DE102005062123B4 - Verfahren und Vorrichtungen zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10) eines Kraftfahrzeugs (14), bei dem bei einem Eingriff einer Fahrstabilitätsfunktion (46) ein Soll-Drehmoment (Msoll) gegenüber einem Fahrerwunschmoment (Mfawu) abgesenkt wird, und mindestens während eines Teils des Zeitraums mit abgesenktem Soll-Drehmoment (Msoll) eine Soll-Luftfullung oder eine entsprechende Größe (MLsoll) mit einem Offset (OS1) beaufschlagt wird, derart, dass ein auf der Luftfüllung basierendes Ist-Drehmoment (MList) größer ist als ein auf einem Zündwinkel (ZW) basierendes Ist-Drehmoment (MZist), dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Luftfüllung oder die entsprechende Größe (MLsoll) mit dem Offset (OS1) spätestens unmittelbar nach Erreichen des abgesenkten Soll-Drehmoments beaufschlagt wird und die Soll-Luftfüllung oder eine entsprechende Größe (MLsoll) gegen Ende des Eingriffs mit einem zusätzlichen Offset (OS2) beaufschlagt wird.
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs nach Anspruchs 1. Gegenstand der Erfindung sind ferner ein Computerprogramm, ein elektrisches Speichermedium sowie eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach den Oberbegriffen der nebengeordneten Patentansprüche.
- Aus der
DE 102 25 448 A1 ist bekannt, während eines Schaltvorgangs eine Drehmomentreserve vorzugeben, indem die Drosselklappe stärker geöffnet wird als es für die Erzielung des Soll-Drehmoments erforderlich wäre und indem im Gegenzug der Zundwinkel so verstellt wird, dass das Ist-Drehmoment dennoch möglichst gut dem Soll-Drehmoment entspricht. Wenn das Soll-Drehmoment plötzlich stark ansteigt, kann durch eine entsprechende Verstellung des Zündwinkels das Ist-Drehmoment dem Soll-Drehmoment ohne Zeitverzug nachgeführt werden. - Aus der
DE 42 32 973 A1 ist ferner bekannt, mit dem Aufsteuern der Drosselklappe zu beginnen, bevor das Soll-Drehmoment ansteigt, und gleichzeitig den Zündwinkel nach spät zu verstellen. Auf diese Weise verfügt man dann, wenn das Soll-Drehmoment ansteigt, über eine gewisse Drehmomentreserve. So kann das Ist-Drehmoment dem Soll-Drehmoment gut Folge leisten. - Vom Markt her bekannt sind ferner Fahrstabilitätsfunktionen, beispielsweise unter dem Begriff ESP oder ASR. Im Rahmen solcher Fahrstabilitätsfunktionen wird ein drohender instabiler Fahrzustand des Kraftfahrzeugs erkannt und das Drehmoment der Brennkraftmaschine gegebenenfalls reduziert, um das Kraftfahrzeug in einem beherrschbaren Betriebszustand zu halten. Hierzu wird beispielsweise von einem Steuergerät der Fahrstabilitätsfunktion ein Soll-Drehmoment gegenüber einem Fahrerwunschmoment abgesenkt. Das Fahrerwunschmoment wird vom Fahrer des Kraftfahrzeugs beispielsweise durch die Stellung des Gaspedals vorgegeben.
- Des Weiteren ist aus der nachveröffentlichten
DE 10 2005 050 785 A1 ein Gegenstand nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 4 bekannt. Ferner sind das nachveröffentlichte DokumentDE 10 2005 029 965 A1 und dieWO 2005/093238 A1 - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, welches bei einem Eingriff einer Fahrstabilitätsfunktion eine sehr schnelle Änderung des von der Brennkraftmaschine erzeugten Drehmoments gestattet.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 4 gelöst. Weitere Lösungsmöglichkeiten finden sich in nebengeordneten Patentansprüchen, die ein Computerprogramm, ein elektrisches Speichermedium, sowie eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung betreffen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
- Vorteile der Erfindung
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auf einfache Art und Weise eine Drehmomentreserve geschaffen. Dies bedeutet, dass während eines Eingriffs einer Fahrstabilitätsfunktion für den Zündwinkel ein ausreichender Verstellbereich zur Verfügung steht, um das Ist-Drehmoment möglichst gut dem Soll-Drehmoment nachzuführen. Erreicht wird dies, indem die Luftfüllung oder eine entsprechende Größe, beispielsweise ein auf der Luftfüllung basierendes Soll-Drehmoment, während des Eingriffs und bei abgesenktem Drehmoment und auf jeden Fall vor Beendigung des Eingriffs mit einem Offset (einem positiven Offset) beaufschlagt wird. In der Folge öffnet die Drosselklappe, was eine Abweichung des auf der Luftfüllung basierenden Ist-Drehmoments vom Soll-Drehmoment zur Folge hat.
- Damit dennoch das Ist-Drehmoment dem Soll-Drehmoment möglichst gut folgt, muss sich der Zündwinkel um einen entsprechenden Wert verschlechtern. In der Folge kann der Zündwinkel in beiden Richtungen ausreichend verstellt werden, so dass das Ist-Drehmoment gut und vor allem sehr schnell dem Soll-Drehmoment folgen kann. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher letztlich die Sicherheit im Betrieb des Kraftfahrzeugs verbessert, da die Fahrstabilitätsfunktion das Drehmoment der Brennkraftmaschine äußerst schnell in jeder Richtung beeinflussen kann.
- Um möglichst während des gesamten Eingriffs der Fahrstabilitätsfunktion den Vorteil einer besonders schnellen Änderung des Drehmoments der Brennkraftmaschine bereitstellen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Soll-Luftfüllung oder die entsprechende Größe mit dem Offset spätestens unmittelbar nach Erreichen des abgesenkten Soll-Drehmoments beaufschlagt wird.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Soll-Luftfüllung oder eine entsprechende Größe gegen Ende des Eingriffs mit einem zusätzlichen Offset beaufschlagt wird. Hierdurch wird verhindert, dass es in der Phase der Erhöhung des Drehmoments nach dem Zeitraum mit abgesenktem Drehmoment zu der Situation kommt, dass ein ausreichender Verstellbereich des Zündwinkels nicht mehr vorliegt. Diese auch als „Prädiktion“ bezeichnete Verwendung eines zusätzlichen Offsets verbessert den Wiederaufbau des Drehmoments nach einer vorhergehenden Absenkung.
- Um Rechenressourcen zu sparen, sollte der Offset konstant sein.
- Der Drehmomentwunsch, der von einer Fahrstabilitätsfunktion „geäußert“ wird, ist im Allgemeinen nur sehr wenig vorhersehbar. Es muss also grundsätzlich während eines Eingriffs jederzeit sowohl mit einer Erhöhung des Drehmoments als auch mit einer Erniedrigung gerechnet werden. Daher ist es besonders vorteilhaft, wenn der Offset so gewählt ist, dass ein Zündwinkel, mit dem ein auf dem Zündwinkel basierendes Ist-Drehmoment eingestellt wird, in der drehmomentbasierten Mitte zwischen einem optimalen Zündwinkel und einem spätest möglichen Zündwinkel liegt. Damit ist der mögliche Verstellbereich des Drehmoments, also die Drehmomentreserve zu beiden Seiten des aktuellen Betriebszustandes in etwa gleich groß.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Soll-Luftfüllung oder eine entsprechende Größe gegen Ende des Eingriffs mit einem zusätzlichen Offset beaufschlagt wird. Hierdurch wird verhindert, dass es in der Phase der Erhöhung des Drehmoments nach dem Zeitraum mit abgesenktem Drehmoment zu der Situation kommt, dass ein ausreichender Verstellbereich des Zündwinkels nicht mehr vorliegt. Diese auch als „Prädiktion“ bezeichnete Verwendung eines zusätzlichen Offsets verbessert den Wiederaufbau des Drehmoments nach einer vorhergehenden Absenkung.
- Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass die Soll-Luftfullung oder die entsprechende Größe auf Anforderung eines Fahrstabilitätssteuergeräts, mit dem zusätzlichen Offset beaufschlagt wird. Dies beispielsweise dann, wenn das Fahrstabilitätssteuergerät entscheidet, dass der Eingriff nunmehr beendet werden soll. Eine unnötige Beaufschlagung mit dem zusätzlichen Offset wird auf diese Weise vermieden.
- Um einen Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem unnötig schlechten Wirkungsgrad zu vermeiden, kann der Offset und/oder der zusätzliche Offset von der aktuellen Drehzahl und/oder einem Gradienten des Soll-Drehmoments abhängen. Hierdurch wird letztlich der Kraftstoffverbrauch und das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine verbessert.
- Figurenliste
- Nachfolgend wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung naher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine mit einer Zündanlage, einer Drosselklappe und einem Steuergerät für eine Fahrstabilitätsfunktion; -
2 ein Diagramm, in dem verschiedene Drehmomente während eines Eingriffs des Steuergeräts für eine Fahrstabilitätsfunktion von1 über der Zeit aufgetragen sind; -
3 ein Diagramm, in dem ein Zündwinkel der Zündanlage von1 entsprechend dem Eingriff von2 über der Zeit aufgetragen ist; und -
4 eine Darstellung ähnlich3 einer Stellung der Drosselklappe von1 . - Beschreibung der Ausführungsbeispiele
- In
1 trägt eine Brennkraftmaschine das Bezugszeichen10 , ein mit dieser verbundenes Getriebe das Bezugszeichen12 , und ein nur schematisch durch eine strichpunktierte Linie angedeutetes Kraftfahrzeug, in welches die Brennkraftmaschine10 und das Getriebe12 eingebaut sind, das Bezugszeichen14 . - Von der Brennkraftmaschine
10 ist beispielhaft ein Zylinder mit einem Brennraum16 und einem Kolben18 dargestellt. Verbrennungsluft gelangt in den Brennraum16 über ein Einlassventil20 , welches mit einem Einlasskanal22 verbunden ist. In diesem ist eine Drosselklappe24 angeordnet, durch die die in den Brennraum16 gelangende Luftmenge eingestellt werden kann. Hierzu ist die Drosselklappe24 mit einer Stelleinrichtung25 verbunden. Die heißen Verbrennungsabgase werden aus dem Brennraum16 über ein Auslassventil26 in ein Abgasrohr28 abgeführt. Die Zündung eines im Brennraum16 vorhandenen Kraftstoff-Luftgemisches erfolgt durch eine Zündkerze30 , die von einer Zündanlage32 angesteuert wird. - Durch den Kolben
18 wird eine Kurbelwelle34 in Drehung versetzt, die wiederum mit dem Getriebe12 verbunden ist. Die Drehzahl der Kurbelwelle34 wird von einem Drehzahlsensor36 , die Stellung der Drosselklappe24 von einem Drosselklappensensor40 und die durch den Einlasskanal22 strömende Luftmenge von einem HFM-Sensor42 erfasst. - Der Betrieb der Brennkraftmaschine
10 wird von einer Steuer- und Regeleinrichtung44 gesteuert und geregelt, die nachfolgend als Motorsteuergerät bezeichnet wird. Das Motorsteuergerät44 erhält beispielsweise die Signale des HFM-Sensors42 sowie des Drosselklappensensors40 und des Drehzahlsensor36 , und es erhält Signale von einer Steuer- und Regeleinrichtung46 , welche den aktuellen Fahrzustand des Kraftfahrzeugs14 auswertet und dann, wenn ein instabiler Fahrzustand droht, Maßnahmen einleitet. Die Steuer- und Regeleinrichtung46 wird daher nachfolgend als Fahrstabilitätssteuergerat bezeichnet, seine Funktion als Fahrstabilitätsfunktion. - Wenn ein instabiler Fahrzustand droht, wird im Rahmen eines Eingriffs der Fahrstabilitätsfunktion im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Soll-Drehmoment
Msoll gegenüber einem vom Fahrer des Kraftfahrzeugs14 geäußerten DrehmomentwunschMfawu abgesenkt (vergleiche gestrichelte Kurve in2 ). Diese Absenkung des Soll-DrehmomentsMsoll startet zu einem Zeitpunktt1 . Wie aus4 hervorgeht, wird hierzu der Winkel WDK der Drosselklappe24 von einem WertWDK1 auf einen WertWDK2 verringert, die Drosselklappe24 also geschlossen, entsprechend einer Vorgabe eines auf der Luftfüllung basierenden DrehmomentsMLsoll (nachfolgend Soll-Luftmoment genannt). - Anhand der strichpunktierten Linie in
2 erkennt man, dass das auf der Luftfüllung basierende Ist-DrehmomentMList (nachfolgend Ist-Luftmoment genannt) auf Grund der Trägheit des durch die Drosselklappe24 , den Einlasskanal22 , das Einlassventil20 und den Brennraum16 gebildeten Luftsystems dem Soll-LuftmomentMLsoll nur mit einer gewissen Verzögerung folgt. Man spricht daher auch davon, dass der „füllungsbasierte Drehmomentpfad“ trägheitsbehaftet ist. - Für die Einstellung des Ist-Drehmoments
Mist der Brennkraftmaschine10 steht aber noch ein zweiter Drehmomentpfad zur Verfügung, nämlich ein zündungsbasierter Drehmomentpfad. Das Drehmoment der Brennkraftmaschine10 kann nämlich bekanntermaßen nicht nur über die Luftfüllung der Brennräume16 , sondern auch über den Zündwinkel ZW (3 ) eingestellt werden. Im Normalfall wird der Zündwinkel ZW so gewählt, dass die Brennkraftmaschine10 einen optimalen Wirkungsgrad aufweist, um so den Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Der Wirkungsgrad kann jedoch beispielsweise durch eine Verstellung des Zündwinkels ZW nach spät künstlich verschlechtert werden, um hierdurch das Ist-DrehmomentMist der Brennkraftmaschine10 zu beeinflussen. - Im Rahmen dieses zündungsbasierten Drehmomentpfades wird ein auf der Zündung basierendes Soll-Drehmoment
MZsoll (nachfolgend Soll-Zündungsmoment) gleich dem Soll-DrehmomentMsoll gesetzt. Der Zündwinkel ZW in3 wird nun laufend so eingestellt, dass ein in2 gepunktet dargestelltes zündungsbasiertes Ist-Drehmoment MZist, welches dem tatsächlich geleisteten Ist-DrehmomentMist entspricht, möglichst gut dem Soll-ZündungsmomentMZsoll folgt. Man erkennt, dass hierzu zum Zeitpunktt1 die Kurve des Zündwinkels ZW ziemlich schlagartig abfällt. - Unmittelbar nach dem Erreichen des abgesenkten Soll-Drehmoments
Msoll zu einem Zeitpunktt2 (zu diesem Zeitpunkt beginnt also der Zeitraum mit abgesenktem Soll-DrehmomentMsoll ) wird zu einem Zeitpunktt3 das Soll-LuftmomentMLsoll mit einem positiven Offset OS1 beaufschlagt, die Drosselklappe24 öffnet also entsprechend (vgl.4 ). Damit dennoch das Ist-DrehmomentMist dem Soll-DrehmomentMsoll möglichst präzise entspricht, wird wieder der Zündwinkel ZW nach spät verstellt, was sich in3 in einem nochmaligen sehr abrupten Abfall der Kurve des Zündwinkels ZW zum Zeitpunktt3 äußert. Der Offset OS1 ist dabei so gewählt, dass der Zündwinkel ZW ungefähr in der drehmomentbasierten Mitte zwischen einem optimalen Zündwinkel ZWopt und einem spätest möglichen Zündwinkel ZWmin liegt, so dass die Drehmomentreserve in beide Verstellrichtungen in etwa gleich groß ist. Er kann beispielsweise von einer aktuellen Drehzahl nmot, die vom Drehzahlsensor36 erfasst wird, oder einem Gradienten dMsoll/dt des Soll-DrehmomentsMsoll abhängen. - Wird nun von dem Fahrstabilitätssteuergerät
46 über das Motorsteuergerät44 zu einem Zeitpunktt4 das Soll-DrehmomentMsoll erhöht, um das Kraftfahrzeug14 zu stabilisieren, kann, aufgrund des vorhandenen Vorhalts, hierfür der Zündwinkel ZW rasch erhöht werden. Gleichzeitig wird auch die Drosselklappe24 geöffnet. Zum Zeitpunktt5 hat auch der „träge“ füllungsbasierte Drehmomentpfad reagiert, so dass bis dahin der Zündwinkel ZW allmählich wieder auf seinen eingestellten Mittelwert zurückgeht. - Analog erfolgt eine Absenkung des Soll-Drehmoments
Msoll durch die Fahrstabilitätsfunktion zu einem Zeitpunktt6 : Eine rasche Reaktion wird durch eine rasche Verstellung des Zündwinkels ZW nach spät erreicht, die dann bis zu einem Zeitpunktt7 allmählich wieder zurückgenommen wird, wenn die Drosselklappe24 und der „träge“ füllungsbasierte Drehmomentpfad reagiert haben. - Wenn der Eingriff der Fahrstabilitätsfunktion bzw. der Zeitraum mit abgesenktem Soll-Drehmoment
Msoll zu Ende geht, wird über das Fahrstabilitätssteuergerat46 und das Motorsteuergerät44 zum Zeitpunktt8 eine Erhöhung des Soll-DrehmomentsMsoll zurück auf das vom Fahrer des Kraftfahrzeugs14 gewünschte DrehmomentMfawu zugelassen beziehungsweise gefordert. Das Fahrstabilitätssteuergerät46 veranlasst, dass zum Zeitpunktt8 das Soll-LuftmomentMLsoll mit einem zusätzlichen positiven Offset OS2 beaufschlagt wird. - Ausgehend von dem sich hieraus ergebenden Startwert wird das Soll-Luftmoment
MLsoll auf das vom Fahrer des Kraftfahrzeugs14 gewünschte Soll-DrehmomentMfawu zurückgeführt. Der OffsetOS2 führt zum Zeitpunktt8 zunächst zu einer schlagartigen Verstellung der Drosselklappe24 auf einen Startwert (4 ), ausgehend von dem der Winkel WDK der Drosselklappe24 auf den AusgangswertWDK1 zurückgeführt wird. Diesen erreicht er zum Zeitpunktt9 . - Nun macht sich wieder die Trägheit des Luftsystems bemerkbar, die dazu führt, dass das Ist-Luftmoment
MList dem Soll-LuftmomentMLsoll nur verzögert folgt. Auf Grund des zusatzlichen Offsets OS2 ist jedoch der Abstand zwischen dem Ist-LuftmomentMList und dem Ist-ZündungsmomentMZist so ausreichend groß, dass der Zündwinkel ZW (3 ) auch in dieser Phase noch unterhalb des optimalen ZündwinkelsZWopt bleibt. - Der Zündwinkel ZW kann also auch in dieser Phase in beide Richtungen verstellt werden, was eine präzise Anpassung des Ist-Zündungsmoments
MZist beziehungsweise des Ist-DrehmomentsMist an das Soll-DrehmomentMsoll ermöglicht. Zu einem Zeitpunkt t10 sind alle Drehmomente M wieder identisch gleich dem vom Fahrer des Kraftfahrzeugs14 gewünschten DrehmomentMfawu , und der Zündwinkel ZW liegt wieder im Bereich des optimalen ZündwinkelsZWopt .
Claims (8)
- Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10) eines Kraftfahrzeugs (14), bei dem bei einem Eingriff einer Fahrstabilitätsfunktion (46) ein Soll-Drehmoment (Msoll) gegenüber einem Fahrerwunschmoment (Mfawu) abgesenkt wird, und mindestens während eines Teils des Zeitraums mit abgesenktem Soll-Drehmoment (Msoll) eine Soll-Luftfullung oder eine entsprechende Größe (MLsoll) mit einem Offset (OS1) beaufschlagt wird, derart, dass ein auf der Luftfüllung basierendes Ist-Drehmoment (MList) größer ist als ein auf einem Zündwinkel (ZW) basierendes Ist-Drehmoment (MZist), dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Luftfüllung oder die entsprechende Größe (MLsoll) mit dem Offset (OS1) spätestens unmittelbar nach Erreichen des abgesenkten Soll-Drehmoments beaufschlagt wird und die Soll-Luftfüllung oder eine entsprechende Größe (MLsoll) gegen Ende des Eingriffs mit einem zusätzlichen Offset (OS2) beaufschlagt wird.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Offset (OS1) konstant ist. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Offset (OS1) so gewählt ist, dass ein Zündwinkel (ZW), mit dem ein auf dem Zündwinkel (ZW) basierendes Ist-Drehmoment (MZist) eingestellt wird, in der drehmomentbasierten Mitte zwischen einem optimalen Zündwinkel (ZWopt) und einem spätest möglichen Zündwinkel (ZWmin) liegt.
- Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10) eines Kraftfahrzeugs (14), bei dem bei einem Eingriff einer Fahrstabilitätsfunktion (46) ein Soll-Drehmoment (Msoll) gegenüber einem Fahrerwunschmoment (Mfawu) abgesenkt wird, und mindestens während eines Teils des Zeitraums mit abgesenktem Soll-Drehmoment (Msoll) eine Soll-Luftfüllung oder eine entsprechende Größe (MLsoll) mit einem Offset (OS1) beaufschlagt wird, derart, dass ein auf der Luftfüllung basierendes Ist-Drehmoment (MList) größer ist als ein auf einem Zündwinkel (ZW) basierendes Ist-Drehmoment (MZist), dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Luftfüllung oder die entsprechende Größe (MLsoll) mit dem Offset (OS1) spätestens unmittelbar nach Erreichen des abgesenkten Soll-Drehmoments beaufschlagt wird und die Soll-Luftfüllung oder die entsprechende Größe (MLsoll) auf Anforderung eines Fahrstabilitätssteuergeräts (46), mit dem zusätzlichen Offset (OS2) beaufschlagt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Offset (OS1) und/oder der zusätzliche Offset (OS2) von der aktuellen Drehzahl und/oder einem Gradienten (dMsoll/dt) des Soll-Drehmoments (Msoll) abhängt.
- Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche programmiert ist.
- Elektrisches Speichermedium für eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (44) einer Brennkraftmaschine (10) eines Kraftfahrzeugs (14), dadurch gekennzeichnet, dass auf ihm ein Computerprogramm zur Anwendung in einem Verfahren der
Ansprüche 1 bis5 abgespeichert ist. - Steuer- und/oder Regeleinrichtung (44) für eine Brennkraftmaschine (10) eines Kraftfahrzeugs (14), dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis5 programmiert ist.
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