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Geänderte Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Es sind Brennkraftmaschinen bekannt, die eine Starteinrichtung (Anlasser) aufweisen, die auch als Generator (Lichtmaschine) arbeiten kann. Diese Starteinrichtungen können insbesondere so ausgestaltet sein, dass ein selbsttätiges Ausschalten der Brennkraftmaschine im Fahrzeugstillstand und bei einem Wunsch des Anfahrens die Brennkraftmaschine mit der Starteinrichtung wieder in Betrieb genommen wird. Hierzu ist die Starteinrichtung insbesondere schaltbar mit der Kurbelwelle verbunden. Dabei kann diese Verbindung auch eine mittelbare Verbindung sein, die über einen Keilriemen oder eine Steuerkette erfolgt, die von der Kurbelwelle angetrieben wird.
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Bei Brennkraftmaschinen kann es dennoch erforderlich sein, diese im Leerlaufbetrieb zu betreiben. Ein Abschalten der Brennkraftmaschine im Leerlaufbetrieb kann beispielsweise aus den Gründen eines zu hohen Energiebedarfes des Bordnetzes oder eines großen Unterdruckbedarfes der Bremsanlage unterbleiben.
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Im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine stellt eine Leerlaufregelung die Istdrehzahl auf eine Solldrehzahl ein. Der Sollwert wird dabei durch die minimalen Anforderungen der Aggregate und Systeme bestimmt. Nach unten ist die Istdrehzahl durch das Erfordernis eines stabilen Betriebes der Brennkraftmaschine unter Einbeziehung aller Nebenaggregatebelastungen bestimmt.
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Bei schnellen Laständerungen an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine kann es sein, dass der Leerlaufregler die Regelabweichungen nicht schnell genug ausgleichen kann. Es können Überschwinger oder Unterschwinger gegenüber der Solldrehzahl auftreten. Derartige Regelabweichungen sind unerwünscht und können für den Fahrer als Komforteinbusse bemerkbar sein. In ungünstigen Situationen kann es auch sein, dass ein Unterschwinger dazu führt, dass der Betrieb der Brennkraftmaschine hierdurch unterbrochen wird. Dem kann nur dadurch entgegengetreten werden, dass der Sollwert so bestimmt wird, dass auch in ungünstigen Situationen ein unerwünschtes Absterben der Brennkraftmaschine nicht eintritt. Dieser Sollwert ist aber größer, als es den Erfordernissen in den meisten Fällen entspricht. Dies führt zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine im Leerlaufbetrieb.
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Aus dem Handbuch Verbrennungsmotor (VAN BASSHUYSEN, Richard, SCHÄFER, Fred (Hrsg.), Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig, Wiesbaden, 2002, 2. Aufl., S. 581–583; Kap. 17.7.1.3) ist bekannt, dass Starter-Generatoren eine Brennkraftmaschine bis zur Leerlaufdrehzahl hoch zu schleppen vermögen.
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Aus der
DE 198 52 085 C1 ist ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine bekannt, welches sich dadurch auszeichnet, dass während des Startvorgangs, d. h. vor Beginn einer Einspritzung und einer Zündung von Kraftstoff, durch einen Starter die Drehzahl des Verbrennungsmotors bis zu einer Solldrehzahl erhöht wird.
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Aus der gattungsgemäßen
WO 01/75 300 A1 ist ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei mittels eines Starter-Generators die Drehzahl des Verbrennungsmotors auf eine Leerlaufsolldrehzahl erhöht wird und danach, wenn der Saugrohrdruck ausreichend niedrig ist, Kraftstoffeinspritzung erfolgt.
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Beide Schriften betreffen somit Verfahren, bei welchen eine Brennkraftmaschine unter Überwindung ihrer Trägheit und ihrer Reibwiderstände auf eine für einen Beginn eines Verbrennungsvorgangs ausreichende Drehzahl gebracht wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, den Leerlaufbetrieb eines Fahrzeugs im Sinne einer hohen Regelgüte beim Aufrechterhalten der Solldrehzahl und eines möglichst geringen Kraftstoffverbrauchs im Leerlaufbetrieb zu optimieren.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Das Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle wird bei einer Brennkraftmaschine durchgeführt, die eine auch als Generator arbeitende Starteinrichtung zum Anlassen der Brennkraftmaschine aufweist. Diese Starteinrichtung ist hierzu schaltbar wenigstens mittelbar mit der Kurbelwelle wirkverbindbar. Gemäß der Erfindung wird im Leerlaufbetrieb die Starteinrichtung wenigstens mittelbar mit der Kurbelwelle wirkverbunden. Mittels der Startereinrichtung erfolgt eine Beeinflussung der Kurbelwellendrehzahl.
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Durch diese Maßnahme wird es ermöglicht, den Sollwert der Leerlaufdrehzahl abzusenken, ohne dass die Stabilität des Motorlaufs verschlechtert wird. Dies hat eine Verbrauchsersparnis und eine Reduktion der Abgase zur Folge.
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Gemäß bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die die Beeinflussung der Kurbelwellendrehzahl im Sinne eines Aufrechterhaltens einer vorgegebenen Solldrehzahl erfolgt. Es wird also vorzugsweise eine Steuerung oder Regelung vorgenommen, bei der die Istdrehzahl an die Solldrehzahl angepasst wird, wobei als Steller die Starteinrichtung dient.
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Hierbei wird gemäß bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung dann, wenn die Istdrehzahl größer ist als die Solldrehzahl die Starteinrichtung als Generator betrieben. Die erzeugte elektrische Energie wird dann dem Bordnetz zugeführt. Hierdurch wird ein Überschwingen der Istdrehzahl über die Solldrehzahl durch generatorische Last gedämpft. Die erzeugte elektrische Energie wird dabei im Bordnetz genutzt, so dass die erzeugte Energie nicht nutzlos verpufft. Ein Verringern des Schadstoffausstoßes kann vermieden werden, da das sonst vorzunehmende Verschieben des Zündzeitpunktes nach ”spät” zur Minderung des Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine unterbleiben kann. Diese Minderung des Wirkungsgrades geht mit einer schlechteren Verbrennung und damit einem erhöhten Schadstoffausstoß einher.
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Soweit die Istdrehzahl andauernd höher ist als die Solldrehzahl kann es dabei vorgesehen sein, dass durch Verringern der Kraftstoffzufuhr an der Brennkraftmaschine ein gleichsinniges Reduzieren der Antriebsleistung erfolgt. Dieser Regeleingriff ist gegenüber der Leistungsaufnahme durch die Starteinrichtung im Generatorbetrieb jedoch wesentlich träger, so dass dieser Eingriff nicht als einziger Regeleingriff durchführbar ist. Soweit, beispielsweise aufgrund eines niedrigen Ladezustandes der Fahrzeugbatterie, eine Stromeinspeisung in das Bordnetz jedoch ohnehin erwünscht ist, kann die Absenkung der Antriebsleistung der Brennkraftmaschine jedoch auch unterbleiben.
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Gemäß entsprechender Ausgestaltung der Erfindung wird dann, wenn die Istdrehzahl geringer ist als die Solldrehzahl durch die Starteinrichtung ein die Kurbelwelle antreibendes Moment erzeugt. Diese Maßnahme verhindert ein absterben des Motors aufgrund zu niederer Drehzahl. Aufgrund der Schnelligkeit der Wirkung des Regeleingriffes kann dabei ein gleichmäßiger Motorlauf auch dann gewährleistet werden, wenn die Solldrehzahl nur geringfügig oberhalb der Grenze eines stabilen Betriebes der Brennkraftmaschine liegt.
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Dabei kann es vorgesehen sein, durch Erhöhen der Kraftstoffeinspritzung ein erhöhen der Antriebsleistung der Brennkraftmaschine erfolgen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Istwert dauerhaft geringer ist als der Sollwert und die Regelabweichung beispielsweise nicht durch eine Änderung des Betriebszustandes eines Nebenaggregates kurzfristig herbeigeführt ist. Dadurch wird vermieden, dass eine starke Belastung des Bordnetzes durch anhaltendes Betreiben der Starteinrichtung erfolgt. Die Anpassung der Antriebsleistung ist jedoch gegenüber dem Regeleingriff durch die Starteinrichtung träge, also langsam, so dass die Leerlaufdrehzahl bei alleinigem Regeleingriff durch die Kraftstoffeinspritzung nicht in gleicher Weise nahe dem Mindestwert festgelegt werden kann.
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Gemäß vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird dabei die Solldrehzahl in Abhängigkeit der auf die Brennkraftmaschine einwirkenden Lastmomente bestimmt. Hierdurch wird es beispielsweise ermöglicht, dann wenn eine Speisung des Bordnetzes durch den Generator erforderlich ist, die Leerlaufdrehzahl anzuheben. Auch das Antreiben der Motorölpumpe mit bestimmter Drehzahl, eines Klimakompressors oder anderer Nebenaggregate kann einen Einfluss auf die gewählte Leerlaufdrehzahl haben.
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Darüber hinaus ist es gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung möglich, beim Einkuppeln einer Kupplung zwischen Brennkraftmaschine und Antriebsstrang die Starteinrichtung wenigstens mittelbar mit der Kurbelwelle wirkverbunden wird, wobei zumindest dann, wenn ein Absinken der Leerlaufdrehzahl unter eine Soll-Drehzahl auftritt, die Starteinrichtung ein die Kurbelwelle antreibendes Moment erzeugt. Durch diese Maßnahme kann weitgehend ein Absterben der Brennkraftmaschine beim Einkuppeln vermieden werden. Dies kann unabhängig davon erfolgen, ob der zuvor stattfindende Leerlaufbetrieb langzeitig stattgefunden hat oder ob ein Ausschalten der Brennkraftmaschine und automatisches Starten voranging. Ein Absterben des Motors aufgrund zu raschen Einrückens der Kupplung kann vermieden werden. In entsprechender Weise kann auch dann, wenn für das Durchführen des Anfahrens während des Einkuppelns eine sehr große Motorleistung anliegt, ein Entlasten der Kupplung dadurch erfolgen, dass die Startereinheit als Generator betrieben wird. Dieser Betrieb kann dann so lange aufrechterhalten werden, bis die Kupplung schlupffrei ist. Dann steht die ganze Antriebsleistung am Triebstrang zur Verfügung. Diese Maßnahme trägt zur Reduktion des Kupplungsverschleißes während des Einkuppelns bei, solange ein stark Überschiessendes Motormoment anliegt.
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Im Übrigen ist die Erfindung nachfolgend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert; dabei zeigt:
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1 Das Flussdiagramm eines Verfahrens zum Regeln der Leerlaufdrehzahl während des Fahrzeugstollstandes; und
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2 Das Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Regeln der Leerlaufdrehzahl während des Einkuppelns.
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Die 1 zeigt das Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es in dem Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine durchgeführt werden kann. Im Schritt 101 des Verfahrens wird dem Leerlaufregler die in Abhängigkeit der Nebenaggregatsbelastung ermittelte Solldrehzahl ns sowie die aktuelle Istdrehzahl ni der Kurbelwelle zugeführt.
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Gemäß dem Schritt 102 wird dann überprüft, ob die Istdrehzahl ni der Solldrehzahl ns entspricht. Ist dies der Fall, so wird gemäß den Schritt 103 die Starteinrichtung ausgekuppelt, es sei denn, sie wird zur Erzeugung einer das Bordnetz speisenden Energieerzeugung benötigt. Es wird dann zum Schritt 101 zurückgesprungen.
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Andernfalls wird im Schritt 104 überprüft, ob die Istdrehzahl ni größer ist als die Solldrehzahl ns. Ist dies der Fall, so wird zum Schritt 105 gesprungen. Andernfalls wird zum Schritt 106 gesprungen.
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Gemäß dem Schritt 105 wird, sofern nicht bereits geschehen, die Starteinrichtung mit der Kurbelwelle wirkverbunden, also eingerückt oder eingekuppelt. Die Starteinrichtung wird dann als Generator betrieben und die erzeugte elektrische Leistung in das Bordnetz eingespeist., Dabei wird das hierbei erzeugte Schleppmoment, also die Generatorleistung, in Abhängigkeit der Differenz zwischen Solldrehzahl ns und Istdrehzahl ni ermittelt. Anschließend wird zum Schritt 107 gesprungen.
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Gemäß dem Schritt 106 wird, sofern nicht bereits geschehen, die Starteinrichtung mit der Kurbelwelle wirkverbunden, also eingerückt oder eingekuppelt. Die Starteinrichtung wird dann als Starter betrieben und erzeugt ein Antriebsmoment an der Kurbelwelle, das im Sinne des Aufrechterhaltens der Leerlaufdrehzahl wirkt. Dabei wird das Antriebsmoment in Abhängigkeit der Differenz zwischen Solldrehzahl ns und Istdrehzahl ni ermittelt. Anschließend wird zum Schritt 107 übergegangen.
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Gemäß dem Schritt 107 wird der Leerlaufregelung zur Anpassung der Antriebsleistung der Brennkraftmaschine eine Information über den Betriebszustand der Starteinrichtung übermittelt, die ggf. der Anpassung des von der Brennkraftmaschine zu erzeugenden Antriebsmoments dient. Dies ist insbesondere dann wünschenswert, wenn die Starteinrichtung ein Antriebsmoment an der Kurbelwelle erzeugt.
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Vom Schritt 107 wird dann wieder zum Schritt 101 gesprungen.
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Die 2 zeigt als Flussdiagramm den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens während des Einkuppelns einer Kupplung.
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Gemäß dem Schritt 201 wird die Solldrehzahl ns und die aktuelle Istdrehzahl ni zugeführt. Es wird dann in dem Schritt 202 verglichen, ob die Istdrehzahl ni geringer ist als die Solldrehzahl. Ist dies nicht der Fall, so wird zum Schritt 201 zurückgesprungen. Andernfalls. wird gemäß dem Schritt 203, sofern nicht bereits geschehen, die Starteinrichtung mit der Kurbelwelle wirkverbunden, also eingerückt oder eingekuppelt. Die Starteinrichtung wird dann als Starter betrieben und erzeugt ein Antriebsmoment an der Kurbelwelle, das im Sinne des Aufrechterhaltens der Leerlaufdrehzahl wirkt. Dabei wird das Antriebsmoment in Abhängigkeit der Differenz zwischen Solldrehzahl ns Und Istdrehzahl ni ermittelt. Anschließend wird zum Schritt 201 zurückgesprungen.
