DE102013212865A1

DE102013212865A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102013212865A1
Application number: DE102013212865.7A
Authority: DE
Inventors: Arman Kara
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-07-02
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2015-01-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Verbrennungsmotors, vorzugsweise eines Ottomotors oder Benzinmotors, beim Schalten eines mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Automatikgetriebes mit einer Betriebsarteinstelleinrichtung zum Einstellen mindestens einer ersten oder einer zweiten Betriebsart des Verbrennungsmotors beim Schaltvorgang, wobei die Betriebsarteinstelleinrichtung konfiguriert ist, die erste Betriebsart oder die zweite Betriebsart abhängig von mindestens einer der folgenden Größen, der Last, dem Moment oder der Drehzahl des Verbrennungsmotors auszuwählen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Verbrennungsmotors beim Schalten eines mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Automatikgetriebes.
Die WO 91/13780 beschreibt ein System, bei dem eine Getriebesteuerung beim Schalten eines automatischen Getriebes ein Eingriffsignal an eine Motorsteuerung gibt, welche daraufhin das Motordrehmoment verändert, um ein ruckfreies und verschleißarmes Schalten zu ermöglichen. Dabei wird von der Getriebesteuerung der Anteil ermittelt, um den das Drehmoment bei einem bestimmten Schaltvorgang zu ändern ist, und dieser Anteil wird als Steuerinformation an die Motorsteuerung übermittelt. Das Drehmoment kann zum Beispiel über Zündzeitpunkt, die Drosselklappenstellung oder die Kraftstoffeinspritzmenge verändert werden. In einer Ausführungsform weist die Motorsteuerung einen Kennfeld-Speicher auf, der das Eingriffsignal von der Getriebesteuerung in ein Korrektursignal für die Zündung, die Einspritzpumpe oder die Drosselklappenstellung umsetzt. Das Korrektursignal wird zu einem entsprechenden Steuersignal für den Zündzeitpunkt, die Kraftstoffeinspritzung oder die Drosselklappenstellung hinzugefügt und das so korrigierte Steuersignal wird dem jeweiligen Stellorgan, zum Beispiel für den Zündzeitpunkt zugeführt. Der Anteil, um den das Drehmoment zu ändern ist, wird abhängig von der Schaltungsart, das heißt unter anderem von der Information über den neuen und den alten Gang des vorgesehenen Gangwechsels sowie eine Information über den Schub- oder Zug-Betrieb des Kraftfahrzeugs und dem Getriebeeingangsmoment ermittelt. Bei einem Hochschalten wird dabei der Motor abgebremst und bei einem Rückschalten im Schubbetrieb wird der Motor beschleunigt. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass beim Hochschalten entsprechend einer zeitabhängigen Funktion die Momentenreduktion gleichmäßig ansteigt und anschließend nach Erreichen eines Höchstwerts gleichmäßig abfällt. Beim Rückschalten soll die negative Momentenreduktion schnell auf einen Höchstwert ansteigen und dann vom Höchstwert langsam auf Null abfallen. Für diese Anstiegszeiten und Ablenkzeiten werden zu verschiedenen Werten der Schaltungsart Werte in einem ersten Speicher in Tabellenform gespeichert.
Die DE 43 34 928 A1 beschreibt eine Steuervorrichtung zum automatischen Getriebeschalten, die während des Hochschaltens das Motordrehmoment für eine kurze Zeitperiode verlängert. Die Verringerung des Motordrehmoments während des Getriebeschaltens kann beispielsweise ein elektronisches Drosselventil oder ein Leerlaufdrehzahl-Steuerventil große Kapazität aufweisen. Während des Schaltens wird die Menge der Einlassluft gemäß einem Schaltbefehlsignal und der Turbinenrotation auf der Ausgangsseite des Drehmomentwandlers verringert. Während einer weiteren Periode wird vor der Beendigung des Schaltens die Menge an Einlassluft stärker erhöht als während einer Periode eines normalen Betriebs und anschließend wird die Menge an Einlassluft auf die während eines normalen Betriebs nach der Beendigung des Schaltens erforderliche Menge eingestellt. Die Menge der Einlassluft wird über eine Drosselklappe, deren Drosselöffnung veränderbar ist, eingestellt. Für die Brennstoffeinspritzung und die Zündzeitgabe wird die Steuerung jeweils so ausgeführt, dass optimale Brennstoffeinspritz- und Zündzeitpunkte gemäß der voreingestellten Drosselöffnung festgelegt sind, wodurch das Solldrehmoment der Antriebswelle erhalten wird. In einer Ausführungsform ist in einem Steuerabschnitt für die Brennstoffeinspritzung und die Zündzeitpunkte ein Kennfeld abgespeichert, das den optimalen Zündvoreilwinkel mit der Brennstoffeinspritzmenge und der Motordrehzahl als Parameter aufweist. Anstelle der Änderung der Drosselklappenöffnung zur Veränderung des Motordrehmoments wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffmenge vor einem Schalten verringert und nach einem Schalten erhöht werden kann.
Die DE 195 39 954 A1 beschreibt eine Steuervorrichtung zum Steuern des Antriebsdrehmoments während des Getriebeschaltens wobei eine Zündzeitpunktkorrektur verwendet wird. Mithilfe einer Berechnungseinrichtung wird das Abtriebswellendrehmoment des Automatikgetriebes abgeschätzt und ein Solldrehmomentmuster während des Getriebeschaltens erzeugt. Abhängig davon wird der Steuerwert zum Steuern des Motorantriebsdrehmoments, das heißt einen Zündzeitpunkt-Korrekturwert berechnet, um damit die Abweichung zwischen dem Solldrehmoment und dem Antriebsdrehmoment zu eliminieren.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Verbrennungsmotors, vorzugsweise eines Ottomotors oder Benzinmotors, beim Schalten eines mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Automatikgetriebes bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs bzw. des unabhängigen Verfahrensanspruchs. Die abhängigen Patentansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Vorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines Verbrennungsmotors, vorzugsweise eines Ottomotors oder Benzinmotors, beim Schalten eines mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Automatikgetriebes eine Betriebsarteinstelleinrichtung auf zum Einstellen mindestens einer ersten oder einer zweiten Betriebsart des Verbrennungsmotors beim Schaltvorgang des Automatikgetriebes. Die Betriebsarteinstelleinrichtung erhält erste Eingangsdaten von einer Steuereinrichtung für das Automatikgetriebe, das einen geplanten Schaltvorgang des Automatikgetriebes anzeigt. Die ersten Eingangsdaten können Informationen über die Schaltrichtung, d. h. Hochschalten oder Herunterschalten des Automatikgetriebes, aufweisen und/oder Informationen, zwischen welchen Gängen der Gangwechsel erfolgen soll. Die Betriebsarteinstelleinrichtung erhält mindestens zweite Eingangsdaten von einer Motorsteuereinrichtung, die repräsentativ sind für mindestens eine der folgenden Größen: die Last des Motors, das Moment des Motors oder die Drehzahl des Motors. Die Betriebsarteinstelleinrichtung gibt Ausgangsdaten an die Motorsteuereinrichtung aus, die den Verbrennungsmotor entsprechend der ersten oder zweiten Betriebsart beim Hochschalten betreibt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Betriebsarteinstelleinrichtung einen Speicher und eine Vergleichseinrichtung auf, wobei die Vergleichseinrichtung zweite Eingangsdaten mit einem entsprechenden Referenzwert vergleicht. Der Referenzwert ist beispielsweise ein Last-Referenzwert, ein Momenten-Referenzwert und/oder ein Drehzahl-Referenzwert, der in dem Speicher gespeichert ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird beim Hochschalten des mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Automatikgetriebes das Drehmoment des Verbrennungsmotors kurzzeitig reduziert. Die Drehmomentreduktion erfolgt während des Hochschaltvorgangs, so dass beim Gangwechsel beispielsweise von dem zweiten in den dritten Gang die Motordrehzahl entsprechend dem geänderten Übersetzungsverhältnis verringert wird. In der ersten Betriebsart erfolgt die Drehmomentreduktion über eine Reduktion der Luft- und Kraftstoffmenge. In der zweiten Betriebsart erfolgt die Drehmomentreduktion über eine Verstellung des Zündzeitpunkts des Verbrennungsmotors von einem optimalen Zündzeitpunkt zu einem späten Zündzeitpunkt.
Die erste Betriebsart wird beispielsweise in Abhängigkeit von einem Vergleich der Last des Motors mit mindestens einem Referenzwert ausgewählt, wobei, wie nachfolgend beschrieben, der Referenzwert einen oberen und einen unteren Referenzschwellwert aufweisen kann. Beispielsweise wird die erste Betriebsart ausgewählt, wenn die Last des Motors kleiner ist als der Last-Referenzwert. Entsprechend wird die zweite Betriebsart ausgewählt, wenn die Last größer als der oder gleich dem Last-Referenzwert ist. Alternativ oder zusätzlich wird die erste Betriebsart ausgewählt, wenn das Moment kleiner ist als der Momenten-Referenzwert. Entsprechend wird die zweite Betriebsart ausgewählt, wenn das Moment größer als der oder gleich dem Momenten-Referenzwert ist. Alternativ oder zusätzlich wird die erste Betriebsart ausgewählt, wenn die Drehzahl des Motors geringer ist als der Drehzahl-Referenzwert. Entsprechend wird die zweite Betriebsart ausgewählt, wenn die Drehzahl größer als der oder gleich dem Drehzahl-Referenzwert ist.
Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, dass ein Momenteneingriff, d. h. die Drehmomentreduktion für die Hochschaltung, über eine Reduktion der Luft- und Kraftstoffmenge im Allgemeinen bei niedrigen Lasten, niedrigen Momenten und niedriger Drehzahl, ausreichend schnell ist, da die Schaltgeschwindigkeitsanforderung nicht so hoch ist. Bei größeren Lasten, größeren Momenten oder höheren Drehzahlen des Motors sind die Schaltgeschwindigkeitsanforderungen im Allgemeinen hingegen höher, so dass die Drehmomentreduktion in der ersten Betriebsart, d. h. über eine Reduktion der Luft- und Kraftstoffmenge, unter Umständen nicht schnell genug ist. Erfindungsgemäß wird in der zweiten Betriebsart die Drehmomentreduktion über eine Verstellung des Zündzeitpunkts des Verbrennungsmotors von einem optimalen Zündzeitpunkt zu einem späten Zündzeitpunkt vorgenommen. Der Momenteneingriff über eine Verschiebung des Zündzeitpunkts ist schneller als der Momenteneingriff über die Reduktion der Luft- und Kraftstoffmenge. Außerdem hat die Verschiebung des Zündzeitpunkts von einem optimalen Zündzeitpunkt zu einem späten Zündzeitpunkt zur Folge, dass der Wirkungsgrad des Motors schlechter werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Betriebsarteinstelleinrichtung zusätzlich konfiguriert zur Steuerung des Betriebs des Verbrennungsmotors in einer dritten Betriebsart. Die dritte Betriebsart wird ausgewählt abhängig von mindestens einer der folgenden Größen: der Last, dem Moment oder der Drehzahl des Verbrennungsmotors. Für diesen Fall gibt es einen unteren Bereich für mindestens eine der folgenden Größen: der Last, dem Moment oder der Drehzahl des Motors, bei dem die erste Betriebsart ausgewählt wird, einen mittleren Bereich für mindestens eine der folgenden Größen: der Last, dem Moment oder der Drehzahl des Verbrennungsmotors, bei dem die dritte Betriebsart ausgewählt wird, und einen oberen Bereich für mindestens eine der folgenden Größen: der Last, dem Moment oder der Drehzahl des Verbrennungsmotors, bei dem die zweite Betriebsart ausgewählt wird.
Die erste, zweite oder dritte Betriebsart wird vorzugsweise ausgewählt in Abhängigkeit von einem Vergleich mit einem in dem Speicher gespeicherten ersten Referenzwert und zweiten Referenzwert, wobei der zweite Referenzwert größer ist als der erste Referenzwert. Im Einzelnen wird die erste Betriebsart ausgewählt bei einer Last des Motors, die kleiner ist als der erste Last-Referenzwert. Die zweite Betriebsart wird ausgewählt, wenn die Last des Motors größer als der zweite oder gleich dem zweiten Last-Referenzwert ist. In dem dazwischenliegenden Bereich, bei der die Last größer als der erste oder gleich dem ersten Last-Referenzwert ist und bei der die Last kleiner ist als der zweite Last-Referenzwert wird die dritte Betriebsart ausgewählt. Alternativ oder zusätzlich werden in entsprechender Weise die erste, zweite und dritte Betriebsart in Abhängigkeit von dem Moment oder der Drehzahl des Verbrennungsmotors ausgewählt, wobei der Vergleich mit jeweils einem ersten und zweiten Momenten-Referenzwert bzw. einem ersten und zweiten Drehzahl-Referenzwert erfolgt.
Bei der dritten Betriebsart wird beim Hochschalten des Automatikgetriebes das Drehmoment des Verbrennungsmotors reduziert durch eine Kombination des Momenteneingriffs in der ersten Betriebsart und des Momenteneingriffs in der zweiten Betriebsart. Anstelle einer Drehmomentreduktion durch ausschließlich eine der beiden Möglichkeiten erfolgt die Drehmomentreduktion durch eine teilweise Reduktion der Luft- und Kraftstoffmenge und durch eine teilweise Verstellung des Zündzeitpunkts des Verbrennungsmotors von einem optimalen Zündzeitpunkt zu einem späten Zündzeitpunkt.
Vorzugsweise wird der Anteil der Drehmomentreduktion, der durch Reduktion der Luft- und Kraftstoffmenge hervorgerufen wird, und der Anteil an der Drehmomentreduktion durch die Zündzeitpunktverstellung abhängig von der Last, dem Moment und der Drehzahl des Verbrennungsmotors in Stufen oder kontinuierlich variiert. Innerhalb des mittleren Bereiches erfolgt somit ein Übergang von der ersten Betriebsart zu der zweiten Betriebsart. Diese dritte Betriebsart stellt somit einen Mischbetrieb dar, mit variabel einstellbaren Anteilen, wobei mit einer Zunahme der Last, des Moments und/oder der Drehzahl der Anteil an der Drehmomentreduktion durch die Reduktion der Luft- und Kraftstoffmenge geringer wird und entsprechend der Anteil an der Drehmomentreduktion durch die Zündzeitpunktverstellung größer wird.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung kann für die Auswahl der ersten und der zweiten Betriebsart und weiterhin optional für die Auswahl der dritten Betriebsart der entsprechende Referenzwert jeweils einen unteren und einen oberen Referenzschwellwert haben, die in dem Speicher gespeichert sind. Abhängig von der Umschaltrichtung des Gangwechsels des Automatikgetriebes werden die einzelnen Betriebsarten durch einen Vergleich mit dem unteren oder dem oberen Referenzschwellwert des entsprechenden Referenzwerts ausgewählt. Die Auswahl der einzelnen Betriebsarten erfolgt dadurch je nach Umschaltrichtung des Gangwechsels gemäß einer Hysterese. Im Einzelnen wird vorzugsweise beim Hochschalten des Automatikgetriebes jeweils der obere Referenzschwellwert des entsprechenden Referenzwerts für den Vergleich mit der Last des Motors, dem Moment des Motors und der Drehzahl des Motors verwendet. In entsprechender Weise wird beim Herunterschalten des Automatikgetriebes jeweils der untere Referenzschwellwert des entsprechenden Referenzwerts beim Vergleich mit der Last des Motors, dem Moment des Motors oder der Drehzahl des Motors verwendet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erhält die Betriebsarteinstelleinrichtung dritte Eingangsdaten von einer Fahrmodus-Einstelleinrichtung zur Einstellung eines Fahrmodus auf. Dabei ist die Betriebsarteinstelleinrichtung so konfiguriert, dass abhängig von dem eingestellten Fahrmodus mindestens eine der ersten, zweiten oder optional vorhandenen dritten Betriebsart einstellbar ist. Dies hat den Vorteil, dass abhängig von dem Fahrmodus, z. B. sportliche Fahrweise, komfortable Fahrweise und sparsame Fahrweise unterschiedliche Schaltgeschwindigkeitsanforderungen erfüllt werden können.
Vorzugsweise könnte bei einem Fahrmodus für sportliches Fahren der Bereich, in dem die erste Betriebsart auswählbar ist, verkleinert werden, und stattdessen der Bereich, in dem die zweite Betriebsart auswählbar ist, vergrößert werden. Ebenso ist es möglich, dass man in diesem Fahrmodus den optional vorhandenen Bereich, in dem die dritte Betriebsart auswählbar ist, verkleinert oder gänzlich weglässt.
Vorzugsweise könnte umgekehrt bei Einstellung des Fahrmodus wirtschaftliches Fahren (ECO) der Bereich, in dem die erste Betriebsart auswählbar ist, vergrößert werden und entsprechend der Bereich für die zweite Betriebsart verkleinert werden. Gegebenenfalls kann der Bereich für die dritte Betriebsart verkleinert oder ganz weggelassen werden.
Vorzugsweise wird die Betriebsarteinstelleinrichtung abhängig von dem Fahrmodus modifizierte Referenzwerte für die Betriebsarten aus dem Speicher auswählen oder vorhandene Referenzwerte entsprechend modifizieren. Der Speicher enthält vorzugsweise die o. g. Referenzwerte für die Last, das Moment und die Drehzahl, sowie zugehörige Referenzschwellwerte und modifizierte Referenzwerte für verschiedene Gangwechsel des Automatikgetriebes.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Betriebsarteinstelleinrichtung so konfiguriert, dass die zeitliche Steuerung des Momenteneingriffs abhängig von dem Zeitpunkt des Schaltens des Automatikgetriebes erfolgt. Aufgrund der im Allgemeinen geringeren Geschwindigkeit der Umsetzung des Momenteneingriffs über eine Reduktion der Luft- und Kraftstoffmenge wird die erste Betriebsart früher erfolgen als der Momenteneingriff über eine Zündzeitpunktverstellung. Anders gesagt ist die erste Zeitdauer vor dem Referenzzeitpunkt beim Hochschalten in der ersten Betriebsart größer als eine zweite Zeitdauer vor dem Referenzzeitpunkt beim Hochschalten des Automatikgetriebes in der zweiten Betriebsart.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs erreicht werden kann und gleichzeitig geringere Emissionen auftreten. Außerdem wird der Katalysator weniger belastet, wodurch sich die Lebensdauer des Katalysators erhöht.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen und der Zeichnung näher erläutert.
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt ein schematisches Diagramm für den zeitlichen Ablauf des Momenteneingriffs mithilfe der Zündzeitpunktverstellung und der Reduktion der Luft- und Kraftstoffmenge beim Hochschalten eines Automatikgetriebes; und
3 zeigt ein schematisches Diagramm der Einstellung für zwei verschiedene Betriebsarten.
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines Verbrennungsmotors beim Schalten eines mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Automatikgetriebes. Im Einzelnen zeigt 1 schematisch ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Vorderachse 2 und einer Hinterachse 3. In diesem Beispiel weist das Kraftfahrzeug einen Verbrennungsmotor, vorzugsweise ein Ottomotor oder Benzinmotor 4 auf, der antriebsmäßig mittels eines Drehmomentwandlers 5 mit einem Automatikgetriebe 6 verbunden ist. Das Automatikgetriebe 6 ist mit einem Differenzialgetriebe 7 an der Hinterachse 3 betriebsmäßig gekoppelt. Der Verbrennungsmotor 4 ist mit einer Motorsteuereinrichtung 41 signalmäßig verbunden. Eine Automatikgetriebesteuereinrichtung 61 ist signalmäßig mit dem Automatikgetriebe 6 verbunden. 1 zeigt weiterhin eine Betriebsarteinstelleinrichtung 20 die ein erstes Eingangssignal von der Automatikgetriebesteuereinrichtung 61 erhält und ein zweites Eingangssignal von der Motorsteuereinrichtung 41 erhält. Die Betriebsarteinstelleinrichtung 20 erhält weiterhin ein drittes Eingangssignal von einer Fahrmodus-Einstelleinrichtung 30. Dieses erste, zweite und dritte Eingangssignal kann auch in Form von entsprechenden Eingangsdaten übertragen werden. Wie weiterhin schematisch dargestellt, gibt die Betriebsarteinstelleinrichtung 20 ein Ausgangsignal bzw. Ausgangsdaten an die Motorsteuereinrichtung 41 aus. Die Betriebsarteinstelleinrichtung 20 weist eine Vergleichseinrichtung 22 und einen Speicher 24 auf.
Die Betriebsarteinstelleinrichtung arbeitet folgendermaßen. Wenn die Betriebsarteinstelleinrichtung 20 das erste Eingangssignal von der Automatikgetriebesteuereinrichtung erhält, das einen geplanten Schaltvorgang des Automatikgetriebes anzeigt, wird die Vergleichseinrichtung 22 ein von der Motorsteuereinrichtung 41 erhaltenes zweites Eingangssignal auswerten. Diese zweite Eingangssignal, das repräsentativ sein kann für mindestens eine der folgenden Größen, die Last des Motors, das Moment des Motors oder die Drehzahl des Motors wird von der Vergleichseinrichtung 22 mit jeweils entsprechenden Referenzwerten, die im Speicher 24 gespeichert sind, verglichen. Abhängig von dem Vergleichsergebnis der Vergleichseinrichtung 22 liefert die Betriebsarteinstelleinrichtung ein entsprechendes Ausgangssignal an die Motorsteuereinrichtung 41. Dieses Ausgangssignal ist repräsentativ für die von der Betriebsarteinstelleinrichtung 20 ausgewählte Betriebsart, so dass die Motorsteuereinrichtung 41 den Verbrennungsmotor entsprechend ansteuert, das heißt einen entsprechenden Drehmomenteingriff während eines Schaltvorgangs des Automatikgetriebes vornimmt.
Das schematische Diagramm von 2 zeigt im Einzelnen einen beispielhaften Verlauf für die Motordrehzahl, die mit der Zeit ansteigt bis zum Hochschalten vom zweiten Gang in den dritten Gang, wobei die Motordrehzahl verringert wird und anschließend wieder im zeitlichen Verlauf ansteigt (siehe untere Kurve).
Die 2 zeigt weiterhin schematisch den Momentenverlauf bei einem Momenteneingriff, d. h. eine Reduktion des Moments mittels einer Verstellung des Zündzeitpunkts des Verbrennungsmotors von einem optimalen Zündzeitpunkt zu einem späten Zündzeitpunkt (siehe obere Kurve). Der optimale Zündzeitpunkt ist in der oberen Kurve von 2 als Gerade eingezeichnet. Zum Zeitpunkt t₂ ist eine stufenförmige Verringerung des Drehmoments des Verbrennungsmotors gezeigt, und im Zeitpunkt t₃ ist eine stufenförmige Erhöhung des Drehmoments gezeigt, die in diesem Beispiel auf das gleiche Niveau erfolgt wie vor dem Reduzieren des Drehmoments. Bei dieser Betriebsart (vorstehend als zweite Betriebsart bezeichnet) wird das Drehmoment des Verbrennungsmotors reduziert durch eine Verstellung des Zündzeitpunkts von einem optimalen Zündzeitpunkt zu einem späten Zündzeitpunkt. Dabei bleibt die Luft-/Kraftstoffmenge gleich. Dieser Drehmomenteingriff erfolgt unmittelbar, so dass eine Verstellung von einem Takt zum nächsten Takt des Verbrennungsmotors möglich ist. Nachteilig bei dieser zweiten Betriebsart ist, dass der Kraftstoffverbrauch sich erhöht, weil der Motor nicht mehr im günstigen sondern in einem ungünstigen Betriebspunkt betrieben wird.
Die weitere in 2 schematisch dargestellte Kurve zeigt das Drehmoment des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von der Luft- und Kraftstoffmenge. Dargestellt ist zum Zeitpunkt t₁ der Beginn eines exponentiellen Abfalls des Drehmoments bis zu einem Zeitpunkt t₂. Zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ bleibt das Drehmoment nahezu unverändert und steigt dann etwa zum Zeitpunkt t₃ exponentiell bis zum Zeitpunkt t₄ an und erreicht den zuvor eingestellten Wert für das Drehmoment M (siehe mittlere Kurve).
Verglichen mit dem Momenteneingriff für die Zündzeitpunktverstellung erfolgt die Drehmomentreduktion und Drehmomenterhöhung langsamer. In dieser Betriebsart (vorstehend als erste Betriebsart bezeichnet) wird die Luft- und Kraftstoffmenge entsprechend dem stöchiometrischen Verhältnis verringert bzw. erhöht, wodurch der Kraftstoffverbrauch verringert werden kann. Der Motor arbeitet bei dieser ersten Betriebsart immer in einem günstigen, vorzugsweise optimalen Betriebspunkt.
In Abhängigkeit von der Schaltgeschwindigkeitsanforderung, d. h. dem Übergang von einem niedrigeren zu einem höheren Gang beim Hochschalten des Automatikgetriebes, kann der Momenteneingriff entweder über die Zündzeitpunktverstellung oder über die Änderung der Luft- und Kraftstoffmenge erfolgen. Bezogen auf die Angaben in 2 kann die Dauer zwischen dem Zeitpunkt t₂ und t₄, die im Wesentlichen der Zeit entspricht, die zum Übergang von der höheren Drehzahl auf die niedrigere Drehzahl des Motors erforderlich ist, geringer aber auch größer sein. In der Regel sind die Schaltgeschwindigkeitsanforderungen bei niedrigeren Lasten, Momenten und auch Drehzahlen des Motors geringer. Die Zeitpunkte können mittels der im Speicher gespeicherten Zeitdauern für die jeweiligen Betriebsarten berechnet werden.
3 zeigt ein schematisches Diagramm des Drehmomentverlaufs eines Ottomotors oder Benzinmotors in Bezug auf die Drehzahl. Dabei ist als obere Kurve die Volllastlinie gezeichnet, d. h. das abgebbare Drehmoment in Abhängigkeit von der Drehzahl. Unterhalb der Volllastlinie ist ein erstes Rechteck (durchgezogene Linie) gezeichnet, das bei einem normierten Drehmoment von 200 Nm und bei einer Drehzahl von 2500 U/min seine obere bzw. seitliche Grenze hat. Diese Grenzen entsprechen einem Momenten-Referenzwert bzw. einem Drehzahl-Referenzwert. Innerhalb dieses ersten Rechtecks ist beispielhaft ein zweites Rechteck (gestrichelte Linie) gezeichnet, das einen kleineren Wert für das Drehmoment und einen kleineren Wert für die Drehzahl als obere bzw. seitliche Grenze aufweist. Der Bereich A innerhalb des ersten bzw. zweiten Rechtecks bezeichnet den Bereich in dem die erste Betriebsart ausgewählt wird. Der außerhalb des ersten bzw. zweiten Rechtecks liegende Bereich B bezeichnet den Bereich in dem die zweite Betriebsart ausgewählt wird. Bei niedrigeren Drehzahlen und niedrigeren Momenten im Bereich A ist die erste Betriebsart auswählbar, bei der die Momentenreduktion mittels der Reduktion der Luft- und Kraftstoffmenge erfolgt. In dem außerhalb des Rechtecks liegenden Bereich B ist die zweite Betriebsart auswählbar, bei der die Momentenreduktion mithilfe der Zündzeitpunktverstellung erfolgt.
Die beiden schematisch dargestellten Rechtecke, das erste Rechteck mit der durchgezogenen Linie und das zweite Rechteck mit der gestrichelten Linie sind nur Beispiele und es können noch weitere Rechtecke schematisch eingezeichnet werden, die für unterschiedliche Betriebsarten und die entsprechenden Schaltschwellen für die Umschaltung von der ersten in die zweite Betriebsart vorgegeben werden können. Wie mittels der Pfeile, die mit „ECO” bezeichnet sind, angedeutet, kann der Bereich, d. h. die obere Grenze und die seitliche Grenze, für das erste Rechteck zu größeren Werten verschoben werden, wenn der Motor im sparsamen Fahrmodus, d. h. im ECO-Betrieb, betrieben wird. Die in anderer Richtung zu kleineren Werten gerichteten Pfeile mit der Bezeichnung „Sport” stellen schematisch den Fall dar, dass die obere Grenze und die seitliche Grenze für das zweite Rechteck zu kleineren Werten verstellt wird, wobei der Bereich A, in dem die erste Betriebsart auswählbar ist, kleiner wird.
Diese Umstellung zwischen Sportmodus, Normalmodus und ECO-Modus kann automatisch erfolgen mithilfe einer Detektionseinrichtung (nicht dargestellt) für die Erfassung von Umweltbedingungen, d. h. beispielsweise abhängig davon, ob mit dem Kraftfahrzeug eine Kurve durchfahren wird oder ob bergauf oder bergab gefahren wird. Weiterhin ist eine manuelle Auswahl möglich, über die bereits vorhandenen Wählhebel für das Automatikgetriebe, z. B. mittels einer Fahrmodus-Einstelleinrichtung für die Auswahl des Fahrerlebnisses, wie Sportmodus, Normalmodus und ECO-Modus.
Bei dem anhand der 2 und 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die erste und zweite Betriebsart jeweils separat unabhängig beschrieben worden. Wie oben dargelegt, ist optional mindestens eine weitere Betriebsart auswählbar, wobei diese weitere bzw. dritte Betriebsart auch als Mischbetrieb des ersten und zweiten Betriebs bezeichnet werden kann. Dabei erfolgt die Momentenreduktion teilweise durch eine Reduktion der Luft-/Kraftstoffmenge und teilweise durch eine Zündzeitpunktverstellung. Dabei können die Anteile an der Drehmomentreduktion variieren, so dass beispielsweise in einem unteren Bereich die Momentenreduktion durch die Luft- und Kraftstoffmenge einen großen Anteil aufweist und in einem oberen Bereich der Anteil der Drehmomentreduktion überwiegend durch die Zündzeitpunktverstellung erfolgt.
Bezogen auf die 3 könnte beispielsweise in dem Bereich, der zwischen den ersten Grenzen, die dem ersten Rechteck mit der durchgezogenen Linie entsprechen, und den zweiten Grenzen, die dem zweiten Rechteck mit der gestrichelten Linie entsprechen, liegt, diese dritte Betriebsart ausgewählt werden. Diese ersten Grenzen entsprechen einem ersten Momenten-Referenzwert bzw. einem ersten Drehzahl-Referenzwert. Diese zweiten Grenzen entsprechen einem zweiten Momenten-Referenzwert bzw. einem zweiten Drehzahl-Referenzwert. Die ersten und die zweiten Grenzen für die entsprechenden Schaltschwellen sind dabei vorzugsweise einstellbar. Alternativ können die Grenzen vorgegeben werden für unterschiedliche Fahrmodi wie Sportmodus, Normalmodus und ECO-Modus. Als weiteres Beispiel könnte im ECO-Modus immer nur die erste Betriebsart zulässig sein. Als noch ein weiteres Beispiel könnte im Sportmodus nur die zweite Betriebsart zulässig sein. Beim Normalmodus könnten beispielsweise alle drei Bereiche, d. h. der Bereich für die erste Betriebsart, für die dritte Betriebsart und für die zweite Betriebsart in dieser Reihenfolge von kleineren zu größeren Werten der Last, des Moments und/oder der Drehzahl eingeteilt werden.
Obwohl die Erfindung mittels der Figuren und der zugehörigen Beschreibung dargestellt und detailliert beschrieben ist, sind diese Darstellung und diese detaillierte Beschreibung illustrativ und beispielhaft zu verstehen und nicht als die Erfindung einschränkend. Es versteht sich, dass Fachleute Änderungen und Abwandlungen machen können, ohne den Umfang und den Geist der folgenden Ansprüche zu verlassen. Insbesondere umfasst die Erfindung ebenfalls Ausführungsformen mit jeglicher Kombination von Merkmalen, die vorstehend oder nachfolgend zu verschiedenen Ausführungsformen genannt oder gezeigt sind.
Die Erfindung umfasst ebenfalls einzelne Merkmale in den Figuren, auch wenn sie dort im Zusammenhang mit anderen Merkmalen gezeigt sind und/oder vorstehend oder nachfolgend nicht genannt sind. Auch können die in den Figuren und der Beschreibung beschriebenen Alternativen von Ausführungsformen und einzelne Alternativen deren Merkmale vom Erfindungsgegenstand beziehungsweise von den offenbarten Gegenständen ausgeschlossen sein. Die Offenbarung umfasst Ausführungsformen, die ausschließlich die in den Ansprüchen beziehungsweise in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale umfasst sowie auch solche, die zusätzliche andere Merkmale umfassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 91/13780 [0002]
DE 4334928 A1 [0003]
DE 19539954 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines Verbrennungsmotors, vorzugsweise eines Ottomotors oder Benzinmotors, beim Schalten eines mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Automatikgetriebes mit einer Betriebsarteinstelleinrichtung zum Einstellen mindestens einer ersten oder einer zweiten Betriebsart des Verbrennungsmotors beim Schaltvorgang, wobei die Betriebsarteinstelleinrichtung konfiguriert ist, die erste Betriebsart oder die zweite Betriebsart abhängig von mindestens einer der folgenden Größen, der Last, dem Moment oder der Drehzahl des Verbrennungsmotors auszuwählen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Betriebsarteinstelleinrichtung konfiguriert ist, das Drehmoment des Verbrennungsmotors während des Hochschaltvorgangs zu reduzieren, wobei in der ersten Betriebsart die Drehmomentreduktion über eine Reduktion der Luft- und Kraftstoffmenge erfolgt und in der zweiten Betriebsart die Drehmomentreduktion über eine Verstellung des Zündzeitpunkts des Verbrennungsmotors von einem optimalen Zündzeitpunkt zu einem späten Zündzeitpunkt erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Betriebsarteinstellungseinrichtung konfiguriert ist zum Einstellen einer dritten Betriebsart, wobei die dritte Betriebsart in einem mittleren Bereich mindestens einer der folgenden Größen die Last, das Moment oder die Drehzahl des Verbrennungsmotors eingestellt wird, während die erste Betriebsart in einem unteren Bereich mindestens einer der folgenden Größen die Last, das Moment oder die Drehzahl des Verbrennungsmotors eingestellt wird und die zweite Betriebsart in einem oberen Bereich mindestens einer der folgenden Größen die Last, das Moment oder die Drehzahl des Verbrennungsmotors eingestellt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei in der dritten Betriebsart während des Hochschaltvorgangs das Drehmoment des Verbrennungsmotors reduziert wird durch eine teilweise Reduktion der Luft- und Kraftstoffmenge und eine teilweise Verstellung des Zündzeitpunkts von einem optimalen Zündzeitpunkt zu einem späten Zündzeitpunkt, wobei vorzugsweise der Anteil an der Drehmomentreduktion durch Reduktion der Luft- und Kraftstoffmenge und der Anteil an der Drehmomentreduktion durch die Zündzeitpunktverstellung abhängig von der Last, dem Moment und der Drehzahl des Verbrennungsmotors in Stufen oder kontinuierlich variiert wird.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Betriebsarteinstelleinrichtung einen Speicher und eine Vergleichseinrichtung aufweist, wobei die Betriebsarteinstelleinrichtung konfiguriert ist zum Empfangen von Eingangsdaten von einer Motorsteuereinrichtung, die repräsentativ sind für die Last, das Moment und/oder die Drehzahl des Verbrennungsmotors, der Speicher konfiguriert ist zum Speichern von Referenzwerten und die Vergleichseinrichtung konfiguriert ist zum Vergleichen von empfangenen Eingangsdaten mit mindestens einem in dem Speicher gespeicherten Referenzwert und zum Ausgeben eines Vergleichsergebnisses, und wobei die Betriebsarteinstelleinrichtung konfiguriert ist zum Senden von Ausgangsdaten an die Motorsteuereinrichtung, die repräsentativ sind für die erste, zweite und optional dritte Betriebsart, abhängig von dem Vergleichsergebnis.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Betriebsarteinstelleinrichtung konfiguriert ist zum Empfangen von weiteren Eingangsdaten von einer Fahrmodus-Einstelleinrichtung zur Einstellung eines Fahrmodus und wobei die Betriebsarteinstelleinrichtung konfiguriert ist abhängig von den weiteren Eingangsdaten mindestens eine der ersten, zweiten oder optional vorhandenen dritten Betriebsart einzustellen.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche wobei die Betriebsarteinstelleinrichtung konfiguriert ist in der ersten Betriebsart die Luft- Kraftstoffmenge zu einem ersten Zeitpunkt zu reduzieren, der eine erste Zeitdauer vor einem Referenzzeitpunkt beim Hochschalten des Automatikgetriebes liegt, wobei die erste Zeitdauer vorzugsweise abhängig ist von mindestens einer der folgenden Größen der Last, dem Moment und der Drehzahl des Verbrennungsmotors und/oder wobei die Betriebsarteinstelleinrichtung konfiguriert ist in der zweiten Betriebsart den Zündzeitpunkt zu einem zweiten Zeitpunkt zu verstellen, der eine zweite Zeitdauer vor dem Referenzzeitpunkt beim Hochschalten des Automatikgetriebes liegt, wobei die zweite Zeitdauer vorzugsweise abhängig ist von mindestens einer der folgenden Größen der Last, dem Moment und der Drehzahl des Verbrennungsmotors und wobei vorzugsweise die erste Zeitdauer länger als die zweite Zeitdauer ist.
Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Verbrennungsmotors, vorzugsweise eines Ottomotors oder Benzinmotors, beim Schalten eines mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Automatikgetriebes mit den Schritten: Einstellen mindestens einer ersten oder einer zweiten Betriebsart des Verbrennungsmotors beim Schaltvorgang mittels einer Betriebsarteinstelleinrichtung, wobei die erste Betriebsart oder die zweite Betriebsart abhängig von mindestens einer der folgenden Größen, der Last, dem Moment oder der Drehzahl des Verbrennungsmotors auswählbar ist.
Verfahren nach Anspruch 8, mit dem weiteren Schritt: Reduzieren des Drehmoments des Verbrennungsmotors während des Hochschaltvorgangs, wobei in der ersten Betriebsart die Drehmomentreduktion über eine Reduktion der Luft- und Kraftstoffmenge erfolgt und in der zweiten Betriebsart die Drehmomentreduktion über eine Verstellung des Zündzeitpunkts des Verbrennungsmotors von einem optimalen Zündzeitpunkt zu einem späten Zündzeitpunkt erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, mit dem weiteren Schritt: Einstellen einer dritten Betriebsart, wobei die dritte Betriebsart in einem mittleren Bereich mindestens einer der folgenden Größen die Last, das Moment oder die Drehzahl des Verbrennungsmotors eingestellt wird, während die erste Betriebsart in einem unteren Bereich mindestens einer der folgenden Größen die Last, das Moment oder die Drehzahl des Verbrennungsmotors eingestellt wird und die zweite Betriebsart in einem oberen Bereich mindestens einer der folgenden Größen die Last, das Moment oder die Drehzahl des Verbrennungsmotors eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, mit dem weiteren Schritt: Reduzieren des Drehmoments des Verbrennungsmotors während des Hochschaltvorgangs in der dritten Betriebsart durch eine teilweise Reduktion der Luft- und Kraftstoffmenge und eine teilweise Verstellung des Zündzeitpunkts von einem optimalen Zündzeitpunkt zu einem späten Zündzeitpunkt, wobei vorzugsweise der Anteil an der Drehmomentreduktion durch Reduktion der Luft- und Kraftstoffmenge und der Anteil an der Drehmomentreduktion durch die Zündzeitpunktverstellung abhängig von der Last, dem Moment und der Drehzahl des Verbrennungsmotors in Stufen oder kontinuierlich variiert wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 11, mit den weiteren Schritten: Empfangen von Eingangsdaten von einer Motorsteuereinrichtung, die repräsentativ sind für die Last, das Moment und/oder die Drehzahl des Verbrennungsmotors, Speichern von Referenzwerten in einem Speicher der Betriebsarteinstelleinrichtung und Vergleichen von empfangenen Eingangsdaten mit mindestens einem in dem Speicher gespeicherten Referenzwert mittels einer Vergleichseinrichtung der Betriebsarteinstelleinrichtung und Ausgeben eines Vergleichsergebnisses, und Senden von Ausgangsdaten, die repräsentativ sind für die erste, zweite und optional dritte Betriebsart, abhängig von dem Vergleichsergebnis von der Betriebsarteinstelleinrichtung an die Motorsteuereinrichtung.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 12, mit den weiteren Schritten: Empfangen von weiteren Eingangsdaten von einer Fahrmodus-Einstelleinrichtung zur Einstellung eines Fahrmodus und Einstellen abhängig von den weiteren Eingangsdaten mindestens einer der ersten, zweiten oder optional vorhandenen dritten Betriebsart ein.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 13, mit den weiteren Schritten: Reduzieren in der ersten Betriebsart der Luft- Kraftstoffmenge zu einem ersten Zeitpunkt, der eine erste Zeitdauer vor einem Referenzzeitpunkt beim Hochschalten des Automatikgetriebes liegt, wobei die erste Zeitdauer vorzugsweise abhängig ist von mindestens einer der folgenden Größen der Last, dem Moment und der Drehzahl des Verbrennungsmotors und/oder Verstellen des Zündzeitpunkts zu einem zweiten Zeitpunkt, der eine zweite Zeitdauer vor dem Referenzzeitpunkt beim Hochschalten des Automatikgetriebes liegt, wobei die zweite Zeitdauer vorzugsweise abhängig ist von mindestens einer der folgenden Größen der Last, dem Moment und der Drehzahl des Verbrennungsmotors und wobei vorzugsweise die erste Zeitdauer länger als die zweite Zeitdauer ist.