-
Hintergrund und Kurzdarlegung
-
Brennkraftmaschinen
können
auf verschiedene Weise gesteuert werden, um annehmbaren Fahrkomfort über einem
Bereich von Betriebsbedingungen vorzusehen, während immer noch die Leistungsforderungen
des Fahrers erfüllt
werden. Manche Brennkraftmaschinen können zwei oder mehr Betriebsarten
zum Erreichen verbesserten Fahrverhaltens und Leistung verwenden.
Zum Beispiel können
ein oder mehrere Zylinder einer Brennkraftmaschine basierend auf
zum Beispiel dem vom Fahrer geforderten Drehmomentbetrag zwischen
einer Fremdzündungsbetriebsart
und einer homogenen Kompressionszündungsbetriebsart wechseln.
Als weiteres Beispiel kann die Brennkraftmaschinenleistung mit der
selektiven Nutzung eines sekundären Motors
koordiniert werden, um verbesserten Wirkungsgrad, verbessertes Fahrverhalten
und verbesserte Leistung zu erreichen, wie dies bei einem Hybridantriebsfahrzeugsystem
der Fall ist.
-
Während mancher
Bedingungen kann sich aber das von der Brennkraftmaschine und/oder
dem Motor erzeugte Drehmoment aufgrund eines Betriebsartwechsels
oder einer Änderung
der Fahrzeugleistung, die vom Fahrer gefordert wird, schnell ändern. Wenn
zum Beispiel ein schneller Anstieg des Motordrehmoments innerhalb
eines Spielbereichs des Getriebes oder eines anderen Systems des Fahrzeugantriebsstrangs
eintritt, kann es zu Geräuschbildung,
Vibration und Rauheit (NVH, vom engl. Noise, Vibration und Harshness)
oder „Klopfen" kommen. In manchen
Fällen
kann dieses Klopfen vom Fahrer wahrgenommen werden, wenn das Getriebe
zu schnell zwischen einer positiven und negativen Drehmomentübertragung
gewechselt wird. Zum Beispiel kann ein Wechsel eines oder mehrerer Brennkraftmaschinenzylinder
zwischen Verbrennungsbetriebsarten eine zeitweilige Drehmomenttransiente
bewirken, die die Wahrscheinlichkeit von Klopfen steigern kann,
wenn der Wechsel in oder nahe dem Spielbereich durchgeführt wird.
Analog kann die Addition und Subtraktion von Drehmoment von dem
Antriebsstrang mittels eines sekundären Motors die Wahrscheinlichkeit
von Klopfen erhöhen, wenn
das Getriebe nahe oder innerhalb des Spielbereichs betrieben wird.
-
Bei
einem hierin beschriebenen Ansatz können einige der obigen Probleme
durch ein Fahrzeugsteuerverfahren für ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine
und einem Elektromotor gelöst
werden, die mit einem Drehmomentwandler gekoppelt sind, wobei der
Drehmomentwandler ein Drehzahlverhältnis von Drehmomentwandler-Abtriebsdrehzahl
zu Drehmomentwandler-Antriebsdrehzahl aufweist, wobei der Drehmomentwandler
durch ein Getriebe mit einem Antriebsrad des Fahrzeugs verbunden
ist, wobei das Verfahren das Wählen
eines Änderungsratengrenzwerts
beruhend auf mindestens einem Drehzahlverhältnis über den Antriebs- und Abtriebsdrehzahlen
des Drehmomentwandlers; und das Anpassen eines Betriebsparameters
mindestens eines von Brennkraftmaschine und Elektromotor zum Steuern
einer Änderung
einer kombinierten Leistung der Brennkraftmaschine und des Elektromotors
auf einen Wert unter dem Grenzwert der Änderungsrate umfasst. Auf diese
Weise kann durch Steuern des Betriebs der Brennkraftmaschine und/oder
des Motors Klopfen gemindert werden.
-
Bei
einem ebenfalls hierin beschriebenen Ansatz können einige der obigen Probleme
durch ein Verfahren zum Steuern eines Antriebssystems für ein Fahrzeug
mit einem Getriebe, das eine Abtriebswelle der Brennkraftmaschine
mit einem Antriebsrad des Fahrzeugs koppelt, gelöst werden, wobei das Getriebe
einen Spielbereich umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Anpassen
eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine, so dass mindestens
ein Zylinder der Brennkraftmaschine zwischen einer ersten Verbrennungsbetriebsart
und einer zweiten Verbrennungsbetriebsart gewechselt wird; und Verändern einer
Steuerzeit des Wechsels als Reaktion auf den Spielbereich des Getriebes.
Auf diese Weise können Wechsel
der Brennkraftmaschinenbetriebsart als Reaktion auf den Betriebszustand
des Getriebes, insbesondere des Spielbereichs des Getriebes, festgelegt werden,
so dass Klopfen gemindert werden kann.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt
eine Teilansicht einer Brennkraftmaschine eines beispielhaften Brennkraftmaschinensystems.
-
2 zeigt
ein beispielhaftes Antriebssystem für ein Fahrzeug.
-
3 zeigt
ein beispielhaftes Betriebsartkennfeld zum Wählen einer Betriebsart.
-
4 ist
ein Flussdiagramm, das eine beispielhafte Wechselsteuerstrategie
zeigt.
-
5–7 zeigen
beispielhaften Drehmomentsteuerungsszenarien.
-
8 und 9 sind
Flussdiagramme, die beispielhafte Drehmomentsteuerstrategien für die Brennkraftmaschine
und/oder den Motor des Fahrzeugantriebssystems zeigen.
-
Eingehende Beschreibung
-
Unter
Bezug nun auf 1 und 2 wird ein
Antriebssystem für
ein Fahrzeug beschrieben. 2 zeigt
ein Hybridantriebssystem mit einem oder mehreren von: einer Brennkraftmaschine 10 mit
einem oder mehreren Zylindern 30, einem Getriebe 14, einem
Antriebsrad 18 und einem oder mehreren Motoren 12 und/oder 16.
In manchen Ausführungsformen
kann der Antriebsstrang einen Drehmomentwandler 13 umfassen,
der zwischen der Brennkraftmaschine und dem Getriebe angeordnet
ist. Die Motoren 12 und/oder 16 können durch
eine Energiespeichervorrichtung 15 angetrieben werden oder
können Energie
zur Vorrichtung 15 übertragen,
wo sie für spätere Nutzung
gespeichert werden kann. Wie eingehender beschrieben wird, können diese
Komponenten so gesteuert werden, dass sie das Antreiben des Fahrzeugs
durch mindestens eines von Brennkraftmaschine oder Motor ermöglichen.
Während 2 zwei
separate Motoren 12 und 16 zeigt, versteht sich,
dass einer oder mehrere dieser Motoren in manchen Ausführungsformen
des Antriebssystems nicht enthalten sein können, wie nachstehend eingehender
beschrieben wird.
-
Der
Drehmomentwandler 13 kann mit der Brennkraftmaschine und/oder
dem Motor mittels einer Kurbelwelle verbunden sein und kann mittels
einer Turbinenwelle mit dem Getriebe 14 verbunden sein.
Der Drehmomentwandler 13 kann eine Überbrückungskupplung umfassen, die
eingerückt,
ausgerückt
oder teilweise eingerückt
werden kann. Wenn die Kupplung entweder ausgerückt oder teilweise eingerückt ist,
befindet sich der Drehmomentwandler sozusagen in einem nicht überbrückten Zustand.
In manchen Ausführungsformen
kann ein Verhältnis
von Antriebsdrehzahl des Drehmomentwandlers zur Abtriebsdrehzahl
des Drehmomentwandlers zum Feststellen eines Zustands des Getriebes
verwendet werden. Zum Beispiel kann die Brennkraftmaschine und/oder
der Motor als Reaktion auf das Drehzahlverhältnis des Drehmomentwandlers
gesteuert werden, um Drehmomenttransienten durch die Getriebespielbereiche
zu vermeiden oder zu reduzieren. Die Turbinenwelle ist auch als
Getriebeantriebswelle bekannt. Das Getriebe 14 kann ein
elektronisch gesteuertes Getriebe mit mehreren wählbaren Übersetzungen umfassen. Das
Getriebe 14 kann auch verschiedene andere Übersetzungen,
zum Beispiel eine Achsantriebsübersetzung,
umfassen.
-
Bezüglich eines
voll seriellen Hybridantriebssystems kann die Brennkraftmaschine
so betrieben werden, dass sie eine Form von Energie erzeugt, die zur
Verwendung durch den einen oder durch mehrere Motoren geeignet ist.
Bei einem Vollserien-Hybridelektrofahrzeug
(HEV, kurz vom engl. Hybrid Electric Vehicle) zum Beispiel kann
die Brennkraftmaschine mittels eines Motors/Generators Elektrizität erzeugen,
die zum Antreiben eines Elektromotors zum Antreiben des Fahrzeugs
verwendet werden kann. Als weiteres Beispiel kann eine Brennkraftmaschine
so betrieben werden, dass sie Pumparbeit zu einem Hydraulik- oder
Pneumatiksystem liefert, die zum Antreiben eines Hydraulik- oder
Pneumatikmotors zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet werden kann. Als
noch weiteres Beispiel kann eine Brennkraftmaschine so betrieben
werden, dass sie für
späteres Anlegen
an den Antriebsrädern
kinetische Energie zu einer Schwungscheibe oder einer ähnlichen
Vorrichtung liefert.
-
Bezüglich eines
parallelen Hybridantriebssystems können die Brennkraftmaschine
und ein oder mehrere Motoren unabhängig von einander betrieben
werden. Zum Beispiel kann eine Brennkraftmaschine so betrieben werden,
dass sie den Antriebsrädern
Drehmoment liefert, während
ein Motor (z. B. elektrisch, hydraulisch, etc.) selektiv betrieben werden
kann, um Drehmoment mit dem Antriebsstrang auszutauschen, zum Beispiel
durch Zugeben oder Abnehmen von Drehmoment. Als weiteres Beispiel
kann die Brennkraftmaschine ohne den Motor betrieben werden, oder
der Motor kann ohne die Brennkraftmaschine betrieben werden.
-
Bei
entweder seriellen oder parallelen Antriebssystemen oder Kombinationen
derselben kann weiterhin eine Energiespeichervorrichtung, beispielsweise
Vorrichtung 15, enthalten sein, um von der Brennkraftmaschine
und/oder dem Motor erzeugte Energie für spätere Nutzung durch einen oder
mehrere der Motoren speichern zu lassen. Zum Beispiel kann ein regenerativer
Bremsbetrieb durchgeführt werden,
wobei ein Motor/Generator zum Umwandeln kinetischer Energie an den
Antriebsrädern
verwendet wird, um eine Form von Energie zu bilden, die zur Speicherung
an der Energiespeichervorrichtung geeignet ist. Bezüglich eines
HEV kann zum Beispiel der Motor oder ein separater Generator verwendet werden,
um Drehmoment an den Rädern
oder von der Brennkraftmaschine erzeugtes Drehmoment in elektrische
Energie umzuwandeln, die an der Energiespeichervorrichtung gespeichert
werden kann. Ein ähnlicher
Ansatz ist bei anderen Arten von Hybridantriebssystemen, einschließlich hydraulisch,
pneumatisch oder Systemen mit Schwungscheiben, anwendbar.
-
2 zeigt
zum Beispiel einen zwischen der Brennkraftmaschine 10 und
dem Getriebe 14 angeordneten Motor 12. In diesem
Beispiel kann der Motor 12 so betrieben werden, dass er
der Brennkraftmaschine (z. B. während
des Anlassvorgangs) Drehmoment liefert oder von der Brennkraftmaschine
(z. B. während
eines Energieumwandlungsvorgangs) Drehmoment aufnimmt. Weiterhin
kann das zum Teil oder ganz von der Brennkraftmaschine 10 erzeugte Drehmoment überbrückt werden
oder durch den Motor 12 zum Getriebe 14 gelangen,
wo es den Antriebsrädern
zugeführt
werden kann. Regeneratives Bremsen kann mit dem Motor 12 zumindest
in einigen Ausführungsformen
(z. B. wenn der Motor 16 nicht enthalten ist) durch Übertragen
von Drehmoment von den Antriebsrädern
zu dem Motor 12 mittels des Getriebes erreicht werden,
wobei der Motor 12 eine Generatorfunktion ausführen kann
oder alternativ ein separater Generator enthalten sein kann.
-
2 zeigt
weiterhin eine alternative Hybridkonfiguration, bei der ein Motor 16 mit
oder ohne Einschließen
des Motors 12 zwischen dem Getriebe und den Antriebsrädern angeordnet
ist. In diesem Beispiel kann der Motor 16 so betrieben
werden, dass es den Antriebsrädern
zusätzlich
oder ohne die Brennkraftmaschine 10 Drehmoment liefert.
Regeneratives Bremens kann durch den Motor 16 oder durch
einen separaten Generator vorgesehen werden. Drehmoment kann der
Brennkraftmaschine mittels des Getriebes 14 geliefert werden,
oder die Brennkraftmaschine 10 kann einen separaten Starter/Drehstromgenerator
zum Erleichtern von Anlassen oder Starten der Brennkraftmaschine
umfassen.
-
2 zeigt
weiterhin ein noch anderes Beispiel, bei dem Motor 12 und
Motor 16 an jeder Seite des Getriebes oder an jeder Seite
eines Getriebeelements vorgesehen werden können. In diesem Beispiel können ein
oder mehrere Motoren 12 und 16 so betrieben werden,
dass sie mit oder ohne von der Brennkraftmaschine vorgesehenes Drehmoment Drehmoment
von dem Antriebsstrang zuführen
oder absorbieren. Es sind noch andere Konfigurationen möglich. Daher
sollte ersichtlich sein, dass andere geeignete Hybridkonfigurationen
oder Abwandlungen derselben bezüglich
der hierin beschriebenen Ansätze
und Verfahren verwendet werden können.
-
Zu
beachten ist, dass in manchen Ausführungsformen ein Antriebssystem
unter Umständen nicht
einen oder mehrere der Motoren und die Energiespeichervorrichtung
umfasst. Ein Antriebssystem kann zum Beispiel eine Brennkraftmaschine
als die einzige Drehmoment erzeugende Komponente ohne zusätzliche
Motoren umfassen. Somit zeigt 2 einen
beispielhaften Antriebsstrang eines Fahrzeugantriebssystems mit
einem Drehmomentwandler, einem Getriebe und/oder Antriebsrad zum Übertragen
von durch die Brennkraftmaschine und/oder die Motoren erzeugtem
Drehmoment auf die Bodenoberfläche.
-
1 stellt
ein schematisches Diagramm dar, das einen Zylinder 30 einer
Mehrzylinderbrennkraftmaschine 10 zeigt, die in einem vorstehend
unter Bezug auf 2 beschriebenen Hybridantriebssystem
enthalten sein kann. Die Brennkraftmaschine 10 kann entweder
in einem Otto-Zyklus oder einem Diesel-Zyklus betrieben werden. Die Brennkraftmaschine 10 kann
zumindest teilweise durch ein Steuersystem gesteuert werden, das
ein Steuergerät 12 umfasst,
sowie durch Eingabe von einem Fahrer 142 mittels einer
Eingabevorrichtung 130. In diesem Beispiel umfasst die
Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalstellungssensor 134 zum
Erzeugen eines proportionalen Pedalstellungssignals PP. Es können aber
andere geeignete Eingabevorrichtungen zum Steuern des Betriebs des
Antriebssystems verwendet werden. Ein Brennraum (d. h. Zylinder) 30 der
Brennkraftmaschine 10 kann Brennraumwände 32 mit einem darin
positionierten Kolben 36 umfassen. Der Kolben 36 kann
mit der Kurbelwelle 40 verbunden sein, so dass die Hubbewegung
des Kolbens in Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt wird. Die
Kurbelwelle 40 kann mittels eines Getriebesystems (z. B.
Getriebe 14) mit mindestens einem Antriebsrad des Fahrzeugs
verbunden sein. Weiterhin kann ein Startermotor mittels einer Schwungscheibe
mit der Kurbelwelle 40 verbunden sein, um einen Startbetrieb
der Brennkraftmaschine 10 (z. B. Motor 12) zu
ermöglichen.
-
Der
Brennraum oder Zylinder 30 kann Ansaugluft von einem Einlasskanal 44 mittels
des Ansaugkrümmers 42 aufnehmen
und kann Verbrennungsgase mittels eines Auslasskanals 48 ablassen. Der
Einlasskanal 44 und der Auslasskanal 48 können selektiv
mit dem Brennraum 30 mittels eines Einlassventils 52 bzw.
Auslassventils 54 in Verbindung stehen. In manchen Ausführungsformen
kann der Brennraum 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder
zwei oder mehr Auslassventile umfassen.
-
Das
Einlassventil 52 kann durch das Steuergerät 12 mittels
eines elektrischen Ventilaktors (EVA) 51 gesteuert werden.
Analog kann das Auslassventil 54 durch das Steuergerät 12 mittels
EVA 53 gesteuert werden. Während mancher Bedingungen kann das
Steuergerät 12 die
den Aktoren 51 und 53 gelieferten Signale verändern, um
das Öffnen
und Schließen
der jeweiligen Einlass- und Auslassventile zu steuern. Die Stellung
des Einlassventils 52 und des Auslassventils 54 kann
durch Ventilstellungssensoren 55 bzw. 57 ermittelt
werden. In alternativen Ausführungsformen
können
ein oder mehrere der Einlass- und Auslassventile durch einen oder
mehrere Nocken betätigt
werden und können
ein oder mehrere von: Nockenprofilumschalten (CPS, vom engl. Cam
Profile Switching), veränderliche
Nockensteuerzeiten (VCT, vom engl. Variable Cam Timing), veränderliche
Ventilsteuerzeiten (VVT, vom engl. Variable Valve Timing) und/oder
veränderlicher
Ventilhub (VVL, vom engl. Variable Valve Lift) nutzen. Der Zylinder 30 kann
zum Beispiel alternativ ein mittels elektrischer Ventilbetätigung gesteuertes
Einlassventil sowie ein mittels Nockenbetätigung, einschließlich CPS
und/oder VCT, gesteuertes Auslassventil umfassen.
-
Ein
Einspritzventil 66 wird zum Einspritzen von Kraftstoff
direkt in diesen proportional zur Pulsbreite eines von dem Steuergerät 12 mittels
eines elektronischen Treibers 68 erhaltenen Signals FPW mit
dem Brennraum 30 direkt verbunden gezeigt. Auf diese Weise
sieht das Einspritzventil 66 eine als Direkteinspritzung
von Kraftstoff in den Brennraum 30 bekannte Einspritzung
vor. Das Einspritzventil kann zum Beispiel in der Seite des Brennraums
oder oben in dem Brennraum angebracht sein. Kraftstoff kann dem
Einspritzventil durch eine (nicht dargestellte) Kraftstoffanlage
mit einem Kraftstofftank, einer Kraftstoffpumpe und einem Verteilerrohr
zugeführt
werden. In manchen Ausführungsformen
kann der Brennraum 30 in einer Konfiguration, die eine
als Kanaleinspritzung von Kraftstoff in den Einlasskanal stromaufwärts des
Brennraums bekannte Einspritzung liefert, alternativ oder zusätzlich ein
in dem Einlasskanal 44 angeordnetes Einspritzventil umfassen.
-
Der
Einlasskanal 42 kann eine Drossel 62 mit einer
Drosselklappe 64 umfassen. In diesem besonderen Beispiel
kann die Stellung der Drosselklappe 64 von dem Steuergerät 12 mittels
eines Signals, das einem Elektromotor oder Aktor, der mit der Drossel 62 integriert
ist, geliefert wird, verändert
werden, eine Konfiguration die üblicherweise
als elektronische Drosselsteuerung (ETC, vom engl. Electronic Throttle
Control) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drossel 62 so
betrieben werden, dass sie die dem Brennraum 30 unter anderen
Brennkraftmaschinenzylindern gelieferte Ansaugluft verändert. Die Stellung
der Drosselplatte 64 kann dem Steuergerät 12 durch das Drosselstellungssignal
TP geliefert werden. Der Ansaugkrümmer 42 kann einen
Luftmassenmesser 120 und einen Ansaugunterdruckfühler 122 zum
Liefern jeweiliger Signale MAF und MAP zu dem Steuergerät 12 umfassen.
-
Eine
Zündanlage 88 kann
dem Brennraum 30 unter ausgewählten Betriebsbedingungen mittels einer
Zündkerze 92 als
Reaktion auf ein Frühzündungssignal
SA vom Steuergerät 12 einen
Zündfunken
liefern. Auch wenn Fremdzündungskomponenten
gezeigt werden, können
in manchen Ausführungsformen
der Brennraum 30 oder ein oder mehrere Brennräume der Brennkraftmaschine 10 in
einer Selbstzündungsbetriebsart
mit oder ohne Zündfunken
betrieben werden.
-
Ein
Abgassensor 126 ist mit dem Auslasskanal 48 stromaufwärts der
Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 verbunden gezeigt.
Der Sensor 126 kann jeder geeignete Sensor zum Vorsehen
eines Hinweises auf das Kraftstoff/Luft-Verhältnis
des Abgases sein, beispielsweise ein linearer Sauerstoffsensor oder
UEGO (nicht beheizte Lambdasonde, vom engl. Universal Exhaust Gas
Oxygen), ein Zweizustand-Sauerstoffsensor oder EGO, ein HEGO (beheizter
EGO), ein NOx-, HC- oder
CO-Sensor. Die Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 wird
entlang des Auslasskanals 48 stromabwärts des Abgassensors 126 angeordnet
gezeigt. Die Vorrichtung 70 kann ein Dreiwegekatalysator
(TWC, vom engl. Three Way Catalyst), ein NOx-Filter, verschiedene andere
Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen oder Kombinationen derselben
sein. In manchen Ausführungsformen
kann die Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 während des
Betriebs der Brennkraftmaschine 10 periodisch zurückgesetzt
werden, indem mindestens ein Zylinder der Brennkraftmaschine innerhalb
eines bestimmten Kraftstoff/Luft-Verhältnisses betrieben wird.
-
In 1 wird
das Steuergerät 12 als
Mikrocomputer gezeigt, welcher umfasst: einen Mikroprozessor 102,
Input/Output-Ports 104, ein elektronisches Speichermedium
für ausführbare Programme und
Kalibrierungswerte, das in diesem besonderen Beispiel als Festwertspeicherchip 106 gezeigt
wird, einen Arbeitsspeicher 108, einen batteriestromgestützten Speicher 110 und
einen Datenbus. Das Steuergerät 12 kann
neben den bereits erläuterten Signalen
verschiedene Signale von mit der Brennkraftmaschine 10 gekoppelten
Sensoren empfangen, darunter Messung der eingeleiteten Luftmasse (MAF)
von einem Luftmengenmesser 120; Brennkraftmaschinenkühlmitteltemperatur
(ECT) von einem mit einem Kühlmantel 114 verbundenen
Temperaturfühler 112;
ein Zündungsprofil-Aufnehmersignal (PIP)
von einem mit der Kurbelwelle 40 verbundenen Hallgeber 118 (oder
einer anderen Art); eine Drosselklappenstellung (TP) von einem Drosselklappenstellungssensor;
ein Krümmerdrucksignal
MAP von einem Sensor 122. Ein Brennkraftmaschinendrehzahlsignal
RPM kann von dem Steuergerät 12 aus
dem Signal PIP erzeugt werden. Ein Krümmerdrucksignal MAP von einem
Krümmerdrucksensor kann
zum Vorsehen eines Hinweises auf Unterdruck bzw. Druck in dem Ansaugkrümmer verwendet
werden. Zu beachten ist, dass verschiedene Kombinationen der obigen Sensoren
verwendet werden können,
beispielsweise ein MAF-Sensor ohne einen MAP-Sensor oder umgekehrt. Während stöchiometrischen
Betriebs kann der MAP-Sensor einen Hinweis auf Brennkraftmaschinendrehmoment
geben. Ferner kann dieser Sensor zusammen mit der detektierten Brennkraftmaschinendrehzahl
eine Schätzung
der Füllung
(einschließlich
Luft) vorsehen, die in den Zylinder gesaugt wird. In einem Beispiel
kann der Sensor 118, der auch als Brennkraftmaschinendrehzahlsensor verwendet
wird, eine vorgegebene Anzahl an gleichmäßig beabstandeten Pulsen pro
Umdrehung der Kurbelwelle erzeugen. Weiterhin kann das Steuergerät 12 mit
einer oder mehreren der in 2 gezeigten Komponenten
kommunizierend verbunden sein, um die verschiedenen hierin beschriebenen
Merkmale zu ermöglichen.
-
Wie
vorstehend beschrieben zeigt 1 lediglich
einen Zylinder einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine und dass jeder
Zylinder analog seinen eigenen Satz an Einlass-/Auslassventilen,
Einspritzventil, Zündkerze
etc. umfassen kann.
-
Während mancher
Bedingungen kann mindestens ein Zylinder der Brennkraftmaschine
in einer als Fremdzündungsbetriebsart
(SI, vom engl. Spark Ignition) bezeichneten Betriebsart betrieben
werden. Während
der SI-Betriebsart kann Kraftstoff zum Beispiel mittels Direkt-
und/oder Kanaleinspritzung zu dem Zylinder befördert werden, wo er durch eine durch
eine Zündvorrichtung
(z. B. Zündkerze 92)
ausgeführte
Zündung
gezündet
werden kann.
-
Während anderer
Bedingungen können
mindestens einige der Brennkraftmaschinenzylinder in einer als homogene
Kompressionszündungsbetriebsart
(HCCI) bezeichneten Betriebsart betrieben werden. Während der
HCCI-Betriebsart kann dem Zylinder Kraftstoff zum Beispiel mittels
Direkt- oder Kanaleinspritzung zugeführt werden, wo er durch eine
von dem Kolben durchgeführte
Kompression gezündet
werden kann, ohne dass unbedingt ein Zündfunke von der Zündkerze
benötigt
wird. Diese Art der Verbrennung kann auch als gesteuerte Selbstzündung (CAI,
vom engl. Controlled Auto-Ignition) oder vorgemischte Kompressionszündung bezeichnet
werden.
-
Während noch
anderer Bedingungen können
mindestens einige der Brennkraftmaschinenzylinder in einer als Schichtladungsbetriebsart
bezeichneten Betriebsart betrieben werden. Während der Schichtladungsbetriebsart
kann Kraftstoff durch Direkteinspritzung in den Zylinder eingespritzt
werden, um einen fetteren Kraftstoff/Luft-Bereich in dem Zylinder
zu bilden, während
bei Verbrennung der Ladung auch ein magerer Kraftstoff/Luft-Bereich
in dem Zylinder beibehalten wird.
-
Jede
der SI-, HCCI- und Schichtladungsbetriebsarten kann in Brennkraftmaschinen
ausgeführt werden,
die einen Otto-Zyklus oder einen Diesel-Zyklus nutzen. Weiterhin
können
diese Betriebsarten von der Brennkraftmaschine selektiv ausgeführt werden,
wobei der von der Brennkraftmaschine verbrannte Kraftstoff Benzin,
Diesel oder einen anderen geeigneten Kraftstoff umfasst. Somit versteht
sich, dass die verschiedenen hierin beschriebenen Ansätze zum
Mindern von Klopfen bei Wechseln zwischen HCCI-, SI- und Schichtladungsbetriebsarten
angewendet werden können,
bei denen die Brennkraftmaschine entweder in einem Otto- oder in
einem Diesel-Zyklus arbeitet.
-
HCCI-
und Schichtladungsbetriebsarten können zum Verwirklichen größerer Kraftstoffwirtschaftlichkeit
und/oder reduzierter Emissionen gegenüber der SI-Betriebsart, zumindest
während
mancher Bedingungen, verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Verbrennung
mittels HCCI mit einem wesentlich magereren Gemisch aus Luft und
Kraftstoff (z. B. mit einem größeren Verhältnis von
Luft zu Kraftstoff als Stöchiometrie),
als sonst während
der SI-Betriebsart genutzt wird, erreicht werden. Während mancher
Bedingungen, beispielsweise hoher oder geringer Brennkraftmaschinenlast
oder -drehzahl kann es aber schwierig sein, in der HCCI-Betriebsart
zuverlässige
Verbrennung zu erreichen. Die SI-Betriebsart kann dagegen über einem
breiteren Bereich von Betriebsbedingungen verwendet werden, da die
Steuerzeiten der Verbrennung durch die Steuerzeiten der Zündung gesteuert
werden können.
Somit können ein
oder mehrere Zylinder der Brennkraftmaschine als Reaktion auf Brennkraftmaschinenbetriebsbedingungen
zwischen der SI-Betriebsart und der HCCI-Betriebsart wechseln. Zum Beispiel können alle Brennkraftmaschinenzylinder
durch einen im Wesentlichen gleichzeitigen Wechsel aller Zylinder
(z. B. bezüglich
der Zündfolge)
zwischen der SI-Betriebsart und der HCCI-Betriebsart wechseln oder
der Wechsel kann über
einen vorgegebenen Wechselzeitraum stattfinden, wobei einige der
Zylinder wechseln können,
während
andere Zylinder der Brennkraftmaschine ein Wechseln unterlassen,
bis ein oder mehrere Zyklen verstrichen sind. Als noch weiteres
Beispiel kann nur ein Teil der Zylinder zwischen der SI-Betriebsart
und der HCCI-Betriebsart
oder Schichtladungsbetriebsart wechseln, während ein Teil der Zylinder
in der gleichen Betriebsart verbleibt.
-
3 zeigt
ein beispielhaftes Betriebsartkennfeld, das von dem Steuersystem
zum Ermitteln einer geeigneten Betriebsart für die Brennkraftmaschine oder
einen Teil der Zylinder derselben verwendet werden kann. Insbesondere
bietet 3 einen Vergleich zwischen der Betriebsart mit
Brennkraftmaschinenbetriebsbedingungen einschließlich Drehzahl und Last. Weiterhin
ist die Hüllkurve
der weit offenen Drossel (WOT) vorgesehen, die die maximale Leistung
zeigt, die von der Brennkraftmaschine erreicht werden kann. In diesem
bestimmten Beispiel ist der Bereich, in dem die HCCI-Betriebsart genutzt
werden kann, als Fenster dargestellt, das einen mittleren Bereich
der durch die WOT-Kurve festgelegten Fläche einnimmt. Der Bereich der
HCCI-Betriebsart ist von dem SI-Bereich umgeben. Somit kann die
HCCI-Betriebsart während
manchen Bedingungen, beispielsweise mittlere Brennkraftmaschinendrehzahl und/oder
-last, genutzt werden, während
die SI-Betriebsart während
höherer
oder niedrigerer Brennkraftmaschinendrehzahl- oder Brennkraftmaschinenlastbedingungen
genutzt werden kann. Während dies
in 3 nicht gezeigt wird, kann die Schichtladungsbetriebsart
auch einen festgelegten Bereich innerhalb des SI-Bereichs umfassen.
-
Bei
einem Vorgehen kann die Betriebsart auf einer Zylinderbasis beruhend
auf den Betriebsbedingungen des bestimmten Zylinders gewählt werden, oder
die Betriebsart kann für
eine Gruppe von Zylindern beruhend auf Betriebsbedingungen der Gruppe gewählt werden.
Zum Beispiel kann jedem Zylinder beruhend auf dem Betriebsartkennfeld
von 3 eine von HCCI-, Schichtladungs- und SI-Betriebsart zugeordnet
werden. Wenn sich die festgestellten Bedingungen des Zylinders oder
der Brennkraftmaschine in dem SI-Betriebsartbereich befinden, dann
kann die Brennkraftmaschine oder ein Zylinder derselben in der SI-Betriebsart
betrieben werden. Wenn sich alternativ die festgestellten Bedingungen
innerhalb des HCCI-Betriebsartbereichs
befinden, dann kann die Brennkraftmaschine oder ein Zylinder derselben
in der HCCI-Betriebsart betrieben werden.
-
Wechsel
zwischen Betriebsarten können vorgenommen
werden, wenn sich die Betriebsbedingung einer Grenze eines bestimmten
Betriebsbereichs nähert
oder wenn das Steuersystem voraussagt, dass eine künftige Betriebsbedingung
in einem Bereich außerhalb
des momentanen Betriebsbereichs liegen kann. Auf diese Weise können Vorteile jeder
Betriebsart erzielt werden, während
eine zuverlässige
Verbrennung gewahrt wird. Es versteht sich, dass 3 nur
ein Beispiel eines Wechselbetriebsartkennfelds vorsieht und dass
andere Kennfelder möglich
sind.
-
Während die
Verwendung eines Zündfunken während der
HCCI-Betriebsart nicht unbedingt erforderlich ist, kann ein Zündfunke
während
mancher Bedingungen verwendet werden, um eine Selbstzündung der
Luft- und Kraftstoffladung in dem Brennraum zu unterstützen. Bei
manchen Bedingungen kann die Zündfunkenunterstützung zum
Erleichtern der Selbstzündungszeitsteuerung
in der HCCI-Betriebsart
verwendet werden, es versteht sich aber, dass die Anwendung einer
Zündfunkenunterstützung verglichen
mit nicht unterstützten
HCCI-Betriebsarten zu einem verringerten Wirkungsgrad und/oder verringerter
Emissionsqualität
führen
kann.
-
4 zeigt
eine beispielhafte Routine, die durch das Fahrzeugsteuersystem (z.
B. Steuergerät 12)
zum Erleichtern eines Betriebsartwechsels ausgeführt werden kann. Die Routine
kann bei 410 Betriebsbedingungen des Fahrzeugs beurteilen,
wobei die Betriebsbedingungen eines oder mehrere von Folgendem umfassen
können:
Ventilsteuerzeiten, Zündzeit,
Kraftstoffeinspritzmenge und/oder -steuerzeiten, Turboladen, Abgasrückführung, Ladungszustand
(SOC, vom engl. State of Charge) der Energiespeichervorrichtung,
Motorbedingungen wie Temperatur, Abtrieb oder Antrieb, Getriebebedingungen, Drehmomentwandlerbedingungen,
Brennkraftmaschinendrehzahl, Brennkraftmaschinenlast, Zylinderbetriebsartbedingungen,
Fahrzeugbedienereingaben, Umgebungsbedingungen usw. und Kombinationen
derselben.
-
Bei 420 kann
festgestellt werden, ob ein Wechsel gefordert wird. Wie vorstehend
unter Bezug auf 3 beschrieben kann das Steuersystem
ein oder mehrere Betriebsartkennfelder zum Wählen einer geeigneten Betriebsart
für die
Brennkraftmaschinenzylinder beruhend auf einer oder mehreren der bei 410 beurteilten
Betriebsbedingungen nutzen. Wenn die Antwort bei 420 Nein
lautet, kann die Routine zurückkehren.
Wenn alternativ die Antwort bei 420 Ja lautet, kann das
Steuersystem bei 430 eine oder mehrere Betriebsbedingungen
der Brennkraftmaschine anpassen, um den geforderten Wechsel zu der
Zielbetriebsart zu erreichen. Die Brennkraftmaschine kann zum Beispiel
einen oder mehrere Zylinder der Brennkraftmaschine von der SI-Betriebsart zu
der HCCI-Betriebsart oder von der HCCI-Betriebsart zur SI-Betriebsart überführen. Alternativ
können Wechsel
zwischen SI-Betriebsart und Schichtladungsbetriebsart oder HCCI-Betriebsart
und Schichtladungsbetriebsart ausgeführt werden. Ferner versteht
sich, dass abhängig
von der Art der Brennkraftmaschine andere Betriebsarten möglich sind.
Zum Beispiel können
ein oder mehrere Zylinder deaktiviert oder aktiviert werden. Die
Betriebsbedingungen können
so eingestellt werden, dass die Schwankung von Drehmoment bei abgeschalteter
Brennkraftmaschine gemindert wird. Schließlich kann die Routine zurückkehren.
-
Während Wechsel
zwischen Verbrennungsbetriebsarten zum Erreichen verbesserten Wirkungsgrads
verwendet werden können,
können
einige Wechsel, obwohl sie auch die Leistungsforderungen des Fahrzeugbedieners
erfüllen,
unerwünschte
Geräuschbildung,
Vibration und Rauheit (NVH) verursachen. Zum Beispiel können sich
aus dem Wechsel eines oder mehrerer Zylinder zwischen HCCI-Betriebsart
und SI-Betriebsart ergebende Drehmomentschwankungen zu dem als „Klopfen" bezeichneten Phänomen führen, das
durch Spiel in dem Getriebe verursacht werden kann.
-
Wie
vorstehend beschrieben, wird in mindestens einem Beispiel ein Ansatz
zum Ermöglichen
von Wechseln zwischen Verbrennungsbetriebsarten mit verminderter
Getriebe-NVH beschrieben, wobei auch die Drehmomentforderung des
Fahrzeugbedieners erfüllt
wird. 5 ist ein Kurvenbild, das zeigt, wie das durch
den Antriebsstrang übertragene
Brennkraftmaschinendrehmoment zeitlich während eines beispielhaften
Betriebszyklus schwanken kann. Während
Bedingungen, bei denen sich das Antriebsstrangdrehmoment Null nähert, beispielsweise
wenn das Drehmoment in dem Antriebsstrang zwischen den Bereichen
positiven und negativen Drehmoments zu wechseln beginnt, wechseln
die Antriebsstrangelemente durch ihren Spielbereich (unter Vernachlässigung
von Beschleunigung und anderen Wirkungen). Wie zum Beispiel durch 5 veranschaulicht
wird, bei der das Antriebsstrangdrehmoment zunächst negativ ist und der Fahrer
mittels des Gaspedals beschleunigt (d. h. das geforderte Drehmoment
steigert), können
als Reaktion auf ein Betriebsartkennfeld, wie es zum Beispiel in 3 veranschaulicht
wird, ein oder mehrere Zylinder zu einer anderen Verbrennungsbetriebsart überführt werden. Zum
Beispiel können
ein oder mehrere Zylinder von HCCI- oder Schichtladungsbetriebsart
zu SI-Betriebsart wechseln, um es der Brennkraftmaschine zu ermöglichen,
die Zunahme des geforderten Drehmoments zu erfüllen.
-
Wie
vorstehend unter Bezug auf 4 beschrieben,
können
die Wechsel zwischen Verbrennungsbetriebsarten unter anderen Bedingungen
die Anpassung einer oder mehrerer Betriebsbedingungen, beispielsweise
Ventilsteuerzeiten, Zündsteuerzeiten,
Kraftstoffeinspritzmenge und/oder -steuerzeiten umfassen. Selbst
wenn die geeigneten Anpassungen der Brennkraftmaschinenbetriebsbedingungen
koordiniert werden, um Drehmomenttransienten quer durch den Wechsel
zu mindern, kann es dennoch eine gewisse momentane Schwankung (z.
B. Anstieg und/oder Abnahme) des gesamten von der Brennkraftmaschine
erzeugten Drehmoments geben. Wenn die Brennkraftmaschine eventuell
von einem oder mehreren Motoren unterstützt wird (z. B. in dem Fall
eines HEV) kann des Weiteren die Addition oder Subtraktion von Drehmoment
durch den Motor ebenfalls eine momentane Drehmomenttransiente verursachen.
Diese Drehmomenttransienten können durch
ein oder mehrere Elemente des Getriebes (z. B. Drehmomentwandler)
gedämpft
werden, wenn aber das Antriebsstrangdrehmoment durch den Spielbereich
des Getriebes tritt (z. B. zwischen positivem und negativem Drehmoment),
kann ein unangenehmes „Klopfen" oder anderes NVH
erzeugt werden, wenn die Aufprallgeschwindigkeit der Antriebsstrangelemente
zu schnell ist. Wie zum Beispiel in 5 veranschaulicht
wird, kann ein Betriebsartwechsel eines oder mehrerer Brennkraftmaschinenzylinder
eine entsprechende Drehmomentschwankung des Antriebsstrangs verursachen,
was ein Klopfen oder ein anderes NVH verursachen kann, wenn die
Schwankung innerhalb des in 5 gezeigten Spielbereichs
auftritt.
-
Bei
einem Automatikgetriebe kann positives Drehmoment durch den Drehmomentwandler
erzeugt und zu dem Antriebsstrang übertragen werden, wenn die
Antriebsdrehzahl, die mindestens eines von Brennkraftmaschinendrehzahl
und Motordrehzahl (z. B. Motor 12) umfasst, über der
Turbinendrehzahl liegt und die Turbinendrehzahl bei der synchronen
Turbinendrehzahl liegt (wenn der Drehmomentwandler nicht überbrückt ist – wenn er überbrückt oder
teilweise überbrückt ist,
kann Drehmoment durch die Überbrückungskupplung übertragen
werden). (Das Drehzahlverhältnis
des Drehmomentwandlers (Turbinendrehzahl/Brennkraftmaschinendrehzahl)
liegt unter 1,0, wenn positives Drehmoment zugeführt wird). Wenn während des
Wechsels von Drehzahlverhältnissen > 1 zu < 1 eine Drehmomentstörung eintritt, dann
kann die Brennkraftmaschine und/oder der Motor zu schnell durch
diesen Bereich beschleunigen (was positives Drehmoment zu erzeugen
beginnt), was dazu führt,
dass eine höhere
Anstiegsrate des Abtriebswellendrehmoments die Elemente in dem Antriebsstrang
beschleunigt. Höhere
Drehmomentwerte vor dem in dem Antriebsstrang aufgenommenen Spiel
können
dann höhere
Aufprallgeschwindigkeiten erzeugen und ein „Klopfen" wahrscheinlicher machen.
-
Es
können
mindestens zwei Ansätze
zum Verringern von Getriebeklopfen oder anderem NVH des Antriebsstrangs
verwendet werden, wenn Betriebsartwechsel von einem oder mehreren
Zylindern verwendet werden oder wenn ein Motor zur Unterstützung der
Brennkraftmaschine im Fall eines Hybridantriebssystems verwendet
wird. Als erster Ansatz können
wie in 6 gezeigt ein oder mehrere Drehmoment zum Antriebsstrang übertragende
Motoren so betrieben werden, dass sie die Drehmomenttransienten
glätten,
die durch einen Verbrennungsbetriebsartwechsel mindestens eines
Zylinders der Brennkraftmaschine verursacht werden. Als zweiter Ansatz
können
wie in 7 gezeigt Drehmomentwechsel so geplant werden,
dass sie mit oder ohne Unterstützung
durch einen Motor außerhalb
des Getriebespielbereichs erfolgen. Es versteht sich, dass der erste
Ansatz und der zweite Ansatz zusammen oder ausschließlich verwendet
werden können,
um verbesserte Fahrverhaltensleistung zu erreichen.
-
Wie
in 6 gezeigt, folgt das Antriebsstrangdrehmoment
nach dem Gasgeben dem Brennkraftmaschinendrehmoment, wenn es sich
dem Spielbereich nähert,
wo das Motordrehmoment so betrieben werden kann, dass die Rate der
Drehmomentänderung
durch den Spielbereich gesteuert wird und Schwankungen in dem dem
Antriebsstrang durch die Brennkraftmaschine und den Motor zugeführten kombinierten
Drehmoment verringert werden. In diesem bestimmten Beispiel liefert
und absorbiert der Motor Drehmoment durch den Spielbereich und/oder
während
eines Brennkraftmaschinenwechsels, so dass die Änderungsrate des Antriebsstrangdrehmoments
in einer Weise gesteuert werden kann, die Klopfen und/oder anderes
Antriebsstrang-NVH mindert. In diesem bestimmten Beispiel kann von dem
Motor absorbiertes Drehmoment in der Energiespeichervorrichtung
gespeichert werden, während Drehmoment
von dem Motor aus Energie zugeführt werden
kann, die von der Energiespeichervorrichtung zugeführt wird.
-
Wie
in 7 gezeigt, folgt das Antriebsstrangdrehmoment
nach dem Gasgeben dem Brennkraftmaschinendrehmoment, wenn es sich
dem Spielbereich nähert.
Vor dem Erreichen des Spielbereichs kann mit oder ohne Unterstützung durch
den Motor ein erster Wechsel der Brennkraftmaschine ausgeführt werden.
In diesem bestimmten Beispiel wurde keine Motorunterstützung verwendet,
so dass das Antriebsstrangdrehmoment dem Brennkraftmaschinendrehmoment
folgt. Nach dem Durchqueren des Spielbereichs kann ein zweiter Wechsel
ausgeführt
werden, wiederum außerhalb
des Spielbereichs, während
Motordrehmoment angelegt werden kann, um Drehmomenttransienten in
dem Antriebsstrangdrehmoment, die durch den zweiten Wechsel der
Brennkraftmaschine verursacht werden, zu glätten. In diesem bestimmten
Beispiel absorbiert der Motor Drehmoment und wandelt das absorbierte Drehmoment
zu Energie um, die von der Energiespeichervorrichtung speicherbar
ist.
-
8 zeigt
eine beispielhafte Routine, die von dem Fahrzeugsteuersystem zum
Mindern von Getriebeklopfen oder anderem NVH ausgeführt werden
kann, wie zum Beispiel vorstehend unter Bezug auf 6 und 7 beschrieben
wird. Bei 810 kann das Steuersystem die Betriebsbedingungen
des Fahrzeugs beurteilen, wie zum Beispiel vorstehend unter Bezug
auf 410 beschrieben wird. Bei 812 kann festgestellt
werden, ob ein Wechsel gefordert wird. Wenn die Antwort Ja lautet,
kann festgestellt werden, ob das aktuelle Antriebsstrangdrehmoment
in der Nähe
des Spielbereichs liegt. Zu beachten ist, dass der Spielbereich
mit Hilfe eines oder mehrerer Ansätze ermittelt werden kann.
Zum Beispiel kann der Spielbereich durch Vergleichen des Drehzahlverhältnisses
der Antriebsdrehzahl und der Abtriebsdrehzahl des Drehmomentwandlers
ermittelt werden, wie in 9 beschrieben wird. Als weiteres
Beispiel können
Informationen bezüglich
des Spielbereichs oder von Bedingungen, bei denen Spiel auftreten
kann, sowie Informationen bezüglich
der Steifheit des Getriebes und des Antriebsstrangs auf statistischen
Daten aus Tests des Getriebes oder ähnlicher Getriebe beruhen.
Wenn die Antwort bei 814 Nein lautet, können bei 816 ein oder
mehrere Zylinder der Brennkraftmaschine überführt werden, während die
Brennkraftmaschine so betrieben wird, dass durch den Wechsel verursachte
Transienten gemindert werden. Bei 818 kann der Motor durch
Zuführen
oder Absorbieren von Drehmoment des Antriebsstrangs koordiniert
mit der Brennkraftmaschine betrieben werden, um Drehmomenttransienten
während
mindestens des Brennkraftmaschinenwechsels weiter zu mindern.
-
Wenn
alternativ die Antwort bei 814 Ja lautet, kann bei 820 festgestellt
werden, ob der Wechsel verschoben werden soll, so dass der Wechsel
nicht in dem Spielbereich ausgeführt
wird. Wenn die Antwort Ja lautet, kann der Motor bei 822 so
betrieben werden, dass er die Brennkraftmaschine beim Erfüllen der
Drehmomentforderung des Fahrzeugbedieners unterstützt, während der
Wechsel verschoben (z. B. verzögert)
wird. Zum Beispiel kann der Motor die Brennkraftmaschine oder mindestens
einen Zylinder derselben so unterstützen, dass sie in einer bestimmten
Betriebsart, beispielsweise HCCI, bleibt, da ansonsten die Brennkraftmaschine
zur SI-Betriebsart wechseln kann. Wenn alternativ die Antwort bei 820 Nein
lautet, kann die Brennkraftmaschine bei 824 betrieben werden,
um Transienten durch den Wechsel zu mindern, und die Brennkraftmaschine
und/oder der Motor können
bei 826 so eingestellt werden, dass Klopfen oder anderes
NVH während
des Arbeitens in dem Spielbereich gemindert werden. Zum Beispiel kann
die Rate der Drehmomentänderung
so gesteuert werden, dass sie während
Arbeitens in dem Spielbereich unter einem Grenzwert liegt, wodurch
das Maß an
Klopfen, das auftreten kann, wenn das Antriebsstrangdrehmoment von
positiv zu negativ wechselt, gemindert werden kann. Als weiteres
Beispiel kann der Motor basierend auf dem von der Brennkraftmaschine
erzeugten Drehmoment Drehmoment zuführen oder absorbieren, um während eines
Wechselns zwischen Bereichen positiven und negativen Drehmoments
eine vorgegebene Änderungsrate
des Antriebsstrangdrehmoments zu erreichen.
-
Wenn
zurück
zu 812 die Antwort Nein lautet, kann bei 828 festgestellt
werden, ob das Antriebsstrangdrehmoment in der Nähe des Spielbereichs liegt.
Wenn die Antwort Ja lautet, können
die Brennkraftmaschine und/oder der Motor eingestellt werden, um
Klopfen oder anderes NVH während
des Arbeitens in dem Spielbereich zu mindern. Zu beachten ist, dass
das Brennkraftmaschinen- und/oder Motordrehmoment als Reaktion auf
eine Drehmomentdrehzahl oder ein Drehmoment-Zeit-Kennfeld oder -Funktion
angepasst werden können,
was z. B. bei 814 zumindest teilweise von der Steifheit
des Getriebes und des festgestellten Spielbereichs abhängen kann.
Schließlich
kann die Routine von 828, 826 oder 818 zurückkehren.
-
Somit
können
die vorstehend beschriebenen Spielbereiche mit Hilfe eines oder
mehrerer Ansätze festgestellt
werden. Bei einem Ansatz kann der Spielbereich des Getriebes beruhend
auf statistischen Informationen bezüglich der Spielbereiche ähnlicher Getriebearten
festgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Modell zur
Schätzung
von Brennkraftmaschine und/oder Motor verwendet werden, um den Spielbereich
bzw. die Spielbereiche festzustellen.
-
Während in
dem Steuergerät
ein Brennkraftmaschinendrehmoment-Schätzmodell verwendet werden kann,
können
bei manchen Bedingungen Fehler bei der Schätzung die Schätzungsgenauigkeit verringern,
so dass sie nicht zuverlässig
anzeigen kann, ob das Antriebsstrangdrehmoment leicht positiv oder
leicht negativ ist. Daher kann ein anderer Ansatz allein oder zusätzlich zur
Drehmomentschätzung
verwendet werden, um selbst bei Vorhandensein externer Geräuschfaktoren
präzis
anzuzeigen, sobald der Antriebsstrang den Spielbereich durchquert.
Ein Steuerungsansatz wird bezüglich 9 beschrieben.
Im Einzelnen kann das Steuersystem das Drehzahlverhältnis des
Drehmomentwandlers nutzen, um den Drehmomentwert in dem Antriebsstrang
zu folgern. Wenn das Drehzahlverhältnis > 1 ist, glaubt man, dass das Getriebe
kein positives Drehmoment erzeugt. Wie vorstehend beschrieben kann
ein schneller Anstieg des Brennkraftmaschinen- und/oder Motordrehmoments,
der eintritt, bevor das Drehzahlverhältnis bei einem Vorsprung > 1 ist, das Risiko
von Klopfen erhöhen.
Der Wert, bis zu dem das Brennkraftmaschinen- und/oder Motordrehmoment
bezüglich
der geforderten Leistung bewältigt
werden kann, hängt
aber von der vom Fahrer geforderten Fahrzeugleistung ab, die in
einem Beispiel durch eine Gaspedalstellung angezeigt wird. Da weiterhin
der Wert der Drehmomentmultiplikation in dem Getriebe und die Fahrzeuggeschwindigkeit ebenfalls
den Wert der Beschleunigung in dem Antriebsstrang beeinflussen können und
wie stark wahrnehmbar ein Klopfen für den Kunden sein könnte, können diese
Faktoren auch berücksichtigt
werden. Daher können
in einem Beispiel mindestens vier Eingaben zur Ermittlung einer
maximalen Anstiegsrate des Brennkraftmaschinendrehmoments verwendet werden,
darunter: Drehzahlverhältnis,
Pedalstellung, Fahrzeuggeschwindigkeit und das Verhältnis der kombinierten
Brennkraftmaschinendrehzahl und/oder Motordrehzahl zur Fahrzeuggeschwindigkeit
(novs). Diese Rate kann dann zum Berechnen einer gefilterten Version
des vom Fahrer geforderten Drehmoments (einschließlich eines
oder mehrere von: Brennkraftmaschine und Motor) verwendet werden,
um wie vorstehend beschrieben Klopfen bei Gasgeben zu vermeiden.
Zu beachten ist aber, dass nicht alle diese Parameter erforderlich
sind und dass verschiedene Kombinationen und Unterkombinationen
verwendet werden können.
-
Unter
Bezug nun auf 9 wird eine Routine zum Beschränken der Änderungsrate
(z. B. Anstieg) der Brennkraftmaschinen- und/oder Motorleistung oder
der Art des für
einen oder mehrere der Brennkraftmaschinenzylinder zulässigen Betriebsartwechsels
zum Mindern des Risikos von Klopfen beschrieben. Bei 910 ermittelt
die Routine, ob die aktuelle Filterausgabe größer als die letzte Filterausgabe
ist (tq_dd_unfil > tq_dd_filt).
Wenn die Antwort bei 910 Ja lautet, geht die Routine weiter
zu 912. Bei Schritt 912 ermittelt die Routine,
ob der Fahrer das Gaspedal 130 niederdrückt, was zum Beispiel durch
das Signal PP mittels Sensor 134 gemessen wird. In einem Beispiel
stellt die Routine fest, ob der Fahrer ein Gaspedal niederdrückt, indem
sie ermittelt, ob die Pedalstellung kleiner als ein vorgewählter Wert
ist. Zu beachten ist, dass dieser vorgewählte Wert ein adaptiver Parameter
sein kann, der Veränderungen
der geschlossenen Pedalstellung aufgrund Sensoralterung, mechanischen
Verschleißes
und verschiedener anderer Faktoren überwacht. Wenn die Antwort
auf Schritt 912 Ja lautet, geht die Routine weiter zu 914.
-
Bei 914 ermittelt
die Routine, ob der Arbeitszyklus der Drehmomentwandlerkupplung
gering ist. In einem Beispiel ermittelt die Routine, ob der angeordnete
Arbeitszyklus (bcsdc) kleiner als ein kalibrierbarer Grenzwert ist
(TQE_RATE_MNDC). Im Einzelnen kann die Routine bei 914 dann
ermitteln, ob sich der Drehmomentwandler in einem überbrückten oder nicht überbrückten Zustand
befindet. Wenn die Antwort bei 914 Ja lautet, was anzeigt,
dass der Drehmomentwandler nicht überbrückt oder nicht wesentlich überbrückt ist,
geht die Routine weiter zu 916.
-
Bei 916 berechnet
die Routine eine zulässige Anstiegsrate
des Brennkraftmaschinen- und/oder Motordrehmoments beruhend auf
verschiedenen Faktoren. Im Einzelnen nutzt die Routine Informationen,
die Zustand und Bedingungen der Brennkraftmaschine und des Antriebssystems
in Beziehung setzen, die anzeigen, ob Klopfen das Fahrgefühl beeinflussen
kann und ob die das geforderte Brennkraftmaschinen- oder Motordrehmoment
beschränkende
Rate die Fahrzeugreaktion mindert. Insbesondere nutzt die Routine
in einem Beispiel die erfasste Gaspedalstellung (PP), das Drehzahlverhältnis des Drehmomentwandlers,
die Fahrzeuggeschwindigkeit, das Verhältnis von Fahrzeuggeschwindigkeit
zu Brennkraftmaschine und/oder Motordrehzahl und Informationen bezüglich der bestimmten
Betriebsart jedes der Zylinder. In einem Beispiel wird die zulässige Anstiegsrate
(tqe_tipmx_tmp) als vierdimensionale Funktion der Pedalstellung,
des Drehzahlverhältnisses,
der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Verhältnisses von kombinierter Brennkraftmaschinen-
und Motordrehzahl zu Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt. In einem
anderen Beispiel kann die in 4 gezeigte Berechnung
mit zweidimensionalen Lookup-Tabellen verwendet werden. Die erste
Lookup-Tabelle kann das Verhältnis
von Brennkraftmaschinen- und/oder Motordrehzahl zu Fahrzeuggeschwindigkeit
und das Drehzahlverhältnis
des Drehmomentwandlers als Eingaben verwenden, während die zweite Tabelle Pedalstellung
und Fahrzeuggeschwindigkeit als Eingaben verwenden kann, wobei die
Ergebnisse der beiden Lookup-Tabellen miteinander multipliziert werden,
um die zulässige
Anstiegsrate des kombinierten Brennkraftmaschinen- und/oder Motordrehmoments
zu erhalten, das durch das Getriebe übertragen wird.
-
Weiter
mit 9 berechnet die Routine bei 918 den zulässigen Anstieg
des Brennkraftmaschinen- und/oder Motordrehmoments (tqe_arb_max)
als Summe des gefilterten Drehmomenteingabewerts (tq_dd_filt) und
des Produkts der maximal zulässigen Anstiegsrate
mal der Abtastzeit (delta_time). Als Nächstes ermittelt die Routine
bei 920, ob Filtern zu verwenden ist, indem sie prüft, ob das
ungefilterte geforderte Drehmoment größer als der zulässige Anstieg
des bei 915 berechneten kombinierten Brennkraftmaschinen-
und/oder Motordrehmoments ist.
-
Wenn
die Antwort bei 920 Ja lautet, wird die Ausgabe durch Setzen
des zum Steuern des Brennkraftmaschinenbetriebs verwendeten gefilterten
Abtriebsdrehmoments gleich dem bei 918 berechneten maximal
zulässigen
Drehmoment gesetzt. Wenn alternativ die Antwort bei 920 Nein
lautet, geht die Routine weiter zu 924 und nutzt die ungefilterte
Ausgabe als das zum Steuern des Brennkraftmaschinen- und/oder Motorbetriebs
verwendete Drehmoment. Zu beachten ist, dass die Ausgabe der Routine
von 9 (tq_dd_filt), die das zu erzeugende ratenbeschränkte geforderte
Drehmoment darstellt, dann zum Ausführen verschiedener Brennkraft-
und/oder Motorbetriebe verwendet werden kann. Im Einzelnen wird
dieser Wert zum zeitlichen Festlegen von Steuermaßnahmen
wie zum Beispiel: Steuern der Drosselstellung einer elektronisch
gesteuerten Drossel, Anpassen des absorbierten oder von dem Motor
zum Antriebsstrang gelieferten Drehmomentbetrags (z. B. an der Brennkraftmaschinenseite
des Getriebes und/oder an der Antriebsradseite des Getriebes), Steuern
oder zeitliches Festlegen von Wechseln zwischen Zylinderbetriebsarten
(z. B. Frühverstellen, Ausführen oder
Verzögern
von Wechseln), Steuern von Kraftstoffeinspritzung der Einspritzventile,
Steuern von Zündzeiten
der Brennkraftmaschine und verschiedene andere Parameter genutzt.
Auf diese Weise kann die Brennkraftmaschine und/oder der Motor so
gesteuert werden, dass das geforderte Filterdrehmoment vorgesehen
wird, wodurch Klopfen verringert wird, während immer noch ein annehmbarer
und reagierender Fahrzeugbetrieb vorgesehen wird.
-
Zu
beachten ist, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuer-
und Schätzroutinen
mit verschiedenen Brennkraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen
verwendet werden können.
Die hierin beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere einer
Reihe von Verarbeitungsstrategien wie z. B. ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert,
Multitasking, Multithreading und dergleichen darstellen. Daher können verschiedene gezeigte
Schritte, Abläufe
oder Funktionen in der gezeigten Abfolge oder parallel ausgeführt oder
in manchen Fällen
ausgelassen werden. Analog ist die Reihenfolge der Verarbeitung
nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der der
hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungen zu verwirklichen, wird
aber zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen.
Ein oder mehrere der gezeigten Schritte oder Funktionen können abhängig von
der jeweils eingesetzten Strategie wiederholt ausgeführt werden.
Weiterhin können
die beschriebenen Schritte einen in das maschinell lesbare Speichermedium
in dem Motorsteuersystem einzuprogrammierenden Code graphisch darstellen.
-
Es
versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen
beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungen
nicht einschränkend
betrachtet werden sollten, da zahlreiche Abänderungen möglich sind. Zum Beispiel kann die
vorstehende Technologie auf V6-, I-4, I-6, V12, Gegenkolben- und andere Brennkraftmaschinenausführungen
angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst
alle neuartigen und nicht nahe liegenden Kombinationen und Unterkombinationen
der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie andere Merkmale,
Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart werden.
-
Die
folgenden Ansprüche
zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen
auf, welche als neuartig und nicht nahe liegend betrachtet werden.
Diese Ansprüche
können
auf „ein" Element oder „ein erstes" Element oder eine Entsprechung
desselben verweisen. Diese Ansprüche
sind so zu verstehen, dass sie das Integrieren eines oder mehrerer
solcher Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehrere dieser Elemente
weder fordern noch ausschließen.
Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen,
Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung
der vorliegenden Ansprüche oder
durch Vorlage neuer Ansprüche
in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche
Ansprüche
werden, ob sie nun gegenüber dem
Schutzumfang der ursprünglichen
Ansprüche breiter,
enger, gleich oder unterschiedlich sind, ebenfalls als im Gegenstand
der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.