WO2008089897A1 - Verfahren und vorrichtung zum einstellen einer leerlaufdrehzahl - Google Patents

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WO2008089897A1
WO2008089897A1 PCT/EP2008/000251 EP2008000251W WO2008089897A1 WO 2008089897 A1 WO2008089897 A1 WO 2008089897A1 EP 2008000251 W EP2008000251 W EP 2008000251W WO 2008089897 A1 WO2008089897 A1 WO 2008089897A1
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internal combustion
combustion engine
idle speed
speed
vehicle
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/000251
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English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Holz
Ralph Brocke
Ekkehard Pott
Original Assignee
Volkswagen Aktiengesellschaft
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    • 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
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    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
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    • F02D2200/1006—Engine torque losses, e.g. friction or pumping losses or losses caused by external loads of accessories
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for adjusting an idling speed of an internal combustion engine, a vehicle, wherein the internal combustion engine drives an electric generator, and in particular an idling speed reduction of the internal combustion engine at low vehicle electrical system loads.
  • the electrical supply of a vehicle electrical system and a starter battery of a motor vehicle is carried out in conventional drives by a coupled to an internal combustion engine of the vehicle generator.
  • a generator is generally referred to as an alternator. Since the generator or alternator is coupled to the internal combustion engine, the maximum possible electrical output of the alternator is generally dependent on the speed of the internal combustion engine. In general, in particular during idling or in the idling region of the internal combustion engine, the maximum possible power output of the generator has a significantly lower value than at higher rotational speeds of the internal combustion engine.
  • control systems are used to control the idle speed, which should prevent discharge of the starter battery.
  • Conventional control systems for idle speed do not have a direct measurement of the recorded on-board power, but monitor the voltage of the electrical system and lift If different adjustable voltage thresholds fall below the idling speed of the internal combustion engine in order to cover the on-board power consumption without discharging the starter battery.
  • a basic idle speed is set, which provides a sufficiently high maximum deliverable power of the alternator even at idle, in order to avoid a collapse of the vehicle electrical system voltage and thus a load on the starter battery.
  • a voltage of the electrical system U is used to control the idle speed n.
  • n mot i. which ensures a sufficiently high performance of the alternator even at idle to avoid a collapse of the vehicle electrical system voltage and thus a load on the electrical system battery as possible
  • the vehicle electrical system voltage U is monitored.
  • the idling speed of the internal combustion engine is increased to n mot2 .
  • the maximum deliverable power of the electric generator is increased and ensures a supply of the electrical system and a discharge of the starter battery avoided. If the voltage of the electrical system continues to fall, for example below a value U1, the idling speed of the internal combustion engine is increased to a value n mot3 .
  • the basic idle speed of the internal combustion engine can not be lowered further, since no information about the power consumption of the electrical system is available from the voltage information of the electrical system.
  • the internal combustion engine is operated at an unnecessarily high idle speed, which leads to an increased fuel consumption and to an increased pollutant emission of the vehicle. Therefore, it is an object of the present invention to provide a method for adjusting an idle speed of an internal combustion engine of a vehicle, which adjusts the idle speed of the internal combustion engine such that powered by the internal combustion engine electric generator provides sufficient energy to supply the electrical system and at the same time the internal combustion engine on a running so low speed that a fuel consumption of the internal combustion engine and a pollutant emission of the internal combustion engine at idle are significantly reduced. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a device which is suitable for carrying out this method.
  • a method for adjusting an idling speed of an internal combustion engine of a vehicle, wherein the internal combustion engine drives an electric generator.
  • the idling speed of the internal combustion engine is adjusted depending on a load of the electric generator.
  • the idling speed can be adjusted so that a certain capacity of the electric generator is not exceeded, thus ensuring that the electric generator has sufficient power to supply the power currently required operated in the electrical system and also the speed can be lowered significantly below the basic idle speed according to the prior art, without the risk that the electric generator does not provide sufficient power to supply the electrical system.
  • a high idle speed is set by the method, which is e.g. can also be in the field according to the prior art.
  • DF signal Dynamo field signal
  • the utilization of the electric generator may include a relative utilization of the generator.
  • the idle speed of the internal combustion engine can be increased when the load of the electric generator increases.
  • relative utilization of the generator is used at a current speed of the internal combustion engine for controlling the idling speed of the internal combustion engine can be ensured as explained above, 'the one hand, power to the board power supply can be provided by the electric generator is sufficient and on the other hand tillregelt the idle speed in such a way can be that a fuel consumption and pollutant emission of the internal combustion engine are minimized.
  • the relative utilization of the generator can be derived cost-effectively from the dynamo field signal (DF signal). For this purpose, a level of the DF signal is set in relation to a speed-dependent maximum level of the DF signal and thus determines the relative utilization of the generator. This method provides a highly cost effective method for determining the relative utilization of the generator.
  • the internal combustion engine may be assigned a base idling speed and the idling speed may be set to a higher speed than the base idling speed depending on the load of the electric generator.
  • the base idle speed may be the lowest possible speed of the internal combustion engine.
  • the base idle speed is used as idling speed after load changes of the internal combustion engine, such as after starting the internal combustion engine or after releasing the accelerator pedal, disconnecting the internal combustion engine from a driveline of the vehicle, and other idle speed-influencing functions. Once this base idle speed is reached, the idle speed is adjusted as a function of the load on the electric generator by the method to minimize fuel consumption and pollutant emissions. Thus, a safe operation of the internal combustion engine is ensured.
  • the internal combustion engine can be assigned a basic idling speed and the idling speed can be set as a function of the load of the electric generator only to a higher speed than the basic idling speed.
  • this ensures a safe operation of the internal combustion engine after a load change or a starting operation of the internal combustion engine.
  • the idling speed of the method for setting the idle speed can only be set to a higher speed than the base idle speed, a minimum idle speed is ensured, which causes a smooth running of the internal combustion engine, and thus benefits the comfort of the occupants of the vehicle.
  • this basic idle speed can be chosen to be considerably lower than idle speed controls according to the prior art, since for this basic idle speed no average power consumption of a vehicle electrical system is used. Thus, also in this embodiment, a reduction in fuel consumption and pollutant emissions is possible.
  • the idle speed can be raised or lowered linearly to increase or decrease in the utilization of the generator.
  • the idling speed can also be raised or lowered in stages as a function of an increase or decrease in the utilization of the generator.
  • the method according to the invention can also set the idling speed as a function of an electrical input power of a vehicle electrical system connected to the generator. For this purpose, for example, with the help of a shunt resistor, the current current consumption of the electrical system and from this the current power consumption determined. From a characteristic of the electric generator, which indicates the maximum deliverable power of the electric generator as a function of the speed of the internal combustion engine, an idle speed for the internal combustion engine can be determined, which ensures that a supply of the electrical system is ensured by the generator.
  • the idling speed can be adjusted in dependence on an electrical power consumption of a starter battery of the vehicle connected to the generator. In this way it is additionally ensured that as well idle operation of the internal combustion engine, the starter battery of the vehicle is charged, if necessary. Thus, a secure supply of both the electrical system and the starter battery is ensured while minimizing fuel consumption and pollutant emission of the internal combustion engine. In addition, a battery state of charge (SOC) and / or state of health (SOH) of the battery can be taken into account.
  • SOC battery state of charge
  • SOH state of health
  • the method according to the invention can set the idle speed taking into account a hysteresis.
  • the hysteresis is designed, for example, such that the lee speed is directly increased in the case in which increased electrical power is required by the vehicle electrical system, and in the case in which the required electrical power of the vehicle electrical system is reduced, the lee rl speed is lowered only after a predetermined delay time.
  • the method for adjusting the idle speed of the internal combustion engine be configured such that after raising the idle speed due to increased power consumption of the electrical system in idle mode, the idle speed is lowered again when the idle speed range or the idle mode was left in the meantime.
  • Such a method is another way to avoid frequent ups and downs in idle speed to increase comfort for a user of the vehicle.
  • the idle speed may further in response to an engaged gear of an automatic drive gear of the vehicle, a current speed of the vehicle, a setting of a Fahr constitureglers of the vehicle, an operation of a brake pedal of the vehicle or an operation of a clutch pedal of Vehicle to be adjusted.
  • the idling speed can be set as described above, whereas in the remaining driving stages, for example, the idling speed is not lowered to ensure rapid acceleration of the vehicle because the internal combustion engine can respond more quickly to a power request when the idle speed is not lowered.
  • Adjustment of the vehicle comfort control of the vehicle may influence, for example, the aforementioned embodiments with respect to the linear or stepwise control of the idle speed and the hysteresis characteristics of the idle speed control.
  • the comfort control when the comfort control is set to "high comfort,” both the aforementioned hysteresis at idling speed and stepwise idling speed control may be used.
  • a linear regulation of the idle speed without hysteresis can be used.
  • various operating conditions of the vehicle and presumed future operating conditions can be estimated or estimated and from this an idle speed control can be derived. For example, if the vehicle is at a standstill and the brake pedal is actuated and the clutch pedal is not actuated, it is not to be expected that the vehicle will accelerate soon and therefore a speed reduction in accordance with the methods described above makes sense. If the clutch pedal is then actuated, it is to be expected that the vehicle will accelerate soon and thus, for example, a speed reduction no longer makes sense, since this could lead to an impairment during the acceleration process of the vehicle.
  • an apparatus for adjusting an idle speed of an internal combustion engine of a vehicle drives an electric generator.
  • the device comprises a transducer for detecting a load of the electric generator and an adjusting means for adjusting the idling speed of the internal combustion engine as a function of the detected utilization of the electric generator.
  • Such a device can be designed to carry out the aforementioned methods and thus has the advantages discussed above in connection with the method according to the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a vehicle with an inventive device for adjusting an idle speed of an internal combustion engine.
  • Fig. 2 is a diagram schematically showing the maximum deliverable current of an electric generator in response to a rotational speed of an internal combustion engine driving the electric generator.
  • FIG. 3 is a diagram showing the operation of an idling speed adjusting apparatus according to the related art.
  • Fig. 4 is a diagram illustrating an embodiment of the method for setting an idle speed according to the invention.
  • Fig. 5 is a diagram illustrating another embodiment of the method for setting an idling speed according to the invention.
  • Fig. 6 is a diagram showing still another embodiment of the method for setting an idle speed according to the present invention.
  • the 1 shows schematically a vehicle 1 with a device 2 according to the invention for setting an idling speed of an internal combustion engine 3, wherein the internal combustion engine 3 drives an electric generator 4.
  • the internal combustion engine 3 may, for example, a gasoline engine, in particular a be direct injection lean-burn gasoline engine.
  • the electric generator 4 is mechanically connected to the internal combustion engine 3, for example via a drive belt 5, such as a V-belt or a toothed belt.
  • the electric generator which is also generally referred to as an alternator, generates electrical energy for supplying a vehicle electrical system 6 and a starter battery 7 of the vehicle 1 due to rotation of a drive pulley of the electric generator.
  • the drive pulley of the electric generator is connected to the internal combustion engine via the drive belt 5 3 connected such that the rotational speed of the electric generator is proportional to the rotational speed of the internal combustion engine.
  • a change in the speed of the internal combustion engine results in a direct change in the speed of the electric generator. Therefore, a distinction is not made below between a rotational speed of the electric generator and the internal combustion engine, but only with reference to the rotational speed of the internal combustion engine.
  • the device 2 for setting an idle speed further includes a transducer 8 for detecting a load of the electric generator 4.
  • the utilization of the electric generator for example, by detecting a so-called Dynamo field signal (DF signal) of the electric generator 4 are performed.
  • This DF signal can for example provide a voltage which represents a relative utilization of the electrical generator and the transducer 8 can generate, for example by means of a mapping table, a relative utilization of the electric generator 4 from this DF signal.
  • the DF signal is transmitted via a connection 9 from the electric generator 4 to the transducer 8.
  • the device 2 for setting an idle speed further includes an adjusting means 10 for adjusting the idle speed of the internal combustion engine 3, which is connected via a connection 11 to an engine electronics 12 of the internal combustion engine 3.
  • the device 2 comprises a detection means 13, which is connected, for example via a vehicle communication bus 14 with various sensors of the vehicle 1 to detect operating conditions of the vehicle.
  • the sensors connected to the detection means 13 may for example comprise sensors for detecting an actuation of a brake pedal 15 or a clutch pedal 16 and a sensor for detecting a current speed of the vehicle 1 via a wheel sensor 17.
  • the vehicle 1 includes a transmission 18 which is connected via a connection 19 to the internal combustion engine 3 to the driving force of Internal combustion engine 3 to be transmitted via a drive train 20 to the wheels 21 of the vehicle.
  • Fig. 2 is a diagram showing the maximum deliverable electric current of an electric generator in response to a rotational speed with which the electric generator is driven.
  • the output electric power of the electric generator is approximately proportional to the electric power output of the electric generator.
  • the electrical generators commonly used in motor vehicles, which are also called alternators, usually have a characteristic shown in FIG. This shows that they can deliver their maximum power or their maximum current I max from a design-related speed n 2. Below this speed n 2, the maximum deliverable current and thus the maximum deliverable power of the generator drastically decreases, as shown in FIG. 2.
  • n2 can be 1000 revolutions per minute
  • the idling speed of the internal combustion engine can be, for example, 700 revolutions per minute, at which idling speed n1 a reliable and comfortable operation of the internal combustion engine 3 can be ensured.
  • the idling speed of the internal combustion engine 3 is set in a range between n LL1 and n L ⁇ _ 2 as a function of a load of the electric generator 4.
  • the device 2 determines from the DF signal of the electric generator 4, the current utilization of the electric generator 4, wherein the load is provided as a relative value of the transducer 8 of the device 2, which is a current load of the electric generator with respect to at the current speed of the internal combustion engine maximum possible deliverable power of the electric generator 4 determined. As shown in FIG.
  • the idling speed of the internal combustion engine is set linearly as a function of the utilization of the electric generator between a load DF min and a load DF max between the idling speeds n L u and n LL2 .
  • the utilization of the electric generator is between 0% and DF min , the internal combustion engine is operated at a rotational speed n L n. If the utilization of the electric generator is a value between DF min and DF max , the idling speed of the internal combustion engine is increased from n L u to n LL2 in proportion to the load. If the utilization of the electric generator exceeds the value DF max , then there is no further increase in the idling speed of the internal combustion engine.
  • the value for DF min can be, for example, 80%, preferably 60% and more preferably 40%.
  • the value for DF max is accordingly chosen to be larger than the value of DF min , for example in a range of 40-100%, preferably 80%.
  • the idling speed of the internal combustion engine can be very much reduced with a low utilization of the electric generator and thus the fuel consumption and the pollutant emissions can be significantly reduced.
  • the electric generator provides sufficient energy to supply the electrical consumers of the electrical system and thus does not need to resort to electrical energy of the starter battery to supply the electrical system.
  • n L u By providing a minimum speed n L u for the idling speed, safe operation of the internal combustion engine can be ensured.
  • n LL2 By providing a maximum permissible idling speed value n LL2, it is possible to ensure that the internal combustion engine is regulated only up to a predetermined maximum idling speed, even in the case of an extremely high power consumption of the vehicle electrical system, in order to ensure adequate comfort during idling operation. Since, however, can no longer be guaranteed in this case that the starter battery is not discharged during operation of the vehicle, alternatively, as shown in Fig. 5, an upper restriction of the idle speed omitted, and the idle speed due to increased utilization of the generator over n LL2 be increased.
  • the adjustment of the idle speed in response to an increase or decrease in the utilization of the electric generator in stages take place.
  • hysteresis may be used to avoid frequently changing the idling speed.
  • the solid line graph of FIG. 6 indicates the setting of the idle speed as a function of the load of the electric generator with an increase in the load and exceeding the load thresholds DF 2 and DF 4
  • the dashed line of FIG. 6 the adjustment of the idle speed in Dependent on the utilization of the electric generator at a decrease in utilization and falls below the utilization thresholds DF 3 and DF 1 indicates.
  • an idle speed of n L u is set. If the load increases, the idle speed n L u is maintained until a load DF 2 is reached . If the load DF 2 is exceeded, the idle speed increases to nu 2 . If the load is further increased, the idle speed remains at a value of n LL2 until a DF 4 load is reached. - If the DF 4 load is exceeded, the idle speed is increased to n LL3 .
  • a further increase in the load leads in the example shown here to no further increase in idle speed. However, it is conceivable to provide further stages with higher idle speeds at higher utilization.
  • n LL3 When the load of the generator decreases, the idle speed n LL3 is maintained until the load falls to a value DF 3 which is smaller than DF 4 . Only when the load falls below the value DF 3 , the idling speed of the internal combustion engine is reduced to n LL2 . A further reduction of the idling speed to n L u is performed only when the load falls below a value DFi.
  • the device 2 for setting an idle speed of an internal combustion engine 3 further comprises a detection means 13, which can detect via a vehicle communication bus 14 an operating state of a brake pedal 15 and a clutch pedal 16 and a current speed of the vehicle 1 via the wheel sensor 17. The data thus acquired can be used in addition to the adjustment of the idle speed of the internal combustion engine 3.
  • the idling speed may be reduced to n L _i, whereas with the same load and the vehicle stationary, however Clutch pedal 16, the idle speed, for example, to ⁇ ⁇ L2 or a predetermined value between n LL1 and n LL2 can be set, as in the state with the clutch pedal 16 is expected to start driving the vehicle soon, with an idle speed greater than n LL i is advantageous to facilitate start-up and improve the acceleration process of the vehicle.

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Abstract

Eine Vorrichtung (2) zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine (3) eines Fahrzeugs (1) umfasst einen Messwertaufnehmer (8) zum Erfassen einer Auslastung des elektrischen Generators (4) und ein Einstellmittel (10) zum Einstellen der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine (3) in Abhängigkeit von der erfassten Auslastung des elektrischen Generators (4). Der elektrische Generator (4) wird dabei von der Verbrennungskraftmaschine (3) angetrieben.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine, eines Fahrzeugs, wobei die Verbrennungskraftmaschine einen elektrischen Generator antreibt, und insbesondere eine Leerlaufdrehzahlabsenkung der Verbrennungskraftmaschine bei geringen Bordnetzlasten.
Die elektrische Versorgung eines Bordnetzes und einer Starterbatterie eines Kraftfahrzeugs erfolgt bei konventionellen Antrieben durch einen an eine Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs gekoppelten Generator. Ein derartiger Generator wird im Allgemeinen auch als Lichtmaschine bezeichnet. Da der Generator bzw. die Lichtmaschine an die Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist, ist die maximal mögliche elektrische Abgabeleistung der Lichtmaschine im Allgemeinen von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine abhängig. Im Allgemeinen weist insbesondere im Leerlauf bzw. im leerlaufnahen Bereich der Verbrennungskraftmaschine die maximal mögliche Leistungsabgabe der Lichtmaschine einen deutlich geringeren Wert als bei höheren Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine auf.
Da bei modernen Fahrzeugen, wie zum Beispiel Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, die Anzahl der elektrischen Verbraucher stetig wächst, bestimmt neben weiteren Parametern der elektrische Leistungsbedarf des Bordnetzes die minimale Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, da im Allgemeinen auch bereits bei einer Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine ausreichend Energie zur Versorgung von im Allgemeinen üblich eingeschalteten Verbrauchern des Bordnetzes bereitgestellt werden sollte. Stellt die Lichtmaschine aufgrund der maximal möglichen Abgabeleistung bei einer Leerlaufdrehzahl nicht genügend Energie zur Versorgung des Bordnetzes bereit, so wird auf Energie der Starterbatterie zurückgegriffen. Dies gilt es jedoch im Allgemeinen zu vermeiden, um ein Entladen der Starterbatterie zu vermeiden, um einen nachfolgenden Startvorgang sicherzustellen.
Deshalb werden Regelsysteme zur Regelung der Leerlaufdrehzahl verwendet, welche ein Entladen der Starterbatterie vermeiden sollen. Herkömmliche Regelsystem für die Leerlaufdrehzahl verfügen nicht über eine direkte Messung der aufgenommenen Bordnetzleistung, sondern überwachen die Spannung des Bordnetzes und heben bei Unterschreiten verschiedener einstellbarer Spannungsschwellen die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine an, um den Bordnetzleistungsbedarf zu decken, ohne die Starterbatterie zu entladen. Weiterhin wird eine Grundleerlaufdrehzahl eingestellt, welche auch im Leerlauf eine ausreichend hohe maximal abgebbare Leistung der Lichtmaschine bereitstellt, um ein Einbrechen der Bordnetzspannung und somit eine Belastung der Starterbatterie zu vermeiden.
In herkömmlichen Vorrichtungen zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl in einer Verbrennungskraftmaschine wird, wie in Fig. 3 gezeigt, eine Spannung des Bordnetzes U zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl n herangezogen. Ausgehend von einer Grundleerlaufdrehzahl nmoti. welche auch im Leerlauf eine ausreichend hohe Leistungsfähigkeit der Lichtmaschine gewährleistet, um ein Einbrechen der Bordnetzspannung und somit eine Belastung der Bordnetzbatterie möglichst zu vermeiden, wird die Bordnetzspannung U überwacht. Sobald die Bordnetzspannung U unter einen Wert U2 sinkt, wird die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine auf nmot2 erhöht. Dadurch wird die maximal abgebbare Leistung des elektrischen Generators erhöht und eine Versorgung des Bordnetzes sichergestellt sowie ein Entladen der Starterbatterie vermieden. Sollte die Spannung des Bordnetzes weiter absinken, beispielsweise unter einen Wert U1 , so wird die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine auf einen Wert nmot3 erhöht.
Bei einer geringen Bordnetzleistungsaufnahme kann jedoch die Grundleerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine nicht weiter abgesenkt werden, da aus der Spannungsinformation des Bordnetzes keine Information über die Leistungsaufnahme des Bordnetzes zur Verfügung steht.
Daher wird bei einer geringen Leistungsaufnahme des Bordnetzes im Allgemeinen die Verbrennungskraftmaschine mit einer unnötig hohen Leerlaufdrehzahl betrieben, was zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und zu einer erhöhten Schadstoffemission des Fahrzeugs führt. Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs bereitzustellen, welches die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine derart einstellt, dass ein von der Verbrennungskraftmaschine angetriebener elektrischer Generator ausreichend Energie zur Versorgung des Bordnetzes bereitstellt und gleichzeitig die Verbrennungskraftmaschine auf einer derart niedrigen Drehzahl läuft, dass ein Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine und eine Schadstoffemission der Verbrennungskraftmaschine im Leerlauf erheblich reduziert werden. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche zur Durchführung dieses Verfahren geeignet ist. Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 1 und einer Vorrichtung zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 14 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs bereitgestellt, wobei die Verbrennungskraftmaschine einen elektrischen Generator antreibt. Die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine wird dabei in Abhängigkeit einer Auslastung des elektrischen Generators eingestellt.
Indem die Auslastung des elektrischen Generators zur Regelung der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine verwendet wird, kann die Leerlaufdrehzahl derart eingestellt werden, dass eine bestimmte Auslastung des elektrischen Generators nicht überschritten wird und somit sichergestellt ist, dass der elektrische Generator eine ausreichende Leistung zur Versorgung der aktuell benötigten Leistung im Bordnetz betrieben wird und außerdem die Drehzahl deutlich unter die Grundleerlaufdrehzahl gemäß dem Stand der Technik abgesenkt werden kann, ohne dass die Gefahr besteht, dass der elektrische Generator nicht ausreichend Leistung zur Versorgung des Bordnetzes bereitstellt. Im Falle einer höheren Leistungsaufnahme des Bordnetzes wird durch das Verfahren eine hohe Leerlaufdrehzahl eingestellt, welche sich z.B. auch im Bereich gemäß dem Stand der Technik befinden kann. Ferner ist ein Ermitteln der Auslastung des elektrischen Generators bei üblicherweise verwendeten elektrischen Generatoren oder Lichtmaschinen über das so genannte Dynamofeldsignal (DF-Signal) überaus einfach möglich, welches eine Auslastung des elektrischen Generators als einen PWM-Wert (pulsweitenmoduliertes Signal) darstellt. Somit wird durch das Verfahren zum einen eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen der Verbrennungskraftmaschine erreicht und andererseits eine kostengünstige Realisierung des Verfahrens mit herkömmlichen Lichtmaschinen ermöglicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Auslastung des elektrischen Generators eine relative Auslastung des Generators umfassen. Die relative Auslastung des Generators gibt bei einer aktuellen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, welche mit dem elektrischen Generator gekoppelt ist, ein Verhältnis zwischen einer aktuell abgegebenen elektrischen Leistung des Generators und einer maximal möglichen abgebbaren elektrischen Leistung des Generators an. Dabei kann die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine angehoben werden, wenn die Auslastung des elektrischen Generators steigt. Indem eine relative Auslastung des Generators bei einer aktuellen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine verwendet wird, kann wie zuvor erläutert sichergestellt werden, ' dass einerseits ausreichend Leistung zur Versorgung des Bordnetzes von dem elektrischen Generator bereitgestellt werden kann und andererseits die Leerlaufdrehzahl derart abgeregelt werden kann, dass ein Kraftstoffverbrauch und eine Schadstoffemission der Verbrennungskraftmaschine minimiert werden. Die relative Auslastung des Generators lässt sich kostengünstig aus dem Dynamofeldsignal (DF-Signal) ableiten. Dazu wird ein Pegel des DF-Signals in Relation zu einem drehzahlabhängigen Maximalpegel des DF-Signals gesetzt und somit die relative Auslastung des Generators bestimmt. Dieses Verfahren stellt ein äußerst kostengünstiges Verfahren zur Bestimmung der relativen Auslastung des Generators bereit.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Verbrennungskraftmaschine eine Grundleerlaufdrehzahl zugeordnet werden und die Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit der Auslastung des elektrischen Generators auf eine höhere Drehzahl als die Grundleerlaufdrehzahl eingestellt werden. Die Grundleerlaufdrehzahl kann hierbei die geringste mögliche Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine sein.
Die Grundleerlaufdrehzahl wird als Leerlaufdrehzahl nach Belastungswechseln der Verbrennungskraftmaschine, wie zum Beispiel nach einem Anlassen der Verbrennungskraftmaschine oder nach einem Loslassen des Gaspedals, einem Trennen der Verbrennungskraftmaschine von einem Antriebsstrang des Fahrzeugs und weiteren die Leerlaufdrehzahl beeinflussenden Funktionen verwendet. Sobald diese Grundleerlaufdrehzahl erreicht ist, wird die Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit der Auslastung des elektrischen Generators von dem Verfahren eingestellt, um den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen zu minimieren. Somit ist ein sicherer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Verbrennungskraftmaschine eine Grundleerlaufdrehzahl zugeordnet werden und die Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit der Auslastung des elektrischen Generators nur auf eine höhere Drehzahl als die Grundleerlaufdrehzahl eingestellt werden. Wie zuvor erwähnt, wird dadurch nach einem Lastwechsel oder einem Anlassvorgang der Verbrennungskraftmaschine ein sicherer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet. Indem die Leerlaufdrehzahl von dem Verfahren zum Einstellen der Leerlaufdrehzahl nur auf eine höhere Drehzahl als die Grundleerlaufdrehzahl eingestellt werden kann, wird eine minimale Leerlaufdrehzahl sichergestellt, welche einen ruhigen Lauf der Verbrennungskraftmaschine bewirkt und somit dem Komfort der Insassen des Fahrzeugs zugute kommt. Nichtsdestotrotz kann diese Grundleerlaufdrehzahl erheblich niedriger gewählt werden als bei Leerlaufdrehzahlregelungen gemäß dem Stand der Technik, da für diese Grundleerlaufdrehzahl keine durchschnittliche Leistungsaufnahme eines Bordnetzes zugrunde gelegt wird. Somit ist auch in dieser Ausführungsform eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen möglich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Leerlaufdrehzahl linear zu einem Ansteigen bzw. Absinken der Auslastung des Generators angehoben bzw. abgesenkt werden.
Durch eine lineare Regelung kann eine bestimmte Auslastung des elektrischen Generators sehr genau eingehalten werden und somit die Leerlaufdrehzahl bedarfsgerecht eingestellt werden, wodurch die Kraftstoffeinsparung und die Reduktion der Schadstoffemission besonders wirksam sind.
Andererseits kann die Leerlaufdrehzahl aber auch in Abhängigkeit von einem Ansteigen bzw. Absinken der Auslastung des Generators in Stufen angehoben bzw. abgesenkt werden.
In diesem Fall wird. die Leerlaufdrehzahl und somit die Auslastung des elektrischen Generators auf einen bestimmten Wert zwar nicht so exakt geregelt, dafür wird die Verbrennungskraftmaschine nur in verschiedenen Drehzahlstufen betrieben, was von einem Benutzer des Fahrzeugs im Gegensatz zu einer Verbrennungskraftmaschine mit einer kontinuierlich veränderlichen Leerlaufdrehzahl als angenehmer empfunden werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner die Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit von einer elektrischen Aufnahmeleistung eines an den Generator angeschlossenen Bordnetzes des Fahrzeugs einstellen. Dazu werden beispielsweise mit Hilfe eines Nebenschlusswiderstands (Shunt) die aktuelle Stromaufnahme des Bordnetzes und daraus die aktuelle Leistungsaufnahme bestimmt. Aus einer Kennlinie des elektrischen Generators, welche die maximal abgebbare Leistung des elektrischen Generators in Abhängigkeit von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine angibt, kann eine Leerlaufdrehzahl für die Verbrennungskraftmaschine ermittelt werden, welche sicherstellt, dass eine Versorgung des Bordnetzes mit elektrischer Energie aus dem Generator sichergestellt ist.
Ferner kann in einer bevorzugten Ausführungsform die Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit einer elektrischen Aufnahmeleistung einer an den Generator angeschlossenen Starterbatterie des Fahrzeugs eingestellt werden. Auf diese Art und Weise wird zusätzlich sichergestellt, dass auch im Leerlaufbetrieb der Verbrennungskraftmaschine die Starterbatterie des Fahrzeugs aufgeladen wird, sofern dies notwendig ist. Somit wird eine sichere Versorgung von sowohl dem Bordnetz als auch der Starterbatterie sichergestellt und gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemission der Verbrennungskraftmaschine minimiert. Zusätzlich kann ein von der Batterie ermittelter Ladezustand (State of Charge, SOC) und/oder alterungsbedingter Zustand (State of Health, SOH) der Batterie berücksichtigt werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren die Leerlaufdrehzahl unter Berücksichtigung einer Hysterese einstellen. Die Hysterese ist beispielsweise derart ausgestaltet, dass die Lee rl aufdrehzahl in dem Fall, in welchem eine erhöhte elektrische Leistung von dem Bordnetz gefordert wird, unmittelbar erhöht wird, und in dem Fall, in welchem die geforderte elektrische Leistung des Bordnetzes verringert wird, die Lee rl aufdrehzahl erst nach einer vorbestimmten Verzögerungszeit abgesenkt wird.
Dadurch kann ein häufiges Auf- und Abregein der Leerlaufdrehzahl vermieden werden, was für einen Benutzer des Fahrzeugs als angenehmer empfunden werden kann.
Ferner kann das Verfahren zum Einstellen der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine derart ausgestaltet sein, dass nach einem Anheben der Leerlaufdrehzahl aufgrund einer erhöhten Leistungsaufnahme des Bordnetzes im Leerlaufbetrieb die Leerlaufdrehzahl erst wieder abgesenkt wird, wenn der Leerlaufdrehzahlbereich bzw. der Leerlaufbetrieb zwischenzeitlich verlassen wurde. Ein derartiges Verfahren stellt eine weitere Möglichkeit dar, ein häufiges Auf- und Abregein der Leerlaufdrehzahl zu vermeiden, um den Komfort für einen Benutzer des Fahrzeugs zu erhöhen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Einstellen der Leerlaufdrehzahl kann die Leerlaufdrehzahl ferner in Abhängigkeit einer eingelegten Fahrstufe eines automatischen Antriebsgetriebes des Fahrzeugs, einer aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs, einer Einstellung eines Fahrkomfortreglers des Fahrzeugs, einer Betätigung eines Bremspedals des Fahrzeugs oder einer Betätigung eines Kupplungspedals des Fahrzeugs eingestellt werden. So kann beispielsweise, wenn die Fahrstufe „neutral" oder „parken" des automatischen Getriebes des Fahrzeugs eingelegt ist, die Leerlaufdrehzahl wie zuvor beschrieben eingestellt werden, wohingegen in den übrigen Fahrstufen beispielsweise die Leerlaufdrehzahl nicht abgesenkt wird, damit ein rasches Beschleunigen des Fahrzeugs sichergestellt wird, da die Verbrennungskraftmaschine bei nicht abgesenkter Leerlaufdrehzahl rascher auf eine Leistungsanforderung reagieren kann. Eine Einstellung des Fahrkomfortreglers des Fahrzeugs kann beispielsweise die zuvor erwähnten Ausgestaltungen in Bezug auf die lineare oder stufenweise Regelung der Leerlaufdrehzahl und der Hystereseeigenschaften der Leerlaufdrehzahlregelung beeinflussen. So kann beispielsweise bei einer Einstellung des Fahrkomfortreglers auf „hohen Komfort" sowohl die zuvor erwähnten Hysterese bei der Leerlaufdrehzahl angewendet werden, als auch eine stufenweise Regelung der Leerlaufdrehzahl durchgeführt werden. Im Gegensatz dazu kann bei einer Einstellung des Fahrkomfortreglers auf „niedrigen Komfort", was in diesem Fall mit einem günstigeren Verbrauch des Fahrzeugs einhergeht, eine lineare Regelung der Leerlaufdrehzahl ohne Hysterese verwendet werden.
Aus der aktuellen Geschwindigkeit, der Betätigung des Bremspedals sowie der Betätigung des Kupplungspedals des Fahrzeugs oder einer Kombination aus diesen Größen können verschiedene Betriebszustände des Fahrzeugs sowie vermutlich beabsichtigte zukünftige Betriebszustände ermittelt bzw. geschätzt werden und daraus eine Leerlaufdrehzahlregelung abgeleitet werden. Befindet sich das Fahrzeug beispielsweise im Stillstand und das Bremspedal ist betätigt und das Kupplungspedal ist nicht betätigt, so ist nicht mit einem baldigen Beschleunigen des Fahrzeugs zu rechnen und daher eine Drehzahlabsenkung gemäß den zuvor beschriebenen Verfahren sinnvoll. Wird dann das Kupplungspedal betätigt, so ist mit einem baldigen Beschleunigen des Fahrzeugs zu rechnen und somit beispielsweise eine Drehzahlabsenkung nicht mehr sinnvoll, da dies zu einer Beeinträchtigung während des Beschleunigungsvorgangs des Fahrzeugs führen könnte.
Wird dagegen während einer Fahrt des Fahrzeugs, welche über die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt wird, das Bremspedal und das Kupplungspedal betätigt und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs kontinuierlich verringert, so kann beispielsweise ein baldiges Anhalten des Fahrzeugs angenommen werden, und dementsprechend bereits während das Fahrzeug noch rollt eine Einstellung und ggf. eine Absenkung der Leerlaufdrehzahl gemäß einem der zuvor beschriebenen Verfahren durchgeführt werden.
Somit ist durch Berücksichtigung der eingelegten Fahrstufe, der aktuellen Geschwindigkeit, der Einstellung des Fahrkomfortreglers, der Betätigung des Bremspedals oder der Betätigung des Kupplungspedals eine Einstellung der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine möglich, welche eine verringerte Kraftstoffaufnahme und Schadstoffemission zur Folge hat und trotzdem den gewünschten Fahrkomfort sowie eine rasche Reaktionsgeschwindigkeit der Verbrennungskraftmaschine auf eine Leistungsanforderung sicherstellt. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs bereitgestellt. Dabei treibt die Verbrennungskraftmaschine einen elektrischen Generator an. Die Vorrichtung umfasst einen Messwertaufnehmer zum Erfassen einer Auslastung des elektrischen Generators und ein Einstellmittel zum Einstellen der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit von der erfassten Auslastung des elektrischen Generators.
Eine derartige Vorrichtung kann zur Durchführung der zuvor genannten Verfahren ausgestaltet sein und weist somit die zuvor im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Verfahren diskutierten Vorteile auf.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine.
Fig. 2 ist ein Diagrarnm, welches schematisch den maximal abgebbaren Strom eines elektrischen Generators in Abhängigkeit von einer Drehzahl einer Verbrennungskraftmaschine, welche den elektrischen Generator antreibt, zeigt.
Fig. 3 ist ein Diagramm, welches die Funktionsweise einer Vorrichtung zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl gemäß dem Stand der Technik zeigt.
Fig. 4 ist ein Diagramm, welches eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl darstellt.
Fig. 5 ist ein Diagramm, welches eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl darstellt.
Fig. 6 ist ein Diagramm, welches noch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl darstellt.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 1 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine 3, wobei die Verbrennungskraftmaschine 3 einen elektrischen Generator 4 antreibt. Die Verbrennungskraftmaschine 3 kann beispielsweise ein Ottomotor, insbesondere ein direkteinspritzender magerlauftätiger Ottomotor sein. Der elektrische Generator 4 ist mechanisch mit der Verbrennungskraftmaschine 3 beispielsweise über einen Antriebsriemen 5, wie z.B. einen Keilriemen oder einen Zahnriemen, verbunden. Der elektrische Generator, welcher im Allgemeinen auch als Lichtmaschine bezeichnet wird, erzeugt aufgrund einer Drehung einer Antriebsscheibe des elektrischen Generators elektrische Energie zur Versorgung eines Bordnetzes 6 und einer Starterbatterie 7 des Fahrzeugs 1. Die Antriebsscheibe des elektrischen Generators ist über den Antriebsriemen 5 mit der Verbrennungskraftmaschine 3 derart verbunden, dass die Drehzahl des elektrischen Generators proportional zu der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine ist. Somit hat eine Änderung der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine eine direkte Änderung der Drehzahl des elektrischen Generators zur Folge. Daher wird im Folgenden nicht zwischen einer Drehzahl des elektrischen Generators und der Verbrennungskraftmaschine unterschieden, sondern nur Bezug auf die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine genommen.
Die Vorrichtung 2 zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl umfasst ferner einen Messwertaufnehmer 8 zum Erfassen einer Auslastung des elektrischen Generators 4. Die Auslastung des elektrischen Generators kann beispielsweise durch Erfassen eines so genannten Dynamofeldsignals (DF-Signal) des elektrischen Generators 4 durchgeführt werden. Dieses DF-Signal kann beispielsweise eine Spannung bereitstellen, welche eine relative Auslastung des elektrischen Generators darstellt und der Messwertaufnehmer 8 kann beispielsweise mit Hilfe einer Abbildungstabelle eine relative Auslastung des elektrischen Generators 4 aus diesem DF-Signal erzeugen. Dazu wird das DF-Signal über eine Verbindung 9 von dem elektrischen Generator 4 zu dem Messwertaufnehmer 8 übertragen.
Die Vorrichtung 2 zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl umfasst ferner ein Einstellmittel 10 zum Einstellen der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine 3, welches über eine Verbindung 11 mit einer Motorelektronik 12 der Verbrennungskraftmaschine 3 verbunden ist.
Außerdem umfasst die Vorrichtung 2 ein Erfassungsmittel 13, welches beispielsweise über einen Fahrzeugkommunikationsbus 14 mit verschiedenen Sensoren des Fahrzeugs 1 verbunden ist, um Betriebszustände des Fahrzeugs zu erfassen. Die mit dem Erfassungsmittel 13 verbundenen Sensoren können beispielsweise Sensoren zum Erfassen einer Betätigung eines Bremspedals 15 oder eines Kupplungspedals 16 sowie einen Sensor zum Erfassen einer aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 über einen Radsensor 17 umfassen.
Ferner umfasst das Fahrzeug 1 ein Getriebe 18, welches über eine Verbindung 19 mit der Verbrennungskraftmaschine 3 verbunden ist, um die Antriebskraft der Verbrennungskraftmaschine 3 über einen Antriebsstrang 20 auf die Räder 21 des Fahrzeugs zu übertragen.
Fig. 2 ist ein Diagramm, welches den maximal abgebbaren elektrischen Strom eines elektrischen Generators in Abhängigkeit einer Drehzahl, mit welcher der elektrische Generator angetrieben wird, darstellt. Da in einem Kraftfahrzeug die elektrische Ausgangsspannung eines elektrischen Generators üblicherweise auf eine feste Spannung oder einen engen Spannungsbereich geregelt wird, ist die abgegebene elektrische Leistung des elektrischen Generators näherungsweise proportional zu dem abgegebenen elektrischen Strom des elektrischen Generators. Die in Kraftfahrzeugen üblicherweise verwendeten elektrischen Generatoren, welche auch Lichtmaschine genannt werden, weisen üblicherweise eine in Fig. 2 gezeigten Charakteristik auf. Diese zeigt, dass sie ihre maximale Leistung bzw. ihren maximalen Strom lmax ab einer konstruktionsbedingten Drehzahl n2 abgeben können. Unterhalb dieser Drehzahl n2 sinkt der maximal abgebbare Strom und somit die maximal abgebbare Leistung der Lichtmaschine drastisch ab, wie in Fig. 2 dargestellt. Da die Verbrennungskraftmaschine 3 über einen verhältnismäßig weiten Bereich im Betrieb des Fahrzeugs betrieben wird, beispielsweise in einem Bereich von weniger als 1000 Umdrehungen pro Minute bis hin zu über 6000 Umdrehungen pro Minute, wird, um eine effiziente Arbeitsweise der Lichtmaschine auch bei hohen Drehzahlen sicherzustellen, die Lichtmaschine und die Verbindung der Lichtmaschine zur Verbrennungskraftmaschine derart ausgelegt, dass die Drehzahl n2 einer deutlich höheren Drehzahl als der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine entspricht. So kann beispielsweise n2 1000 Umdrehungen pro Minute betragen, während die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine beispielsweise 700 Umdrehungen pro Minute betragen kann, wobei bei dieser Leerlaufdrehzahl n1 ein zuverlässiger und komfortabler Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 3 sichergestellt werden kann.
Nachfolgend werden Bezug nehmend auf Fig. 4-6 verschiedene Ausführungsformen des Verfahrens zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine erläutert werden, welche von der Vorrichtung 2 der Fig. 1 durchgeführt werden können.
Fig. 4 zeigt ein Verfahren, in welchem die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine 3 in einem Bereich zwischen nLL1 und nLι_2 in Abhängigkeit von einer Auslastung des elektrischen Generators 4 eingestellt wird. Die Vorrichtung 2 ermittelt anhand des DF-Signals des elektrischen Generators 4 die augenblickliche Auslastung des elektrischen Generators 4, wobei die Auslastung als ein relativer Wert von dem Messwertaufnehmer 8 der Vorrichtung 2 bereitgestellt wird, welcher eine aktuelle Auslastung des elektrischen Generators in Bezug auf eine bei der aktuellen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine maximal möglichen abgebbaren Leistung des elektrischen Generators 4 ermittelt. Wie in Fig. 4 dargestellt, wird die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine linear in Abhängigkeit der Auslastung des elektrischen Generators zwischen einer Auslastung DFmin und einer Auslastung DFmax zwischen den Leerlaufdrehzahlen nLu und nLL2 eingestellt. Solange sich die Auslastung des elektrischen Generators zwischen 0% und DFmin befindet, wird die Verbrennungskraftmaschine bei einer Drehzahl nLn betrieben. Beträgt die Auslastung des elektrischen Generators einen Wert zwischen DFmin und DFmax, so wird proportional zu der Auslastung die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine von nLu bis nLL2 hochgeregelt. Übersteigt die Auslastung des elektrischen Generators den Wert DFmax, so findet keine weitere Erhöhung der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine statt. Der Wert für DFmin kann dabei beispielsweise 80% betragen, vorzugsweise 60% und weiter vorzugsweise 40% betragen. Der Wert für DFmax wird dementsprechend größer als der Wert von DFmin gewählt, beispielsweise in einem Bereich von 40-100%, vorzugsweise 80%.
Indem die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit von der Auslastung des elektrischen Generators eingestellt wird, kann die Leerlaufdrehzahl bei einer geringen Auslastung des elektrischen Generators sehr weit herabgeregelt werden und somit der Kraftstoffverbrauch sowie die Schadstoffemissionen erheblich reduziert werden. Gleichzeitig kann sichergestellt werden, dass der elektrische Generator ausreichend Energie zur Versorgung der elektrischen Verbraucher des Bordnetzes bereitstellt und somit nicht auf elektrische Energie der Starterbatterie zur Versorgung des Bordnetzes zurückgegriffen werden muss. Indem eine Mindestdrehzahl nLu für die Leerlaufdrehzahl vorgesehen wird, kann ein sicherer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet werden. Durch Bereitstellen eines höchst zulässigen Leerlaufdrehzahlwertes nLL2 kann sichergestellt werden, dass die Verbrennungskraftmaschine auch bei einem extrem hohen Stromverbrauch des Bordnetzes nur bis zu einer vorbestimmten maximalen Leerlaufdrehzahl aufgeregelt wird, um einen ausreichenden Komfort im Leerlaufbetrieb sicherzustellen. Da in diesem Fall jedoch nicht mehr gewährleistet werden kann, dass die Starterbatterie im Betrieb des Fahrzeugs nicht entladen wird, kann alternativ, wie in Fig. 5 dargestellt, eine obere Beschränkung der Leerlaufdrehzahl entfallen, und die Leerlaufdrehzahl aufgrund einer erhöhten Auslastung des Generators auch über nLL2 hinaus erhöht werden.
Alternativ kann, wie in Fig. 6 dargestellt, die Einstellung der Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit von einem Ansteigen bzw. Absinken der Auslastung des elektrischen Generators in Stufen erfolgen. Zusätzlich kann wie in Fig. 6 dargestellt, bei diesem Einstellungsverfahren eine Hysterese verwendet werden, um ein häufiges Ändern der Leerlaufdrehzahl zu vermeiden. Der durchgezogene Graph der Fig. 6 gibt dabei die Einstellung der Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit von der Auslastung des elektrischen Generators bei einem Erhöhen der Auslastung und Überschreiten der Auslastungsschwellen DF2 und DF4 an, wohingegen die gestrichelte Linie der Fig. 6 die Einstellung der Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit von der Auslastung des elektrischen Generators bei einem Absinken der Auslastung und Unterschreiten der Auslastungsschwellen DF3 und DF1 angibt. Beträgt beispielsweise die Auslastung des elektrischen Generators einen Wert kleiner als DFi, so wird eine Leerlaufdrehzahl von nLu eingestellt. Steigt die Auslastung nun an, so wird die Leerlaufdrehzahl nLu bis zum Erreichen einer Auslastung DF2 beibehalten. Wird die Auslastung DF2 überschritten, so steigt die Leerlaufdrehzahl auf nu2 an. Wird die Auslastung weiter erhöht, so bleibt die Leerlaufdrehzahl bis zum Erreichen einer Auslastung DF4 auf einem Wert von nLL2- Bei Überschreiten der Auslastung von DF4 wird die Leerlaufdrehzahl auf nLL3 erhöht. Eine weitere Erhöhung der Auslastung führt in dem hier gezeigten Beispiel zu keiner weiteren Erhöhung der Leerlaufdrehzahl. Es ist jedoch denkbar, weitere Stufen mit höheren Leerlaufdrehzahlen bei höheren Auslastungen vorzusehen. Wenn die Auslastung des Generators absinkt, so wird die Leerlaufdrehzahl nLL3 bis zu einem Absinken der Auslastung auf einen Wert DF3, welcher kleiner als DF4 ist, beibehalten. Erst wenn die Auslastung den Wert DF3 unterschreitet, wird die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine auf nLL2 reduziert. Eine weitere Absenkung der Leerlaufdrehzahl auf nLu wird erst bei einem Unterschreiten der Auslastung unter einen Wert DFi durchgeführt.
Die Verwendung einer stufenweisen Regelung anstatt der in Fig. 4 und 5 gezeigten linearen Regelung wird von den meisten Benutzern von Fahrzeugen als angenehmer empfunden, insbesondere wenn die stufenweise Regelung in Verbindung mit einer Hysterese wie in Fig. 6 dargestellt durchgeführt wird, da in diesem Fall Drehzahländerungen nur sehr selten auftreten und somit der Benutzer des Fahrzeugs nicht durch übermäßig häufige Drehzahländerungen irritiert wird.
Die Vorrichtung 2 zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine 3 weist ferner ein Erfassungsmittel 13 auf, welches über einen Fahrzeugkommunikationsbus 14 einem Betätigungszustand eines Bremspedals 15 und eines Kupplungspedals 16 sowie eine aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 über den Radsensor 17 erfassen kann. Die so erfassten Daten können zusätzlich zur Einstellung der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine 3 verwendet werden. Wenn beispielsweise die Auslastung des elektrischen Generators DFmin oder weniger beträgt, das Fahrzeug stillsteht und das Kupplungspedal 16 nicht betätigt ist, kann die Leerlaufdrehzahl auf nL_i reduziert werden, wohingegen bei gleicher Auslastung und stillstehendem Fahrzeug aber betätigtem Kupplungspedal 16 die Leerlaufdrehzahl beispielsweise auf ι\L2 oder einen vorbestimmten Wert zwischen nLL1 und nLL2 eingestellt werden kann, da in dem Zustand mit betätigtem Kupplungspedal 16 ein baldiges Losfahren des Fahrzeugs zu erwarten ist, wobei eine Leerlaufdrehzahl größer als nLLi vorteilhaft ist, um das Anfahren zu erleichtern und den Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs zu verbessern. Befindet sich das Fahrzeug 1 dagegen in Bewegung (Geschwindigkeit größer Null) und es wird eine Betätigung von sowohl dem Bremspedal 15 als auch dem Kupplungspedal 16 erfasst, so kann eine bedarfsgerechte Absenkung der Leerlaufdrehzahl, wie im Zusammenhang mit Fig. 4-6 beschrieben, unmittelbar durchgeführt werden, da in dieser Situation nicht mit einer unmittelbaren Leistungsanforderung von der Verbrennungskraftmaschine 3 zu rechnen ist. Somit ist es möglich, eine bedarfsgerechte Absenkung der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine 3 durchzuführen, und den Kraftstoffverbrauch sowie die Schadstoffemissionen zu verringern, ohne Einbußen beim Komfort oder der Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs zu bewirken.
Bezugszeichenliste
Fahrzeug
Vorrichtung zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl
Verbrennungskraftmaschine elektrischer Generator
Antriebsriemen
Bordnetz
Starterbatterie
Messwertaufnehmer
Verbindung
Einstellmittel
Verbindung
Motorelektronik
Erfassungsmittel
Fahrzeugkommunikationsbus
Bremspedal
Kupplungspedal
Radsensor
Getriebe
Verbindung
Antriebsstrang
Rad

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine (3) eines Fahrzeugs (1), wobei die Verbrennungskraftmaschine (3) einen elektrischen Generator (4) antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine (3) in Abhängigkeit einer Auslastung des elektrischen Generators (4) eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Auslastung des elektrischen Generators (4) eine relative Auslastung des Generators (4) umfasst, welche bei einer aktuellen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (3) ein Verhältnis zwischen einer aktuell abgegebenen elektrischen Leistung des Generators (4) und einer maximal möglichen abgebbaren elektrischen Leistung des Generators (4) aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine (3) abgesenkt wird, wenn die Auslastung des elektrischen Generators (4) sinkt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine (3) angehoben wird, wenn die Auslastung des elektrischen Generators (4) steigt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungskraftmaschine (3) eine Grundleerlaufdrehzahl (nLL2) zugeordnet wird und die Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit der Auslastung des elektrischen Generators (4) auf eine höhere (nLL3> der niedrigere Drehzahl (nLu) als die Grundleerlaufdrehzahl (ΠLL2) eingestellt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungskraftmaschine (3) eine Grundleerlaufdrehzahl (ΠLLI) zugeordnet wird und die Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit der Auslastung des elektrischen Generators (4) nur auf eine höhere Drehzahl (nLL2) als die Grundleerlaufdrehzahl (nLL1) eingestellt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufdrehzahl linear zu einem Ansteigen bzw. Absinken der Auslastung des Generators (4) angehoben bzw. abgesenkt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit von einem Ansteigen bzw. Absinken der Auslastung des Generators (4) in Stufen angehoben bzw. abgesenkt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufdrehzahl ferner in Abhängigkeit von einer elektrischen Aufnahmeleistung eines an den Generator (4) angeschlossenen Bordnetzes (6) des Fahrzeugs (1) eingestellt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufdrehzahl ferner in Abhängigkeit von einer elektrischen Aufnahmeleistung einer an den Generator (4) angeschlossenen Starterbatterie (7) des Fahrzeugs (1) eingestellt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lee rl aufdrehzahl unter Berücksichtigung einer Hysterese eingestellt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Anheben der Leerlaufdrehzahl die Lee rl aufdrehzahl erst wieder abgesenkt wird, wenn der Leerlaufdrehzahlbereich zwischenzeitlich verlassen wurde.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufdrehzahl ferner in Abhängigkeit einer eingelegten Fahrstufe eines automatischen Antriebsgetriebes des Fahrzeugs (1), einer aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs (1), einer Einstellung eines Fahrkomfortreglers des Fahrzeugs (1), einer Betätigung eines Bremspedals (15) des Fahrzeugs (1) oder einer Betätigung eines Kupplungspedals (16) des Fahrzeugs (1) eingestellt wird.
14. Vorrichtung (2) zum Einstellen einer Leerlaufdrehzahl einer Verbrennungskraftmaschine (3) eines Fahrzeugs (1), wobei die Verbrennungskraftmaschine (3) einen elektrischen Generator (4) antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Messwertaύfnehmer (8) zum Erfassen einer Auslastung des elektrischen Generators (4) und ein Einstellmittel (10) zum Einstellen der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine (3) in Abhängigkeit von der erfassten Auslastung des elektrischen Generators (4) umfasst.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-13 ausgestaltet ist.
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