DE10131880B4

DE10131880B4 - Verfahren zur Steuerung des Übersetzungsverhältnisses und der Betriebsart bei Magerverbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE10131880B4
Application number: DE10131880.4A
Authority: DE
Inventors: Pramod K. Jain; Gopichandra Sumilla
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2014-03-06
Anticipated expiration: 2021-07-05
Also published as: GB0116378D0; GB2365542A; US6390948B1; GB2365542B; DE10131880A1

Abstract

Verfahren zur Regelung eines Antriebsstrangs (12) mit einem Automatikgetriebe (16) und einer Brennkraftmaschine (14), welche zumindest in einem Magerverbrennungs- und einem stöchiometrischen Modus betrieben werden kann, gekennzeichnet durch die Schritte: Bestimmung eines aktuellen Betriebsmodus des Motors (200); Bestimmung eines nächsten Betriebsmodus des Motors (202), wobei der aktuelle Betriebsmodus oder der nächste Betriebsmodus ein Magerverbrennungsmodus (158, 170) ist; und Auswahl zwischen folgenden Schritten in Abhängigkeit vom geschätzten Endzeitpunkt des aktuellen Betriebsmodus: (a) Verzögerung eines angeforderten Wechsels des Übersetzungsverhältnisses (212), falls der Verhältniswechsel nicht vor dem Übergang von dem aktuellen Betriebsmodus zum nächsten Betriebsmodus abgeschlossen werden kann; und (b) Verzögerung eines Überganges vom aktuellen Betriebsmodus zum nächsten Betriebsmodus (214), um genügend zeit dafür bereitzustellen, einen Wechsel des Übersetzungsverhältnisses zu vervollständigen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Steuerung des Gangwechsels und der NO_x-Reinigungszyklen bei einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang, der einen Magerverbrennungs- bzw. einen funkengezündeten Motor mit Direkteinspritzung (DISI) sowie ein Automatikgetriebe aufweist.
Wie allgemein bekannt, können Brennkraftmaschinen mit Magerverbrennung – einschließlich funkengezündeter Motoren mit Direkteinspritzung (DISI: direct injection, spark ignition) – in verschiedenen Mager-Betriebsarten bzw. -modi bezogen auf ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffverhältnis betrieben werden, wodurch die Pumpverluste reduziert werden können und die thermodynamische Effizienz des Motors verbessert werden kann. Der Einsatz der Magerverbrennungs-/DISI Motortechnologie kann somit zu signifikanten Verbesserungen hinsichtlich der Kraftstoffausnutzung führen. Um das im Magerbetrieb entstehende NO_x zu absorbieren, werden üblicherweise Katalysatoren, insbesondere Dreiwege-Katalysatoren oder NO_x-Fallen, eingesetzt. Diese Katalysatoren werden periodisch durch einen kurzzeitigen, gegenüber der Stöchiometrie fetten Betrieb gereinigt. Bei Betrieb mit einer Geschwindigkeitsregelung (cruise control) oder einem Betrieb mit leichter Beschleunigung kann zum Beispiel ein Magerbetriebszyklus von 30 bis 40 s von einem Reinigungszyklus von 2–3 s gefolgt werden. Während eines NO_x-Reinigungszyklus werden die Drosselklappe, die Zündung und die Kraftstoffeinspritzung dahingehend geregelt, dass ein relativ konstantes Motordrehmoment aufrechterhalten wird und somit die Einflüsse auf das Fahrzeugverhalten bzw. die Fahreigenschaften minimiert werden.
Aus der EP 888 921 A2 ist eine Steuerung eines automatischen Getriebes bekannt, bei der Gangwechsel unterbunden bzw. verzögert werden, wenn eine Katalysatorregenerierung stattfindet. Auf diese Weise soll verhindert werden, dass sich ein Gangwechsel störend auf den Zustandswechsel vom Magerbetrieb zum Fettbetrieb auswirken kann.
In ähnlicher Weise beschreibt die JP 11-12 97 85 A ein Verfahren, bei welchem eine Motorsteuerung über ein Signal einen Übergang zwischen einem stöchiometrischen Betrieb und einem Magerbetrieb an eine Getriebesteuerung anzeigt. Die Getriebesteuerung verhindert daraufhin einen Gangwechsel.
Die JP 08-19 35 35 A betrifft eine spezielle Brennkraftmaschine, bei der lastabhängig zwischen verschiedenen Kraftstoffinjektoren umgeschaltet werden kann. Dabei wird durch die Motorsteuerung sichergestellt, dass keine derartige Umschaltung erfolgt, wenn im zugehörigen automatischen Getriebe gerade ein Gangwechsel durchgeführt wird.
In der DE 196 53 231 A1 sind verschiedene Verfahren beschrieben, mit denen das Eingangsdrehmoment eines Getriebes beeinflusst werden kann.
Automatische Getriebe können beim Wechsel des Übersetzungsverhältnisses, insbesondere bei Gangschaltungsvorgängen und einer Betätigung bzw. einem Loslassen der Drehmomentwandlerkupplung, durch unvorhergesagte und unkontrollierte Motordrehmomentänderungen erheblich beeinflusst werden. Außerdem kann eine konsistente d. h. gleichbleibend zufriedenstellende Gangschaltungsqualität eine Modulation des Motordrehmoments während eines Gangwechselvorgangs erfordern. Um das Motordrehmoment zur Aufrechterhaltung einer konsistenten Schaltungsqualität zufriedenstellend regeln zu können, ist es wünschenswert, die Kontrolle der Luft-/Kraftstoffverhältniswechsel in einem DISI-Motor, wie sie zum Beispiel während NO_x-Reinigungszyklen auftreten können, mit der Schaltungssteuerung bzw. -planung des Automatikgetriebes zu koordinieren.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit in der Bereitstellung einer Anordnung und eines Verfahrens zur Synchronisation bzw. Koordination der Regelung eines DISI-Motors und eines Automatikgetriebes.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, eine Anordnung gemäß Anspruch 11 und ein computerlesbares Speichermedium gemäß Anspruch 12 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe ist es gemäß Anspruch 1 zur Regelung eines Antriebsstranges mit einem Automatikgetriebe und einer Brennkraftmaschine, die in wenigstens einem Magerverbrennungsmodus und einem stöchiometrischen Modus betrieben werden kann, vorgesehen, einen aktuellen Betriebsmodus des Motors zu bestimmen, den nächsten Betriebsmodus des Motors zu bestimmen und einen angeforderten Wechsel des Übersetzungsverhältnisses zu verzögern, wenn der Übersetzungswechsel nicht im Wesentlichen abgeschlossen werden kann, bevor vom aktuellen Betriebsmodus zum nächsten Betriebsmodus übergegangen wird.
Die vorliegende Erfindung bietet eine Reihe von Vorteilen. Zum Beispiel werden mit der vorliegenden Erfindung Probleme bezüglich der Fahreigenschaften, die durch die Wechselwirkung eines Luft-/Kraftstoff-Überganges eines Magerverbrennungs-/DISI-Motors mit einem Gangwechsel eines automatischen Getriebes verbunden sind, reduziert oder eliminiert, wie sie zum Beispiel während der periodischen NO_x-Reinigungszyklen auftreten können. Mit der vorliegenden Erfindung wird eine konsistente und vorhersagbare Gangschaltungsqualität gewährleistet, indem eine geeignete koordinierte Planung der Gangwechsel und der Betriebsmodi bei einem DISI-/Magerverbrennungs-Motor vorgenommen wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm, das den Betrieb einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung beziehungsweise eines Verfahrens zur Regelung oder Synchronisation eines automatischen Übersetzungswechsels mit einem NO_x-Reinigungszyklus in einem DISI-Motor darstellt;
2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Variationen des Luft/Kraftstoffverhältnisses und dem koordinierten Wechsel des Übersetzungsverhältnisses während eines typischen Betriebs eines DISI/Magerbetriebs-Motors; und
3 ein Flussdiagramm, welches den Betrieb einer Anordnung beziehungsweise Verfahrens zur Regelung eines Antriebsstranges mit einem Automatikgetriebe und einem DISI/Magerverbrennungs-Motor gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Wie ohne weiteres ersichtlich, ist der Einsatz der vorliegenden Erfindung unabhängig von der speziellen Motortechnologie, die zur erfindungsgemäßen Implementation eines Antriebsstranges mit einem DISI-Motor und einem Automatikgetriebe verwendet wird. Die vorliegende Erfindung kann zum Beispiel in herkömmlichen DISI-Motoren oder auch in Schichtladungsmotoren mit Direkteinspritzung (DISC: direct injection stratified charge) eingesetzt werden, bei welchen z. B. herkömmliche Anordnungen zur Nockenwellen-Ventilzeitsteuerung, variable Nockenwellen-Zeitsteuerungen oder variable Ventil-Zeitsteuerungsmechanismen vorgesehen sein können.
1 zeigt ein Blockdiagramm, welches den Betrieb einer Anordnung bzw. eines Verfahrens zur koordinierten Regelung eines DISI-Motors und eines Automatikgetriebes in Bezug auf den Gangwechselplan gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Der Ausdruck ”Verhältniswechsel” (”ratio change”) sowie ähnliche Ausdrücke werden verwendet, um einen Wechsel in dem Drehzahlverhältnis zwischen dem Eingang und dem Ausgang eines Automatikgetriebe zu bezeichnen. Wie ersichtlich, kann – abhängig von der speziellen Anwendung – das Eingangs-zu-Ausgangs-Verhältnis auf der Basis von verschiedenen Eingangsdrehzahlen, wie der Motordrehzahl oder der Turbinenwellendrehzahl, in Kombination mit verschiedenen Ausgangsdrehzahlen, wie der Raddrehzahl oder der Ausgangswellendrehzahl, bestimmt werden. Eine oder mehrere der Eingangs-/Ausgangsdrehzahlen kann bzw. können basierend auf verschiedenen Sensoren und den aktuellen Betriebsbedingungen gemessen, geschätzt oder abgeleitet werden. Ein ”Verhältniswechsel” soll einen Wechsel im Eingangs-zu-Ausgangs-Verhältnis bezeichnen, welcher durch einen Gangschaltungsvorgang oder die Ansteuerung des Drehmomentwandlers einschließlich der Drehmomentwandlerkupplung bewirkt werden kann. Bei der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform soll die Bezugnahme auf ein Heraufschalten bzw. ein Herunterschalten speziell einen Verhältniswechsel bezeichnen, welcher einen Gangschaltungsvorgang bzw. die Wahl eines neuen Gangverhältnisses beinhaltet, während Bezüge auf Sperrungen bzw. Entsperrungen (locks/unlocks) spezifisch für Verhältniswechsel sind, die von der Drehmomentwandlerkupplung gesteuert werden.
Die Anordnung 10 gemäß 1 enthält einen Fahrzeug-Antriebsstrang 12 mit einer Brennkraftmaschine 14, die an ein Automatikgetriebe 16 gekoppelt ist. Der Motor 14 ist vorzugsweise eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung und Funkenzündung (DISI). Dieser bzw. diese ist dahingehend ausgebildet, in einem oder mehreren Magerverbrennungsmodi bzw. -betriebsarten zu arbeiten. Der Antriebsstrang 12 weist weiterhin einen Regler 18 in Kommunikation mit dem Motor 14 und/oder dem Getriebe 16 auf, um verschiedene Informationen und Steuerungsfunktionen bereitzustellen. Der Motor 14 ist mit dem Getriebe 16 über eine Kurbelwelle 20 verbunden, welche mit der Getriebepumpe 22 und/oder dem Drehmomentwandler 24 verbunden ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Drehmomentwandler 24 um einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einer Pumpe bzw. einem Pumpenrad 26, welches selektiv fluidisch an eine Turbine 28 gekoppelt ist. Der Drehmomentwandler 24 kann weiterhin eine Wandler-Reibungskupplung oder Bypasskupplung 30 enthalten, durch welche eine selektive Reibungskopplung zwischen der Turbinenwelle 32 und der Eingangswelle 34 hergestellt werden kann.
Das Getriebe 16 ermöglicht mehrere Eingangs-zu-Ausgangs-Verhältnisse bzw. Gangverhältnisse entsprechend verschiedenen Zahnrädern, welche allgemein durch das Bezugszeichen 36 bezeichnet sind, und zugehörigen Reibungselementen wie Kupplungen, Bändern und dergleichen, wie im Stand der Technik bekannt. Durch die Zahnräder 36 werden in Verbindung mit dem Drehmomentwandler 24 selektive Reduktions- oder Multiplikationsverhältnisse zwischen der Turbinenwelle 32 und der Ausgangswelle 38 bereitgestellt. Das Automatikgetriebe 16 wird vorzugsweise über eine oder mehrere Schaltsolenoide bzw. -spulen, welche allgemein durch die Bezugsziffer 40 bezeichnet sind, elektronisch angesteuert.
In Abhängigkeit von der speziellen Anwendung kann die Ausgangswelle 38 an eine oder mehrere Achsen 42 über ein abschließendes Antriebsreduziergetriebe oder ein Differential 44 gekoppelt sein, welches ein oder mehrere Zahnräder, die allgemein durch das Bezugszeichen 46 bezeichnet sind, enthalten kann. Jede Achse 42 kann zwei oder mehrere Räder 48 mit entsprechenden Raddrehzahlsensoren 50 enthalten.
Der Antriebsstrang 12 enthält vorzugsweise mehrere Sensoren, die allgemein durch die Bezugsziffer 60 bezeichnet sind, die in Kommunikation mit entsprechenden Eingangsports 62 des Reglers 18 stehen, um die aktuellen Betriebs- und Umgebungsbedingungen des Antriebsstranges 12 zu erfassen bzw. zu überwachen. Eine Mehrzahl von Aktuatoren, welche allgemein mit der Bezugsziffer 64 bezeichnet sind, kommunizieren mit dem Regler 18 über die Ausgangsports 66.
Einer der Sensoren ist vorzugsweise ein Drosselklappenpositionssensor (TPS) 68, welcher die Winkelposition des Drosselklappenventils 70 überwacht, das im Einlass 72 angeordnet ist. Ein Luftmassenstromsensor (MAF) 74 stellt einen Wert entsprechend der durch den Einlass 72 fließenden Luftmasse bereit. Ein Temperatursensor (TMP) 76 stellt einen Temperaturwert des Motorkühlmittels oder alternativ der Temperatur des Motoröls bereit.
Wie ebenfalls in 1 dargestellt, überwacht ein Motordrehzahlsensor (RPM) 80 die Drehzahl der Kurbelwelle 20. In ähnlicher Weise überwacht ein Turbinendrehzahlsensor 82 die Drehzahl der Turbine 28 des Drehmomentwandlers 24. Ein weiterer Drehzahlsensor, der Fahrzeuqdrehzahlsensor (VSS) 84 stellt einen Wert entsprechend der Drehzahl der Ausgangswelle 38 bereit, welcher zur Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit basierend auf dem Verhältnis des Differentials 44 und der Größe der Räder 48 verwendet werden kann. Selbstverständlich können auch die Raddrehzahisensoren (WS1 und WS2) 50 zur Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit herangezogen werden.
Ein Gaspedal 58 wird durch den Fahrer betätigt, um die Ausgangsleistung des Antriebsstranges 12 zu regeln. Ein Pedalpositionssensor 54 stellt einen der Position des Gaspedals 58 entsprechenden Wert – vorzugsweise in Form von Zählwerten – bereit. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform entspricht eine ansteigende Anzahl von Zählwerten einer Anforderung für eine erhöhte Antriebsstrang-Ausgangsleistung. Vorzugsweise werden redundante Positionssensoren verwendet, wobei wenigstens ein Sensor eine negative Steigung hat, so dass einer abnehmenden Anzahl von Zählwerten bei diesem Sensor eine Anforderung für eine erhöhte Antriebsstrang-Ausgangsleistung entspricht. Ein Sensor für den Ansaugdruck (MAP) kann verwendet werden, um einen Wert entsprechend dem aktuellen Umgebungsdruck und dem Ansaugdruck bereitzustellen. Ein Abgassauerstoffsensor (EGO) 55 stellt einen Wert entsprechend dem Luft-/Kraftstoffverhältniss im Abgas bereit, welches einen Dreiwegekatalysator innerhalb des katalytischen Wandlers 57 passiert. Ein zweiter Katalysator 59 ist stromabwärts des katalytischen Wandlers 57 angeordnet, um in den Magerverbrennungsmodi des Motors 14 entstehendes NO_x-zusätzlich zu dem im Katalysator 57 festgehaltenen NO_x-zurückzuhalten. Der erste Katalysator 57 und der zweite Katalysator 59 werden periodisch gereinigt, wie detailliert anhand von 2 beschrieben werden wird.
Die Aktuatoren 64 werden verwendet, um Steuerungssignale bereitzustellen oder um die Bewegung von verschiedenen Vorrichtungen im Antriebsstrang 12 zu bewirken. Zu den Aktuatoren 64 können Aktuatoren zur Zeitsteuerung und die Zumessung von Kraftstoff (FUEL) 90, zur Steuerung der Zündwinkel oder der Zündzeitpunkte (SPK) 92, zur Festsetzung der Abgasrückführrate (EGR) 94 oder zur Anpassung der Einlassluft unter Einsatz der Drosselklappe 70 mit einem geeigneten Servomotor oder Aktuator (TP) 96 gehören. Das Automatikgetriebe 16 kann selektiv durch Ansteuerung der Getriebepumpe oder des Leitungsdruckes unter Verwendung eines geeigneten Aktuators (PP) 98 in Kombination mit Schaltspulen (SS1 und SS2) 40 angesteuert werden, welche zur Auswahl eines geeigneten Gangverhältnisses dienen. Das Automatikgetriebe 16 enthält vorzugsweise eine Drehmomentwandlerkupplung 30, die über einen geeigneten Aktuator oder eine Spule (CC) 104 ansteuerbar ist. Ferner ist vorzugsweise ein Temperatursensor 106 vorgesehen, um die Temperatur des Getriebeöls (TOT) zu bestimmen.
Bei dem Regler 18 handelt es sich vorzugsweise um einen mikroprozessorbasierten Regler, durch welchen eine integrierte Kontrolle des Motors 14 und des Getriebes 16 des Antriebsstranges 12 bereitgestellt wird. Selbstverständlich kann die vorliegende Erfindung – je nach dem speziellen Anwendungsfall – auch mittels separater Motor- und Getrieberegler umgesetzt werden. Der Regler 18 enthält einen Mikroprozessor 110, der über einen Daten-/Steuerbus 114 mit den Eingangsports 62, den Ausgangsports 66 und einem computerlesbaren Medium 112 in Verbindung steht. Das computerlesbare Medium 112 kann verschiedene Arten von flüchtigem oder nicht flüchtigem Speicher, wie zum Beispiel Schreib-/Lesespeicher (RAM) 116, Nur-Lese-Speicher (ROM) 118 sowie einen nicht flüchtigen Keep-Alive-Speicher (KAM) 120 aufweisen. Diese funktionalen Beschreibungen der verschiedenen flüchtigen bzw. nicht flüchtigen Speichertypen können durch vielfältige bekannte physikalische Vorrichtungen implementiert werden, zu denen beispielsweise EPROMs, EEPROMs, PROMs, Flash Memory-Bausteine od dgl. gehören. Das computerlesbare Medium 112 enthält Daten, welche durch den Mikroprozessor 110 ausführbare Befehle repräsentieren, um das Verfahren zur koordinierten Regelung des Gangwechsels und des DISI-Motorbetriebs gemäß der vorliegenden Erfindung zu implementieren.
2 zeigt ein Diagramm, das die Variationen des Luft-/Kraftstoffverhältnisses und den entsprechend koordinierten Gangwechselplan während eines repräsentativen Betriebs eines DISI-/Magerverbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In dem Diagramm sind verschiedene Betriebsmodi für den Magerverbrennungs-/DISI-Motor gezeigt, bei denen Luft-/Kraftstoff-Äquivalenzverhältnisse zwischen etwa 0,7 und 1,3 vorgesehen sind, d. h. Luft-/Kraftstoffverhältnisse von etwa 10:1 bis etwa 19:1 im Vergleich zu einem stöchiometrischen Verhältnis von etwa 14,6:1. Während einer ersten, durch das Bezugszeichen 150 bezeichneten Zeitdauer wird der Motor in einem rückgekoppelten stöchiometrischen Modus betrieben mit einem Äquivalenzverhältnis von etwa 1,0 entsprechend einem Luft-/Kraftstoffverhältnis von etwa 14,6;1. Ein rückgekoppelter Betrieb wird durch die Überwachung der Feedgas-Emissionen unter Verwendung eines geeigneten Sensors – wie eines Abgassauerstoffsensors (EGO) – realisiert. Der Luftfluss bzw. der Luftmassenstrom und/oder die Kraftstoffmenge werden geregelt, um – wie dargestellt – ein stöchiometrisches Verhältnis für die Verbrennung unter nur geringfügigen Variationen zu gewährleisten. Im stöchiometrischen Betrieb wird eine kurze Verzögerung 152 von etwa 5 s durchlaufen, bevor zum ersten Mal in den Magerbetriebsmodus übergegangen wird. Vor dem Übergang in den Magerbetriebsmodus wird – im Anschluß an die Verzögerung 152 – noch ein NO_x-Reinigungszyklus durchlaufen. Wie vorstehend beschrieben, wird der NO_x-Reinigungszyklus durch einen kurzzeitigen, periodischen Betrieb bei einem relativ zur Stöchiometrie fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis realisiert. Beispielsweise kann – falls eine Geschwindigkeitsregelung (cruise control) aktiv ist bzw. während einer leichten Beschleunigung – ein Magerverbrennungsmodus von 30–45 s von einem zweiten NO_x-Reinigungsmodus 154 von 2–3 s Dauer gefolgt werden.
Ein Übergangsmodus 156 schließt den aktuellen Betriebsmodus rampenförmig an den nächsten Betriebsmodus 158 an. Im dargestellten Beispiel verläuft der Übergangsmodus 156 rampenförmig vom NO_x-Reinigungsmodus 154 über die Stöchiometrie zu einem Luft-/Kraftstoffverhältnis mit Magerverbrennung 158. Eine typische Übergangszeit liegt bei etwa 150 ms. Der Motor arbeitet anschließend in dem Magerverbrennungsmodus 158 für eine zeit von beispielsweise etwa 30–45 s. Wie nachstehend detaillierter erläutert wird, kann der Magerverbrennungsmodus 158 ausgedehnt werden, wenn ein Gangwechsel gegen Ende des Magerverbrennungsmodus 158 verlangt wird – wie durch den Abschnitt 160 angedeutet –, um die Vollendung des Gangwechselvorgangs zu ermöglichen (vgl. Ziffer 162). Ein weiterer, etwa 150 ms dauernder Übergang 164 überführt das Luft-/Kraftstoffverhältnis rampenförmig aus dem Magerverbrennungsmodus in einen NO_x-Reinigungsmodus 166 mit einem fetten Verhältnis. Ein nachfolgender Übergang 168 von ebenfalls etwa 150 ms zum Magerverbrennungsmodus 170 wird gefolgt von einem Übergang 172, bei dem das Luft-/Kraftstoffverhältnis rampenförmig verändert wird, um den Magerverbrennungsmodus zu verlassen, zum Beispiel dann, wenn das vom Fahrer angeforderte Drehmoment entweder zu hoch oder zu niedrig ist. Danach wird ein NO_x-Reinigungszyklus 174 nach Verlassen des Magerverbrennungsmodus 170 und vor dem Eintreten in einen rückgekoppelten stöchiometrischen Betrieb ausgeführt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Wechsel im Übersetzungsverhältnis mit dem jeweiligen Motorbetriebsmodus koordiniert, um das Fahrverhalten zu verbessern und eine konsistente Schaltqualität zu gewährleisten. Die Linie 178 in 2 veranschaulicht verschiedene Betriebsperioden, bei denen ein Heraufschalten des Getriebes verzögert werden kann, während die Linie 180 Perioden veranschaulicht, bei denen erfindungsgemäß ein Herunterschalten des Getriebes verzögert werden kann. Während des Betriebs in den stöchiometrischen und den NO_x-Reinigungsmodi, die durch die Perioden 150, 152 und 154 dargestellt sind, werden angeforderte Gangwechsel ausgeführt, wenn diese verlangt werden, ohne dass eine zusätzliche Verzögerung eingeschoben wird. Während des durch die Perioden 150 und 152 dargestellten stöchiometrischen Betriebsmodus können die Zündung, der Kraftstofffluss und/oder der Luftfluss für eine Drehmomentmodulation bei Anwendungen und/oder Gangwechseln herangezogen werden, bei denen eine derartige Drehmomentmodulation gewünscht ist. Zusätzlich kann der stöchiometrischer Betrieb ausgedehnt werden, um den Abschluss eines Gangwechselvorgangs zu erlauben.
Während eines NO_x-Reinigungszyklus 154 und vor dem ersten Eintreten in einen Magerverbrennungsmodus wird keine zusätzliche Verzögerung bei einem Gangwechsel eingeschoben. In diesem Fall wird sowohl das Heraufschalten als auch das Herunterschalten ausgeführt, sobald es veranlasst wurde. Wenn ein Gangwechsel ausgeführt wird, wenn der Modus 154 endet, geht der Betrieb zum stöchiometrischen Modus über, bis der Gangwechsel abgeschlossen ist, bevor der Übergang zum Magerverbrennungsmodus begonnen wird. Während sich der Motor im Modus 154 befindet, kann eine Drehmomentmodulation mittels einer Zündungsverzögerung und/oder einer Luftflussänderung ausgeführt werden, sofern dies gewünscht ist.
Bei dem Übergang 156 zum Magerverbrennungsmodus wird ein Heraufschalten des Getriebes bis zum Start des Magerverbrennungsmodus 158 verzögert. Abhängig von der speziellen Anwendung kann das Heraufschalten bereits geringfügig vor dem Ende des Überganges 156 initiiert werden. Wie durch die Linie 180 angedeutet, können Herunterschaltvorgänge, die durch ein Tip-in-(kurzer Gaspedalimpuls) oder ein Kickdown-Ereignis verursacht werden, ähnlich wie das Heraufschalten bis zum Beginn des Magerverbrennungsmodus 158 verzögert werden, oder diese können bis zu einem nachfolgenden NO_x-Reinigungsmodus verzögert werden.
Während des Betriebs im Magerverbrennungsmodus 158 sollte die vorausschauende Schaltplanung mit einem vorausschauenden Modusübergang koordiniert werden. Wenn z. B. der Modus 158 im Begriff ist zu enden (basierend auf Schätzungen), wie durch die Periode 160 angedeutet, kann ein Gangwechsel, wenn dieser befohlen wird, sofort ausgeführt werden, wobei der Magerverbrennungsmodus 158 – wie anhand der Periode 162 dargestellt – ausgedehnt wird, bis der Gangwechsel abgeschlossen ist. Während dieses Betriebsmodus wird die Beeinflussung des Drehmoments vorzugsweise primär über die Funkenzündung durchgeführt. Für Magerverbrennungsanwendungen kann auch der Luftfluss verändert werden, um eine Drehmomentmodulation zu realisieren. Bei DISI-Anwendungen wird vorzugsweise die Kraftstoffeinspritzung zusammen mit der Zündung verändert, um eine Drehmomentmodulation während des Gangwechsels zu realisieren. Bei einem durch ein Tip-in- oder Kickdown-Ereignis verursachten Herunterschalten wird der Gangwechsel vorzugsweise bis zum stöchiometrischen oder NO_x-Reinigungsmodus verzögert.
Während des Überganges 164 wird vorzugsweise sowohl das Heraufschalten als auch das Herunterschalten bis zum Beginn des NO_x-Reinigungsmodus 166 verzögert. Abhängig vom jeweiligen speziellen Anwendungsfall kann eine gewisse Überlappung erlaubt werden. Während des NO_x-Reinigungsmodus 166 angeforderte Gangwechsel werden vorzugsweise sofort ausgeführt, ohne dass eine zusätzliche Verzögerung eingelegt wird. In diesem Modus kann insbesondere eine Zündungsverzögerung verwendet werden, um während des Gangwechsels eine Drehmomentmodulation zu realisieren. Wenn der NO_x-Reinigungsmodus 166 während eines Gangwechsels endet, wird der Motor vorzugsweise im stöchiometrischen Modus betrieben, bis der Gangwechsel vollendet ist.
Der Betrieb während des Überganges 168 und des Magerverbrennungsmodus 170 verläuft wie anhand der Modi 156 und 158 beschrieben. Für den Fall, dass rampenförmig in den stöchiometrischen Modus übergegangen werden soll, um – wie durch die Periode 172 dargestellt – aufgrund des vom Fahrer angeforderten Drehmoments den Magerverbrennungsmodus zu verlassen, werden Gangwechsel vorzugsweise bis zum NO_x-Reinigungsmodus 174 verzögert. Für während des Betriebs im stöchiometrischen Modus 176 verlangte Gangwechsel werden keine zusätzlichen Verzögerungen auferlegt.
In 3 ist ein Diagramm dargestellt, welches den erfindungsgemäßen Betrieb von Anordnungen und Verfahren zur koordinierten Regelung eines DISI-/Magerverbrennungs-Motors und eines automatischen Getriebes speziell während NO_x-Reinigungszyklen des DISI-Motors veranschaulicht. Das Diagramm repräsentiert die allgemeine Steuerungslogik einer Ausführungsform einer Anordnung bzw. eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie ohne weiteres ersichtlich, kann das Diagramm mittels einer oder mehrerer bekannter Verarbeitungsstrategien, wie z. B. ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading od. dgl. ausgeführt werden. Verschiedene dargestellte Schritte oder Funktionen können in der dargestellten Reihenfolge oder auch parallel ausgeführt werden, oder sie können in einigen Fallen auch ausgelassen werden. In ähnlicher Weise ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung zu erzielen, sondern diese ist nur zur Erleichterung einer anschaulichen Beschreibung vorgesehen. Ohne dass dies explizit dargestellt ist, wird der Fachmann erkennen, dass einer bzw. eine oder mehrere der dargestellten Schritte oder Funktionen abhängig von der speziellen verwendeten Verarbeitungsstrategie wiederholt ausgeführt werden kann bzw. können.
Die Steuerungslogik wird vorzugsweise primär mittels Software implementiert, welche von einem mikroprozessorbasierten Motorregler ausgeführt wird. In Abhängigkeit von der speziellen Anwendung kann die Steuerungslogik selbstverständlich auch mittels Software, Hardware oder einer Kombination von Software und Hardware implementiert werden. Wenn die Steuerungslogik mittels Software implementiert ist, wird diese vorzugsweise in einem computerlesbaren Speichermedium bereitgestellt, welches gespeicherte Daten enthält, die von einem Computer ausführbare Befehle zur Regelung des Motors repräsentieren. Das computerlesbare Speichermedium oder die Medien können aus einer Vielzahl bekannter physikalischer Vorrichtungen gewählt werden, welche elektrische, magnetische und/oder optische Einrichtungen verwenden, um vorübergehend oder dauerhaft ausführbare Instruktionen und zugehörige Kalibrierungsinformationen, Betriebsvariablen ad. dgl. zu speichern.
In Block 200 von 3 ist die Bestimmung des aktuellen Betriebsmodus dargestellt. Weiterhin ist in Block 202 die Bestimmung des nächsten geplanten Betriebsmodus dargestellt. Wie vorstehend beschrieben, können die Betriebsmodi einen stöchiometrischen Modus 204, einen Magerverbrennungsmodus 206, einen NO_x-Reinigungsmodus 208 sowie einen rückgekoppelten stöchiometrischen Modus 210 umfassen. Abhängig von dem aktuellen und dem nächsten Betriebsmodus kann in Block 212 der Gangwechsel verzögert werden, wenn vorauszusehen ist, dass der Gangwechsel nicht vor dem Übergang zum nächsten Betriebsmodus abgeschlossen werden kann oder wenn der Gangwechsel zu verschlechterten Fahreigenschaft führen würde. Alternativ kann gemäß Block 214 der aktuellen Betriebsmodus ausgedehnt werden, damit eine ausreichende Zeit zur Vervollständigung des Gangwechsels zur Verfügung steht.
Wie vorstehend anhand von 2 beschrieben, kann der nächste Betriebsmodus modifiziert werden, um diesen an den Gangwechsel anzupassen. Zum Beispiel kann ein während eines NO_x-Reinigungsmodus angeforderter Gangwechsel, welcher vor dem Ende des NO_x-Reinigungsmodus noch nicht abgeschlossen ist, Anlass dazu geben, dass als nächster Betriebsmodus ein stöchiometrischer Modus anstelle der Rampe zum Magerverbrennungsmodus gewählt wird.
In Block 216 wird bestimmt, ob eine Drehmomentmodulation während des Gangwechsels gewünscht oder erforderlich ist. Eine Drehmomentmodulation kann eingesetzt werden, um die Schaltqualität für ausgewählte Übersetzungswechsel zu verbessern, welche je nach Anwendungsfall variieren können. Wenn die Drehmomentmodulation eingesetzt werden soll, wird in Block 218 der speziellen Drehmomentaktuator basierend auf dem aktuellen Betriebsmodus und der Motortechnologie gewählt. Zündungs-, Kraftstoff- und/oder Luftflussbeeinflussung können allein oder in Kombination verwendet werden, um das gewünschte Drehmoment während des Gangschaltvorgangs in Abhängigkeit von dem aktuellen Motorbetriebsmodus zu erzielen.
Mit der vorliegenden Erfindung können die die Fahreigenschaften betreffende Probleme eliminiert werden, welche mit der Interaktion von Luft-/Kraftstoffübergängen bei Magerverbrennungs-/DISI-Motoren einerseits und Gangwechseln eines automatischen Getriebes andererseits verbunden sind. Die koordinierte Kontrolle des Gangwechsels und des Motorbetriebs gewährleistet eine konsistentere und vorhersagbarere Qualität der Schaltvorgänge.

Claims

Verfahren zur Regelung eines Antriebsstrangs (12) mit einem Automatikgetriebe (16) und einer Brennkraftmaschine (14), welche zumindest in einem Magerverbrennungs- und einem stöchiometrischen Modus betrieben werden kann, gekennzeichnet durch die Schritte: Bestimmung eines aktuellen Betriebsmodus des Motors (200); Bestimmung eines nächsten Betriebsmodus des Motors (202), wobei der aktuelle Betriebsmodus oder der nächste Betriebsmodus ein Magerverbrennungsmodus (158, 170) ist; und Auswahl zwischen folgenden Schritten in Abhängigkeit vom geschätzten Endzeitpunkt des aktuellen Betriebsmodus: (a) Verzögerung eines angeforderten Wechsels des Übersetzungsverhältnisses (212), falls der Verhältniswechsel nicht vor dem Übergang von dem aktuellen Betriebsmodus zum nächsten Betriebsmodus abgeschlossen werden kann; und (b) Verzögerung eines Überganges vom aktuellen Betriebsmodus zum nächsten Betriebsmodus (214), um genügend zeit dafür bereitzustellen, einen Wechsel des Übersetzungsverhältnisses zu vervollständigen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Betriebsmodus ein Magerverbrennungsmodus (158, 170) und der nächste Betriebsmodus ein stöchiometrischer Betriebsmodus (150, 152, 176) oder ein NO_x-Reinigungsmodus (154, 166, 174) ist, und dass der Schritt der Verzögerung des Verhältniswechsels beinhaltet, dass der Verhältniswechsel nur dann verzögert wird, wenn ein Heraufschalten durchgeführt werden soll.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Betriebsmodus ein Magerverbrennungsmodus (160, 170) und der nächste Betriebsmodus ein NO_x-Reinigungsmodus (166, 174) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Betriebsmodus der stöchiometrische Modus (150, 152), der nächste Betriebsmodus der Magerverbrennungsmodus (158), der angeforderte Wechsel des Übersetzungsverhältnisses ein Heraufschalten ist, und dass das Heraufschalten bis zum Beginn des Magerverbrennungsmodus verzögert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Betriebsmodus der stöchiometrische Modus (150, 152), der nächste Betriebsmodus der Magerverbrennungsmodus (158), der angeforderte Wechsel des Übersetzungsverhältnisses ein Herunterschalten ist, und dass das Herunterschalten verzögert wird bis zum Beginn des Magerverbrennungsmodus oder bis zum Beginn eines nachfolgenden NO_x-Reinigungsmodus (166).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Betriebsmodus ein NO_x-Reinigungsmodus (154, 166, 174) ist, und dass der angeforderte Wechsel des Übersetzungsverhältnisses nicht abgeschlossen wird, bevor der aktuelle Betriebsmodus endet, wobei das Verfahren weiterhin den Betrieb im stöchiometrischen Modus umfasst, bis der Verhältniswechsel vervollständigt worden ist, bevor zum Magerverbrennungsmodus übergegangen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch den Schritt der Modulation des Motordrehmomentes während des Wechsels des Übersetzungsverhältnisses unter Verwendung einer Zündungsverzögerungs- und Luftflussbeeinflussung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Betriebsmodus der Magerverbrennungsmodus (158, 170) ist, und dass das Verfahren weiterhin die Modulation des Motordrehmoments während des Wechsels des Übersetzungsverhältnisses unter Verwendung einer Zündungsverzögerung zur primärem Drehmomentbeeinflussung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine ein Motor mit Direkteinspritzung und Funkenzündung ist, und dass die Modulation des Motordrehmoments während des Wechsels des Übersetzungsverhältnisses weiterhin die Beeinflussung der Kraftstoffeinspritzung zur Drehmomentmodulation enthält.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine ein Magerverbrennungsmotor ist, und dass die Modulation des Motordrehmoments während des Wechsels des Übersetzungsverhältnisses eine Modulation des Luftflusses zur Drehmomentmodulation enthält.
Anordnung zur Regelung eines Antriebsstranges (12), enthaltend: ein Automatikgetriebe (16); eine Brennkraftmaschine (14), die wenigstens in einem Magerverbrennungs- und einem stöchiometrischen Modus betrieben werden kann; einen Regler (18) in Kommunikation mit dem Automatikgetriebe und der Brennkraftmaschine; dadurch gekennzeichnet, dass der Regler dahingehend ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.
Computerlesbares Speichermedium mit gespeicherten Daten, welche von einem Computer ausführbaren Befehlen zur Regelung eines Antriebsstranges (12) mit einem Automatikgetriebe (16) und einer Brennkraftmaschine (14) entsprechen, wobei die Brennkraftmaschine zumindest in einem Magerverbrennungsmodus und einem stöchiometrischen Modus betrieben werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das computerlesbare Speichermedium Anweisungen zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst.