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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft den Betrieb von Antriebseinheiten mit einem stationär nicht-zulässigen Betriebsbereich,
insbesondere Verbrennungsmotoren und dessen Betrieb, wobei insbesondere
Betriebsarten mit Einspritzausblendungen nutzbar sind.
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Stand der Technik
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Moderne
Verbrennungsmotoren weisen ein Luftzuführungssystem auf, um den Luftmassenstrom,
der den Zylindern des Verbrennungsmotors zugeführt wird, zu steuern. In dem
Luftzuführungssystem
ist zumeist eine Drosselklappe angeordnet, die den Luftstrom in
das Saugrohr reguliert. Bei modernen Verbrennungsmotoren wird die
Drosselklappe elektrisch eingestellt. Die endliche Einstellgeschwindigkeit
der Drosselklappe sowie dynamische Füllungseffekte im Saugrohr lassen
eine hoch dynamische Einstellung eines vorgegebenen Luftmassenstroms
nicht zu. Somit sind schnelle Einstellungen des vom Verbrennungsmotor
gelieferten Drehmoments über
diesen Einstellmechanismus nicht möglich.
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Daher
wird beim Betrieb des Verbrennungsmotors ein Vorhalte-Sollmoment
vorgesehen, das im statischen Betriebszustand eine erhöhte Luftfüllung in den
Zylindern vorsehen kann, so dass durch eine Verstellung des Zündwinkels
ein erhöhtes
Drehmoment schnell abgerufen werden kann. Daher kann ein Eingriff
mit dem Zündwinkel
zu einer schnellen Änderung
des Drehmoments des Verbrennungsmotors genutzt werden.
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Eine
Reduzierung des Drehmoments des Motors basierend auf einer geringeren
Sollmomentvorgabe wird mithilfe einer Spätverstellung des Zündwinkels
gegenüber
einem Basiszündwinkel
erreicht, wodurch der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors verschlechtert
wird, was sich jedoch negativ aus den Kraftstoffverbrauch auswirkt.
Das Istmoment des Verbrennungsmotors verringert sich dabei gegenüber dem
Basismoment und folgt dem vorgegebenen (sich verringerndem) Sollmoment.
Eine Momentenreduktion mittels einer Spätverstellung des Zündwinkels
ist bis zum minimalen Basismoment möglich, das durch die Brennbarkeitsgrenze
sowie durch Bauteileschutzgrenzen gegeben ist und unter anderem vom
aktuellen Basismoment (d. h. von der aktuellen Füllung) abhängt.
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Eine
weitere Momentenreduktion bei entsprechend kleinem Sollmoment kann
dann nur durch die Einspritzausblendung einzelner Zylinder erfolgen. Einspritzausblendungen
sind jedoch mit höheren
Abgasemissionen, verstärkter
Laufunruhe des Verbrennungsmotors und Geräuschproblemen verbunden. Ein
Betrieb mit Einspritzausblendung ist zwar technisch stationär möglich, sollte
aber nur temporär
eingestellt werden. Ein quasi-stationärer Betrieb mit Einspritzausblendung
einzelner Zylinder ist daher zu vermeiden.
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Das
Istmoment des Verbrennungsmotors lässt sich durch Einspritzausblendung
aller Zylinder bis auf das Minimalmoment, das dem Verlustmoment des
Verbrennungsmotors entspricht, reduzieren. In diesem Fall liegt
eine Schubabschaltung vor, bei der die Nachteile des Betriebs mit
einer Einspritzausblendung nur eines Teils der Zylinder nicht mehr
vorliegen. Die Schubabschaltung kann daher über längere Zeit und somit quasi-stationär eingestellt werden.
Dadurch ergeben sich Momentenbereiche für das Sollmoment, die im Normalbetrieb
quasi-stationär
genutzt werden können:
- – ein
erster Momentenbereich, der abhängig
von der aktuellen Füllung
dem Momentenbereich zwischen dem Basismoment und dem minimalen Basismoment
entspricht; und
- – ein
zweiter Momentenbereich, der durch die Schubabschaltung des Verbrennungsmotors
definiert ist und einem minimalen Motormoment entspricht, das das
Verlustmoment des Verbrennungsmotors darstellt.
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Dazwischen
liegt ein Momentenbereich für das
Sollmoment vor, der im Normalbetrieb wegen der oben beschriebenen
Nachteile bezüglich
Laufunruhe und Abgasemissionen quasi-stationär nicht genutzt werden sollte,
d. h. nicht zugelassen ist. Je nach angefordertem Sollmoment kann
dies jedoch zum schnellen Wechsel zwischen dem ersten und zweiten Momentenbereich
führen,
um ein Moment bereitzustellen, das im zwischen dem ersten und zweiten
Momentenbereich liegenden Momentenbereich liegt. Ein solcher schneller
Wechsel führt
zu Drehmomentsprüngen,
die sich in einem Fahrbetrieb als unkomfortables Ruckeln bemerkbar
machen können.
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Unter
bestimmten Umständen
ist der im Normalbetrieb zulässigen
bzw. nutzbare Momentenbereich zusätzlich eingeschränkt, z.
B. wenn aus Emissionsgründen
wegen zu geringer Temperatur eines Katalysators nur ein Einspritzbetrieb
aller Zylinder erlaubt ist und die Einspritzausblendung einzelner
Zylinder sowie die Schubabschaltung nicht zugelassen werden.
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Weiterhin
ist es möglich,
dass bei sicherheitskritischen Eingriffen oder Schutzeingriffen,
wie z. B. ESP, Notlauf, Maximaldrehzahlabregelung, Überwachung,
Bauteileschutz, Geschwindigkeitsbegrenzung und dgl. der Normalbetrieb
verlassen wird und auch die im Normalbetrieb stationär nicht
zulässigen
Momentenbereiche für
längere
Zeit eingestellt werden können.
Daneben können
unter anderem Eingriffe eines Automatikgetriebes in das Sollmoment,
z. B. während
Schaltvorgängen,
ein Abweichen vom Normalbetrieb erforderlich machen.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors
zur Verfügung
zu stellen, bei dem vorgesehen ist, einen im Normalbetrieb stationär nicht
nutzbaren bzw. nicht zulässigen
Momentenbereich, wie z. B. der Momentenbereich, der nur durch eine
Zylinderausblendung einzelner Zylinder erreicht werden kann, nur
temporär
zuzulassen, wobei bei Übergängen zwischen Sollmomenten,
die in verschiedenen stationär
zulässigen
Momentenbereichen liegen, keine bei einem Betrieb eines Fahrzeugs
unkomfortablen Sprünge des
vom Verbrennungsmotor bereitgestellten Drehmoments auftreten sollen.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch die
Vorrichtung gemäß dem nebengeordneten
Anspruch gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem
ersten Aspekt ist ein zum Betreiben eines Verbrennungsmotors vorgesehen.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- – Bereitstellen
einer Vorgabegröße zum Ansteuern
der Antriebseinheit, um eine Ausgangsgröße bereitzustellen;
- – Bereitstellen
einer Angabe von betriebspunktabhängigen Ausgangsgrößen-Bereichen für die bereitgestellte
Vorgabegröße, in denen
ein stationärer
Betrieb der Antriebseinheit zulässig
ist, wobei zwischen den betriebspunktabhängigen Ausgangsgrößen-Bereichen
ein stationär
nicht-zulässiger
Ausgangsgrößen-Bereich
definiert ist;
- – wenn
in einer Übergangsbetriebsart
eine Änderung
der Vorgabegröße für die Antriebseinheit
ein Durchqueren des stationär
nicht-zulässigen
Ausgangsgrößen-Bereichs
erfordert, Ansteuern der Antriebseinheit anhand einer geführten Vorgabegröße,
wobei
die geführte
Vorgabegröße durch
ein Führen
der Vorgabegröße bestimmt
wird, so dass die Dauer, während
der die Antriebseinheit zum Bereitstellen der geführten Vorgabegröße innerhalb des
stationär
nicht-zulässigen
Ausgangsgrößen-Bereichs
angesteuert wird, auf eine vorgegebene Maximaldauer begrenzt ist.
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Eine
Idee des obigen Verfahrens besteht darin, die Zeitdauer während der
die Antriebseinheit zum Bereitstellen einer Ausgangsgröße in einem
stationär
nicht-zulässigen
Ausgangsgrößen-Bereich
zu begrenzen, indem die Vorgabegröße in einer Übergangsbetriebsart
zwischen den stationär
zulässigen Ausgangsgrößen-Bereichen
geführt
wird.
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Insbesondere
kann vorgesehen, dass das Führen
der Vorgabegröße durch
Begrenzen der Vorgabegröße bezüglich einem
oder mehreren Grenzwerten durchgeführt wird, um die geführte Vorgabegröße zu erhalten,
wobei sich der Grenzwert bzw. die Grenzwerte aus einem oder mehreren
vorgegebenen Grenzwerteverläufen
zwischen einem ersten der Ausgangsgrößen-Bereiche und einem zweiten
der Ausgangsgrößen-Bereiche
ergeben.
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Eine
Idee des obigen Verfahrens besteht darin, momentane, für den aktuellen
Betriebspunkt gültige
Grenzwerte zu ermitteln, die für
eine vorgegebene Vorgabegröße bestimmt
werden, und die Ausgangsgrößen-Bereiche
zu ermitteln, in denen ein dauerhafter Betrieb der Antriebseinheit
zugelassen ist. Dabei werden die momentanen Grenzwerte dynamisch
so angepasst, dass sie eine Vorgabegröße, die innerhalb eines stationär nicht-zulässigen Ausgangsgrößen-Bereich
liegt, nur temporär
zulassen, um z. B. komfortable Übergänge zwischen
den stationär
zulässigen
Ausgangsgrößen-Bereichen
zu erreichen. Dazu werden die momentanen Grenzwerte weiterhin dynamisch so
angepasst, dass dadurch keine zusätzlichen (d. h. abgesehen von
anderweitig verursachten Sprüngen,
z. B. des Fahrerwunschmoments) Sprünge der geführten (begrenzten) Vorgabegröße erzeugt
werden.
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Bei
dem obigen Verfahren kann insbesondere eine Vorgabegröße, die
sich innerhalb der stationär
zulässigen
Ausgangsgrößen-Bereiche
befindet, zugelassen bzw. nicht begrenzt werden. Eine sofortige
Reaktion auf eine Änderung
des Fahrerwunschmoments innerhalb des stationär zulässigen Ausgangsgrößen-Bereichs
ist somit z. B. möglich. Weiterhin
wird ein schnelles Durchqueren eines stationär nicht zulässigen Ausgangsgrößen-Bereichs bei
entsprechendem Verlauf der Vorgabegröße ebenfalls zugelassen. Ein
zu langsames Durchqueren des Ausgangsgrößen-Bereichs, das erhöhte Abgasemission,
verstärkte
Laufunruhe des Verbrennungsmotors und/oder zu hohe Geräuschentwicklung
verursachen kann, wird dagegen nicht zugelassen.
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Insbesondere
bei Hybridfahrzeugen ist ein schnelles Durchqueren des stationär nicht
zulässigen
Ausgangsgrößen-Bereichs
ermöglicht,
wenn eine Kompensation einer sich schnell ändernden Vorgabegröße durch
einen oder mehrere Elektromotoren oder Hydraulikmotoren möglich ist.
Schnelle Änderungen
z. B. in der Gesamtantriebsleistung können damit vermieden werden,
wodurch ein hoher Fahrkomfort sichergestellt ist.
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Weiterhin
kann das Führen
der Vorgabegröße durch Begrenzen der Vorgabegröße bezüglich einem oder mehreren Grenzwerten
durchgeführt
werden, um die geführte
Vorgabegröße zu erhalten,
wobei sich der Grenzwert bzw. die Grenzwerte aus einem oder mehreren
vorgegebenen Grenzwerteverläufen
zwischen einem ersten der Ausgangsgrößen-Bereiche und einem zweiten
der Ausgangsgrößen-Bereiche
ergeben.
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Weiterhin
kann die Vorgabegröße auf den ersten
oder zweiten Ausgangsgrößen-Bereich
begrenzt werden, wenn keine Übergangsbetriebsart vorliegt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
können
der erste und der zweite Ausgangsgrößen-Bereich jeweils durch eine
untere Ausgangsgrößen-Bereichsgrenze
und eine obere Ausgangsgrößen-Bereichsgrenze
definiert sein, wobei die obere Ausgangsgrößen-Bereichsgrenze des zweiten
Ausgangsgrößen-Bereich kleiner ist
als die untere Ausgangsgrößen-Bereichsgrenze
des ersten Ausgangsgrößen-Bereich,
wobei der Grenzwerteverlauf monoton und stetig zwischen der oberen
Ausgangsgrößen-Bereichsgrenze
des zweiten Ausgangsgrößen-Bereich
und der unteren Ausgangsgrößen-Bereichsgrenze
des ersten Ausgangsgrößen-Bereich innerhalb
der vorgegebenen Maximaldauer definiert ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform
können
die Vorgabegröße einer
Sollmomentangabe bzw. die Ausgangsgrößen-Bereich Momentbereichen
entsprechen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
kann der erste Momentenbereich als der Momentenbereich zwischen
einem minimalen Basismoment, das bei der bestehenden Luftfüllung in
den Zylindern das minimal durch Eingriff in den Zündwinkel
bereitstellbare Antriebsmoment angibt, und einem optimalen Basismoment,
das das bei der bestehenden Luftfüllung in den Zylindern das
maximale, durch Eingriff in den Zündwinkel bereitstellbare Antriebsmoment
angibt, definiert sein und/oder der zweite Momentenbereich ein Minimalmoment
darstellen, das durch das von dem Verbrennungsmotor bei dem momentanen
Betriebspunkt bereitgestellte Moment in der Schubabschaltung bestimmt
ist.
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Alternativ
oder zusätzlich
können
die Momentenbereiche (insbesondere der erste Momentenbereich) durch
Variation der eingespritzten Kraftstoffmenge und/oder durch Variation
des Einspritzbeginns und/oder durch Variation des Einspritzmusters und/oder
Variation der Abgasrückführungsrate und/oder
durch Variation des Abgasgegendrucks etc. aufgespannt werden.
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Insbesondere
kann bei Vorliegen der Übergangsbetriebsart
bei einer Änderung
des Betriebspunktes des Verbrennungsmotors von dem ersten Momentenbereich
zu dem zweiten Momentenbereich das Sollmoment auf einen durch einen
ersten Grenzwerteverlauf vorgegebenen oberen Grenzwert begrenzt
werden, wenn das Sollmoment innerhalb des stationär nicht-zulässigen Momentenbereichs
liegt.
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Insbesondere
kann bei Vorliegen der Übergangsbetriebsart
bei einer Änderung
des Betriebspunktes des Verbrennungsmotors von dem zweiten Momentenbereich
zu dem ersten Momentenbereich das Sollmoment auf einen durch einen
zweiten Grenzwerteverlauf vorgegebenen unteren Grenzwert begrenzt
werden, wenn das Sollmoment innerhalb des stationär nicht-zulässigen Momentenbereichs liegt.
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Insbesondere
kann bei Vorliegen der Übergangsbetriebsart
bei einer Änderung
des Betriebspunktes des Verbrennungsmotors von dem zweiten Momentenbereich
zu dem ersten Momentenbereich das Sollmoment auf einen durch einen
dritten Grenzwerteverlauf vorgegebenen oberen Grenzwert begrenzt
werden, wenn das Sollmoment innerhalb des stationär nicht-zulässigen Momentenbereichs
liegt.
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Insbesondere
kann bei Vorliegen der Übergangsbetriebsart
bei einer Änderung
des Betriebspunktes des Verbrennungsmotors von dem ersten Momentenbereich
zu dem zweiten Momentenbereich das Sollmoment auf einen durch einen
vierten Grenzwerteverlauf vorgegebenen unteren Grenzwert begrenzt
werden, wenn das Sollmoment innerhalb des stationär nicht-zulässigen Momentenbereichs
liegt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
kann das Begrenzen des Sollmomentes bezüglich einen oder mehreren Grenzwerten
abhängig
von einem Betriebsartsignal durchgeführt werden, das angibt, ob ein
Normalbetrieb oder ein Ausnahmebetrieb vorliegt.
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Insbesondere
kann in der Ausnahmebetriebsart zugelassen werden, einen im Normalbetrieb stationär nicht
zulässigen
Momentenbereich für
längere
Zeitdauer zu nutzen und/oder zusätzliche
Einschränkungen
nicht zu berücksichtigen,
wenn z. B. sicherheitskritische Eingriffe oder Schutzeingriffe (z. B.
ESP, Notlauf, Maximaldrehzahlabregelung, Überwachung, Bauteileschutz,
Geschwindigkeitsbegrenzung und dgl.) oder Eingriffe eines automatischen Getriebes
eine höhere
Priorität
haben.
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Weiterhin
werden in einem Motorsystem, bei dem ein Verbrennungsmotor abhängig von
einem aus einem Fahrerwunschmoment und einem von einem Anforderer
bereitgestellten Momenteneingriff gebildeten Sollmoment betrieben
wird, die Momentenbereichsgrenzen, die die stationär zulässigen Momentenbereiche
definieren, an den Anforderer übermittelt.
Damit kann der Anforderer z. B. bei Hybridfahrzeugen, die über einen
Freiheitsgrad in der Betriebspunktwahl verfügen, optimale Betriebspunkte für den Verbrennungsmotor
und den Elektromotor wählen
und damit eine Fahrstrategie optimieren. Sind das Motorsteuergerät und der
Anforderer in verschiedenen Einheiten realisiert, kann die Kommunikation
der momentanen Momentenbereichsgrenzen von dem Verbrennungsmotor
an den Anforderer in einfacher Weise über ein Bussystem realisiert
werden, da die Dynamik von Änderungen
der Momentenbereichsgrenzen bei dem aktuellen Betriebspunkt geringer
ist als die Dynamik des Verbrennungsmotors und des Anforderers,
so dass Signalverzögerungen
der Kommunikation unkritisch sind.
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Weiterhin
kann vorgesehen sein, den stationär nicht zulässigen Momentenbereich sowie
einen Momentenbereich, in dem sich beispielsweise ein Schu babschaltungsbetrieb
befindet, in einer Betriebsart zumindest zeitweilig nicht zuzulassen,
z. B. wegen zu geringer Temperatur eines Katalysators. Dazu kann
ein entsprechendes Sperrsignal generiert werden, das einen Wechsel
von einem im Normalbetrieb stationär zulässigen Momentenbereich zu einen anderen
im Normalbetrieb stationär
zulässigen
Bereich anfordert, aufgrund der oben angegebenen zusätzlichen
Einschränkungen
nicht zulässt
bzw. verhindert.
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Weiterhin
kann die Übergangsbetriebsart
abhängig
von einem Eingriffsignal bestimmt werden, wobei das Eingriffsignal
die Änderung
des Betriebspunktes des Verbrennungsmotors, die ein Durchqueren
des stationär
nicht-zulässigen
Momentenbereichs erfordert, anzeigt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
kann das Führen
der Vorgabegröße gemäß einem
vorgegebenen zeitlichen Verlauf durchgeführt werden. Insbesondere kann
der vorgegebene zeitliche Verlauf so bemessen sein, dass die geführte Vorgabegröße mit Ablauf
der vorgegebenen Maximaldauer den nachfolgenden stationär zulässigen Betriebsbereich
erreicht.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors vorgesehen.
Die Vorrichtung umfasst:
- – einen Anforderer zum Bereitstellen
einer Vorgabegröße zum Ansteuern
der Antriebseinheit, um eine Ausgangsgröße bereitzustellen;
- – eine
Vorgabegrößeführungseinrichtung
zum Führen
der Vorgabegröße;
- – eine
Motorsteuereinheit, um die Antriebseinheit zu betreiben, so dass
eine Ausgangsgröße der Antriebseinheit
entsprechend der geführten
Vorgabegröße bereitgestellt
wird;
- – eine
Führungseinheit,
die ausgebildet ist,
– um
eine Angabe von betriebspunktabhängigen Ausgangsgrößen-Bereichen für die bereitgestellte Vorgabegröße, in denen
ein stationärer
Betrieb der Antriebseinheit zulässig
ist, bereitzustellen, wobei zwischen den betriebspunktabhängigen Ausgangsgrößen-Bereichen
ein stationär nicht-zulässiger Ausgangsgrößen-Bereich
definiert ist; und
– um,
wenn in einer Übergangsbetriebsart
eine Änderung
der Vorgabegröße für die Antriebseinheit
ein Durchqueren des stationär
nichtzulässigen
Ausgangsgrößen-Bereichs
erfordert, die Antriebseinheit anhand der geführten Vorgabegröße anzusteuern,
wobei
die geführte
Vorgabegröße durch
ein Führen
der Vorgabegröße bestimmt
wird, so dass die Dauer, während
der die Antriebseinheit zum Bereitstellen der geführten Vorgabegröße innerhalb des
stationär
nicht-zulässigen
Ausgangsgrößen-Bereichs
angesteuert wird, auf eine vorgegebene Maximaldauer begrenzt ist.
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Insbesondere
können
der Anforderer einem Momentenanforderer, die Führungseinheit einer Begrenzungseinheit
und die Vorgabegrößeführungseinrichtung
einem Sollmomentenbegrenzer entsprechen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist ein Motorsystem mit der obigen Vorrichtung und
einer Motorsteuereinheit, die abhängig von der geführten Vorgabegröße eine
Antriebseinheit ansteuert, vorgesehen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist ein Computerprogramm vorgesehen, das, wenn es
auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird, das obige Verfahren
ausführt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Blockdarstellung eines Motorsystems zur Realisierung
eines Verfahrens zum Vermeiden stationär nicht zulässiger Momentenbereiche;
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2 ein
Signal-Zeit-Diagramm, das die Verläufe der Grenzwerte für eine Begrenzung
des Sollmoments, des begrenzten Sollmoments sowie eines Momentenanforderungssignals
und eines Betriebsartsignals angibt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Motorsystems 1 mit
einem Verbrennungsmotor 2. Der Verbrennungsmotor 2 wird über eine
Motorsteuereinheit 3 mit Hilfe von Motorsteuersignalen
angesteuert, die beispielsweise eine Stellung einer Drosselklappe,
eine vor jedem Verbrennungsvorgang in einen Zylinder einzuspritzende
Kraftstoffeinspritzmenge, Zündzeitpunkte
für das
Zünden
eines im Zylinder befindlichen Luft-/Kraftstoffgemisch und dgl.
vorgeben. Zur Generierung der Motorsteuersignale erhält die Motorsteuereinheit 3 ein
Vorhaltesollmoment trqLeadEng von einem Momentenanforderer 4.
Weiterhin stellt der Momentenanforderer 4 ein Sollmoment
zur Verfügung,
das das von dem Verbrennungsmotor 2 bereitzustellende unbegrenzte Sollmoment
trqDesEng angibt.
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Das
unbegrenzte Sollmoment trqDesEng wird einem Sollmomentenbegrenzer 5 zugeführt, der der
Motorsteuereinheit 3 ein begrenztes Sollmoment trqDesEngLtd
weitergibt. Die Begrenzungseinheit 5 erhält als weitere
Eingangsgrößen Angaben
zu einem oberen momentanen Grenzwert trqMax und einem unteren momentanen
Grenzwert trqMin, die den Bereich definieren, auf den das aktuelle
unbegrenzte Sollmoment begrenzt werden soll.
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Die
Motorsteuereinheit 3 ermittelt das Basismoment Eng_trqBs
sowie das minimale Basismoment Eng_trqBsMin, die bei einer Änderung
des Sollmoments dem Vorhaltesollmoment trqLeadEng aufgrund der Luftpfaddynamik
verzögert
reagieren.
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Weiterhin
bestimmt die Motorsteuereinheit 3 ein Minimalmoment Eng_trqMin,
das von der momentanen Drehzahl, der Verbrennungsmotortemperatur
und weiteren Parametern abhängig
ist und einem Verlustmoment des Verbrennungsmotors entspricht, das
sich einstellt, wenn kein Antriebsmoment durch den Verbrennungsmotor 2 erzeugt
wird. Mit anderen Worten das Minimalmoment Eng_trqMin stellt das
Moment des Verbrennungsmotors 2 im Schubabschaltungsbetrieb
dar.
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Das
Basismoment Eng_trqBs, das minimale Basismoment Eng_trqBsMin und
das Minimalmoment Eng_trqMin werden einer Begrenzungseinheit 6 zugeführt, die
daraus den unteren momentanen Grenzwert trqMin und den oberen momentanen Grenzwert
trqMax bestimmt, die dem Sollmomentenbegrenzer 5 bereitgestellt
werden. Weiterhin werden der untere und der obere momentane Grenzwert
trqMin, trqMax auch dem Momentenanforderer 4 zur Verfügung gestellt,
und dienen dort dazu, z. B. einen Filter zu initialisieren, der
das unbegrenzte Sollmoment trqDesEng filtert. Der untere und der
obere momentane Grenzwert trqMin, trqMax dienen zum Initialisieren
des Filters, wenn das bereitzustellende Sollmoment trqDesEng an
eine der durch den unteren und den oberen momentanen Grenzwert trqMin,
trqMax definierten Grenzen anstößt.
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Weiterhin
erhält
die Begrenzungseinheit 6 das begrenzte Sollmoment trqDesEngLtd
aus dem Sollmomentenbegrenzer 5. Der Momentenanforderer 4 stellt
weiterhin ein Eingriffssignal bCtOff zur Verfügung, das einen Wechsel von
einem Einspritzbetrieb aller Zylinder in die Schubabschaltung angibt bzw.
allgemein den Wechsel von einem im Normalbetrieb stationär zulässigen,
d. h. nutzbaren, ersten Momentenbereich in einen weiteren im Normalbetrieb
stationär
zulässigen,
d. h. nutzbaren Momentenbereich angibt.
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Weiterhin
stellt der Momentenanforderer 4 ein Betriebsartsignal bNorm
zur Verfügung,
mit dem angezeigt werden kann, ob der Verbrennungsmotor in einem
Normalbetrieb oder in einer Ausnahmebetriebsart betrieben werden
soll. Die Ausnahmebetriebsart legt fest, dass die Beschränkung des
stationär
nicht zulässigen
Momentenbereichs aufgehoben werden soll, so dass alle Momentenbereiche
auch für längere Zeitdauer
von dem Momentenanforderer 4 abgerufen werden können. Dadurch
kann es z. B. vorkommen, dass der Verbrennungsmotor 2 auch
auf längere
Zeit mit Einspritzausblendung einzelner Zylinder betrieben wird.
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Es
kann weiterhin vorgesehen sein, dass dem Momentenanforderer 4 auch
die Angaben über das
Basismoment Eng_trqBs und/oder das minimale Basismoment Eng_trqBsMin
und/oder das Minimalmoment Eng_trqMin bereitgestellt werden, z.
B. bei Hybridfahrzeugen, die über
einen Freiheitsgrad in der Betriebspunktwahl verfügen, d.
h. verschiedene Sollmomente abhängig
von dem Betriebspunkt bereitstellen können, um optimale Betriebspunkte
für den
Verbrennungsmotor 2 und/oder einen oder mehrere Elektromotoren
oder Hydraulikmotoren zu wählen
und damit eine Fahrstrategie zu optimieren.
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Die
Funktionsweise der Begrenzungseinheit 6 wird aus dem Signal-Zeit-Diagramm der 2 deutlich.
In dem Signal-Zeit-Diagramm der 2 sind das
Basismoment Eng_trqBs, das minimale Basismoment Eng_trqBsMin und
das Minimalmoment Eng_trqMin als gestrichelte horizontale Linien
dargestellt. Das Basismoment Eng_trqBs und das minimale Basismoment
Eng_trqBsMin sind betriebspunktabhängig, sie sind insbesondere
abhängig
von der Luftfüllung
der Zylinder und den momentan einstellbaren Zündwinkelwerten. Das Minimalmoment
Eng_trqMin hängt
in erster Linie von der Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 ab.
Zwischen dem Basismoment Eng_trqBs und dem minimalen Basismoment Eng_trqBsMin
liegt ein erster stationär
zulässiger Momentenbereich.
Das Minimalmoment Eng_trqMin bestimmt in diesem Beispiel den zweiten
stationär zulässigen Momentenbereich,
der in diesem Fall nur einem bestimmten Moment, nämlich dem
Moment des Verbrennungsmotors 2 im Schubabschaltungsbetrieb
entspricht.
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Zwischen
dem minimalen Basismoment Eng_trqBsMin und dem Minimalmoment Eng_trqMin ist
ein stationär
nicht zulässiger
Momentenbereich definiert.
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Der
untere momentane Grenzwert trqMin und obere momentane Grenzwert
trqMax, auf die das unbegrenzte Sollmoment trqDesEng begrenzt wird, sind
als durchgezogene Linien gezeigt. Eine einfach durchgezogene Linie
gibt den Verlauf des Sollmoments trqDesEng an. Der Verlauf des begrenzten Sollmoments
trqDesEngLtd ist durch die gestrichelte Linie dargestellt.
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Des
Weiteren wird das Eingriffssignal bCtOff sowie das Betriebsartsignal
bNorm im zeitlichen Verlauf dargestellt, so dass die entsprechenden Änderungen
des unteren und oberen momentanen Grenzwertes trqMin, trqMax infolge
dieser Signale erkennbar werden. Da vor einem Zeitpunkt T1 das Eingriffssignal
bCtOff mit einem Low-Pegel angibt, dass keine Anforderung zum Wechsel
von einem Einspritzbetrieb aller Zylinder in die Schubabschaltung
vorliegt, entspricht der obere momentane Grenzwert trqMax dem Basismoment
Eng_trqBs und der untere momentane Grenzwert trqMin dem minimalen
Basismoment Eng_trqBsMin. Das Sollmoment trqDesEng verläuft vor
dem Zeitpunkt T1 kurzzeitig unterhalb des unteren momentanen Grenzwertes
trqMin, so dass der Sollmomentenbegrenzer 5 aktiv begrenzt und
das begrenzte Sollmoment trqDesEngLtd kurzzeitig vom bereitgestellten
Sollmoment trqDesEng abweicht (siehe Bereich A) und stattdessen
den Wert des unteren momentanen Grenzwertes trqMin annimmt. Dadurch
kann eine kurzzeitige Einspritzausblendung, die die Motorsteuereinheit 3 bei
einem Sollmoment trqDesEng unterhalb des minimalen Basismoments
Eng_trqBsMin vornehmen würde,
vermieden werden.
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Zum
Zeitpunkt T1 gibt der Momentenanforderer 4 mit einem Wechsel
des Pegels des Eingriffssignals bCtOff eine Anforderung zum Wechsel
in die Schubabschaltung vor, so dass der untere momentane Grenzwert
trqMin auf das Minimalmoment Eng_trqMin springt.
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Zum
Zeitpunkt T2 erreicht das begrenzte Sollmoment trqDesEngLtd das
minimale Basismoment Eng_trqBsMin und somit tritt das unbegrenzte Sollmoment
trqDesEng bzw. das begrenzte Sollmoment trqDesEngLtd in einen Momentenbereich
ein, der stationär
nicht zulässig
ist. Als Folge springt der obere momentane Grenzwert trqMax auf
das minimale Basismoment Eng_trqBsMin (Zeitpunkt T2) und verläuft im weiteren
zeitlichen Verlauf rampenförmig in
Richtung zu dem Minimalmoment Eng_trqMin. Der rampenförmige zeitlichen
Verlauf ist definiert vorgegeben.
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Das
Sollmoment trqDesEng verläuft
oberhalb des rampenförmigen
Verlaufs des oberen momentanen Grenzwertes trqMax, so dass das Sollmoment
trqDesEng auf den Verlauf des oberen momentanen Grenzwertes trqMax
begrenzt wird, d. h. das limitierte Sollmoment trqDesEngLtd verläuft entlang des
oberen momentanen Grenzwertes trqMax und entspricht dann bei trqMax
= trqMin = Eng_trqMin dem Minimalmoment Eng_trqMin, sobald der rampenförmige Verlauf
des oberen momentanen Grenzwertes trqMax den unteren momentanen
Grenzwert erreicht hat. Durch den definierten rampenförmigen Verlauf
des oberen momentanen Grenzwertes trqMax in dem stationär nicht
zulässigen
Momentenbereich zwischen dem minimalen Basismoment Eng_trqBsMin
und dem Minimalmoment Eng_trqMin wird erreicht, dass ein begrenztes
Sollmoment trqDesEngLtd innerhalb des im Normalbetrieb stationär nicht
zulässigen
Momentenbereichs nur temporär vorliegt.
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Wäre zum Zeitpunkt
T1 ein Wechsel in die Schubabschaltung aufgrund einer zusätzlichen
Einschränkung,
z. B. aufgrund zu geringer Temperatur eines Katalysators, die zu
einer internen Sperrung einer Schubabschaltung bzw. einer Einspritzausblendung
des Verbrennungsmotors führen
würde,
gesperrt, würde
weiterhin der untere momentane Grenzwert trqMin dem minimalen Basismoment Eng_trqBsMin
und der obere momentane Grenzwert trqMax dem Basismoment Eng_trqBs
entsprechen.
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Zum
Zeitpunkt T3 gibt der Momentenanforderer 4 durch Wechsel
des Eingriffssignals bCtOff auf einen Low-Pegel eine Anforderung
zum Wechsel in den Einspritzbetrieb aller Zylinder vor. Als Folge springt
der obere momentane Grenzwert trqMax auf das Basismoment Eng_trqBs
und der untere momentane Grenzwert trqMin wird rampenförmig an
das minimale Basismoment Eng_trqBsMin geführt. Zum Zeitpunkt T3 springt
dann das begrenzte Sollmoment trqDesEngLtd auf den Wert des Sollmoments
trqDesEng und, wenn der Wert des Sollmoments trqDesEng den rampenförmigen Verlauf
des unteren momentanen Grenzwert trqMin unterschreitet, wird dann
entsprechend des rampenförmigen
Verlaufs des unteren momentanen Grenzwertes trqMin bis zu dem Wert
des minimalen Basismoments Eng_trqBsMin geführt.
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Alternativ
kann zum Zeitpunkt T3 der untere momentane Grenzwert trqMin zunächst auf
den Wert des unbegrenzten Sollmoments trqDesEng springen und von
dort beginnend rampenförmig
an das minimale Basismoment Eng_trqBsMin geführt werden, um die Verweildauer
im stationär
nicht zulässigen
Bereich zu verkürzen.
Dadurch wird erreicht, dass keine zusätzlichen Sprünge im begrenzten
Sollmoment trqDesEngLtd auftreten.
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Alternativ
kann der Sprung des begrenzten Sollmoments trqDesEngLtd zum Zeitpunkt
T3 vermieden werden, wenn ab dem Zeitpunkt T3 der obere momentane
Grenzwert trqMax sprungfrei, d. h. z. B. auch rampenförmig zum
Basismoment Eng_trqBs verläuft.
Das begrenzte Sollmoment trqDesEngLtd innerhalb des im Normalbetrieb
stationär
nicht zulässigen
Momentenbereichs liegt auch beim Wechsel in den Einspritzbetrieb
aller Zylinder aus dem Schubabschaltungsbetrieb nur temporär vor.
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Die
rampenförmigen
Verläufe
des unteren und oberen momentanen Grenzwertes trqMin, trqMax, deren
Steigung an die aktuellen Betriebspunkte wie Drehzahl, Temperatur
und dgl. angepasst werden können,
von dem unteren momentanen Grenzwert trqMin bzw. dem oberen momentanen
Grenzwert trqMax beim Durchqueren des im Normalbetrieb stationär nicht
zulässigen
Momentenbereichs sind nur beispielhaft. Andere zeitliche Verläufe oder
Abhängigkeiten
von weiteren Parametern sind ebenso denkbar. Beispielsweise können exponentielle
oder geglättete
Verläufe
der oberen bzw. unteren momentanen Grenzwerte vorgesehen werden.
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Eine
schnelle Änderung
des unteren momentanen Grenzwertes trqMin bzw. des oberen momentanen
Grenzwertes trqMax zwischen dem Minimalmoment Eng_trqMin und dem
minimalen Basismoment Eng_trqBsMin sind z. B. bezüglich der
Abgasemissionen optimal, führen
jedoch zu einem sich schnell ändernden
begrenzten Sollmoment trqDesEngLtd, das den Fahrkomfort beeinträchtigen
kann. Wenn bei Hybridantrieben eine Kompensation des sich schnell ändernden
begrenzten Sollmoments trqDesEngLtd durch einen oder mehrere Elektromotoren
oder Hydraulikmotoren möglich
ist, sind schnelle Wechsel anzustreben. Bei Hybridfahrzeugen sind
die Verläufe
des unteren momentanen Grenzwertes trqMin bzw. des oberen momentanen
Grenzwertes trqMax vorteilhaft von den Betriebspunkten einer oder mehrerer
der Elektromotoren oder Hydraulikmotoren bzw. eines elektrischen
Bordnetzes oder einer Hydraulikversorgung abhängig.
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Zum
Zeitpunkt T4 beendet der Momentenanforderer 4 durch Ändern des
Pegels des Betriebsartsignals bNorm auf einen Low-Pegel den Normalbetrieb,
z. B. weil ein sicherheitskritischer ESP-Eingriff mit hoher Priorität vorliegt.
Die momentanen Grenzwerte werden dann mit trqMin = Eng_trqMin und
trqMax = Eng_trqBs für
den gesamten Momentenstellbereich des Verbrennungsmotors 2 freigegeben.
Das begrenzte Sollmoment trqDesEngLtd entspricht dem Sollmoment
trqDesEng, das von einem Momentenanforderer hoher Priorität (z. B.
einem ESP-Block) vorgegeben wird. Das Eingriffssignal bCtOff ist
dem Betriebsartsignal bNorm untergeordnet.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
entsprechen die stationär
zulässigen
Momentenbereiche dem Momentenbereich zwischen dem Basismoment Eng_trqBs
und dem minimalen Basismoment Eng_trqBsMin sowie dem Verlustmoment Eng_trqMin
im Schubabschaltungsbetrieb des Verbrennungsmotors 2. Es
können
alternativ oder zusätzlich
weiterhin auch andere Momentenbereiche, die stationär nutzbar
bzw. zulässig
sind, definiert werden, die voneinander durch einen Momentenbereich beabstandet
sind, in dem eine stationäre
Nutzung im Normalbetrieb nicht zulässig ist.
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Die
Dauer des rampenförmigen
Verlaufs, d. h. die Dauer, während
der der obere momentane Grenzwert trqMax vom minimalen Basismoment Eng_trqBsMin
zum Minimalmoment Eng trqMin verläuft, kann beispielsweise zwischen
100 ms und 500 ms liegen abhängig
von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors 2. Der rampenförmige Verlauf
des unteren momentanen Grenzwertes trqMin kann den gleichen Betrag
des Gradienten der Rampe des Verlaufs des oberen momentanen Grenzwertes
trqMax aufweisen oder einen davon verschiedenen Betrag des Gradienten
aufweisen.
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Anstelle
der Vorgabe des unteren und oberen Grenzwertes trqMin, trqMax kann
die Vorgabegröße, d. h.
das begrenzte Sollmoments trqDesEngLtd, entsprechend einem vorgegebenen
zeitlichen Verlauf durch den stationär nichtzulässigen Momentenbereich geführt werden.
Der zeitliche Verlauf, der beispielsweise einer Rampenfunktion oder
einer sonstigen monotonen Funktion entsprechen kann, bestimmt, dass
das begrenzte (geführte)
Sollmoment trqDesEngLtd nicht länger
als eine vorgegebene Maximaldauer innerhalb des stationär nicht-zulässigen Momentenbereichs
verbleibt. Durch das Vorsehen des zeitlichen Verlaufs, mit dem das
begrenzte (geführte)
Sollmoment trqDesEngLtd geführt
wird, kann einerseits ein abrupter Übergang zwischen den Momentenbereichen
vermieden werden und andererseits ein zu langes, unerwünschtes
Verweilen im stationär
nicht-zulässigen
Momentenbereich vermieden werden.
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Die
vorgegebene Maximaldauer ist so gewählt, dass sie einerseits einen
den Fahrkomfort beeinträchtigenden Übergang
zwischen den stationär zulässigen Momentenbereichen
vermeidet und andererseits die Zeitdauer, während der der stationär nicht-zulässige Momentenbereich
vorliegt, aus den oben beschriebenen Gründen des Motorschutzes möglichst
gering hält.
Beispielsweise sollte die Maximalzeitdauer zudem mindestens einer
Zeitdauer entsprechen, bei der gewährleistet ist, dass während des Übergangs
zwischen den stationär
zulässigen Momentenbereichen
keine Beschleunigung bzw. keine Drehmomentenänderung stattfindet, dessen
Betrag über
einem bestimmten, vorgegebenen Schwellenwert liegt. Die Zeitdauer
könnte
also durch die Größe des stationär nichtzulässigen Momentenbereichs
dividiert durch die maximal gewünschte
Drehmomentenänderung
definiert werden. Vorzugsweise beträgt bei herkömmlichen Fahrzeugen bzw. Motorsystemen
die vorgegebene Maximaldauer zwischen 0,1 und 5 Sekunden, insbesondere
zwischen 0,5 und 2 Sekunden.