-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für den Schubbetrieb eines mit einer Antriebseinheit ausgestatteten Kraftfahrzeuges mit einer mittels Bremspedal betätigbaren Bremse, wobei die Antriebseinheit eine Brennkraftmaschine und ein Getriebe mitsamt automatisch betätigbarer Kupplung umfasst und die Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffversorgung und mit mindestens einer Ansaugleitung zur Versorgung mit Frischluft ausgestattet ist, in der eine Drosselklappe angeordnet ist, bei dem im Schubbetrieb die Verzögerung des Kraftfahrzeuges mittels elektronischer Steuerung reduziert wird und zwar in Abhängigkeit von der Drehzahl n und dem momentan eingelegten Getriebegang m entweder indem gemäß einem ersten Betriebsmodus die Drosselklappe in Richtung Offenstellung verstellt wird oder indem gemäß einem zweiten Betriebsmodus die Kupplung geöffnet wird.
-
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Antriebseinheit zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
-
Ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art wird beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 103 07 462 A1 dargelegt.
-
Aufgrund der begrenzten Ressourcen an fossilen Energieträgern, insbesondere aufgrund der begrenzten Vorkommen an Mineralöl als Rohstoff für die Gewinnung von Brennstoffen für den Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen, ist man bei der Entwicklung von Verbrennungsmotoren ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Dabei steht einerseits die verbesserte, d. h. effektivere Verbrennung im Vordergrund der Bemühungen. Andererseits können aber auch bestimmte Strategien im Hinblick auf den grundsätzlichen Betrieb der Brennkraftmaschine zielführend sein.
-
Ein Konzept zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs eines Fahrzeuges besteht beispielsweise darin, die Brennkraftmaschine - statt sie im Leelauf weiter zu betreiben - abzuschalten, wenn kein momentaner Leistungsbedarf besteht. In der Praxis bedeutet dies, dass zumindest bei Fahrzeugstillstand die Brennkraftmaschine ausgeschaltet wird. Ein Anwendungsfall ist der Stopp-and-Go-Verkehr, wie er sich beispielsweise im Stau auf Autobahnen und Landstraßen einstellt. Im innerstädtischen Verkehr ist der Stopp-and-Go-Verkehr infolge der vorhandenen und nicht aufeinander abgestimmten Ampelanlagen nicht mehr die Ausnahme, sondern sogar die Regel. Weitere Anwendungsfälle bieten beschrankte Bahnübergänge und dergleichen.
-
Einen ähnlichen Ansatzpunkt haben Strategien, die darauf abzielen, den Kraftstoffverbrauch im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine, in welchem ebenfalls kein momentaner Leistungsbedarf besteht, zu reduzieren, und die auch mit Konzepten der vorstehend beschriebenen Art kombiniert werden können.
-
Sämtlichen Strategien zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs im Schubbetrieb liegt der allgemeine Ansatz zugrunde, das Bremsmoment, welches im Schubbetrieb von der Brennkraftmaschine auf den Antriebsstrang übertragen wird, zu reduzieren, dadurch die Verzögerung zu vermindern und damit die Wegstrecke, die ausgehend von einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit v aufgrund der Bewegungsenergie des Fahrzeuges zurückgelegt werden kann, zu verlängern. Da im Schubbetrieb üblicherweise die Kraftstoffversorgung abgeschaltet, d. h. deaktiviert wird, vermindert sich der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeuges in der Gesamtbilanz mit zunehmender im Schubbetrieb zurücklegbarer Wegstrecke, da sich der Kraftstoffverbrauch aus der eingesetzten Kraftstoffmenge und der mit dieser Kraftstoffmenge zurückgelegten Wegstrecke berechnet. Im Gegensatz zu den vorstehend genannten Konzepten wird die Brennkraftmaschine aber nicht abgeschaltet, sondern weiter betrieben, beispielsweise im Leerlauf.
-
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einem konventionellen Schubbetrieb der Betriebszustand der Brennkraftmaschine bzw. des Fahrzeuges zu verstehen, in welchem bei geschlossener Kupplung, d. h. bei in Eingriff befindlicher Kupplung keine Lastanforderung vorliegt, d. h. der Fahrer das Gaspedal nicht betätigt. Sämtlichen im Rahmen der vorliegenden Erfindung erwähnten Schubbetriebsarten ist gemeinsam, dass keine Lastanforderung besteht.
-
Nach dem Stand der Technik ist die in einer Ansaugleitung angeordnete Drosselklappe im Schubbetrieb vollständig geschlossen, weshalb stromabwärts der Drosselklappe bei weiter oszillierenden Kolben ein Unterdruck generiert wird, der zu dem sogenannten Pumpen der Brennkraftmaschine führt. Dadurch ist zusätzliche Ladungswechselarbeit zu leisten. Die Ladungswechselarbeit bildet einen wesentlichen Anteil des Bremsmoments, welches im Schubbetrieb von der Brennkraftmaschine auf den Antriebsstrang übertragen wird.
-
Eine Strategie zur Minderung des Kraftstoffverbrauchs im Schubbetrieb, welche auch in der ATZ von 1999, Heft 9, Seite 438ff. beschrieben wird, sieht vor, die Kupplung im Schubbetrieb zu öffnen und damit die Brennkraftmaschine vom übrigen Antriebsstrang zu trennen. Auf diese Weise wird die Verzögerung des Kraftfahrzeuges reduziert, weil dadurch das üblicherweise im Schubbetrieb von der Brennkraftmaschine auf das Fahrzeug übertragene Bremsmoment als verzögernder Faktor eliminiert wird. Die Fahrzeugverzögerung wird dann bei geöffneter Kupplung maßgeblich durch den Rollwiderstand und den Luftwiderstand bestimmt. Eine Voraussetzung für die Anwendbarkeit dieser Strategie ist allerdings eine automatisch betätigbare Kupplung, d. h. eine Kupplung die mittels elektronischer Steuerung betätigbar ist, ohne dass der Fahrer handeln, d. h. aktiv werden muß.
-
Auch wenn die zur Ermittlung des Kraftstoffverbrauchs vorgeschriebenen Fahrzyklen in der Regel Verzögerungsphasen umfassen, die aufgrund der vergleichsweise großen Verzögerungsgradienten eine Betätigung der Fahrzeugbremse erfordern und daher für Strategien ungeeignet sind, bei welchen der Kraftstoffverbrauch im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine durch Reduzierung des Bremsmoments vermindert wird, treten im realen Straßenverkehr immer häufiger Verzögerungsphasen auf, die durch kleine Verzögerungsgradienten gekennzeichnet sind und in denen mittels Strategien der in Rede stehenden Art Kraftstoff eingespart werden kann.
-
Vor diesem Hintergrund ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für den Schubbetrieb eines mit einer Antriebseinheit ausgestatteten Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, mit dem der Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren weiter reduziert werden kann.
-
Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebseinheit zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bereitzustellen.
-
Gelöst wird die erste Aufgabe durch ein Verfahren für den Schubbetrieb eines mit einer Antriebseinheit ausgestatteten Kraftfahrzeuges mit einer mittels Bremspedal betätigbaren Bremse, wobei die Antriebseinheit eine Brennkraftmaschine und ein Getriebe mitsamt automatisch betätigbarer Kupplung umfaßt und die Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffversorgung und mit mindestens einer Ansaugleitung zur Versorgung mit Frischluft ausgestattet ist, in der eine Drosselklappe angeordnet ist, bei dem im Schubbetrieb die Verzögerung des Kraftfahrzeuges mittels elektronischer Steuerung reduziert wird und zwar in Abhängigkeit von der Drehzahl n und dem momentan eingelegten Getriebegang m entweder indem gemäß einem ersten Betriebsmodus die Drosselklappe in Richtung Offenstellung verstellt wird oder indem gemäß einem zweiten Betriebsmodus die Kupplung geöffnet wird und welches dadurch gekennzeichnet ist, dass der zur Anwendung kommende Betriebsmodus als Ausgangsgröße aus einem in der Steuerung hinterlegten Kennfeld unter Verwendung der Drehzahl n und des Getriebeganges m als Eingangsgrößen ausgelesen wird, wobei das von der Brennkraftmaschine auf das Fahrzeug im ersten Betriebsmodus ausgeübte Bremsmoment über die Stellung der Drosselklappe eingestellt wird.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die im Schubbetrieb auftretende Verzögerung durch eine von zwei möglichen Vorgehensweisen reduziert, wobei die tatsächlich zum Einsatz gebrachte Vorgehensweise durch die Drehzahl n und den Getriebegang m vorgegeben wird und dadurch gekennzeichnet ist, dass sie unter den vorliegenden Randbedingungen die verbrauchsgünstigere Vorgehensweise der beiden möglichen Vorgehensweisen ist.
-
Eine erste mögliche Vorgehensweise zur Reduzierung der im Schubbetrieb auftretenden Verzögerung, welche auch als erster Betriebsmodus im Rahmen des Schubbetriebs bezeichnet wird, sieht vor, die Drosselklappe in Richtung Offenstellung zu verstellen.
-
Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird die in der Ansaugleitung angeordnete Drosselklappe im Schubbetrieb bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht vollständig geschlossen bzw. geschlossen gehalten, sondern mehr oder weniger weit geöffnet. Das Öffnen der Drosselklappe wirkt dem Aufbau eines Unterdrucks stromabwärts der Drosselklappe bei weiter oszillierenden Kolben entgegen, wodurch die von der Brennkraftmaschine im Rahmen des Ladungswechsels dissipierte Energie vermindert wird. Als Folge dieser Maßnahme nimmt das Bremsmoment, welches im Schubbetrieb von der Brennkraftmaschine auf den Antriebsstrang bzw. das Fahrzeug übertragen wird, ab. Dadurch wird die Verzögerung des Kraftfahrzeuges reduziert, weshalb das Kraftfahrzeug - gleich große Fahrzeuggeschwindigkeiten vorausgesetzt - eine längere Wegstrecke zurücklegen kann. Der Kraftstoffverbrauch nimmt ab.
-
Die zweite mögliche Vorgehensweise zur Reduzierung der im Schubbetrieb auftretenden Fahrzeugverzögerung, welche auch als zweiter Betriebsmodus im Rahmen des Schubbetriebs bezeichnet wird, sieht vor, die Kupplung zu öffnen und die Brennkraftmaschine vom übrigen Antriebsstrang zu trennen. Im Gegensatz zu der Vorgehensweise gemäß dem ersten Betriebsmodus, bei dem das von der Brennkraftmaschine auf den Antriebsstrang bzw. das Fahrzeug ausgeübte Bremsmoment lediglich reduziert wird, wird im Rahmen des Betriebs der Brennkraftmaschine gemäß dem zweiten Betriebsmodus das von der Brennkraftmaschine ausgeübte Bremsmoment als verzögernder Faktor vollständig eliminiert.
-
Keine der beiden beschriebenen Vorgehensweisen ist unter sämtlichen Betriebsbedingungen hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs günstiger als die jeweils andere Vorgehensweise. Welche der beiden vorstehend genannten Maßnahmen im Schubbetrieb zur Reduzierung der Fahrzeugverzögerung zur Anwendung kommt, wird im Rahmen eines ersten Verfahrensschritts ermittelt und festgelegt. Der anzuwendende Betriebsmodus wird dabei aus einem Kennfeld ausgelesen, welches in der eingesetzten elektronischen Steuerung hinterlegt ist.
-
Das Kennfeld ist fahrzeugspezifisch und kann empirisch auf einem Prüfstand generiert oder aber rechnerisch mittels Simulation ermittelt werden. Zum Auslesen des anzuwendenden Betriebsmodus dienen die Drehzahl n und der Getriebegang m als Eingangsgrößen. Es sei angemerkt, dass auch andere Betriebsparameter der Antriebseinheit bzw. des Fahrzeuges, beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit v, als Eingangsgröße verwendet werden können, solange sie sich auf die beiden genannten Betriebsparameter, nämlich Drehzahl n und Getriebegang m, zurückführen lassen. Der zur Anwendung kommende Betriebsmodus ist der verbrauchsgünstigere Betriebsmodus unter den vorliegenden Betriebsbedingungen. Das in der Steuerung hinterlegte dreidimensionale Kennfeld kann beispielsweise in Form mehrerer Look-up Tabellen gespeichert werden.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht nicht nur ganz allgemein die Reduzierung der Fahrzeugverzögerung im Schubbetrieb, sondern darüber hinaus im Rahmen des ersten Betriebsmodus eine stufenlose Einstellung des von der Brennkraftmaschine ausgeübten Bremsmomentes durch ein mehr oder weniger starkes Schließen bzw. Öffnen der Drosselklappe und damit ein bedarfsgerechtes situationsangepasstes Verzögern.
-
Erfindungsgemäß wird das von der Brennkraftmaschine auf das Fahrzeug im ersten Betriebsmodus ausgeübte Bremsmoment über die Stellung der Drosselklappe eingestellt.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich ein Verfahren für den Schubbetrieb eines mit einer Antriebseinheit ausgestatteten Kraftfahrzeuges aufzuzeigen, mit dem im Schubbetrieb der Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren weiter reduziert werden kann.
-
Weitere vorteilhafte Verfahrensvarianten werden im Folgenden erörtert.
-
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
- - die Drosselklappe im ersten Betriebsmodus vollständig geöffnet wird.
-
Gemäß dieser Verfahrensvariante wird das im ersten Betriebsmodus von der Brennkraftmaschine auf das Fahrzeug ausgeübte Bremsmoment minimiert, wodurch eine weitestgehend mögliche Reduzierung der Fahrzeugverzögerung im Schubbetrieb erfolgt.
-
Die im Schubbetrieb ausgehend von einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit und einem gewählten Getriebegang zurücklegbare Wegstrecke wird maximiert, wodurch der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeuges minimiert wird.
-
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
- - die Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine im ersten Betriebsmodus deaktiviert wird.
-
Es ist vorteilhaft, die Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine im ersten Betriebsmodus abzuschalten, da im Schubbetrieb kein Leistungsbedarf besteht. Die Abschaltung der Kraftstoffzufuhr ist nicht nur hinsichtlich der Minimierung des Kraftstoffverbrauchs zielführend, sondern auch vorteilhaft hinsichtlich der Reduzierung der emittierten Schadstoffe, da mit der Einstellung der Verbrennung von Kraftstoff auch die Bildung von Schadstoffen unterbunden wird.
-
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
- - die Brennkraftmaschine im zweiten Betriebsmodus im Leerlauf betrieben wird.
-
Auch im zweiten Betriebsmodus besteht infolge Schubbetriebs kein Leistungsbedarf. Schon im Hinblick auf die Geräuschemissionen und den Verschleiß der Brennkraftmaschine ist es vorteilhaft, die Brennkraftmaschine mit Leerlaufdrehzahl, d. h. im Leerlauf zu betreiben.
-
Grundsätzlich kann die Brennkraftmaschine im zweiten Betriebsmodus auch abgeschaltet werden.
-
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
- - im ersten Betriebsmodus die Drosselklappe bei Betätigung des Bremspedals bei geschlossener Kupplung geschlossen wird.
-
Vorteilhaft sind ebenfalls Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
- - im zweiten Betriebsmodus die Kupplung bei Betätigung des Bremspedals bei geschlossener Drosselklappe geschlossen wird.
-
Eine Betätigung des Bremspedals wird gemäß den beiden vorstehenden Verfahrensvarianten dahingehend interpretiert, dass der Fahrer die im ersten bzw. zweiten Betriebsmodus generierte Fahrzeugverzögerung als unzureichend erachtet. D. h. die Betätigung des Bremspedals wird als Anforderung für eine erhöhte Fahrzeugverzögerung gewertet.
-
Folgerichtig wird das Fahrzeug unter Verwendung der elektronischen Steuerung automatisch, d. h. ohne dass der Fahrer aktiv handeln muß, in den konventionellen Schubbetrieb überfuhrt, in welchem die Kupplung und die Drosselklappe geschlossen sind.
-
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
- - die Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine deaktiviert wird.
-
Es wird Bezug genommen auf die hinsichtlich der Kraftstoffabschaltung bereits weiter oben gemachten Ausführungen.
-
Die zweite Teilaufgabe, nämlich eine Antriebseinheit zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einer der zuvor genannten Varianten bereitzustellen, wird gelöst durch eine Antriebseinheit, welche eine Brennkraftmaschine und ein Getriebe mitsamt Kupplung umfaßt, wobei die Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffversorgung und mit mindestens einer Ansaugleitung zur Versorgung mit Frischluft ausgestattet ist, in der eine Drosselklappe angeordnet ist, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kupplung und die Drosselklappe automatisch mittels elektronischer Steuerung betätigbar sind.
-
Das für das erfindungsgemäße Verfahren Gesagte gilt auch für die erfindungsgemäße Antriebseinheit.
-
Die Überführung des Fahrzeuges in den ersten bzw. zweiten Betriebsmodus während des Schubbetriebs soll mittels elektronischer Steuerung automatisch erfolgen, ohne dass der Fahrer aktiv werden muß, d. h. ohne dass der Fahrer in den Betrieb eingreifen muß. Dies kann aber nur dann realisiert werden, wenn sowohl die Kupplung als auch die Drosselklappe automatisch mittels elektronischer Steuerung betätigbar sind.
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß der 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
- 1 schematisch in Gestalt eines Flußdiagramms die Verfahrensschritte einer ersten Ausführungsform des Verfahrens.
-
1 zeigt schematisch in Gestalt eines Flußdiagramms die Verfahrensschritte einer ersten Ausführungsform des Verfahrens.
-
Da die Anwendung des Verfahrens einen Schubbetrieb erfordert, wird in einem ersten Verfahrensschritt diese Voraussetzung geprüft. Befindet sich das Fahrzeug nicht im konventionellen Schubbetrieb, ist das Verfahren beendet.
-
Ausgehend von einem konventionellen Schubbetrieb des Kraftfahrzeuges wird überprüft, ob das Bremspedal betätigt wird oder nicht. Eine Betätigung des Bremspedals wird als Anforderung für eine erhöhte Fahrzeugverzögerung gewertet, weshalb eine Überführung des Fahrzeuges in den ersten Betriebsmodus bzw. zweiten Betriebsmodus unterbleibt, da diese eine Reduzierung der Fahrzeugverzögerung zur Folge hätte, was der Fahreranforderung entgegensteht. Vielmehr wird das Fahrzeug bei Betätigung des Bremspedals in den konventionellen Schubbetrieb überführt bzw. im konventionellen Schubbetrieb, von welchem eingangs des Verfahrens ausgegangen wird und in welchem die Kupplung und die Drosselklappe geschlossen sind, weiter betrieben.
-
Wird hingegen das Bremspedal nicht betätigt, wird davon ausgegangen, dass die Fahrzeugverzögerung zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs reduziert werden kann.
-
Folgerichtig wird das Fahrzeug unter Verwendung der elektronischen Steuerung automatisch, d. h. ohne dass der Fahrer aktiv handeln muß, in den ersten bzw. zweiten Betriebsmodus überführt.
-
Der zur Anwendung kommende Betriebsmodus wird zuvor als Ausgangsgröße aus einem in der Steuerung hinterlegten Kennfeld ausgelesen, wozu die Drehzahl n und der Getriebegang m, die als Eingangsgrößen dienen, zu ermitteln sind. Der tatsächlich eingesetzte Betriebsmodus ist der unter den momentan vorliegenden Betriebsbedingungen verbrauchsgünstigere Modus.
-
Der erste Betriebsmodus zur Reduzierung der im Schubbetrieb auftretenden Verzögerung sieht vor, die Drosselklappe in Richtung Offenstellung zu verstellen. D. h. der erste Betriebsmodus ist durch eine geöffnete Drosselklappe gekennzeichnet.
-
Der zweite Betriebsmodus zur Reduzierung der im Schubbetrieb auftretenden Fahrzeugverzögerung sieht vor, die Kupplung zu öffnen und die Brennkraftmaschine vom übrigen Antriebsstrang zu trennen. D. h. der zweite Betriebsmodus ist durch eine geöffnete Kupplung gekennzeichnet.
-
Ausgehend von einem Betrieb in einem der beiden zuvor genannten Betriebsmodi wird das Fahrzeug in den konventionellen Schubbetrieb überführt, sobald das Bremspedal betätigt wird. Im konventionellen Schubbetrieb kann kontinuierlich eine erneute Überprüfung der Betätigung des Bremspedals erfolgen, wobei eine Überführung des Fahrzeuges in einen der beiden erfindungsgemäßen Betriebsmodi stattfindet, sobald die Betätigung des Bremspedals im Schubbetrieb eingestellt wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- n
- Drehzahl
- m
- Getriebegang
- v
- Fahrzeuggeschwindigkeit
