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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines, einen Turbolader aufweisenden Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, dessen Antriebsstrang zumindest eine Kupplung und zumindest ein Getriebe aufweist, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Die
DE 103 30 951 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeuges mit einem Abgasturbolader, mit einer Kupplung, wenigstens einer Steuereinrichtung und einem Gaspedal (Leistungsstellglied). Zur Erhöhung von Drehzahlen der Brennkraftmaschine und des Abgasturboladers wird zeitlich begrenzt ein Schlupf an der Kupplung eingestellt. Dabei erfolgt die Einstellung des Schlupfes an der Kupplung in Abhängigkeit von einem die Erhöhung der Leistungsvorgabe charakterisierenden Kennwertes, wie dem Betätigungsgrad des Leistungsstellglieds, also des Gaspedals, einer Stellung einer Drosselklappe der Brennkraftmaschine, des Drehmomentes [Nm] oder der Leistung [kW] nach der Erhöhung oder die Höhe der Änderung der genannten Größen durch die Erhöhung der Leistungsvorgabe. Außerdem könne ein Kennwert aus einer zeitlichen Ableitung der Änderung einer der genannten Größen abgeleitet werden. Weiter ist offenbart, dass der Schlupf an der Kupplung eingestellt wird, wenn ein Kennwert größer als ein Grenzwert ist. Insofern offenbart die
DE 103 30 951 A1 eine Einstellung des Schlupfes an der Kupplung, wenn die Änderungsgeschwindigkeit der Gaspedalposition einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
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Die
EP 1 519 068 B1 (=
DE 60 2004 001 647 T2 ) offenbart eine Kupplungssteuerungsvorrichtung zum Durchführen einer automatischen Steuerung einer Eingriffsgröße einer Kupplung. Die Kupplungssteuervorrichtung weist Sensoren auf, welche eine Motordrehzahl und einen Einflussfaktor zum Beeinflussen eines Motormomentes erfassen. Mit einem Berechnungsmittel wird ein auf einer Motordrehzahl basierendes Zielkupplungsmoment berechnet. Mittels eines Korrekturmittels wird eine Zielmomentkorrekturgröße berechnet. Das Korrekturmittel ist derart ausgebildet, dass dieses die Zielmomentkorrekturgröße basierend auf einer Beziehung zwischen dem von dem zweiten Sensor erfassten Einflussfaktor und dem von dem Berechnungsmittel berechneten Zielkupplungsmoment berechnet. Die Kupplungssteuerungsvorrichtung ist so ausgebildet, diese eine Steuerung der Eingriffsgröße der Kupplung basierend auf einer Vorwärtszuführung des Zielkupplungsmomentes vor Korrektur und der Zielmomentkorrekturgröße durchführt. So soll erreicht werden, dass die Beeinflussung der Fluktuation des Antriebsmomentes relativ zur Motordrehzahl groß ist, so dass die Zeitspanne des Kupplungsschlupfes reduziert, also ein Kupplungsschlupf weitgehend vermieden ist.
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Die
DE 103 02 172 A1 befasst sich mit einem Verfahren zum Betrieb eines Antriebstranges eines Kraftfahrzeuges. Dabei offenbart die
DE 103 02 172 A1 , dass eine Drehmoment führende Kupplung bei dem Anfahren des Kraftfahrzeuges schlupfend betrieben wird. Gemäß der
DE 103 02 712 A1 wird vorgeschlagen, ein Verfahren bereitzustellen, bei welchem bei dem Anfahrvorgang überprüft wird, ob dieser auch ohne schlupfende Kupplung dem Fahrerwunsch entsprechend ausführbar ist, so dass die Häufigkeit eines Schlupfbetriebes an der Kupplung deutlich reduziert ist.
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Insbesondere bei vom Hubvolumen sehr kleinen Verbrennungsmotoren mit zum Beispiel 1000ccm oder weniger Hubraum sind entsprechend dimensionierte Turbolader vorgesehen, um die Leistung größerer Verbrennungsmotoren zu erreichen. Die volle Leistung wird bei hinreichendem Ladedruck dabei mittels des Turboladers erreicht. Nachteiliger weise wird der bei einer entsprechenden Anforderung des Fahrers erforderliche Ladedruck des Turboladers, insbesondere wenn der Fahrer die Volllast schnell, also z. B. durch ein rapides Betätigen des Gaspedals anfordert nicht immer sofort erreicht. Denn der Druckaufbau des Turboladers ist z. B. direkt abhängig von der Motordrehzahl, so dass sich insbesondere im unteren Drehzahlbereichen ein nicht den Erfordernissen (z. B. schnelle Anforderung der Volllast) genügender Druckaufbau einstellt. Insbesondere bei geringen Drehzahlen unter 2000 U/min stellen sich Optimierungsschwierigkeiten bezüglich eines vorteilhaften Ladeverhaltens des Turboladers ein, so dass beispielsweise Turbolader mit kleinem Turbinen- bzw. Verdichterrad bevorzugt werden.
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Die Dimensionierung des Turboladers hängt also direkt von diesen beispielhaften Übergangsbedingungen ab. Dabei wird der Turbolader so ausgelegt, dass dieser bei der Soll-Volllast genügend Ladedruck zur Verfügung stellt, gleichzeitig aber noch gewisse Reserven bei Lasten oberhalb der Soll-Volllast aufweisen soll.
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Alternativ dazu könnte ein Turbolader mit variabler (Turbinen)Geometrie (VTG) eingesetzt werden, welcher bei Anwendungen aus Dieselmotoren bekannt ist.
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Aufgrund der höheren Abgastemperaturen ist ein solcher Turbolader bei Ottomotoren aber nicht einsetzbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei welchem der Druckaufbau des Turboladers, insbesondere bei einer schnellen Lastanforderung des Verbrennungsmotors mit einfachen Mitteln verbessert wird.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhaft umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zumindest die Schritte
Aufnahme einer Gaspedalposition
Bestimmen einer Änderungsgeschwindigkeit der Gaspedalposition
Erzeugen eines von Betriebsparametern abhängigen, kontrollierten Kupplungsschlupfes, wenn die Änderungsgeschwindigkeit der Gaspedalposition einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, wobei der kontrollierte Kupplungsschlupf erzeugt wird, wenn eine tatsächliche Motordrehzahl einen Betrag aufweist, welcher kleiner ist als ein vorgebbarer Drehzahlgrenzwert.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die Kupplung zwischen dem Getriebe und dem Verbrennungsmotor angeordnet ist. Ist die Kupplung vollständig in Eingriff, wird ein Drehmoment (weitgehend vollständig) von dem Verbrennungsmotor auf das Getriebe übertragen. Ist die Kupplung außer Eingriff, wird das Drehmoment nicht auf das Getriebe übertragen. Weist die Kupplung Schlupf auf, ist das Getriebe nicht vollständig von dem Verbrennungsmotor getrennt.
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Bekannt ist, dass insbesondere bei dem Anfahren des Kraftfahrzeuges ein Kupplungsschlupf auftreten kann. Ein solcher ist bezüglich des auftretenden Verschleißes an der Kupplung äußerst schädlich, so dass die Lebensdauer der Kupplung bei Kupplungsschlupf reduziert wird.
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Von daher sind Bestrebungen bekannt, den Kupplungsschlupf bei dem Anfahren des Kraftfahrzeuges zu reduzieren.
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Bei der Erfindung dagegen wird ein kontrollierter Kupplungsschlupf gezielt erzeugt. Dieser ist bevorzugt von so geringer Zeitdauer, dass ein Kupplungsverschleiß, bezogen zum Kupplungsschlupf bei dem Anfahren des Kraftfahrzeuges, unwesentlich bzw. gar nicht beeinflusst wird.
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Mittels des vorteilhaft erzeugten Kupplungsschlupf steigt so kurzzeitig die Drehzahl des Verbrennungsmotors, da dieser kurzzeitig quasi von dem Getriebe getrennt ist, bzw. weil das Drehmoment des Verbrennungsmotors durch den Kupplungsschlupf nicht vollständig auf das Getriebe übertragen wird, wodurch die Drehzahl des Verbrennungsmotors steigt, da die Lastabnahme reduziert ist. Eine höhere Drehzahl des Verbrennungsmotors resultiert direkt in eine von ihrem Betrag gesehen erhöhte Abgasströmung, welche auf den Turbolader bzw. seine Turbine so wirkt, dass der damit über eine Welle verbundene Verdichter ebenfalls schneller rotiert, was gleichzeitig in einem verbesserten, bzw. zeitlich früheren Druckaufbau resultiert, da mittels des gezielt und kontrolliert erzeugtem Kupplungsschlupf eine höhere Turbinen- bzw. Verdichterdrehzahl erreicht wird.
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Günstig im Sinne der Erfindung ist, wenn der kontrollierte Kupplungsschlupf in seiner Schlupfrate und in seiner Dauer abhängig von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors geregelt wird. Betriebsparameter können zum Beispiel die Drehzahl des Verbrennungsmotors, der eingelegte Gang, der Ladedruck, die (geodätische) Höhe und/oder die Abgastemperatur sein. Die Betriebsparameter können mit (ohnehin vorhandenen) Messvorrichtungen aufgenommen und z. B. einer Steuereinheit, beispielsweise einem zentralen Steuergerät des Verbrennungsmotors zugeleitet werden. In der Steuereinheit ist bevorzugt eine entsprechende Routine hinterlegt, so dass ein Regelsignal erzeugbar ist, welches einer Kupplungssteuervorrichtung zugeleitet werden kann, welche den kontrollierten Kupplungsschlupf gezielt regelt.
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Beispielsweise kann festgelegt werden, dass im Leerlauf, also wenn kein Gang eingelegt ist, oder wenn der erste und/oder zweite Gang eingelegt ist, kein Kupplungsschlupf erzeugt wird, da der Verbrennungsmotor in den unteren Gängen seine Drehzahl ohnehin sehr schnell erhöht. Sinnvoll ist, einen kontrollierten Kupplungsschlupf zu erzeugen, wenn höhere Gänge eingelegt sind. Zweckmäßig ist, wenn die Schlupfrate und/oder Dauer mit zunehmenden Gang entsprechend erhöht wird, also in den höheren Gängen mehr Kupplungsschlupf erzeugt wird, also die Schlupfrate und/oder die Schlupfdauer erhöht ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei geringen Drehzahlen ein entsprechender, kontrollierter Kupplungsschlupf erzeugt. Der Drehzahlbereich kann auf bestimmte Beträge begrenzt werden. Denkbar ist z. B. ein Drehzahlgrenzwert von ca. 1300 U/min oder beispielsweise 1500 U/min, wobei oberhalb des Drehzahlgrenzwertes bestimmt wird, keinen Kupplungsschlupf zu erzeugen. Bei dem Drehzahlgrenzwert überschreitenden Drehzahlen, könnte der Turbolader trotz des erzeugten Kupplungsschlupfes sehr langsam oder gar nicht nennenswert hochdrehen. Der Drehzahlgrenzwert kann abhängig von der Auslegung des jeweiligen Turboladers gewählt werden.
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Befindet sich das Kraftfahrzeug beispielsweise auf Hochalpinen Routen, also geodätisch betrachtet sehr hoch, wird der Turbolader eine sehr hohe Drehzahl benötigen, um denselben Ladedruck zu erzeugen wie zum Beispiel auf Seehöhe (NN). Günstig ist daher, festzustellen, in welcher geodätischen Höhe sich das Kraftfahrzeug befindet, um den kontrollierten Kupplungsschlupf entsprechend zu einem höheren Betrag (Schlupfrate und/oder Dauer) zu regeln. Ein kontrollierter Kupplungsschlupf kann auch bei hohen Gängen erzeugt werden.
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Als weiterer Betriebsparameter kann der Ladedruck aufgenommen werden. Möglich ist, dass die Änderungsgeschwindigkeit des Gaspedals den vorgegeben Grenzwert überschreitet, wobei gleichzeitig detektiert wird, dass bereits ein bestimmter Ladedruck anliegt, so dass beispielsweise bei einer Beschleunigung aus mittlerer Last mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein entsprechend reduzierter Kupplungsschlupf (Schlupfrate und/oder Dauer) einregelt werden kann. Denn wird der Verbrennungsmotor vor der Änderung der Gaspedalstellung z. B. bei mittlerer Last betrieben, ist der weitere Ladedruckaufbau schneller. Möglich ist auch, dass gar kein Schlupf mehr notwendig ist, wenn detektiert, dass der erforderliche Ladedruck aufgebaut ist. Ausreichend ist, wenn der kontrollierte Kupplungsschlupf bei solchen Rahmen- bzw. Übergangsbedingungen in Schlupfrate und/oder Schlupfdauer entsprechend reduziert wird.
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Sinnvoll ist ein kontrollierter, gezielt erzeugter Kupplungsschlupf z. B. in der so genannten Aufwärmphase des Verbrennungsmotors. Zweckmäßig ist, wenn der kontrollierte Kupplungsschlupf bei diesem Betriebsparameter in Schlupfrate und/oder Schlupfdauer entsprechend stärker bzw. länger eingeregelt wird.
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Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen:
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1 ein Flussdiagramm zur Durchführung des Verfahrens, und
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2 eine beispielhafte Graphik aus welcher der erreichte Zeitvorteil bezüglich des erzeugten Ladedrucks ersichtlich ist.
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1 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren beginnt in dem Startblock 1. In dem Block 2 wird eine aktuelle Position des Gaspedals aufgenommen. Wird das Gaspedal aus der gemessenen, aktuellen Position heraus bewegt, wird die Änderungsgeschwindigkeit des Gaspedals (dPed/dt) bestimmt, was ebenfalls in Block 2 durchgeführt wird. Übersteigt die bestimmte Änderungsgeschwindigkeit einen vorgegebenen Grenzwert (Block 2a), was zum Beispiel bei einem rapiden durchtreten des Gaspedals der Fall sein kann, wird das Verfahren mit dem Block 3 fortgeführt. Ergibt die Bestimmung, dass die Änderungsgeschwindigkeit unterhalb dem vorgegebenen Grenzwert liegt, wird kein Kupplungsschlupf erzeugt.
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Dem Block 3 werden Betriebsparameter 4, 5, 6, 7, 8 zugeführt. Die beispielhaften Bezugszeichen sollen zum Beispiel Betriebsparameter wie die Drehzahl des Verbrennungsmotors, den eingelegten Gang, den aktuellen Ladedruck, die geodätische Höhe und/oder die Abgastemperatur darstellen.
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Mittels der Betriebsparameter wird in dem Block 3 ein kontrollierter Kupplungsschlupf berechnet, also ein in seiner Schlupfrate und/oder Schlupfdauer zu erzeugender, von einem oder mehreren der Betriebsparametern abhängiger Kupplungsschlupf berechnet, wenn die Änderungsgeschwindigkeit es Gaspedals größer ist als der vorgegebene Grenzwert.
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Der Block 3 erzeugt ein entsprechendes Signal, welches zum Beispiel zu einer Kupplungssteuervorrichtung geleitet wird, welches den generierten, kontrollierten Kupplungsschlupf erzeugt (Block 9).
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So kann ein in Schlupfrate und Schlupfdauer hoher bzw. langer Kupplungsschlupf erzeugt werden, wenn sich der Verbrennungsmotor in seiner Aufwärmphase befindet. Wird der Verbrennungsmotor bei mittlerer Last betrieben, und die Änderungsgeschwindigkeit des Gaspedals übersteigt den vorgegebenen Grenzwert, kann ein in Schlupfrate und/oder Schlupfrate reduzierter Kupplungsschlupf eingeregelt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die entsprechende Routine kann in einem Steuerelement abgelegt sein, dem die entsprechenden Betriebsparameter bzw. Messwerte zugeführt werden. Jeweils wenn detektiert, dass die Änderungsgeschwindigkeit des Gaspedals dessen Grenzwert übersteigt, wird überprüft, ob ein kontrollierter Kupplungsschlupf, und wenn ja, in welcher Rate und/oder Dauer der Kupplungsschlupf erzeugt werden soll.
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Ist zum Beispiel ein hoher Gang, beispielsweise der sechste Gang eingelegt, und wird eine Motordrehzahl von weniger als 1500 U/min detektiert, kann ein Kupplungsschlupf erzeugt werden, welcher die Motordrehzahl sehr schnell, also z. B. innerhalb von 0,3 Sekunden auf ungefähr 1800 U/min erhöht. Dadurch steigt die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase, welche eine Umdrehungsgeschwindigkeit der Turbinenseite und damit der Verdichterseite des Turboladers entsprechend anhebt, so dass gleichzeitig der Ladedruck von z. B. 1750 hPa schneller erreicht wird.
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Dies ist beispielhaft in 2 dargestellt. Die in der Zeichnungsebene linke Y-Achse stellt einen Ladedruck in der Einheit [hPa] dar. Die in der Zeichnungsebene rechte Y-Achse zeigt die Motordrehzahl in der Einheit [U/min] dar. Die X-Achse stellt den Zeitverlauf in Sekunden [sec] dar.
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Die Linie 10 soll die Gaspedalposition darstellen. Die Linie 11 zeigt die sich entwickelnde Motordrehzahl nach dem Stand der Technik beispielhaft für den sechsten Gang. Die Linie 12 zeigt den sich aufbauenden Ladedruck nach dem Stand der Technik.
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Deutlich erkennbar ist, dass sich die Motordrehzahl (Linie 11) über eine Zeitdauer von 4 Sekunden bei Betätigung des Gaspedals bei 13 (in Linie 10) von weniger als 1500 U/min auf 1700 U/min erhöht. Der Ladedruck (Linie 12) steigt stetig langsam innerhalb von ca. 2,8 von einem Betrag von 1000 hPa auf einen Betrag von 1750 hPa an.
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Wir nun ein Kupplungsschlupf nach der Erfindung kontrolliert erzeugt, erhöht sich die Motordrehzahl kurzzeitig, also innerhalb von ungefähr 0,3 Sekunden von einem Betrag von weniger als 1500 U/min auf einen Betrag von ca. 1800 U/min, was mittels der Linie 14 (Motordrehzahl mit Kupplungsschlupf) dargestellt ist. Dies bewirkt eine schnellere Rotation des Turboladers (Turbine/Verdichter) so dass, wie Linie 15 (Ladedruckentwicklung mit Kupplungsschlupf) zeigt, der Ladedruck schneller, also steiler als im Stand der Technik steigt. Der Ladedruck erreicht bereits nach 2,1 Sekunden einen Betrag von 1750 hPa. Insofern wird der beispielhafte Soll-Ladedruck mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits 0,7 Sekunden früher erreicht als im Stand der Technik. Der Zeitvorteil ist in 2 mit dem Bezugszeichen 16 dargestellt.
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Der erzeugte Kupplungsschlupf ist zeitlich aber von nur geringer Dauer, so dass sich die Motordrehzahl (Linie 14) wie beispielhaft dargestellt wieder an die Linie 11 angleicht, wobei der Ladedruck erkennbar auf gleichem Niveau bleibt.
