WO2010020559A1 - Verfahren zum verringern einer drehzahl eines verbrennungsmotors - Google Patents

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rotational speed
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Andreas Seel
Thorsten Juenemann
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to the speed control of internal combustion engines in hybrid vehicles.
  • hybrid drives which include an internal combustion engine and an electric motor.
  • the electric motor is used both for drive purposes as well as for the mechanical driving, so-called towing, the internal combustion engine in a start phase from a standstill out.
  • FIG. 3 shows a typical curve 301 of an engine speed with a speed overshoot above a nominal idling speed 303.
  • the steep rising edge of the speed overshoot takes place in particular after the first ignition of the internal combustion engine with a starter speed 305.
  • the causes for the speed overshoot or for the starting speed overshoot are different. Firstly, in a starting process of the internal combustion engine, the cylinder charge is high, so that the first ignitions generate a high torque, which makes the speed fast rise. On the other hand, the internal combustion engine can not be controlled precisely enough during the first ignitions and always requires a certain amount of time until the combustion processes have settled. For this reason, the steep speed increase of the speed overshoot can not be compensated by means of an idle controller of the internal combustion engine.
  • EP 1 020 640 B1 describes a starting control device for an internal combustion engine in which the excess torque of the internal combustion engine is absorbed by a generator for the purpose of generating power. As a result, however, it is not possible to selectively build up a counter-torque with which a rapid deceleration of the internal combustion engine can be realized. Furthermore, the generator can not support the internal combustion engine, in particular during a starting process.
  • the invention is based on the finding that, in the case of a hybrid drive with an internal combustion engine and an electric motor coupled thereto, the reduction of the rotational speed of the internal combustion engine can be realized efficiently, in particular in the starting phase, by a targeted generation of a counter torque by the electric motor.
  • the electric motor for example, after a first start of the engine this mechanically drive in addition, with the onset of
  • the invention relates to a method for reducing a rotational speed of a
  • An internal combustion engine of a hybrid drive comprising the internal combustion engine and an electric motor coupled to the internal combustion engine, detecting an operating state of the hybrid drive, detecting a change in a rotational speed of the internal combustion engine, and generating a counter torque by means of the electric motor in dependence on the detected operating state of the hybrid drive and the detected change the rotational speed of the internal combustion engine for reducing the rotational speed of the internal combustion engine.
  • Electric motor is generated only in an operating state of the hybrid drive, in which the engine is mechanically driven by the electric motor, for example in a startup phase.
  • the electric motor can be used even when towing the engine to reduce or compensate for the overshoot.
  • a maximum available counter torque of the electric motor is generated to reduce the rotational speed of the internal combustion engine. As a result, an unwanted speed increase can be reduced quickly and effectively.
  • the counter torque is generated if the detected change in the rotational speed of the internal combustion engine exceeds an operating state-dependent threshold value, for example 1% or 5% or 10% of a setpoint rotational speed. Due to the operating state-dependent generation the area of this torque can be selectively used only if an increase in the speed of the engine in the respective operating state of the hybrid engine is either unwanted and / or atypical.
  • the speed of the internal combustion engine by the electric motor in particular by a deceleration of
  • the electric motor is controlled by means of a control loop, wherein the counter torque is adjusted by increasing a control loop gain. Therefore, a simple and efficient control of the counter torque is possible.
  • the speed of the internal combustion engine is reduced to a desired idling speed. This prevents unnecessary deceleration of the internal combustion engine.
  • the speed of the internal combustion engine is reduced only within a predetermined time interval after starting the internal combustion engine.
  • the time interval may be, for example, two or three three seconds, the simple control on the time base allows a targeted reduction of unwanted speed increase.
  • the invention further relates to a program-equipped device, which is designed to run a computer program for carrying out the method for reducing a rotational speed of an internal combustion engine of a hybrid drive.
  • 1 is a flowchart of a method for reducing a rotational speed of an internal combustion engine.
  • Fig. 3 shows a course of a rotational speed of an internal combustion engine.
  • step 101 shows a basic flow diagram of a method for reducing a rotational speed of an internal combustion engine of a hybrid drive, which, in addition to the internal combustion engine, also includes an electric motor coupled thereto.
  • an electric motor coupled thereto.
  • Exemplary Bethebszualterations the hybrid drive are an electric motor drive, an internal combustion engine drive, an electric motor-internal combustion engine drive and a starting process of the internal combustion engine, in which this is mechanically driven by an ignition, for example after a first ignition from a standstill, by means of the electric motor and thereby towed ,
  • step 103 a change in a rotational speed of the electric motor is detected, for example, within a measuring interval of 0.1 s, 0.2 s, 0.5 s or 1 s, for example with a tachometer. Steps 101 and 103 may be performed in parallel or in any order one after the other.
  • step 105 by means of the electric motor of the hybrid drive, a counter torque depending on the detected operating state and the detected speed change is set up in order to reduce the rotational speed of the internal combustion engine or to counteract a starting rotational speed overshoot.
  • the reduction of the rotational speed according to the invention can be carried out in particular in a starting phase of the internal combustion engine, in which it uses of the electric motor in analogy to a conventional starter on a Startg. Starter speed is dragged. After the start, in which the injection and the ignition work, according to the invention is not immediately switched to the conventional idle control of the internal combustion engine. Instead, the electric motor is used in addition to the pure towing to keep the speed of the engine low. Only when the internal combustion engine within a predetermined time interval, for example 2 s or 3 s, is in a combustion state and has reached a state in which a control can be performed, for example, switches to the known idle control with a Zündwinkeleingriff on the engine become.
  • the internal combustion engine is maintained in the Nachstartphase at a constant moment, while the control acts only on the electric motor.
  • significantly higher amplification factors can be used which, for example, the
  • a higher controller gain can generally be selected than that which can be selected in a combined control of the internal combustion engine and the electric motor due to the improved control loop dynamics.
  • the higher controller gain may exceed the regulator gain in combined control by a factor of between 10 and 100.
  • Fig. 2 illustrates a speed curve with an inventively braked speed overshoot as a function of time. It is the

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verringern einer Drehzahl eines Verbrennungsmotors eines Hybridantriebs, das den Verbrennungsmotor und einen mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Elektromotor umfasst, mit Erfassen (101) eines Betriebszustands des Hybridantriebs, Erfassen (103) einer Änderung einer Drehzahl des Verbrennungsmotors, und Erzeugen (105) eines Gegendrehmomentes mittels des Elektromotors in Abhängigkeit von dem erfassten Betriebszustand des Hybridantriebs und der erfassten Änderung der Drehzahl des Verbrennungsmotors zum Verringern der Drehzahl des Verbrennungsmotors.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Verringern einer Drehzahl eines Verbrennungsmotors
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft die Drehzahlregelung von Verbrennungsmotoren in Hybridfahrzeugen.
Stand der Technik
In modernen Hybridfahrzeugen werden Hybridantriebe eingesetzt, welche neben einem Verbrennungsmotor auch einen Elektromotor umfassen. Der Elektromotor wird sowohl für Antriebszwecke als auch zum mechanischen Antreiben, so genannten Anschleppen, des Verbrennungsmotors in einer Startphase aus dem Stillstand heraus eingesetzt.
Während eines Zündvorgangs eines Verbrennungsmotors kommt es jedoch zu einem Drehzahlüberschwinger, bei dem die Motordrehzahl weit über die
Leerlaufsolldrehzahl überschießt. Fig. 3 zeigt einen typischen Verlauf 301 einer Motordrehzahl mit einem Drehzahlüberschwinger oberhalb einer Leerlaufsolldrehzahl 303. Die steile Anstiegsflanke des Drehzahlüberschwingers findet insbesondere nach erfolgter erster Zündung des Verbrennungsmotors mit einer Anlasserdrehzahl 305 statt.
Die Ursachen für den Drehzahlüberschwinger bzw. für den Startdrehzahlüberschwinger sind unterschiedlich. Zum einen ist bei einem Startvorgang des Verbrennungsmotors die Zylinderfüllung hoch, so dass die ersten Zündungen ein hohes Drehmoment erzeugen, was die Drehzahl schnell ansteigen lässt. Zum anderen lässt sich der Verbrennungsmotor während der ersten Zündungen noch nicht genau genug regeln und benötigt stets eine gewisse Zeit, bis die Verbrennungsvorgänge eingeschwungen sind. Aus diesem Grund lässt sich der steile Drehzahlanstieg des Drehzahlüberschwingers nicht mittels eines Leerlaufreglers des Verbrennungsmotors ausregeln.
Startdrehzahlüberschwinger sorgen für eine deutliche Verschlechterung der Abgaswerte insbesondere bezüglich des Kohlenwasserstoffs, weil der Verbrennungsmotor unterhalb der Sollbetriebstemperatur den Kraftstoff noch nicht effizient verbrennt und somit einen hohen Anteil des unvollständig verbrannten Kraftstoffs ausstößt. Aufgrund der hohen Drehzahl des
Startdrehzahlüberschwingers ist während dessen Zeitdauer daher eine Vielzahl von unvollständigen Verbrennungen und daher schlechten Abgaswerten zu erwarten.
Die EP 1 020 640 B1 beschreibt eine Anlassregelvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, bei der das überschüssige Drehmoment des Verbrennungsmotors durch einen Generator zwecks Leistungserzeugung absorbiert wird. Hierdurch lässt sich jedoch weder gezielt ein Gegendrehmoment aufbauen, mit dem ein schnelles Abbremsen des Verbrennungsmotors realisiert werden kann. Ferner kann der Generator den Verbrennungsmotor insbesondere bei einem Anlassvorgang nicht unterstützen.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass im Falle eines Hybridantriebs mit einem Verbrennungsmotor und einem mit diesem gekoppelten Elektromotor die Verringerung der Drehzahl des Verbrennungsmotors insbesondere in der Startphase durch ein gezieltes Erzeugen eines Gegendrehmoments durch den Elektromotor effizient realisiert werden kann. So kann der Elektromotor beispielsweise nach einem ersten Anlassen des Verbrennungsmotors diesen mechanisch zusätzlich antreiben, wobei bei Einsetzen des
Drehzahlüberschwingers der Elektromotor zeitig ein Gegendrehmoment aufbauen kann, welches den Drehzahlüberschwinger bereits in seiner Anstiegsphase bedämpft.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verringern einer Drehzahl eines
Verbrennungsmotors eines Hybridantriebs, das den Verbrennungsmotor und einen mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Elektromotor umfasst, mit Erfassen eines Betriebszustands des Hybridantriebs, Erfassen einer Änderung einer Drehzahl des Verbrennungsmotors, sowie Erzeugen eines Gegendrehmomentes mittels des Elektromotors in Abhängigkeit von dem erfassten Betriebszustand des Hybridantriebs und der erfassten Änderung der Drehzahl des Verbrennungsmotors zum Verringern der Drehzahl des Verbrennungsmotors.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das Gegendrehmoment des
Elektromotors nur in einem Betriebszustand des Hybridantriebs erzeugt wird, in dem der Verbrennungsmotor durch den Elektromotor mechanisch, beispielsweise in einer Startphase, angetrieben wird. Somit kann der Elektromotor auch bei Anschleppen des Verbrennungsmotors zur Verringerung bzw. zur Kompensation des Überschwingers eingesetzt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird zur Verringerung der Drehzahl des Verbrennungsmotors ein maximal verfügbares Gegendrehmoment des Elektromotors erzeugt. Dadurch kann eine ungewollte Drehzahlerhöhung schnell und wirksam reduziert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das Gegendrehmoment erzeugt, falls die erfasste Änderung der Drehzahl des Verbrennungsmotors einen betriebszustandabhängigen Schwellwert, beispielsweise 1 % oder 5% oder 10% einer Solldrehzahl, überschreitet. Durch die betriebszustandabhängige Erzeugung des Gegend rehmomentes kann dieses gezielt nur dann eingesetzt werden, falls eine Erhöhung der Drehzahl des Verbrennungsmotors in dem jeweiligen Betriebszustand des Hybridmotors entweder ungewollt und/oder untypisch ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors durch den Elektromotor insbesondere durch ein Abbremsen des
Verbrennungsmotors durch den Elektromotor nur dann verringert, falls der erfasste Betriebszustand des Hybridantriebs ein Startzustand ist, in dem der Verbrennungsmotor durch den Elektromotor mechanisch angetrieben wird, und falls die erfasste Änderung der Drehzahl auf einen Startdrehzahlüberschwinger hinweist. Somit wird das Gegendrehmoment wirksam nur während der Startphase des Verbrennungsmotors reduziert, so dass ausgeschlossen werden kann, dass eine ungewollte Drehzahlreduktion bei gewolltem Beschleunigen durchgeführt wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das Gegendrehmoment des
Elektromotors mittels einer Regelschleife eingestellt, was durch einen oder mehrere Regelschleifenparameter realisiert werden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Elektromotor mittels einer Regelschleife gesteuert wird, wobei das Gegendrehmoment durch eine Erhöhung einer Regelschleifenverstärkung eingestellt wird. Daher ist eine einfache und effiziente Steuerung des Gegendrehmomentes möglich.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors auf eine Sollleerlaufdrehzahl verringert. Dadurch wird eine unnötige Abbremsung des Verbrennungsmotors verhindert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors nur innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls nach einem Anlassen des Verbrennungsmotors verringert. Das Zeitintervall kann beispielsweise zwei oder drei Sekunden betragen, wobei die einfache Steuerung auf der Zeitbasis eine gezielte Reduktion einer ungewollten Drehzahlerhöhung ermöglicht.
Die Erfindung betrifft ferner eine programmtechnisch eingerichtete Vorrichtung, welche ausgebildet ist, ein Computerprogramm zum Ausführen des Verfahrens zum Verringern einer Drehzahl eines Verbrennungsmotors eines Hybridantriebs ablaufen zu lassen.
Zeichnungen
Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Verringern einer Drehzahl eines Verbrennungsmotors;
Fig. 2 einen Verlauf einer Drehzahl eines Verbrennungsmotors; und
Fig. 3 einen Verlauf einer Drehzahl eines Verbrennungsmotors.
Beschreibung der Ausführungsformen
Fig. 1 zeigt ein prinzipielles Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Verringern einer Drehzahl eines Verbrennungsmotors eines Hybridantriebs, das neben dem Verbrennungsmotor auch einen mit diesem gekoppelten Elektromotor umfasst. Durch die Kopplung des Elektromotors mit dem Verbrennungsmotor ist es möglich, gezielt auf das Drehmoment des Verbrennungsmotors mittels des Elektromotors einzuwirken, um beispielsweise einen Startdrehzahlüberschwinger zu verringern bzw. zu kompensieren. Hierzu wird im Schritt 101 ein Betriebszustand einer Mehrzahl von
Betriebszuständen des Hybridantriebs erfasst. Beispielhafte Bethebszustände des Hybridantriebs sind ein elektromotorischer Antrieb, ein verbrennungsmotorischer Antrieb, ein elektromotorisch-verbrennungsmotorischer Antrieb sowie einen Startvorgang des Verbrennungsmotors, bei dem dieser nach einer Zündung, beispielsweise nach einer ersten Zündung aus einem Stillstand heraus, mittels des Elektromotors mechanisch angetrieben und dadurch angeschleppt wird.
Im Schritt 103 wird eine Änderung einer Drehzahl des Elektromotors beispielsweise innerhalb eines Messintervalls von 0,1 s, 0,2 s, 0,5 s oder 1 s beispielsweise mit einem Drehzahlmesser erfasst. Die Schritte 101 und 103 können parallel oder in einer beliebigen Reihenfolge nacheinander ausgeführt werden. Im Schritt 105 wird mittels des Elektromotors des Hybridantriebs ein Gegendrehmoment in Abhängigkeit von dem erfassten Betriebszustand und der erfassten Drehzahländerung eingestellt bzw. aufgebaut, um die Drehzahl des Verbrennungsmotors zu verringern bzw. um einem Startdrehzahlüberschwinger entgegenzuwirken.
Dadurch ist es beispielsweise möglich, den Drehzahlüberschwinger bzw. den Startdrehzahlüberschwinger effizient zu reduzieren bzw. zu eliminieren, was zu einem verbesserten Abgasverhalten des Verbrennungsmotors in der Startphase sowie zu einer verbesserten Akustik führt, weil der Verbrennungsmotor nicht mehr "aufheult". Insbesondere kann durch das gezielte Erzeugen des Gegendrehmoments der Drehzahlüberschwinger beispielsweise in der Nachstartphase mit dem Elektromotor abgebremst werden, weil der Elektromotor im Gegensatz zum Verbrennungsmotor sofort vollständig regelbar ist. Die
Nachstartphase findet nach einem Anlassen des Verbrennungsmotors bis zu einer stabilen Leerlaufsolldrehzahl des Verbrennungsmotors statt.
Die erfindungsgemäße Verringerung der Drehzahl kann insbesondere in einer Startphase des Verbrennungsmotors durchgeführt werden, in der dieser mittels des Elektromotors in Analogie zu einem herkömmlichen Anlasser auf eine Startbzw. Anlasserdrehzahl geschleppt wird. Nach erfolgtem Start, bei dem die Einspritzung und die Zündung arbeiten, wird erfindungsgemäß nicht sofort auf die herkömmliche Leerlaufregelung des Verbrennungsmotors umgeschaltet. Stattdessen wird der Elektromotor über das reine Anschleppen hinaus dazu verwendet, die Drehzahl des Verbrennungsmotors niedrig zu halten. Erst wenn der Verbrennungsmotor innerhalb eines beispielsweise vorbestimmten Zeitintervalls, beispielsweise 2 s oder 3 s, sich in einem Verbrennungszustand befindet und einen Zustand erreicht hat, in dem eine Regelung durchgeführt werden kann, kann beispielsweise auf die an sich bekannte Leerlaufregelung mit einem Zündwinkeleingriff am Verbrennungsmotor umgeschaltet werden. Damit wird der Verbrennungsmotor in der Nachstartphase auf einem konstanten Moment gehalten, während die Regelung nur auf den Elektromotor einwirkt. Dadurch können insbesondere bei einer Verwendung einer Regelschleife zur Regelung des Verhaltens des Elektromotors zur Drehzahlregelung deutlich höhere Verstärkungsfaktoren verwendet werden, welche beispielsweise den
Drehzahlüberschwinger effektiv bekämpfen. Bei alleiniger Regelung der Drehzahl des Verbrennungsmotors über den Elektromotor kann aufgrund der verbesserten Regelkreisdynamik im Allgemeinen eine höhere Reglerverstärkung gewählt werden als diejenige, welche bei einer kombinierten Regelung des Verbrennungsmotors und des Elektromotors gewählt werden kann. Die höhere Reglerverstärkung kann die Reglerverstärkung bei kombinierter Regelung beispielsweise um einen Faktor zwischen 10 und 100 übersteigen.
Fig. 2 verdeutlicht einen Drehzahlverlauf mit einem erfindungsgemäß gebremsten Drehzahlüberschwinger in Abhängigkeit von der Zeit. Dabei wird der
Verbrennungsmotor mittels des Elektromotors zunächst bis zu der so genannten Anlasserdrehzahl 201 angeschleppt. Nach erfolgter Einspritzung und Zündung findet ein starker Drehzahlanstieg bis über eine Leerlaufsolldrehzahl 203 hinaus. Bei Überschreiten der Leerlaufsolldrehzahl wird erfindungsgemäß mittels des Elektromotors ein Gegendrehmoment aufgebaut, wodurch in dem Zeitintervall 205 der Drehzahlüberschwinger mittels des Elektromotors verringert wird, was eine schnelle Konvergenz der Drehzahl des Verbrennungsmotors auf die Leerlaufsolldrehzahl zur Folge hat. Anschließend kann im Zeitintervall 207 die Leerlaufregelung des Verbrennungsmotors aktiviert werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Verringern einer Drehzahl eines Verbrennungsmotors eines Hybridantriebs, das den Verbrennungsmotor und einen mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Elektromotor umfasst, mit:
Erfassen (101 ) eines Betriebszustands des Hybridantriebs;
Erfassen (103) einer Änderung einer Drehzahl des Verbrennungsmotors;
Erzeugen (105) eines Gegendrehmomentes mittels des Elektromotors in
Abhängigkeit von dem erfassten Betriebszustand des Hybridantriebs und der erfassten Änderung der Drehzahl des Verbrennungsmotors zum Verringern der Drehzahl des Verbrennungsmotors.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei das Gegendrehmoment des
Elektromotors nur in einem Betriebszustand des Hybridantriebs erzeugt wird, in dem der Verbrennungsmotor durch den Elektromotor mechanisch angetrieben wird.
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Verringerung der Drehzahl des Verbrennungsmotors ein maximal verfügbares Gegendrehmoment des Elektromotors erzeugt wird.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gegendrehmoment erzeugt wird, falls die erfasste Änderung der Drehzahl des
Verbrennungsmotors einen betriebszustandabhängigen Schwellwert überschreitet.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Drehzahl des Verbrennungsmotors durch den Elektromotor insbesondere durch ein Abbremsen des Verbrennungsmotors durch den Elektromotor nur dann verringert wird, falls der erfasste Betriebszustand des Hybridantriebs ein
Startzustand ist, in dem der Verbrennungsmotor durch den Elektromotor gestartet oder angetrieben wird, und falls die erfasste Änderung der Drehzahl auf einen Startdrehzahlüberschwinger hinweist.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das
Gegendrehmoment des Elektromotors mittels einer Regelschleife eingestellt wird.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Elektromotor mittels einer Regelschleife gesteuert wird, und bei dem das Gegendrehmoment durch eine Erhöhung einer Regelschleifenverstärkung eingestellt wird.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drehzahl des Verbrennungsmotors auf eine Sollleerlaufdrehzahl verringert wird.
9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Drehzahl des Verbrennungsmotors nur innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls nach einem Anlassen des Verbrennungsmotors verringert wird.
10. Programmtechnisch eingerichtete Vorrichtung, welche ausgebildet ist, ein Computerprogramm zum Ausführen des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ablaufen zu lassen.
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