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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung des
Kraftstoffverbrauchs von Brennkraftmaschinen, insbesondere ein Verfahren zur
Optimierung der Schubabschaltphase.
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Aufgrund
der gestiegenen Verantwortung der Kraftfahrzeughersteller im Hinblick
auf die Vermeidung von Umweltverschmutzung, ist die Reduzierung
des Kraftstoffverbrauchs von Brennkraftmaschinen ein ständiges Ziel.
Zu diesem Zweck sind moderne Ottomotoren nach dem heutigen Stand
der Technik mit einer so genannten Schubabschaltung ausgerüstet. Diese
Schubabschaltung beinhaltet, dass, sobald der Fahrer eines Kraftfahrzeugs
seinen Fuß vom Gas
nimmt, die Kraftstoffeinspritzung vom Motorsteuergerät abgeschaltet
wird. Diese Abschaltung der Kraftstoffzufuhr erfolgt solange, bis
ein bestimmter Drehzahlschwellenwert unterschritten wird. Dieser Drehzahlschwellenwert
dient dazu, dass der Motor nicht aufgrund von Kraftstoffmangel abstirbt.
Nach Unterschreiten des Drehzahlschwellenwerts wird die Kraftstoffeinspritzung
durch das Motorsteuergerät wieder
aktiviert. Bei dieser Aktivierung ist es erforderlich, dass ein
möglichst „weicher" Drehzahlübergang in
den Leerlauf der Brennkraftmaschine realisiert wird.
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Um
den obigen Ablauf zu gewährleisten,
stehen verschiedene Stellorgane zur Verfügung. Diese Stellorgane steuern
beispielsweise die Zündung
und die Einspritzung der Brennkraftmaschine. Eine wichtige Rolle
spielen ebenfalls die im Luftpfad- bzw. in der Luftzufuhr der Brennkraftmaschine
angeordneten Komponenten. Diese Komponenten umfassen beispielsweise
die Drosselklappe, den Leerlauffüllungssteller,
die Drallklappe und die Nockenwellensteller. Diese regeln die Luftzufuhr
bzw. die Luft-Zylinderfüllung
der Brennkraftmaschine, wodurch unter Einhaltung stöchiometrischer
Verhältnisse
die einzuspritzende Kraftstoffmenge beim Übergang in den Leerlaufzustand
bestimmt wird. Auf diese Weise wird ein bestimmter Drehmomentenverlauf
erzeugt, der für die
Qualität
des Übergangs
von der Schubabschaltphase in den Leerlauf bestimmend ist.
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Ist
bei diesem Übergang
das abgegebene Drehmoment der Brennkraftmaschine zu hoch, spürt der Fahrer
durch die Beschleunigung während
des Übergangs
einen deutlichen Ruck im Kraftfahrzeug. Ist das Drehmoment zu niedrig,
sinkt die Motordrehzahl zu tief ab. Bei diesem Vorgang besteht die
Gefahr, dass der Motor abstirbt.
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Im
Hinblick auf die Reduktion des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine
ist es vorteilhaft, die Schubabschaltphase solange wie möglich auszudehnen.
Dazu versucht man, den Motor bei einer Drehzahl über der Leerlaufdrehzahl zu
halten, da in diesem Zustand kein Kraftstoff verbraucht wird.
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Eine
Verlängerung
der Schubabschaltphase kann durch eine Reduzierung der Verlustmomente erreicht
werden. Derartige Verlustmomente sind beispielsweise die Drosselverluste
an einer geschlossenen Drosselklappe. Es bietet sich daher an, die
Drosselklappe beim Drehzahlabfall möglichst lange weit offen zu
halten. Als Nachteil zeigt sich jedoch in der Praxis, dass beim Übergang
von der Schubabschaltphase in den Leerlauf die Drosselklappe nicht
schnell genug geschlossen werden kann. Aufgrund des zu hohen Luftmassenstroms
in den Zylinder der Brennkraftmaschine wird unter Beibehaltung stöchiometrischer
Verhältnisse
die entsprechende Kraftstoffmenge eingespritzt und daher ein sehr
hohes Drehmoment erzeugt. Dieses Drehmoment kann auch durch einen
Zündwinkelrückzug nicht
ausreichend abgebaut werden. Daraus folgt für die Insassen des Kraftfahrzeugs
ein deutlich spürbares
und unkomfortables Ruckeln des Kraftfahrzeugs bzw. eine sprunghafte Drehmomentenzufuhr
durch den Motor. Obwohl sich Drosselklappen moderner Bauart schnell
verstellen lassen, befindet sich immer noch eine zu große Luftmenge
im Saugrohr der Brennkraftmaschine. Diese strömt in den Zylinder ein und
trägt zum
Drehmomentensprung bei.
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In
der Praxis bedeutet dies, dass parallel zum Drehzahlabfall die Drosselklappe
zugefahren werden muss und zum Zeitpunkt des Wiedereinsetzens bereits
nahezu geschlossen ist. Aufgrund der Drosselung erfolgt der Drehzahlabfall
dadurch sehr schnell, die Schubabschaltphase fällt entsprechend kurz aus und
es muss sehr früh
wieder Kraftstoff eingespritzt werden. Ähnlich verhält es sich bei anderen Ladungswechselorganen,
wie beispielsweise Leerlaufsteller oder Drallklappe.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur weiteren Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs einer Brennkraftmaschine bereitzustellen.
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Das
obige Problem wird durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Dieses
Verfahren stützt
sich auf die Nutzung schneller Ladungswechselorgane in der Brennkraftmaschine,
wodurch eine Kraftstoffersparnis bei gleichzeitiger Beibehaltung
des Fahrkomforts erzielt wird.
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Das
obige Verfahren gewährleistet
eine Optimierung einer Schubabschaltphase einer Brennkraftmaschine.
Es umfasst die folgenden Schritte: Erkennen einer Schubabschaltung
der Brennkraftmaschine, Reduzieren von Verlustmomenten der Brennkraftmaschine
in der Schubabschaltphase durch Öffnen
von mindestens einem Drosselorgan in einer Luftzufuhr der Brennkraftmaschine,
Verstellen einer Einlassnockenwelle der Brennkraftmaschine nach spät, so dass
durch eine Zylinder-Luftfüllung
der Brennkraftmaschine ein Übergangsdrehmoment
für einen Übergang
in einen Leerlauf, einen Teillast- oder einen Volllastbetrieb der
Brennkraftmaschine vorgegeben wird, und Einspritzen einer Kraftstoffmenge, wenn
das Übergangsdrehmoment
annähernd
einem Leerlauf-, einem Teillast- oder einem Volllastdrehmoment entspricht,
so dass ein weicher Übergang
zwischen der Schubab schaltphase und dem Leerlauf, dem Teillast-
oder dem Volllastbetrieb gewährleistet ist.
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Durch
die oben genannten Verfahrensschritte werden zunächst in einer Schubabschaltung
der Brennkraftmaschine die Verlustmomente an den Drosselorganen
der Brennkraftmaschine reduziert. Dies erfolgt durch Öffnen von
mindestens einem Drosselorgan, beispielsweise die Drosselklappe und/oder
die Drallklappe der Brennkraftmaschine. Gleichzeitig erfolgt die
Steuerung der dem Zylinder zugeführten
Luftmasse über
das Verstellen der Einlassnockenwelle anstatt über das Verstellen der Drosselklappe.
Auf diese Weise wird über
eine geeignete Zylinder-Luftfüllung
und die Anwendung stöchiometrischer
Verhältnisse
bei der Kraftstoffeinspritzung ein Übergangsdrehmoment vorgegeben.
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Um
die Schubabschaltphase so lange wie möglich auszudehnen, erfolgt
das Verstellen der Einlassnockenwelle unmittelbar vor Erreichen
einer Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine. Dies verhindert unnötige Verlustmomente
und trägt
zur weiteren Kraftstoffreduktion bei. Der Zeitpunkt des Verstellens
der Einlassnockenwelle wird bevorzugt durch das Erreichen eines
vorgegebenen Drehzahlschwellenwerts festgelegt.
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Als
weiteren Schritt umfasst das vorliegende Verfahren bevorzugt ein
Nachführen
des mindestens einen geöffneten
Drosselorgans in eine entsprechende Betriebsposition des Leerlaufs,
des Teillast oder des Volllastbetriebs, nachdem die Schubabschaltphase
beendet worden ist. Auf diese Weise wird schnellstmöglich zu
konventionellen Steuerungsverfahren im Leerlauf, Teillast- oder
Volllastbetrieb zurückgekehrt,
nachdem die Schubabschaltphase verlassen worden ist.
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Es
ist des Weiteren bevorzugt, die Einlassnockenwelle von spät in eine
entsprechende Betriebsposition für
Leerlauf, Teillast- oder
Volllastbetrieb zurückzustellen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird durch eine Brennkraftmaschine realisiert, die zumindest an ihrer
Einlassseite einen schnellen Ladungswechselphasensteller aufweist.
Elektrische Nockenwellenphasensteller, wie sie seit einiger Zeit
in der Automobilindustrie Anwendung finden, sind aufgrund ihrer hohen
Verstellgeschwindigkeit besonders geeignet. Diese Nockenwellenphasensteller
arbeiten mit dem Ziel, dass relatives Verdrehen der Nockenwelle
im Verhältnis
zur Kurbelwelle die in den Zylinder einströmende Frischgasmenge schnell
und signifikant beeinflusst. Bevorzugt findet das obige Verfahren
Anwendung bei der Strategie des Nockenwellenphasenstellers mit der
bekannten Bezeichnung „spätes Einlass
schließen". Das Einlassventil
der Brennkraftmaschine wird in diesem Fall erst deutlich nach dem unteren
Totpunkt (UT) geschlossen. Dadurch wird ein Teil der angesaugten
Frischluft wieder in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zurückgeschoben.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
des vorliegenden Verfahrens wird gemäß dem in der Figur dargestellten
Flussdiagramm erläutert.
Zunächst prüft die Motorsteuerung,
die bevorzugt das vorliegende Verfahren steuert, ob sich die Brennkraftmaschine
in einer Schubabschaltphase befindet bzw. ob die Schubabschaltung
aktiv ist. Die Schubabschaltung wird aktiviert, sobald der Fahrer
den Fuß vom Gaspedal
nimmt. In ihrem Verlauf wird kein Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt.
Ist die Schubabschaltung der Brennkraftmaschine nicht aktiv, bleibt
das vorliegende Verfahren solange in diesem Abfrageschritt, bis
das Einsetzen der Schubabschaltphase erkannt wird.
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Wird
eine Schubabschaltung erkannt, d.h. der Fahrer nimmt seinen Fuß vom Gas,
bleiben alle drosselnden Komponenten, z. B. Drosselklappe, Drallklappe,
etc., einer Luftzufuhr der Brennkraftmaschine zumindest teilweise
geöffnet.
Es ist weiterhin bevorzugt, die drosselnden Komponenten der Brennkraftmaschine
vollständig
zu öffnen.
Durch dieses Öffnen
verringern sich die Verlustmomente der Brennkraftmaschine, so dass
die Brennkraftmaschine bzw. der Motor nur geringfügig abgebremst
wird.
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Die
Figur beschreibt eine Ausführungsform des
vorliegenden Verfahrens, bei dem aus der Schubabschaltphase der Übergang
in den Leerlauf der Brennkraftmaschine erfolgt. Wie oben bereits
beschrieben, werden die drosselnden Komponenten der Brennkraftmaschine
geöffnet,
um Verlustmomente zu reduzieren und dadurch die Schubabschaltphase
so lange wie möglich
auszudehnen. Da die Schubabschaltphase ohne Kraftstoffzufuhr arbeitet,
erfolgt automatisch über
die Verlängerung
der Schubabschaltphase eine Kraftstoffeinsparung.
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Um
den Drehzahl abhängigen Übergang
von der Schubabschaltphase in den Leerlauf der Brennkraftmaschine
zu gewährleisten,
wird die Drehzahl der Brennkraftmaschine erfasst und überwacht. Während der Überwachung
der Drehzahl und somit des Verlaufs des Drehzahlabfalls wird gleichzeitig
erfasst, ob eine erneute Fahrerlastanforderung stattfindet. Eine
Fahrerlastanforderung erkennt man beispielsweise an einer Auslenkung
des Gaspedals, mit der der Fahrer einen Übergang der Brennkraftmaschine
in den Teillast- oder Volllastbetrieb anfordert. Erfolgt eine derartige
Fahrlastanforderung, geht die Motorsteuerung zu konventionellen
Steuermethoden in Abhängigkeit
von dem angeforderten Lastbetrieb der Brennkraftmaschine über. Das
bedeutet, dass zunächst
beim Übergang
die schnellen Nockenwellensteller eine entsprechende Luftmenge im
Zylinder der Brennkraftmaschine einstellen, so dass bei Einhaltung
stöchiometrischer
Verhältnisse
zwischen Kraftstoffmenge und Luftmenge im Zylinder ein ruckfreier Übergang
zwischen Schubabschaltphase und Lastbetrieb erfolgt. Dies folgt
in Analogie zum Übergang
zwischen Schubabschaltphase und Leerlauf, wie es unten näher erläutert ist.
Es wird lediglich das neu einzustellende Drehmoment im Lastbetrieb
der Brennkraftmaschine durch die zugeführte Luftmenge eingestellt,
bevor zum konventionellen Betrieb der Brennkraftmaschine übergegangen
wird. Die technische Grundlage bilden auch hier die schnellen Nockenwellensteller,
die anstelle oder in Ergänzung
zu den Drosselorganen die Luftmenge im Zylinder steuern.
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Um
den Übergang
von der Schubabschaltphase in den Leerlauf der Brennkraftmaschine
zu gewährleisten,
ohne dass die Brennkraftmaschine wegen zu langer Ausdehnung der
Schubabschaltphase abstirbt, wird ein Drehzahlschwellenwert definiert.
Erfasst das vorliegende Verfahren ein Unterschreiten dieses Drehzahlschwellenwerts,
wird der Übergang von
der Schubabschaltphase in den Leerlauf gestartet. Stellt das vorliegende
Verfahren bei Überwachung
der Drehzahl fest, dass der Drehzahlschwellenwert noch nicht unterschritten
ist, wird die Drehzahl bzw. der Drehzahlabfall der Brennkraftmaschine weiter
beobachtet.
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Der
obige Drehzahlschwellenwert ist bevorzugt derart gewählt, dass
er eine Drehzahl kurz vor Erreichen der Leerlaufdrehzahl vorgibt.
Somit erfolgt beim Übergang
von der Schubabschaltphase in den Leerlauf, d.h. bei Erreichen des
Drehzahlschwellenwerts und unmittelbar vor Erreichen der Leerlaufdrehzahl,
ein Verstellen der Einlassnockenwelle nach spät. Die Einlassnockenwelle wird
mit Hilfe der schnellen elektrischen Nockenwellenphasensteller soweit
nach spät
verstellt, dass die im Zylinder verbleibende Luftmenge gerade so
groß ist,
dass durch das aufgebaute Drehmoment der Brennkraftmaschine ein
weicher Übergang
von der Schubabschaltphase in den Leerlauf erfolgt. Zu diesem Zweck
wird die Kraftstoffeinspritzung erst dann wieder aktiviert, wenn
für die
Luftfüllung
genau der Wert eingestellt worden ist, der zur Darstellung des geforderten Übergangsdrehmoments
erforderlich ist. Nachdem die Zündung
und die Kraftstoffeinspritzung aktiviert worden sind, erfolgt der Übergang
von der Schubabschaltphase in den Leerlauf. Anschließend werden die
in der Luftzufuhr der Brennkraftmaschine vorhandenen drosselnden
Komponenten, wie beispielsweise Drosselklappe, Drallklappe, etc.,
nachgeführt
bzw. in ihre konventionelle Position zum Leerlaufbetrieb zurückgeführt. Parallel
dazu wird die Nockenwelle nach früh zurückgestellt und die Leerlaufdrehzahlregelung
erfolgt konventionell über
Zündwinkel
und Drosselklappenposition.
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Erfolgt
eine Lastanforderung von Seiten des Fahrers noch vor Unterschreiten
des Drehzahlschwellenwerts, so werden die am laufenden Prozess beteiligten
Komponenten in gleicher Weise wie beim Übergang in den Leerlauf derart
angesteuert, dass ein weicher und ruckelfreier Übergang in den Teillast- oder
Volllastbetrieb erfolgt.
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Der
wesentliche Vorteil des vorliegenden Verfahrens liegt darin, dass
nach dem Gaswegnehmen die anschließende Schubabschaltphase verlängert wird.
Auf diese Weise wird der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine
reduziert. Zudem werden durch das kontrollierte Wiedereinsetzen
mit Hilfe der Einlassphasenverstellung Komforteinbußen für den Fahrer
vermieden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei Brennkraftmaschinen,
die bereits mit schnellen Phasenstellern ausgestattet sind, keine
zusätzlichen
Komponenten zur Ausführung
des obigen Verfahrens installiert werden müssen. Dies begrenzt den Kostenaufwand
für das
obige Verfahren.