, but at the same time there is also a cross coupling to the speed n, since the speed increases due to an increase in the power output of the electric machine (especially in generator mode) decreases (which in turn affects the performance of the electrical machine). The torque M essentially influences the speed n, with a changed speed n in turn changing the power P and this then has an influence on the voltage U.
In
Im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens ist nun aber vorgesehen, nicht auf eine konstante Spannung bzw. einen Sollwert der Spannung zu regeln, sondern die Spannung in einem geeigneten Sollbereich zu halten. Insbesondere im Betriebsbereich des Leerlaufs werden durch Vergleich der Soll-Drehzahl mit der IstDrehzahl über einen geeigneten Regler bzw. Algorithmus ein neuer Sollwert für die Spannung und ein neuer Wert für das Drehmoment der Brennkraftmaschine berechnet.In the context of the proposed method, however, it is now provided not to regulate to a constant voltage or a desired value of the voltage, but to keep the voltage in a suitable desired range. In particular in the idling operating range, a new setpoint for the voltage and a new value for the torque of the internal combustion engine are calculated by comparing the setpoint speed with the actual speed using a suitable controller or algorithm.
Hierzu wird, insbesondere im Rahmen eines schnellen Regelpfades, für die Stabilisierung der Drehzahl n, d.h. der Regelung auf eine Solldrehzahl nsoll, der Sollwert Usoll der Spannung als Stellgröße verwendet. Bei zu hoher Drehzahl wird der Sollwert Usoll für die Spannung erhöht. Um dies zu erreichen, wird dann die Leistungsabgabe der elektrischen Maschine erhöht und die Drehzahl sinkt. Bei zu niedriger Drehzahl werden der Sollwert U der Spannung und somit die Leistungsabgabe der elektrischen Maschine reduziert oder sogar motorisch Leistung zugeführt, und damit steigt die Drehzahl. To this end, in particular in the context of a fast control path, n for the stabilization of the speed, the control means to a target rotational speed n, the command value U is to be used as a manipulated variable of the voltage. At too high a speed is increased to the voltage of the reference value U soll. To achieve this, the power output of the electric machine is then increased and the speed decreases. If the speed is too low, the setpoint U of the voltage and thus the power output of the electrical machine are reduced or even motorized power is supplied, and the speed increases.
Die Spannung kann dabei mit der Leistung der elektrischen Maschine als Stellwert im Sinne eines unterlagerten Reglers auf den entsprechenden Sollwert eingeregelt werden. Denkbar ist hierbei aber auch eine Steuerung ohne Regelung. Hinsichtlich des konkreten Vorgehens zum Einstellen der Leistung der elektrischen Maschine sei auf vorstehende Ausführungen verwiesen.The voltage can be adjusted to the corresponding setpoint using the power of the electrical machine as a control value in the sense of a subordinate controller. Control without regulation is also conceivable here. With regard to the specific procedure for setting the power of the electrical machine, reference is made to the statements above.
Dabei darf der Sollwert Usoll der Spannung insbesondere nur innerhalb eines Sollbereichs UB = [Usoll,min ; Usoll,max] variiert werden:
Der Minimalwert Usoll,min kann beispielsweise 12,5 V und der Maximalwert Usoll,max beispielsweise 14,3 V betragen. Bevor oder wenn diese Grenzen überschritten werden bzw. wenn ein Rand des Sollbereichs UB erreicht oder überschritten wird, kann in einem langsamen Pfad das Drehmoment M der Brennkraftmaschine geändert und - damit - der Sollwert Usoll der Spannung so eingestellt werden, dass der neue Sollwert mittig in dem Sollbereich UB liegt. Wie schon erwähnt, kann durch Erhöhung des Drehmoments die Drehzahl erhöht werden, was die Leistung der elektrischen Maschine und damit die Spannung erhöht. Entsprechendes gilt für eine Reduzierung.The minimum value U should, min can be, for example, 12.5 V and the maximum value U should, max, for example, be 14.3 V. Before or when these limits are exceeded or when an edge of the setpoint range U B is reached or exceeded, the torque M of the internal combustion engine can be changed in a slow path and - thus - the setpoint U should be adjusted to the voltage so that the new setpoint is centrally located in the target area U B. As already mentioned, the speed can be increased by increasing the torque, which increases the power of the electrical machine and thus the voltage. The same applies to a reduction.
Durch das vorgeschlagene Verfahren kann die Brennkraftmaschine bei der Einregelung der Drehzahl, insbesondere der Leerlaufdrehzahl, durch Verwendung der elektrischen Maschine weitgehend in einem konstanten Betriebspunkt gehalten werden, was positive Auswirkungen auf Emissionen und Verbrauch hat.The proposed method allows the internal combustion engine to be kept largely at a constant operating point when regulating the speed, in particular the idling speed, by using the electric machine, which has positive effects on emissions and consumption.
Claims (13)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019203591.4A DE102019203591A1 (en) | 2019-03-15 | 2019-03-15 | Method for operating an arrangement with an internal combustion engine and an electrical machine |
CN202010175972.XA CN111688667A (en) | 2019-03-15 | 2020-03-13 | Method for operating a device having an internal combustion engine and an electric machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019203591.4A DE102019203591A1 (en) | 2019-03-15 | 2019-03-15 | Method for operating an arrangement with an internal combustion engine and an electrical machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102019203591A1 true DE102019203591A1 (en) | 2020-09-17 |
Family
ID=72241060
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102019203591.4A Pending DE102019203591A1 (en) | 2019-03-15 | 2019-03-15 | Method for operating an arrangement with an internal combustion engine and an electrical machine |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111688667A (en) |
DE (1) | DE102019203591A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113353053B (en) * | 2021-06-23 | 2023-10-03 | 精进电动科技股份有限公司 | Hybrid power system and method for obtaining crank angle of engine in system |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19532163A1 (en) * | 1995-08-31 | 1997-03-06 | Clouth Gummiwerke Ag | System for actively reducing speed non-uniformities of IC engine drive-shaft |
DE10063457A1 (en) * | 2000-12-20 | 2002-06-27 | Bosch Gmbh Robert | Detecting combustion misfires involves comparing reactive power occurring during damping regulation of starter-generator with predefinable values to detect significant differences |
US20050038576A1 (en) * | 2003-08-12 | 2005-02-17 | Honda Motor Co., Ltd. | Control apparatus for hybrid vehicle |
DE102008025376A1 (en) * | 2008-05-27 | 2009-12-03 | Meta Motoren- Und Energie-Technik Gmbh | A method of operating a vehicle powertrain with an internal combustion engine having a plurality of selectively deactivatable cylinders and vehicle driveline |
-
2019
- 2019-03-15 DE DE102019203591.4A patent/DE102019203591A1/en active Pending
-
2020
- 2020-03-13 CN CN202010175972.XA patent/CN111688667A/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19532163A1 (en) * | 1995-08-31 | 1997-03-06 | Clouth Gummiwerke Ag | System for actively reducing speed non-uniformities of IC engine drive-shaft |
DE10063457A1 (en) * | 2000-12-20 | 2002-06-27 | Bosch Gmbh Robert | Detecting combustion misfires involves comparing reactive power occurring during damping regulation of starter-generator with predefinable values to detect significant differences |
US20050038576A1 (en) * | 2003-08-12 | 2005-02-17 | Honda Motor Co., Ltd. | Control apparatus for hybrid vehicle |
DE102008025376A1 (en) * | 2008-05-27 | 2009-12-03 | Meta Motoren- Und Energie-Technik Gmbh | A method of operating a vehicle powertrain with an internal combustion engine having a plurality of selectively deactivatable cylinders and vehicle driveline |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111688667A (en) | 2020-09-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3157791B1 (en) | Output controller for an engine controller, engine controller, and engine system | |
DE102016106963B4 (en) | Control device for an internal combustion engine | |
DE10332231A1 (en) | Arrangement and method for power-based idle speed control | |
EP1536967B2 (en) | Motor vehicle comprising a hybrid drive and method for controlling the idle speed of a hybrid drive of a motor vehicle | |
DE102009028189A1 (en) | Turn-off control unit for a motor | |
DE102009028038A1 (en) | Engine stop control device | |
DE102008031670A1 (en) | Apparatus for estimating the state of charge of a rechargeable battery charged by a vehicle-mounted power generator device | |
DE102016202343A1 (en) | Method and device for controlling an internal combustion engine | |
EP0880648A1 (en) | Method of determining the firing time for an internal-combustion engine with adaptive knock control | |
EP3594480B1 (en) | Method for controlling a charging system | |
DE10047502A1 (en) | Controlling drive unit revolution rate for starter motor of an IC engine, involves controlling electrical machine applying torque to engine depending on deviation between demand and actual revolution rates in starting phase | |
DE102008002424A1 (en) | Method for operating an internal combustion engine | |
EP0385969B1 (en) | Apparatus for the control and regulation of a diesel engine | |
DE112011103152B4 (en) | Device for power control of an internal combustion engine | |
DE102019203591A1 (en) | Method for operating an arrangement with an internal combustion engine and an electrical machine | |
DE102007013253A1 (en) | Method and device for operating a drive unit | |
DE10063457A1 (en) | Detecting combustion misfires involves comparing reactive power occurring during damping regulation of starter-generator with predefinable values to detect significant differences | |
DE102019203592A1 (en) | Method for operating an arrangement with an internal combustion engine and an electrical machine | |
DE102019215310A1 (en) | Method for controlling an electrically assisted exhaust gas turbocharger | |
DE10064652A1 (en) | Method and device for rapidly changing a torque of an internal combustion engine | |
EP3317505B1 (en) | Internal combustion engine comprising a control device | |
EP0395901A1 (en) | Device for controlling the temperature of a glowing plug | |
WO2018041584A1 (en) | Determining cylinder switching of an internal combustion engine | |
DE102018104926B4 (en) | Method for operating and device for controlling and / or regulating an internal combustion engine and internal combustion engine | |
DE102019207229A1 (en) | Method for operating an arrangement comprising an internal combustion engine and an electrical machine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified |