DE102014216128A1 - Verfahren und system für ein steuern eines drehmoments - Google Patents

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Chris Paul Glugla
Ken Jahr
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Abstract

Verfahren und Systeme werden bereitgestellt, um einen weichen Getriebeschaltvorgang in einem Hybridfahrzeug zu ermöglichen, das mit einem Motorhybridgetriebe konfiguriert ist. Während eines anfänglichen Abschnitts eines Getriebehochschaltvorgangs kann der Zündzeitpunkt gegenüber dem MBT vorverlegt werden, um eine Drehmomentverringerung zu beschleunigen. Sobald die Motordrehzahl ausreichend verringert wurde und sich in einem Schwellenwertbereich der gewünschten Motordrehzahl befindet, kann der Zündzeitpunkt verzögert werden, bis der Getriebeschaltvorgang abgeschlossen ist.

Description

  • Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf ein System und Verfahren für ein Verbessern der Steuerung einer Drehmomentverringerung in dem Getriebe eines Hybridfahrzeugs.
  • Einige Hybridfahrzeuge können ein Motorhybridgetriebe (Motor Hybrid Transmission, MHT) aufweisen. Darin kann eine Trennkupplung der Antriebswelle einen Verbrennungsmotor mechanisch und selektiv von dem Getriebe und den Fahrzeugrädern trennen, sodass das Getriebe und die Räder unabhängig vom Verbrennungsmotor betrieben werden können. Die Trennkupplung der Antriebswelle erlaubt es, dass ein Drehmoment für die Antriebswelle bereitgestellt wird, um das Fahrzeug anzutreiben, selbst wenn der Verbrennungsmotor sich nicht mehr dreht. Zu dem System kann zusätzlich ein Elektromotor gehören, der zwischen der Flexplatte und dem Drehmomentwandler angeordnet ist und verwendet werden kann, um sowohl die Drehmomentausgabe zu unterstützen als auch während des Abbremsens des Fahrzeugs Energie aufzunehmen und zu speichern.
  • Typischerweise führen die Steuersysteme für den Antriebsstrang des Verbrennungsmotors während eines Getriebeschaltvorgangs eine Drehmomentsteuerung durch, um dabei zu helfen, die Motordrehzahl an die nächste von dem Verbrennungsmotor verlangte Schaltstufe anzupassen. Ein beispielhafter Ansatz für die Drehmomentsteuerung wird von Badillo et al. in dem US-Patent 6.770.009 gezeigt. Darin wird während eines Fahrzeugstarts aus dem Leerlauf eine Zündverzögerung verwendet, um die Drehmomentübergabe zwischen einer Kupplungsscheibe auf der Motorseite und einer Kupplungsscheibe auf der Getriebeseite zu verbessern. Die schnelle Aktivierung der Zündverzögerung verringert die instabile Drehmomentsteuerung während des Fahrzeugstarts.
  • Die Erfinder haben hier jedoch erkannt, dass die Drehmomentsteuerung in Hybridfahrzeugen, die ein Motorhybridgetriebe aufweisen, kompliziert sein kann. Dies beruht auf der vergrößerten Massenträgheit der rotierenden Baugruppe, welche den Verbrennungsmotor und den Anker des Hybridmotors kombiniert, was die träge Masse so erheblich macht, dass sie nicht schnell genug abgebremst werden kann, um mit der Drehzahl des Getriebeschaltvorgangs übereinzustimmen. Infolgedessen können Bedingungen existieren, bei denen das Verwenden einer Zündverzögerung nicht den gewünschten weichen Übergang bereitstellt, was zu wiederholtem Ruckelverhalten im Fahrzeug und NVH-Problemen führt. Insbesondere während eines Getriebeschaltvorgangs kann das Schließen der Trennkupplung der Antriebswelle eine spürbare Drehmomentstörung in der Antriebswelle bewirken, wenn aufgrund des großen Geschwindigkeitsunterschieds auf beiden Seiten der Kupplung von der Trennkupplung der Antriebswelle ein größeres Drehmoment als gewünscht übertragen wird.
  • Bei einem Beispiel kann das obige Problem mindestens teilweise durch ein Verfahren für ein Hybridfahrzeug gelöst werden, das während eines Schaltvorgangs im Getriebe die Motordrehzahl verringert, indem ein oder mehrere Zylinder mit einem gegenüber dem MBT vorverlegten Zündzeitpunkt betrieben werden, und sobald die Motordrehzahl geringer ist als ein Schwellenwert, ein oder mehrere Zylinder mit einem gegenüber dem MBT verzögerten Zündzeitpunkt betrieben werden. Auf diese Weise kann ein ausreichendes negatives Drehmoment erzeugt werden, um den Verbrennungsmotor für einen weichen Getriebeschaltvorgang abzubremsen.
  • Als ein Beispiel kann der Zündzeitpunkt, während eines Getriebeschaltvorgangs in einem Hybridelektrofahrzeug, das mit einem Motorhybridgetriebe konfiguriert ist, in einem oder mehreren Zylindern gegenüber dem MBT vorverlegt zu werden, um ein ausreichendes negatives Drehmoment zu erzeugen, um die Motordrehzahl zu verringern. Das Maß der verwendeten Frühzündung kann so ausgewählt werden, dass ein Spitzendruck des Zylinders so weit vor dem TDC auftritt, dass ein Zylinderklopfen verringert wird. Auf der Grundlage des Maßes der erforderlichen Drehmomentverringerung kann der Zündzeitpunkt für einen oder mehrere Zylinder (z.B. alle Zylinder) des Verbrennungsmotors vorverlegt werden. Für einige Zylinder können zum Beispiel während eines gegebenen Getriebeschaltvorgangs die Zündzeitpunkte gegenüber dem MBT vorverlegt werden, während für andere verbleibende Zylinder die Zündzeitpunkte gegenüber dem MBT verzögert werden oder am MBT stattfinden. Die Verwendung der Frühzündung erlaubt es, die Motordrehzahl schneller auf eine Schwellenwertdrehzahl zu verringern. Optional kann in Verbrennungsmotoren, die mit einer direkten Kraftstoffeinspritzung konfiguriert sind, zusammen mit der Frühzündung eine Schichtladung verwendet werden, um die Verbrennung zu verbessern. Zu der Schichtladung kann zum Beispiel das Einspritzen des Kraftstoffs nahe am Zündzeitpunkt gehören. Sobald die Motordrehzahl auf oder unter der Schwellenwertdrehzahl ist, kann die Verwendung der Frühzündung während des Getriebeschaltvorgangs gestoppt werden. Stattdessen kann eine Zündverzögerung in dem einen oder mehreren Motorzylindern verwendet werden, um die Neigung zum Klopfen während des Schaltvorgangs zu verringern. Außerdem kann die Zündverzögerung auch nach dem Getriebeschaltvorgang verwendet werden.
  • Auf diese Weise kann durch das Vorverlegen des Zündzeitpunkts gegenüber dem MBT während eines Getriebeschaltvorgangs in einem Hybridfahrzeug ein größeres negatives Drehmoment zu einem früheren Zeitpunkt in einem Verbrennungsmotorzyklus erzeugt werden. Während die Zündverzögerung gegenüber dem MBT insbesondere das Drehmoment verringert, kann eine gegenüber dem MBT erheblich vorverlegte Frühzündung ein negatives Drehmoment erzeugen, da der Kolben Arbeit gegen den Druck aufbringen muss, der von der sehr frühen Verbrennung erzeugt wird. Von daher kann dieser Ansatz ein größeres negatives Drehmoment erzeugen, als es mithilfe einer Kraftstoffunterbrechung zu allen Motorzylindern oder einer Abbremsung mit einer geschlossenen Drosselklappe erzeugt werden kann. Durch das Vergrößern des Maßes des erzeugten negativen Drehmoments kann die Motordrehzahl schnell verringert werden, um die Motordrehzahl zu erreichen die während des Schaltvorgangs erforderlich ist. Insgesamt wird ein weicherer Getriebeschaltvorgang ermöglicht.
  • Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung ausführlicher beschrieben werden. Dies bedeutet aber nicht, dass entscheidende oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands herausgehoben werden, da dessen Umfang einzig durch die Ansprüche definiert wird, die nach der detaillierten Beschreibung folgen. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf die Umsetzungen beschränkt, welche die oben oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile lösen.
  • Die hier beschriebenen Vorteile werden besser verständlich durch das Lesen eines Beispiels einer Ausführungsform, auf die hier als detaillierte Beschreibung Bezug genommen wird, entweder alleinstehend oder in Bezug auf die Zeichnungen, in denen:
  • 1 ein schematisches Schaubild eines Verbrennungsmotors ist;
  • 2 eine beispielhafte Ausführungsform einer Konfiguration einer Fahrzeugantriebswelle zeigt;
  • 3 ein Ablaufplan ist, der die Verwendung einer Frühzündung gegenüber dem MBT für eine Drehmomentverringerung während eines Getriebeschaltvorgangs darstellt;
  • 4 eine Abbildung ist, welche die Änderung des durchschnittlichen Zylinderdrehmoments in Abhängigkeit von der Änderung des Zündzeitpunkts darstellt;
  • 5 Abbildungen zeigt, welche eine Änderung in dem momentanen Zylinderdrehmoment während eines Motorzyklus in Abhängigkeit von der Änderung des Zündzeitpunkts darstellen;
  • 6 eine beispielhafte Verwendung einer Frühzündung für eine beschleunigte Drehmomentverringerung in einem Hybridfahrzeug während eines Getriebeschaltvorgangs zeigt.
  • Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf das Steuern einer Antriebswelle eines Hybridfahrzeugs, zu dem ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor gehören, die über eine Kupplung mit einem Getriebe verbunden sind, wie es in den 1 und 2 gezeigt wird. Während eines Getriebeschaltvorgangs kann eine durchschnittliche Drehmomentverringerung erreicht werden, indem ein Zündzeitpunkt angepasst wird (5). Eine Motorsteuereinheit kann konfiguriert sein, um eine Steuerroutine wie zum Beispiel die Routine in 4 auszuführen, um die Drehmomentverringerung während eines Getriebeschaltvorgangs zu beschleunigen, indem ein oder mehrerer Motorzylinder mit einem gegenüber dem MBT vorverlegten Zündzeitpunkt betrieben werden. Sobald die Motordrehzahl in ausreichendem Maße verringert wurde, kann danach der Schaltvorgang mit Zündzeitpunkten abgeschlossen werden, die in den Zylindern gegenüber dem MBT verzögert werden. Durch das Anpassen der Frühzündung können das Maß und der Zeitpunkt des negativen Drehmoments, das während eines Motorzyklus (6) erzeugt wird, vorteilhaft angepasst werden, um der Trägheit des Motorhybridgetriebes während eines Getriebeschaltvorgangs entgegenzuwirken. Eine beispielhafte Anpassung wird in Bezug auf 6 beschrieben.
  • 1 bis 2 stellen die Antriebswelle eines Hybridfahrzeugs einschließlich eines Verbrennungsmotors und einer Elektromaschine dar. Der Verbrennungsmotor kann während des Fahrzeugbetriebs mit oder ohne einen in die Antriebswelle integrierten Anlasser/Generator (z.B. eine Elektromaschine oder ein Elektromotor, der als DISG (Driveline Integrated Starter/Generator) abgekürzt werden kann) betrieben werden. Der in die Antriebswelle integrierte Anlasser/Generator wird auf der gleichen Achse wie die Motorkurbelwelle in die Antriebswelle integriert und dreht sich, wann immer sich das Laufrad des Drehmomentwandlers dreht. Außerdem kann der DISG nicht selektiv mit der Antriebswelle gekuppelt oder von ihr abgekuppelt werden. Stattdessen ist der DISG ein integraler Bestandteil der Antriebswelle. Darüber hinaus kann der DISG mit oder ohne den Betrieb des Verbrennungsmotors betrieben werden. Wenn der DISG nicht betrieben wird, bleiben die Masse und die Trägheit des DISG auf der Antriebswelle, um der Antriebswelle ein Drehmoment bereitzustellen oder ein Drehmoment von ihr aufzunehmen.
  • In Bezug auf 1 wird ein Verbrennungsmotor 10, der eine Vielzahl von Zylindern umfasst, von denen in 1 ein Zylinder gezeigt wird, von einer elektronischen Motorsteuereinheit 12 gesteuert. Zu dem Verbrennungsmotor 10 gehören eine Brennkammer 30 und Zylinderwände 32 mit einem Kolben 36, der darin angeordnet ist und mit einer Kurbelwelle 40 verbunden ist. Ein Schwungrad 97 und ein Zahnkranz 99 sind mit der Kurbelwelle 40 verbunden. Zu dem Anlasser 96 gehören eine Ritzelwelle 98 und ein Ritzel 95. Die Ritzelwelle 98 kann das Ritzel 95 selektiv vorwärts bewegen, um in den Zahnkranz 99 einzugreifen. Der Anlasser 96 kann direkt vor den Verbrennungsmotor oder hinter den Verbrennungsmotor eingebaut sein. Bei einigen Beispielen kann der Anlasser 96 ein Drehmoment über einen Gurt oder eine Kette selektiv an die Kurbelwelle 40 liefern. Der Anlasser 96 kann als eine Anlassereinrichtung mit niedrigem Energieverbrauch beschrieben werden. Bei einem Beispiel ist der Anlasser 96 in einem Grundzustand, wenn er nicht in die Motorkurbelwelle eingekuppelt ist. Der Brennraum 30 wird in Verbindung mit einem Ansaugkrümmer 44 und einem Abgaskrümmer 48 gezeigt, mit denen er über ein entsprechendes Ansaugventil 52 und ein entsprechendes Auslassventil 54 verbunden ist. Jedes Ansaugventil und jedes Auslassventil kann durch eine Einlassnockenwelle 51 und eine Auslassnockenwelle 53 betrieben werden. Die Position der Einlassnockenwelle 51 kann durch einen Einlassnockenwellensensor 55 ermittelt werden. Die Position der Auslassnockenwelle 53 kann durch einen Auslassnockenwellensensor 57 ermittelt werden.
  • Der Kraftstoffeinspritzer 66 wird in einer Position gezeigt, um den Kraftstoff direkt in den Zylinder 30 einzuspritzen, was für den Fachmann als Direkteinspritzung bekannt ist. Der Kraftstoff kann alternativ in einen Ansaugstutzen eingespritzt werden, was für den Fachmann als Saugrohreinspritzung bekannt ist. Der Kraftstoffeinspritzer 66 liefert einen flüssigen Kraftstoff proportional zu der Pulsbreite des Signals FPW von der Steuereinheit 12. Der Kraftstoff kann dem Kraftstoffeinspritzer 66 durch ein (nicht gezeigtes) Kraftstoffsystem zugeführt werden, zu dem ein Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoffleitung gehören (die nicht gezeigt werden). Der Kraftstoffeinspritzer 66 wird von einer Treibereinheit 68, die auf die Steuereinheit 12 reagiert, mit Betriebsstrom versorgt. Außerdem wird ein Ansaugkrümmer 44 gezeigt, der in Verbindung steht mit einer optionalen elektronischen Drosselklappe 62, die eine Position der Drosselklappenplatte 64 einstellt, um einen Luftstrom von der Ansaugluft 42 zum Ansaugkrümmer 44 zu steuern. Bei einem Beispiel kann ein Niederdruck-Direkteinspritzsystem verwendet werden, in dem der Kraftstoffdruck auf ungefähr 20 bis 30 Bar angehoben werden kann. Alternativ kann ein zweistufiges Hochdruck-Kraftstoffsystem verwendet werden, um einen höheren Kraftstoffdruck zu erzeugen. Bei einigen Beispielen können die Drosselklappe 62 und die Drosselklappenplatte 64 zwischen dem Ansaugventil 52 und dem Ansaugkrümmer 44 so angeordnet werden, dass die Drosselklappe 62 eine Ansaugkanaldrosselklappe 62 ist.
  • Als Reaktion auf die Steuereinheit 12 stellt ein ruhendes Zündsystem 88 über eine Zündkerze 92 in der Brennkammer 30 einen Zündfunken bereit. Es wird ein universeller Abgas-Sauerstoff-Sensor (Universal Exhaust Gas Oxygen sensor, UEGO-Sensor) 126 gezeigt, der vorgelagert zu einem Katalysator 70 mit einem Abgaskrümmer 48 verbunden ist. Alternativ kann der UEGO-Sensor 126 durch einen zweistufigen Abgas-Sauerstoff-Sensor ersetzt werden.
  • Bei einem Beispiel können zu dem Katalysator 70 mehrere Katalysatorbauteile gehören. Bei einem anderen Beispiel können mehrere Abgassteuereinheiten mit jeweils mehreren Bauteilen verwendet werden. Der Katalysator 70 kann ein Dreiwegekatalysator, ein Partikelfilter, eine Mager-NOx-Falle, ein selektiver Reduktionskatalysator oder eine andere Schadstoffbegrenzungsvorrichtung sein. Eine Heizvorrichtung für eine Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 119 kann auch in dem Abgassystem angeordnet werden, um den Katalysator 70 und/oder die Abgase aufzuheizen.
  • Die Steuereinheit 12 wird in 1 als ein herkömmlicher Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse 104, einen Nur-Lese-Speicher 106, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen batteriebetriebenen Speicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus aufweist. Die gezeigte Steuereinheit 12 empfängt zusätzlich zu den oben erörterten Signalen zahlreiche Signale von Sensoren, die an den Verbrennungsmotor 10 angeschlossen sind einschließlich: einer Temperatur des Motorkühlmittels (Engine Coolant Temperature, ECT) von dem Temperatursensor 112, der an einen Kühlschlauch 114 angeschlossen ist, eines Positionsgebers 134 der an ein Gaspedal 130 angeschlossen ist, um die von dem Fuß 132 ausgeübte Kraft und/oder die Position zu erfassen, eines Positionsgebers 154, der an ein Bremspedal 150 angeschlossen ist, um die von dem Fuß 152 ausgeübte Kraft und/oder die Position zu erfassen, einer Messung des Saugrohrdrucks am Verbrennungsmotor (engine MAnifold Pressure, MAP) mithilfe eines Drucksensors 122, der an den Ansaugkrümmer 44 angeschlossen ist, eines Motorpositionsgebers von einem Hall-Effekt-Geber 118, der die Position der Kurbelwelle 40 erfasst, einer Messung einer in den Verbrennungsmotor eintretenden Luftmasse von einem Sensor 120 und einer Messung der Drosselklappenposition von einem Sensor 58. Der barometrische Druck kann auch von einem (nicht gezeigten) Sensor erfasst werden, um von der Steuereinheit 12 verarbeitet zu werden. Bei einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung stellt der Motorpositionsgeber 118 pro Umdrehung der Kurbelwelle eine vorbestimmte Anzahl von abstandsgleichen Impulsen bereit, mit denen die Motordrehzahl (RPM) bestimmt werden kann.
  • Bei einigen Beispielen kann der Verbrennungsmotor in einem Hybridfahrzeug an ein elektrisches Motor/Batterie-System angeschlossen sein, wie in 2 gezeigt wird. Außerdem können bei einigen Beispielen andere Motorkonfigurationen wie zum Beispiel ein Dieselmotor eingesetzt werden.
  • Während des Betriebs unterliegt jeder Zylinder in dem Verbrennungsmotor 10 typischerweise einem Viertaktzyklus: Zu dem Zyklus gehören der Ansaugtakt, der Verdichtungstakt, der Arbeitstakt und der Ausstoßtakt. Während des Ansaugtakts wird das Auslassventil 54 im Allgemeinen geschlossen und das Ansaugventil 52 wird geöffnet. Luft wird über den Ansaugkrümmer 44 in die Brennkammer 30 eingeführt und der Kolben 36 bewegt sich zum unteren Ende des Zylinders, sodass das Volumen in der Brennkammer 30 vergrößert wird. Die Position, in der sich der Kolben 36 in der Nähe des unteren Endes des Zylinders und am Ende seines Taktes befindet (z.B., wenn die Brennkammer 30 ihr größtes Volumen aufweist), wird vom Fachmann typischerweise als unterer Totpunkt (Bottom Dead Center, BDC) bezeichnet. Während des Verdichtungstaktes sind das Ansaugventil 52 und das Auslassventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich zum oberen Ende des Zylinders, um die Luft in der Brennkammer 30 zu verdichten. Der Punkt, an dem sich der Kolben 36 am Ende seines Taktes und in der Nähe des oberen Endes des Zylinders befindet (z.B., wenn die Brennkammer 30 ihr kleinstes Volumen aufweist), wird vom Fachmann typischerweise als oberer Totpunkt (Top Dead Center, TDC) bezeichnet. In einem Prozess, der nachfolgend als Einspritzung bezeichnet wird, wird Kraftstoff in die Brennkammer eingeführt. In einem Prozess, der nachfolgend als Zündung bezeichnet wird, wird der eingespritzte Kraftstoff durch ein bekanntes Zündmittel wie zum Beispiel eine Zündkerze 92 gezündet, was zu einer Verbrennung führt. Während des Arbeitstaktes drückt das sich ausdehnende Gas den Kolben 36 zurück zum BDC. Die Kurbelwelle 40 wandelt die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle. Schließlich wird während des Ausstoßtaktes das Auslassventil 54 geöffnet, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Abgaskrümmer 48 abzulassen und der Kolben kehrt zu dem TDC zurück. Es wird darauf hingewiesen, dass der obige Prozess nur als ein Beispiel zu betrachten ist, und dass die Öffnungs- und/oder Verschlusszeitpunkte des Ansaugventils und des Auslassventils so variieren können, dass sie eine positive oder negative Ventilüberschneidung, ein spätes Verschließen des Ansaugventils oder verschiedene andere Beispiele bereitstellen.
  • 2 ist ein Blockschaubild einer Fahrzeugantriebswelle 200 in einem Fahrzeug 290. Der Antriebswelle 200 kann durch den Verbrennungsmotor 10 angetrieben werden. Der Verbrennungsmotor 10 kann mit einem in 1 gezeigten Motorstartsystem oder über einen in die Antriebswelle integrierten Anlasser-Generator (DISG) 240 gestartet werden. Außerdem kann der Verbrennungsmotor 10 ein Drehmoment mithilfe eines Drehmomentantriebs 204 wie zum Beispiel einem Kraftstoffeinspritzer, einer Drosselklappe usw. erzeugen oder anpassen.
  • Ein vom Verbrennungsmotor ausgegebenes Drehmoment kann zu der Eingangsseite eines Zweimassenschwungrads 232 übertragen werden. Sowohl die Motordrehzahl, als auch die Position und die Geschwindigkeit der Eingangsseite des Zweimassenschwungrads können über den Motorpositionsgeber 118 ermittelt werden. Zu dem Zweimassenschwungrad 232 können (nicht gezeigte) Federn und separate Massen gehören, um die Drehmomentstörungen auf der Antriebswelle zu dämpfen. Die Ausgangsseite des Zweimassenschwungrads 232 wird in einer mechanischen Verbindung mit der Eingangsseite der Trennkupplung der Antriebswelle 236 gezeigt. Die Trennkupplung der Antriebswelle 236 kann elektrisch oder hydraulisch betätigt werden. Ein Positionsgeber 234 ist auf der Seite der Trennkupplung der Antriebswelle des Zweimassenschwungrads 232 angebracht, um die Ausgabeposition und -drehzahl des Zweimassenschwungrads 232 zu erfassen. Bei einigen Beispielen kann zu dem Positionsgeber 234 ein Drehmomentsensor gehören. Die nachgeschaltete Seite der Trennkupplung der Antriebswelle 236 wird in einer mechanischen Verbindung mit der DISG-Eingangswelle 237 gezeigt.
  • Der DISG 240 kann betrieben werden, um ein Drehmoment für die Antriebswelle 200 bereitzustellen oder um das Drehmoment der Antriebswelle in elektrische Energie zu wandeln, die in einer Speichereinheit für elektrische Energie 275 gespeichert wird. Der DISG 240 hat eine Leistungsabgabe die größer ist, als die des in 1 gezeigten Anlassers 96. Außerdem treibt der DISG 240 die Antriebswelle 200 direkt an oder er wird direkt von der Antriebswelle 200 angetrieben. Es sind keine Gurte, Zahnräder oder Ketten vorhanden, die den DISG 240 mit der Antriebswelle 200 verbinden. Stattdessen dreht sich der DISG 240 mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Antriebswelle 200. Die Speichereinheit für elektrische Energie 275 kann eine Batterie, ein Kondensator oder eine Induktivität sein. Die nachgeschaltete Seite des DISG 240 steht über die Welle 241 in einer mechanischen Verbindung mit dem Laufrad 285 des Drehmomentwandlers 206. Die vorgeschaltete Seite des DISG 240 steht in einer mechanischen Verbindung mit der Trennkupplung der Antriebswelle 236.
  • Zu dem Drehmomentwandler 206 gehört eine Turbine 286, um ein Drehmoment auf die Eingangswelle 270 auszugeben. Die Eingangswelle 270 stellt eine mechanische Verbindung zwischen dem Drehmomentwandler 206 und dem Automatikgetriebe 208 her. Zu dem Drehmomentwandler 206 gehört auch eine Kupplung der Drehmomentwandlerüberbrückung 212 (Torque Converter bypass lock-up Clutch, TCC). Wenn die TCC festgestellt ist, wird das Drehmoment direkt von dem Laufrad 285 auf die Turbine 286 übertragen. Die TCC wird durch die Steuereinheit 12 elektrisch betrieben. Alternativ kann die TCC hydraulisch festgestellt werden. Bei einem Beispiel kann auf den Drehmomentwandler als eine Komponente des Getriebes Bezug genommen werden. Die Drehzahl und die Position des Laufrads des Drehmomentwandlers können über einen Sensor 238 ermittelt werden. Die Drehzahl und die Position der Turbine des Drehmomentwandlers können über einen Positionsgeber 239 ermittelt werden. Bei einigen Beispielen können die Sensoren 238 und/oder 239 Drehmomentsensoren sein oder sie können eine Kombination aus Positionsgebern und Drehmomentsensoren sein.
  • Wenn die Kupplung der Drehmomentwandlerüberbrückung 212 vollständig ausgekuppelt ist, überträgt der Drehmomentwandler 206 das Motordrehmoment durch eine Flüssigkeitsübertragung zwischen der Drehmomentwandlerturbine 286 und dem Drehmomentwandlerantriebsrad 285 an das Automatikgetriebe 208, wodurch eine Vervielfachung des Drehmoments ermöglicht wird. Wenn im Gegensatz dazu die Kupplung der Drehmomentwandlerüberbrückung 212 vollständig eingekuppelt ist, wird das Ausgangsdrehmoment des Verbrennungsmotors direkt über die Kupplung der Drehmomentwandlerüberbrückung auf eine Eingangswelle 270 des Getriebes 208 übertragen. Alternativ kann die Kupplung der Drehmomentwandlerüberbrückung 212 teilweise eingekuppelt sein, wodurch das Maß des zu dem Getriebe weitergegebenen Drehmoments angepasst werden kann. Die Steuereinheit 12 kann so konfiguriert werden, dass sie das Maß des durch den Drehmomentwandler 206 übertragenen Drehmoments anpassen kann, indem die Kupplung der Drehmomentwandlerüberbrückung 212 als Reaktion auf die Betriebsbedingungen des Motors oder auf der Grundlage einer vom Fahrer abgerufenen Motorbetriebsanforderung angepasst wird.
  • Zu dem Automatikgetriebe 208 gehören Schaltstufenkupplungen 211 (z.B. für die Schaltstufen 1 bis 6) und eine Vorwärtskupplung 210. Die Schaltstufenkupplungen 211 und die Vorwärtskupplung 210 können selektiv eingekuppelt werden, um das Fahrzeug anzutreiben. Die Drehmomentausgabe des Automatikgetriebes 208 kann seinerseits an die Räder 216 weitergegeben werden, um das Fahrzeug über eine Ausgangswelle 260 anzutreiben. Die Ausgangswelle 260 liefert ein Drehmoment von dem Getriebe 208 über ein Differenzialgetriebe 255, zu dem eine erste Schaltstufe 257 und eine zweite Schaltstufe 258 gehören, an die Räder 216. Das Automatikgetriebe 208 kann ein Eingangsantriebsdrehmoment an der Eingangswelle 270 als Reaktion auf die Fahrbedingungen des Fahrzeugs übertragen, bevor ein Ausgangsantriebsdrehmoment an die Räder 216 übertragen wird.
  • Außerdem kann eine Reibungskraft auf die Räder 216 ausgeübt werden, indem die Radreibungsbremsen 218 angezogen werden. Bei einem Beispiel können die Radreibungsbremsen 218 als Reaktion darauf angezogen werden, dass der Fahrer mit seinem Fuß ein (nicht gezeigtes) Bremspedal betätigt. Bei anderen Beispielen kann die Steuereinheit 12 oder eine Steuereinheit, die mit der Steuereinheit 12 verbunden ist, die Radreibungsbremsen anziehen. Auf die gleiche Weise kann eine Reibungskraft auf die Räder 216 verringert werden, indem die Radreibungsbremsen 218 als Reaktion darauf gelöst werden, dass der Fahrer seinen Fuß von einem Bremspedal nimmt. Außerdem können die Fahrzeugbremsen über eine Steuereinheit 12 eine Reibungskraft als einen Teil einer automatischen Motorbremsprozedur auf die Räder 216 ausüben.
  • Eine mechanische Ölpumpe 214 kann in einem Flüssigkeitsaustausch mit dem Automatikgetriebe 208 stehen, um einen hydraulischen Druck bereitzustellen, mit dem zahlreiche Kupplungen wie zum Beispiel die Vorwärtskupplung 210, die Schaltstufenkupplungen 211 und/oder Kupplung der Drehmomentwandlerüberbrückung 212 eingekuppelt werden. Die mechanische Ölpumpe 214 kann gemäß dem Drehmomentwandler 206 betrieben werden und kann zum Beispiel durch die Drehung des Verbrennungsmotors oder des DISG über die Eingangswelle 241 angetrieben werden. Auf diese Weise kann der in einer mechanischen Ölpumpe 214 erzeugte hydraulische Druck mit einer größer werdenden Motordrehzahl und/oder DISG-Drehzahl zunehmen oder er kann mit einer kleiner werdenden Motordrehzahl und/oder DISG-Drehzahl abnehmen.
  • Die Steuereinheit 12 kann konfiguriert werden, um Eingaben von einem Verbrennungsmotor 10 zu empfangen, wie sie in 1 gezeigt werden, und kann dementsprechend eine Drehmomentausgabe des Verbrennungsmotors und/oder einen Betrieb des Drehmomentwandlers, des Getriebes, des DISG, der Kupplungen und/oder der Bremsen steuern. Als ein Beispiel kann eine Motordrehmomentausgabe geregelt werden, indem eine Kombination aus Zündzeitpunkt, Kraftstoffimpulsbreite, Kraftstoffimpulszeitpunkt und/oder Luftfüllung eingestellt wird, indem die Drosselklappenöffnung und/oder die Ventilzeitpunkte, der Ventilhub und der Verstärker für turboaufgeladene oder aufgeladene Verbrennungsmotoren gesteuert werden. In dem Falle eines Dieselmotors kann die Steuereinheit 12 die Drehmomentausgabe des Verbrennungsmotors steuern, indem eine Kombination aus Kraftstoffimpulsbreite, Kraftstoffimpulszeitpunkt und/oder Luftfüllung gesteuert wird. In allen Fällen kann die Motorsteuerung zylinderweise ausgeführt werden, um die Drehmomentausgabe des Verbrennungsmotors zu steuern. Die Steuereinheit 12 kann auch die Drehmomentausgabe und die elektrische Energieerzeugung von dem DISG steuern, indem der zu und von den DISG-Wicklungen fließende Strom angepasst wird, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.
  • Wenn die Bedingungen für das Anhalten im Leerlauf erfüllt sind, kann die Steuereinheit 12 das Abschalten des Verbrennungsmotors einleiten, indem die Zufuhr von Kraftstoff und Zündfunken zum Verbrennungsmotor unterbrochen wird. Bei einigen Beispielen kann sich der Verbrennungsmotor jedoch weiter drehen. Um außerdem ein Maß an Drehung in dem Getriebe beizubehalten, kann die Steuereinheit 12 drehende Elemente des Getriebes 208 an einem Gehäuse 259 des Getriebes und auf diese Weise am Fahrgestell des Fahrzeugs erden. Insbesondere kann die Steuereinheit 12 ein oder mehrere Getriebekupplungen wie zum Beispiel die Vorwärtskupplung 210 einkuppeln und kann die eingekuppelte(n) Getriebekupplung(en) an dem Getriebegehäuse 259 und dem Fahrzeugfahrgestell feststellen. Ein Getriebekupplungsdruck kann variiert (z.B. vergrößert) werden, um den Kupplungszustand einer Getriebekupplung anzupassen und ein gewünschtes Maß der Getriebedrehung bereitzustellen.
  • Ein Radbremsdruck kann auch während des Abschaltens des Verbrennungsmotors auf der Grundlage des Getriebekupplungsdrucks angepasst werden, um das Blockieren des Getriebes zu unterstützen, während ein durch die Räder übertragenes Drehmoment verringert wird. Insbesondere können durch das Anwenden der Radbremsen 218, während ein oder mehrere eingekuppelte Getriebekupplungen festgestellt werden, entgegengesetzte Kräfte auf das Getriebe und folglich auf die Antriebswelle angewandt werden, wodurch die Getriebezahnräder in einer aktiven Einkupplung bleiben und eine potenzielle Rotationsenergie in dem Getriebezug des Getriebes beibehalten wird, ohne die Räder zu bewegen. Bei einem Beispiel kann der Radbremsdruck angepasst werden, um die Anwendung der Radbremsen mit dem Feststellen der eingekuppelten Getriebekupplung während des Abschaltens des Verbrennungsmotors zu koordinieren. Von daher kann durch das Einstellen des Radbremsdrucks und des Kupplungsdrucks das in dem Getriebe zurückgehaltene Maß der Drehung angepasst werden, wenn der Verbrennungsmotor abgeschaltet wird. Wenn die Neustartbedingungen erfüllt sind, und/oder ein Fahrzeugführer das Fahrzeug starten möchte, kann die Steuereinheit 12 den Verbrennungsmotor wieder aktivieren, indem die Verbrennung in den Zylindern wieder aufgenommen wird.
  • Zu dem System der 1 und 2 können Drehmomentsensoren gehören, welche die Grundlage für das Anpassen des Antriebswellenbetriebs sein können. Alternativ kann der Drehmomentwandler selbst als Drehmomentsensor verwendet werden, wenn die Drehmomentwandlerkupplung 212 vollständig eingekuppelt ist. Insbesondere die Drehmomentausgabe eines offenen Drehmomentwandlers ist eine Funktion der Eingangs- und Ausgangsdrehzahlen, der Antriebsrad- und Turbinendrehzahlen, wobei das Antriebsrad der Drehmomentwandlereingang und die Turbine der Drehmomentwandlerausgang ist. In dem Betrieb der 2 ist die Antriebsraddrehzahl gleich der gemessenen DISG-Drehzahl, da die DISG-Rotorausgangswelle die Antriebsradeingangswelle ist, und die Turbinendrehzahl wird gemessen und bei der Steuerung der Getriebekupplungssteuerung verwendet.
  • Außerdem kann bei einer gegebenen Eingangs- und Ausgangsdrehzahlcharakteristik des offenen Drehmomentwandlers die Drehmomentausgabe des offenen Drehmomentwandlers gesteuert werden, indem die Drehzahl des Drehmomentwandlerantriebsrads als eine Funktion der Drehzahl der Drehmomentwandlerturbine gesteuert wird. Der DISG kann in einem Drehzahlrückkopplungsmodus betrieben werden, um das Drehmoment des Drehmomentwandlers zu steuern. Zum Beispiel ist die kontrollierte DISG-Drehzahl (z.B. die gleiche wie die Drehzahl des Drehmomentwandlerantriebsrads) eine Funktion der Drehzahl der Drehmomentwandlerturbine. Die kontrollierte DISG-Drehzahl kann als eine Funktion sowohl der DISG-Drehzahl als auch der Turbinenendrehzahl ermittelt werden, um das gewünschte Drehmoment an dem Ausgang des Drehmomentwandlers zu übergeben.
  • Die Erfinder haben hier erkannt, dass, obwohl die Antriebswellenkonfiguration in 2 aufgrund der spezifischen Anordnung der Antriebswellenkomponenten in dem Hybridfahrzeug aus 2 zahlreiche Vorteile bereitstellt, die träge Masse der Antriebswelle jedoch wesentlich vergrößert werden kann. Insbesondere die träge Masse der sich drehenden Baugruppe des Verbrennungsmotors führt zusammen mit den trägen Massen des Ankers, des Hybridmotors, dem Zweimassenschwungrad und der Trennkupplung zu einer bedeutenden trägen Masse. Von daher kann diese Masse die Drehmomentsteuerung insbesondere während eines Getriebeschaltvorgangs erschweren, wenn die Motordrehzahl schnell abgebremst werden muss, um mit der Drehzahl des Getriebeschaltvorgangs übereinzustimmen.
  • Wie in Bezug auf 3 ausgearbeitet wurde, kann der Zündzeitpunkt während eines Getriebeschaltvorgangs aufgrund des Maßes einer Drehmomentverringerung, die vor dem Einkuppeln der angeforderten Schaltstufe erforderlich ist, in einem oder mehreren Motorzylindern gegenüber dem MBT vorverlegt werden, um die Drehmomentverringerung zu beschleunigen. Sobald die Motordrehzahl unterhalb einer Schwellenwertdrehzahl oder innerhalb eines Schwellenwertdrehzahlbereichs der erforderlichen Drehzahl für das Einkuppeln der gewünschten Schaltstufe liegt, kann der Zündzeitpunkt in einem oder mehreren Zylindern gegenüber dem MBT verzögert werden, um eine genauere Drehzahlsteuerung zu erlauben. Durch die Verwendung einer Frühzündung kann ein größeres Maß an negativem Drehmoment zu einem früheren Zeitpunkt in einem Verbrennungsmotorzyklus eines Zylinders erzeugt werden, was einen schnelleren Abfall der Motordrehzahl erlaubt. Während des Getriebeschaltvorgangs kann auch ein Zeitablauf des Öffnens und Schließens der Drehmomentwandlerkupplung mit einem Zeitablauf der Freigabe einer Kupplung einer herauszunehmenden Schaltstufe und der Anwendung einer Kupplung einer einzulegenden Schaltstufe koordiniert werden, während die Trennkupplung geschlossen gehalten wird, sodass die Störungen des Antriebswellendrehmoments verringert werden. Auf diese Weise können die Getriebeschaltvorgänge weich ausgeführt werden, sogar in Getriebeausführungsformen, die eine größere träge Masse aufweisen.
  • Es ist selbstverständlich, dass, obwohl die Verwendung des Zündfunkens wesentlich vor dem MBT für die Erzeugung eines negativen Drehmoments hier im Zusammenhang mit einem Motorhybridgetriebe erläutert wird, die gleiche Einstellung des Zündzeitpunkts auch mit anderen Getriebekonfigurationen verwendet werden kann, um während einer Verdichtungsphase ein größeres negatives Drehmoment zu erzeugen. Insbesondere wird hier die Erzeugung eines zusätzlichen negativen Drehmoments gezeigt, um den Abfall einer Motordrehzahl während eines Getriebeschaltvorgangs in einem Hybridfahrzeug zu beschleunigen, das ein Motorhybridgetriebe aufweist, aber sie kann auch auf ähnliche Weise in anderen Motorkonfigurationen bei Bedingungen verwendet werden, die ein negativeres Drehmoment erforderlich machen.
  • Unter Bezug auf 3 wird jetzt eine beispielhafte Routine 300 für das Einstellen des Zündzeitpunkts während eines Getriebeschaltvorgangs in einem Hybridfahrzeug gezeigt, das ein Motorhybridgetriebe mit einer Kupplung aufweist, die dafür konfiguriert ist, sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen Elektromotor des Hybridfahrzeugs mechanisch und selektiv von dem Getriebe zu trennen, wie zum Beispiel in den Fahrzeugantriebswellen der 1 und 2. Die Routine ermittelt ein Maß der Vorverlegung und/oder der Verzögerung des Zündzeitpunkts, das während des Getriebeschaltvorgangs auf der Grundlage der Motorbetriebsbedingungen verwendet wird, wodurch ein weicherer Getriebeschaltvorgang erlaubt wird.
  • In 302 können die Fahrzeug- und Motorbetriebsbedingungen abgeschätzt und/oder gemessen werden. Dies kann zum Beispiel die Motordrehzahl, den Ladezustand der Batterie, den MAP, den BP, die Motortemperatur, die Umgebungsbedingungen einschließlich Temperatur, Druck und Luftfeuchtigkeit der Umgebung, den Ladedruckpegel, die EGR-Rate und -Menge usw. beinhalten.
  • In 304 kann der Verbrennungsmotor mit einem Zündzeitpunkt am MBT oder mit einer Verzögerung gegenüber dem MBT betrieben werden. Die Zündverzögerung kann zum Beispiel während kalter Anlassbedingungen verwendet werden, um das Aufwärmen des Abgaskatalysators zu beschleunigen. Wenn danach der Katalysator ausreichend warm ist, kann der Zündzeitpunkt wieder zum MBT zurückkehren, um den Kraftstoffverbrauch zu verbessern. Als ein weiteres Beispiel kann der Zündzeitpunkt während heißer Anlassbedingungen am MBT beibehalten werden.
  • In 306 kann ermittelt werden, ob ein bevorstehendes Getriebeereignis vorliegt. Insbesondere kann ermittelt werden, ob ein Getriebehochschaltvorgang aus einer niedrigeren Schaltstufe (zum Beispiel aus einer ersten Schaltstufe des Getriebes) in eine höhere Schaltstufe (zum Beispiel in eine dritte Schaltstufe des Getriebes) erforderlich ist. Wenn ein Getriebeschaltvorgang nicht bestätigt wird, können keine weiteren Einstellungen der Zündzeitpunkte erforderlich sein. Von daher kann es während eines Getriebehochschaltvorgangs erforderlich sein, dass die Motordrehzahl verringert wird, und daher kann eine Drehmomentverringerung notwendig sein, wenn die Kupplung der herauszunehmenden Schaltstufe freigegeben wird und bevor die Kupplung der einzulegenden Schaltstufe angewandt wird. Während eines Getriebeherunterschaltvorgangs muss eine Drehmomentverringerung nicht erforderlich sein (oder sie kann in einem geringeren Maße erforderlich sein wie zum Beispiel gegen Ende des Schaltvorgangs). Wenn kein Getriebeereignis erwartet wird, kann der Motorbetrieb mit dem aktuellen Zündzeitpunkt fortgesetzt werden und die Routine kann beendet werden.
  • Wenn ein Getriebeschaltvorgangsereignis bestätigt ist, gehört in 308 zur Routine ein Ermitteln des Maßes der Drehmomentverringerung, die für das Getriebeereignis erforderlich ist. Das Maß der erforderlichen Drehmomentverringerung kann mindestens auf der Motordrehzahl zum Zeitpunkt der Anforderung des Getriebeereignisses und der Motordrehzahl beruhen, die zum Zeitpunkt des Getriebeschaltvorgangs erforderlich ist. Die erforderliche Drehmomentverringerung kann außerdem auf einer Differenz zwischen der herauszunehmenden Schaltstufe und der einzulegenden Schaltstufe (oder der Getriebeübersetzungsdifferenz) beruhen. Die Drehmomentverringerung die zum Beispiel erforderlich ist, wenn von einer 1. Getriebeschaltstufe in eine 2. Getriebeschaltstufe hochgeschaltet wird, kann unterschiedlich (z.B. kleiner) sein als die Drehmomentverringerung die zum Beispiel erforderlich ist, wenn von einer 1. Getriebeschaltstufe in eine 3 Getriebeschaltstufe hochgeschaltet wird.
  • In 309 kann auf der Grundlage der erforderlichen Drehmomentverringerung und außerdem auf der Grundlage der Motorbetriebsbedingungen wie zum Beispiel der EGR-Rate, der Motortemperatur und der Pedalposition ermittelt werden, ob die erforderliche Drehmomentverringerung über eine Vorverlegung des Zündzeitpunkts gegenüber dem MBT oder eine Verzögerung des Zündzeitpunkts gegenüber dem MBT bereitgestellt werden soll. Dies ist der Fall, da bei niedrigeren Drehzahlen die mechanische Reibung größer ist, sodass die Steuereinheit kein so großes negatives Drehmoment erzeugen muss. Wenn zum Beispiel die Motortemperatur höher ist und ein Klopfen wahrscheinlicher ist, kann für die erforderliche Drehmomentverringerung eine Zündverzögerung verwendet werden, da eine Zündverzögerung auch das Klopfen mildert. Wenn im Vergleich dazu die Motortemperatur niedriger ist, kann eine Frühzündung gegenüber dem MBT verwendet werden, da ein Klopfen weniger wahrscheinlich ist. Wenn bei einem weiteren Beispiel der Getriebeschaltvorgang eine größere Differenz zwischen der Motordrehzahl, bei dem der Getriebeschaltvorgang angefordert wurde, und der Motordrehzahl, die für den Schaltvorgang erforderlich ist, aufweist, kann eine Frühzündung verwendet werden, um eine schnellere Drehmomentverringerung zu erlauben, während eine Zündverzögerung verwendet werden kann, wenn die Differenz geringer ist. Wie hier weiter ausgearbeitet wurde, kann eine Frühzündung für einen anfänglichen Abschnitt des Getriebeschaltvorgangs verwendet werden, um die Motordrehzahlverringerung zu beschleunigen.
  • Es ist selbstverständlich, dass die Steuereinheit sicherstellen kann, dass der Zündzeitpunkt gegenüber dem MBT-Zeitpunkt deutlich vorverlegt wird. Wenn die Frühzündung zu dicht bei dem MBT liegt, können tatsächlich hohe Drücke erzeugt werden, die zu einem ernsthaften Klopfen führen können und den Verbrennungsmotor möglicherweise schädigen können.
  • Tatsächlich kann sowohl ein Vorverlegen des Zündzeitpunkts gegenüber dem MBT als auch ein Verzögern gegenüber dem MBT die Drehmomentausgabe verringern. Die Abbildung in 4 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen den durchschnittlichen Drehmomentausgaben von einem Motorzylinder, während der Zündzeitpunkt variiert wird. Bei einer gegebenen Luftstromrate einer gegebenen Kraftstoffzufuhrrate und einer gegebenen Motordrehzahl wird die Beziehung zwischen dem Motordrehmoment und dem Zündzeitpunkt als Kurve 401 gezeigt. Zum Zündzeitpunkt 402, der bekannt ist als minimal vorverlegter Zündzeitpunkt für das beste Drehmoment (Minimum spark advance for Best Torque, MBT), wird das größte Motordrehmoment für die gegebenen Betriebsbedingungen bereitgestellt. Wenn der Zündzeitpunkt gegenüber dem MBT entweder vorverlegt oder verzögert ist, verringert sich das Motordrehmoment. Da die (in 4 nicht dargestellte) Kraftstoffeffizienz an dem MBT sein Maximum erreicht, kann es aus Gründen der Kraftstoffeffizienz wünschenswert sein, den Verbrennungsmotor für die meisten Motorbetriebsbedingungen am Zündzeitpunkt MBT zu betreiben.
  • Während der Bedingungen, die eine Drehmomentverringerung schnell erforderlich machen, wie zum Beispiel während eines Getriebeschaltvorgangs (insbesondere eines Hochschaltens), kann der Zündzeitpunkt gegenüber dem MBT vorverlegt oder verzögert werden, um die gewünschte Drehmomentverringerung bereitzustellen. Da die Steigung der Kurve 401 auf den beiden Seiten des Zündzeitpunkts 402 (MBT) unterschiedlich ist, kann eine gegebene Drehmomentverringerung durch ein unterschiedliches Maß einer Zündverzögerung gegenüber dem MBT im Vergleich zu dem der Frühzündung gegenüber dem MBT bereitgestellt werden. Insbesondere aufgrund der steileren Steigung der Kurve 401 auf der rechten Seite des Zündzeitpunkts 402 (in der Richtung der Frühzündung gegenüber dem MBT) im Vergleich zur flacheren Steigung auf der linken Seite des Zündzeitpunkts 402 (in der Richtung der Zündverzögerung gegenüber dem MBT) kann ein vergleichsweise kleineres Maß an Frühzündung die gleiche Drehmomentverringerung bereitstellen wie ein vergleichsweise größeres Maß einer Zündverzögerung. In anderen Worten wird für ein gegebenes Maß einer Zündverzögerung gegenüber dem MBT (am Zündzeitpunkt 403 auf der Zündverzögerungsseite des MBT) eine kleinere Drehmomentverringerung erreicht (hier dargestellt als ΔTq_r), während für das gleiche Maß einer Frühzündung gegenüber dem MBT (am Zündzeitpunkt 404 auf der Frühzündungsseite des MBT) eine größere Drehmomentverringerung erreicht (hier dargestellt als ΔTq_a) wird. Außerdem können die Drehmomentgrenzen der Verzögerung und der Vorverlegung des Zündzeitpunkts variieren. Wie in der Kurve 401 gezeigt wird, kann die Zündverzögerung gegenüber dem MBT bis zu einem Zeitpunkt 405 verwendet werden und das Drehmoment kann bis zu einem Drehmoment Tq_lim_r verringert werden, wonach sich die Verbrennungsstabilität verschlechtert und keine größere Zündverzögerung verwendet werden kann. Im Vergleich dazu kann die Frühzündung gegenüber dem MBT bis zu einem Zeitpunkt 406 verwendet werden und das Drehmoment kann bis zu einem Drehmoment Tq_lim_a verringert werden, wonach das Klopfen des Motors zur Grenze wird und keine größere Frühzündung verwendet werden kann. In anderen Worten erlaubt die Verwendung der Frühzündung ein insgesamt größeres Maß an Drehmomentverringerung. Eine Drehmomentverringerung durch eine Zündverzögerung gegenüber dem MBT kann jedoch aus Gründen der Abgasemission immer noch gegenüber einer Frühzündung gegenüber dem MBT bevorzugt werden.
  • Die Erfinder haben hier erkannt, dass während eines Getriebehochschaltvorgangs, wenn ein schneller Abfall der Motordrehzahl erforderlich ist, eine Vorverlegung des Zündzeitpunkts gegenüber dem MBT mindestens während des anfänglichen Abschnitts des Getriebehochschaltvorgangs vorteilhaft verwendet werden kann, um insbesondere in Motorkonfigurationen, die eine größere träge Masse aufweisen, eine beschleunigte Drehmomentverringerung bereitzustellen. Der Zündzeitpunkt kann zum Beispiel in einem oder mehreren Motorzylindern vorverlegt werden, während eine Kupplung einer herauszunehmenden Schaltstufe mindestens freigegeben wird, bis die Motordrehzahl sich in einem Schwellenwertabstand zur Motordrehzahl befindet, bei der die Kupplung der einzulegenden Schaltstufe angewandt wird. Dies erlaubt eine schnellere allerdings auch gröbere Steuerung des Drehmoments und der Motordrehzahl. Wenn sich die Motordrehzahl dann innerhalb des Schwellenwertabstands der gewünschten Motordrehzahl befindet, kann eine Verzögerung des Zündzeitpunkts gegenüber dem MBT verwendet werden (z.B. zum Ende des Getriebeschaltvorgangs), um eine langsamere allerdings auch feinere Steuerung des Drehmoments und der Motordrehzahl zu erlauben. Die kombinierte Verwendung einer Frühzündung gegenüber dem MBT in dem anfänglichen Abschnitt des Getriebehochschaltvorgangs und einer Zündverzögerung gegenüber dem MBT in dem späteren Abschnitt des Getriebehochschaltvorgangs kann eine insgesamt schnellere Verringerung der Motordrehzahl und einen weicheren Getriebehochschaltvorgang ermöglichen, während ein Gesamtmaß der erforderlichen Anpassung des Zündzeitpunkts (das heißt, eine überwiegende Vorverlegung oder überwiegende Verzögerung des Zündzeitpunkts) verringert wird, ohne die Abgasemissionen zu verschlechtern.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann sich die Motorsteuereinheit auf eine Abbildung wie zum Beispiel die Abbildung in 4 beziehen, um zu ermitteln, ob eine Verzögerung des Zündzeitpunkts oder eine Vorverlegung des Zündzeitpunkts gegenüber dem MBT zu verwenden ist, um das erforderliche Maß der Drehmomentverringerung bereitzustellen. In 310 kann ermittelt werden, ob eine Vorverlegung des Zündzeitpunkts gegenüber dem MBT ausgewählt wurde. Wenn keine Vorverlegung des Zündzeitpunkts ausgewählt wurde, kann in 312 ein Maß einer erforderlichen Zündverzögerung ermittelt werden, um die gewünschte Drehmomentverringerung während des bevorstehenden Getriebeschaltvorgangs bereitzustellen. Außerdem kann die Steuereinheit eine Anzahl von Motorzylindern ermitteln, die eine Zündverzögerung erhalten soll. Bei einem Beispiel kann der Zündzeitpunkt für alle Motorzylinder gegenüber dem MBT verzögert werden, bis der Getriebeschaltvorgang abgeschlossen ist. Bei einem alternativen Beispiel kann der Zündzeitpunkt nur für einen Teil der Motorzylinder gegenüber dem MBT verzögert werden, bis der Getriebeschaltvorgang abgeschlossen ist. Sowohl das Maß der erforderlichen Zündverzögerung als auch die Auswahl der Motorzylinder, welche die Zündverzögerung erhalten sollen, kann auf den Motorbedingungen wie zum Beispiel einer oder mehreren aus der Motordrehzahl und der Drehmomentnachfrage (auf der Grundlage der Pedalposition) beruhen. Außerdem kann sich die Motorsteuereinheit auf eine Abbildung wie zum Beispiel die Abbildung in 4 beziehen, um das Maß der Zündverzögerung zu ermitteln, das für das gewünschte Maß der Drehmomentverringerung erforderlich ist.
  • In 314 kann der Zündzeitpunkt in den ausgewählten Zylindern um das ermittelte Maß verzögert werden. Der Zündzeitpunkt kann verzögert werden, während die Kupplung der herauszunehmenden Schaltstufe freigegeben wird. Wenn sich dann die Motordrehzahl innerhalb eines Schwellenwertbereichs der gewünschten Motordrehzahl befindet, kann die Kupplung der einzulegenden Schaltstufe angewandt werden, während die Verzögerung des Zündzeitpunkts beibehalten wird. Von daher kann während der Verzögerung des Zündzeitpunkts und während die Kupplungen der einzulegenden Schaltstufe und der herauszunehmenden Schaltstufe angewandt oder freigegeben werden, die Trennkupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe eingekuppelt gehalten werden.
  • In 324 kann ermittelt werden, ob der Getriebeschaltvorgang abgeschlossen wurde. Es kann zum Beispiel bestätigt werden, dass die Motordrehzahl die gewünschte Drehzahl erreicht hat, dass die Kupplung der herauszunehmenden Schaltstufe freigegeben wurde und dass die Kupplung der einzulegenden Schaltstufe angewandt wurde. Wenn das Getriebeereignis noch nicht abgeschlossen wurde, kann der Zündzeitpunkt im modifizierten Zustand an einem gegenüber dem MBT verzögerten Zeitpunkt beibehalten werden. Wenn der Getriebeschaltvorgang abgeschlossen wurde, kann in 326 der Zündzeitpunkt wieder auf der Grundlage der aktuellen Betriebsbedingungen angepasst werden. Von daher kann dies die Wiederaufnahme des Motorbetriebs mit einem Zündzeitpunkt am oder verzögert gegenüber dem MBT wie in 304 beinhalten.
  • Wenn in 310 die Verwendung einer Vorverlegung des Zündzeitpunkts ausgewählt wurde, gehört in 316 zur Routine ein Ermitteln des Maßes der Frühzündung, das erforderlich ist, um die ermittelte Drehmomentverringerung bereitzustellen. Außerdem kann die Steuereinheit eine Anzahl von Motorzylindern ermitteln, die eine Frühzündung gegenüber dem MBT erhalten sollen. Bei einem Beispiel kann der Zündzeitpunkt für alle Motorzylinder gegenüber dem MBT vorverlegt werden, bis der Getriebeschaltvorgang abgeschlossen ist. Bei einem alternativen Beispiel kann nur für einen Teil der Motorzylinder der Zündzeitpunkt gegenüber dem MBT vorverlegt werden, was auf einer für den Getriebeschaltvorgang erforderlichen Verringerung der Motordrehzahl beruhen kann, wobei die Anzahl der Zylinder vergrößert wird, wenn die erforderliche Verringerung der Motordrehzahl größer wird. Die Verringerung der Motordrehzahl kann auf einer Differenz zwischen einer Motordrehzahl zum Zeitpunkt der Anforderung für einen Getriebeschaltvorgang und einer zum Zeitpunkt des Getriebeschaltvorgangs erforderlichen Motordrehzahl beruhen. Tatsächlich kann dies auf dem Grad des Schaltvorgangs beruhen (z.B. auf der Grundlage, ob der Schaltvorgang ein Hochschalten um eine Schaltstufe oder um mehr als eine Schaltstufe beinhaltet). Die Anzahl der Zylinder, die mit einem gegenüber dem MBT vorverlegten Zündzeitpunkts betrieben werden, können außerdem auf der Motortemperatur beruhen, wobei die Anzahl vergrößert wird, wenn die Temperatur abnimmt. Insbesondere aufgrund der größeren Neigung zum Klopfen bei erhöhten Motortemperaturen kann das Maß von Frühzündungen und die Anzahl von Zylindern verringert werden, wenn die Wahrscheinlichkeit eines Klopfens ansteigt. Bei einigen Ausführungsformen kann dieser Effekt mit einer Abschätzung der mechanischen Reibung in einem abgeleiteten Drehmomentmodell zusammengefasst werden.
  • Sowohl das Maß der erforderlichen Frühzündung als auch die Auswahl der Motorzylinder, welche die Frühzündung erhalten sollen, kann auch auf den Motorbedingungen wie zum Beispiel einer oder mehreren aus der Motordrehzahl, der EGR-Rate, der Drehmomentnachfrage (auf der Grundlage der Pedalposition) und einer Änderung des Getriebeübersetzungsverhältnisses beruhen. Wenn zum Beispiel die EGR-Rate ansteigt, kann die Vorverlegung des Zündzeitpunkts gegenüber dem MBT verkleinert werden. Von daher wird üblicherweise eine größere Frühzündung erforderlich, um den MBT beim Vorhandensein eines EGR beizubehalten. Das EGR kann jedoch dabei helfen ein Klopfen zu unterdrücken, sodass es beim Vorhandensein eines EGR möglich ist, dass ein Zündzeitpunkt nicht soweit vorverlegt werden muss, um ein negatives Drehmoment zu erzeugen, und es kann möglich sein, ein größeres negatives Drehmoment zu erzeugen als ohne EGR, da dies bei dem Verringern einer Klopfneigung helfen sollte.
  • Wie in Bezug auf 5 ausgearbeitet wurde, können durch das Vorverlegen des Zündzeitpunkts gegenüber dem MBT sowohl ein Maß an negativem Drehmoment, das während eines gegebenen Verbrennungsmotorzyklus eines Zylinders sofort erzeugt wird, als auch der Zeitpunkt der Erzeugung des negativen Drehmoments variiert werden. Die Verwendung einer Frühzündung ermöglicht es insbesondere, ein größeres Maß eines negativen Drehmoments zu einem früheren Zeitpunkt während eines Verdichtungstakts zu erzeugen, was darauf beruht, dass der Kolben Arbeit gegen den durch die sehr frühe Verbrennung erzeugten Druck des Zylinders verrichten muss. Die Verfügbarkeit eines größeren negativen Drehmoments zu einem früheren Zeitpunkt in einem Verbrennungsmotorzyklus beschleunigt die Verringerung der Motordrehzahl, was insbesondere bei Motorsystemen vorteilhaft ist, die eine große träge Masse aufweisen wie zum Beispiel in dem Hybridfahrzeugsystem der 1 und 2.
  • 5 vergleicht eine Drehmomenterzeugung während eines Motorzyklus in einer taktbezogenen Weise, wenn der Zündzeitpunkt sich am MBT befindet (Kurve 502) im Vergleich dazu, wenn der Zündzeitpunkt gegenüber dem MBT vorverlegt ist (Kurve 504) und wenn der Zündzeitpunkt gegenüber dem MBT verzögert ist (Kurve 506).
  • Die Zündverzögerung oder die Frühzündung gegenüber dem MBT verringern das positive Drehmoment. Die Zündung am MBT erzeugt Zylinderdrücke, die den Vorteil des größten Anteils oder der Druckfreigabe ausnutzen, die auf die beste mechanische Anordnung von Kurbelwelle, Pleuelstange und Kolbenbaugruppe wirkt, um die meiste Arbeit herauszuziehen. Jede Vorverlegung oder Verzögerung in der Nähe des MBT verringert einfach das Drehmoment. Eine extreme Frühzündung erzeugt ein negatives Drehmoment, da sie tatsächlich versucht, den Kolben in die andere Richtung zu schieben, dies aber aufgrund der Trägheitskraft nicht erreichen kann. Eine Frühzündung gegenüber dem MBT erzeugt geringfügig ein wenig frühe Arbeit, aber es ist zu früh, um den Vorteil des mechanischen Vorteils der Kurbelanordnung auszunutzen. Das heißt, sie erzeugt noch eine Drehung der Kurbel in der vorgesehenen Richtung (die aber einfach nicht ausreichend ist). Ein sehr großes Maß an Frühzündung gegenüber dem MBT versucht tatsächlich, dass die Kurbelwelle in die entgegengesetzte Richtung gesendet wird, und erzeugt so ein negatives Drehmoment. In dieser Anordnung muss der Kolben für das Verdichten des verbrannten Gases mehr Arbeit verrichten, als aus dem Arbeitstakt hervorgeht. Die Erfinder haben hier erkannt, dass ein gegenüber dem MBT sehr früher Zündzeitpunkt während ausgewählter Motorbedingungen vorteilhaft verwendet werden kann, um ein überschüssiges Drehmoment zu erzeugen, das verwendet werden kann, um die Motordrehzahl zu beschleunigen wie zum Beispiel während eines Getriebeschaltvorgangs.
  • Wenn der Zündzeitpunkt am MBT liegt, tritt der größte Teil des erzeugten negativen Drehmoments in einem Verbrennungsmotorzyklus während eines Verdichtungstakts auf, während ein Großteil des positiven Drehmoments in der Mitte des Arbeitstakts erzeugt wird (Kurve 502). Wenn man sich von dem Grenzbereichszündzeitpunkt am MBT bewegt, wird in dem Arbeitstakt ein positiveres Drehmoment erzeugt. Danach führt das Vorverlegen des Zündzeitpunkts gegenüber dem MBT zu einem weniger positiven Drehmoment, das in dem Arbeitstakt erzeugt wird, und zu einem negativeren Drehmoment, das während des Verdichtungstakts aufgrund einer größeren Arbeit erzeugt wird, die vom Kolben in dem Verdichtungstakt gegen die verbrannten Gase verrichtet wird. In anderen Worten wird während des Verdichtungstakts mehr Arbeit auf die verbrannten Gase aufgewandt und in dem Arbeitstakt wird weniger Arbeit aus den verbrannten Gasen entzogen.
  • Wie aus dem Vergleich der Kurve 504 (durchgezogene Linie) mit den Kurven 507 und 508 (gestrichelte Linie und gepunktete Linie) zu sehen ist, können durch eine Vergrößerung der Vorverlegung des Zündzeitpunkts gegenüber dem MBT (Kurve 507 hat das geringste Maß an Frühzündung, Kurve 508 hat eine frühere Frühzündung als Kurve 507 und Kurve 504 hat eine frühere Frühzündung sowohl als Kurve 507 als auch als 508) die Steigungen des negativen Drehmoments und des positiven Drehmoments und die Absolutwerte der Spitzenwerte des negativen Drehmoments und des positiven Drehmoments, sowie die Zeitpunkte der Spitzenwerte des negativen Drehmoments und des positiven Drehmoments variiert werden. Insbesondere kann in dem Verdichtungstakt ein negativeres Drehmoment erzeugt werden, während in der Arbeitsphase ein weniger positives Drehmoment erzeugt wird. Obwohl das durchschnittliche Drehmoment, das im Lauf eines Verbrennungsmotorzyklus erzeugt wird, in den Kurven 504, 507 und 508 gleich bleibt, verändern der variierte Zeitpunkt und der variierte Wert der Spitzenwerte des negativen Drehmoments und des positiven Drehmoments die Motordrehzahl, bei dem das negative Drehmoment erzeugt wird. Durch das Vorverlegen der Erzeugung des Spitzenwerts des negativen Drehmoments, damit er früher in dem Verdichtungstakt auftritt, während gleichzeitig das absolute Maß des in dem Verdichtungstakt erzeugten Spitzenwerts des negativen Drehmoments auch ansteigt, kann das negative Drehmoment das Abbremsen der großen trägen Masse des Motorhybridgetriebes verbessern insbesondere bei höheren Motordrehzahlen, bei denen die träge Masse auch größer sein kann.
  • Wenn im Vergleich dazu der Zündzeitpunkt gegenüber dem MBT verzögert wird (Kurve 606), wird während des Verdichtungstakts ein kleineres Maß an negativem Drehmoment erzeugt (im Verhältnis zum Zeitpunkt am MBT oder einer Vorverlegung gegenüber dem MBT) und während des Arbeitstakts wird auch ein proportional größeres Maß an positivem Drehmoment erzeugt.
  • Zurück in 3 kann in 318 der Zündzeitpunkt in den ausgewählten Zylindern um das ermittelte Maß vorverlegt werden. Insbesondere während des Getriebeschaltvorgangs wird die Motordrehzahl verringert, indem der eine oder mehrere Motorzylinder mit einem gegenüber dem MBT vorverlegten Zündzeitpunkt betrieben werden. Der Zündzeitpunkt kann insbesondere mindestens für den anfänglichen Abschnitt des Getriebeschaltvorgangs gegenüber dem MBT vorverlegt werden. Der Zündzeitpunkt kann vorverlegt werden, während die Kupplung der herauszunehmenden Schaltstufe freigegeben wird. Außerdem kann die Trennkupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe eingekuppelt bleiben, während der Zündzeitpunkt vorverlegt ist.
  • Von daher kann, während des Betriebs des einen oder mehrerer Zylinder mit einem gegenüber dem MBT vorverlegten Zündzeitpunkts, eine geschichtete Verbrennung in dem Zylinder verwendet werden. Zu der geschichteten Verbrennung in dem Zylinder kann ein Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder zum Zündzeitpunkt gehören. In anderen Worten kann der Zeitpunkt einer Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder auf der Grundlage des vorverlegten Zündzeitpunkts angepasst werden, sodass die Kraftstoffversorgung des Zylinders mit dem veränderten Zeitpunkt des Zündereignisses koordiniert wird.
  • In 320 kann ermittelt werden, ob die Motordrehzahl innerhalb eines Schwellenwertbereichs der gewünschten Motordrehzahl liegt. Tatsächlich ist die gewünschte Motordrehzahl die Motordrehzahl, bei welcher der Getriebeschaltvorgang auftritt. Falls nicht, kann in 322 die Vorverlegung des Zündzeitpunkts gegenüber dem MBT in den ausgewählten Zylindern beibehalten werden, bis eine ausreichende Verringerung der Motordrehzahl erreicht wird.
  • Wenn die Motordrehzahl in den Schwellenwertbereich der gewünschten Motordrehzahl verringert wird oder wenn die Motordrehzahl geringer ist als eine Schwellenwertdrehzahl, kann die Steuereinheit in 322 den einen oder mehrere Zylinder des Verbrennungsmotors mit einem gegenüber dem MBT verzögerten Zündzeitpunkt betreiben, bis das Getriebeereignis abgeschlossen ist. Ein Maß der zu verwendenden Zündverzögerung kann auf der Grundlage der Motorbetriebsbedingungen einschließlich einer oder mehrerer aus der Motordrehzahl und der Drehmomentnachfrage (oder Pedalposition) ermittelt werden. Hier kann ein Übergehen zu der Verwendung einer Zündverzögerung gegenüber dem MBT eine weitere verfeinerte Drehmomentverringerung auf die gewünschte Motordrehzahl erlauben, während gleichzeitig ein mögliches Klopfen gemildert wird. In anderen Worten wird das Vorverlegen des Zündzeitpunkts gegenüber dem MBT in dem anfänglichen Abschnitt des Getriebeschaltvorgangs verwendet, um die Motordrehzahl auf ein erstes höheres Niveau mit einer ersten schnelleren Rate zu verringern, und danach wird während des späteren Abschnitts des Getriebeschaltvorgangs das Verzögern des Zündzeitpunkts gegenüber dem MBT verwendet, um die Motordrehzahl auf ein zweites niedrigeres Niveau mit einer zweiten langsameren Rate zu verringern.
  • In 322 kann auch, während des Verzögerns des Zündzeitpunkts, eine Kupplung einer herauszunehmenden Schaltstufe vollständig freigegeben werden. Wenn sich die Motordrehzahl innerhalb eines Schwellenwertbereichs der gewünschten Motordrehzahl befindet, kann die Kupplung der einzulegenden Schaltstufe angewandt werden. Von daher kann während der Verzögerung des Zündzeitpunkts und während die Kupplungen der einzulegenden Schaltstufe und der herauszunehmenden Schaltstufe angewandt oder freigegeben werden, die Trennkupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe eingekuppelt gehalten werden.
  • In 324 kann ermittelt werden, ob der Getriebeschaltvorgang abgeschlossen wurde. Es kann zum Beispiel bestätigt werden, dass die Motordrehzahl die gewünschte Drehzahl erreicht hat, dass die Kupplung der herauszunehmenden Schaltstufe freigegeben wurde und dass die Kupplung der einzulegenden Schaltstufe angewandt wurde. Wenn das Getriebeereignis noch nicht abgeschlossen wurde, kann der Zündzeitpunkt im modifizierten Zustand an einem gegenüber dem MBT verzögerten Zeitpunkt beibehalten werden. Wenn der Getriebeschaltvorgang abgeschlossen wurde, kann in 326 der Zündzeitpunkt wieder auf der Grundlage der aktuellen Betriebsbedingungen angepasst werden. Von daher kann dies die Wiederaufnahme des Verbrennungsmotorbetriebs mit einem Zündzeitpunkt am oder verzögert gegenüber dem MBT wie in 304 beinhalten.
  • Es ist selbstverständlich, dass, obwohl die Routine in 3 einen oder mehrere Zylinder darstellt, deren Betrieb gegenüber dem MBT während eines anfänglichen Abschnitts eines Getriebehochschaltvorgangs vorverlegt ist, um die Verringerung der Motordrehzahl zu beschleunigen, und danach den Übergang zur Verwendung einer Verzögerung des Zündzeitpunkts gegenüber dem MBT während eines späteren Abschnitts eines Getriebehochschaltvorgangs darstellt, in alternativen Beispielen während der gesamten Dauer des Getriebehochschaltereignisses ein oder mehrere Zylinder mit einem gegenüber dem MBT vorverlegten Zündzeitpunkt betrieben werden können, während ein oder mehrere der verbleibenden Zylinder mit einem gegenüber dem MBT verzögerten Zündzeitpunkt betrieben werden können. Das Aufteilungsverhältnis für ein Maß der Vorverlegung des Zündzeitpunkts und einer Anzahl von Zylindern, die mit einer Vorverlegung des Zündzeitpunkts betrieben werden, im Verhältnis zu dem Maß der Verzögerung des Zündzeitpunkts und einer Anzahl von Zylindern, die mit einer Verzögerung des Zündzeitpunkts betrieben werden, kann auf der Grundlage von einem oder mehreren aus der Motordrehzahl, der Rotationsträgheit des Systems und des gewünschten Grads der Abbremsung des rotierenden Systems angepasst werden.
  • Es ist auch selbstverständlich, dass, obwohl die Routine in 3 Änderungen in den Zylinderzündzeitpunkten für eine beschleunigte Drehmomentverringerung während eines Getriebehochschaltereignisses darstellt, bei anderen Beispielen eine Vorverlegung des Zündzeitpunkts für mindestens einen Abschnitt eines Getriebeherunterschaltereignisses verwendet werden kann, wie zum Beispiel gegen Ende eines Getriebeherunterschaltvorgangs für eine verbesserte Steuerung der Motordrehzahl und des Drehmoments. Alternativ kann in einem oder mehreren Motorzylindern während eines Getriebehochschaltvorgangs eine Vorverlegung des Zündzeitpunkts gegenüber dem MBT verwendet werden, während in einem oder mehreren Motorzylindern während eines Getriebeherunterschaltvorgangs eine Verzögerung des Zündzeitpunkts gegenüber dem MBT verwendet werden kann.
  • Auf diese Weise kann die Drehmomentverringerung in einem Hybridfahrzeugsystem beschleunigt werden. Das durch das Vorverlegen des Zündzeitpunkts gegenüber dem MBT erzeugte negative Drehmoment kann im Wesentlichen über alternative Ansätze verfügbar sein. Zum Beispiel kann die Kraftstoffzufuhr zu allen Zylindern während des Getriebeereignisses unterbrochen werden, aber dies würde zu einem Drehmoment gleich Null aber nicht zu einem ausreichenden Drehmoment führen, um den Verbrennungsmotor und den Elektromotor in dem Motorhybridgetriebe schnell genug abzubremsen. Als ein weiteres Beispiel kann die Ansaugdrosselklappe geschlossen werde, um die Pumpreibung zu vergrößern. Das durch die Abbremsung mithilfe der geschlossenen Drosselklappe angewandte negative Drehmoment kann jedoch unzureichend sein, um den Verbrennungsmotor schnell genug zu verlangsamen (eine typische Zeitdauer eines Getriebeschaltvorgangs ist kürzer als 0,5 Sekunden), um mit der Motordrehzahl während des Schaltvorgangs übereinzustimmen. Das Aufnehmen von Leistung durch den Elektromotor kann auch ungeeignet sein, um die gewünschte Dynamik in dem gewünschten Zeitrahmen zu erzeugen. Daher kann durch das Verwenden einer Vorverlegung des Zündzeitpunkts während zumindest eines anfänglichen Abschnitts eines Getriebeschaltereignisses ein größeres Maß eines negativen Drehmoments auf den Verbrennungsmotor angewandt werden, wenn er sich auf einer höheren Motordrehzahl befindet, was eine größere Rate für die anfängliche Drehmomentverringerung erlaubt.
  • Zum Beispiel kann während eines ersten Getriebeschaltvorgangs eines Getriebesystems eines Hybridfahrzeugs die Motordrehzahl verringert werden, indem eine erste Anzahl von Zylindern mit einem Zündzeitpunkt betrieben wird, der gegenüber dem MBT vorverlegt wird. Im Vergleich dazu kann während eines zweiten Getriebeschaltvorgangs des Getriebesystems des Hybridfahrzeugs die Motordrehzahl verringert werden, indem eine zweite Anzahl von Zylindern mit einem Zündzeitpunkt betrieben wird, der gegenüber dem MBT verzögert wird. In Abhängigkeit von der Trägheit, der Motordrehzahl und des gewünschten Grads der Abbremsung kann die erste Anzahl von Zylindern, die mit einem Zündzeitpunkt betrieben wird, der gegenüber dem MBT vorverlegt wird, kleiner sein als die zweite Anzahl von Zylindern, die mit einem Zündzeitpunkt betrieben wird, der gegenüber dem MBT verzögert wird. Zum Beispiel ist bei größeren Spannen des Übersetzungsverhältnisses ein höherer Grad der Abbremsung erforderlich. Hierbei weist der erste Getriebeschaltvorgang eine größere Differenz zwischen der Motordrehzahl, bei welcher der Getriebeschaltvorgang angefordert wurde, und der bei dem Getriebeschaltvorgang erforderlichen Motordrehzahl auf, während der zweite Getriebeschaltvorgang eine kleinere Differenz zwischen der Motordrehzahl, bei welcher der Getriebeschaltvorgang angefordert wurde, und der bei dem Getriebeschaltvorgang erforderlichen Motordrehzahl aufweist. Der erste Schaltvorgang kann zum Beispiel eine 1-2-Schaltung aufweisen, während der zweite Schaltvorgang eine 2-3- oder eine 1-3-Schaltung aufweisen kann, wobei das Übersetzungsverhältnis der 1-2-Schaltung länger ist als das der 2-3- oder der 1-3-Schaltung. Der erste Getriebeschaltvorgang kann bei einer geringeren Motortemperatur auftreten, während der zweite Getriebeschaltvorgang bei einer höheren Motortemperatur auftritt. Der erste Getriebeschaltvorgang weist eine größere Änderung des Getriebeübersetzungsverhältnisses auf und wobei der zweite Getriebeschaltvorgang eine kleinere Änderung des Getriebeübersetzungsverhältnisses aufweist. Außerdem werden die Zylinder während des ersten Getriebeschaltvorgangs mit einer geschichteten zündungsinitiierten Kraftstoffverbrennung betrieben, während die Zylinder während des zweiten Getriebeschaltvorgangs mit einer homogenen zündungsinitiierten Kraftstoffverbrennung betrieben werden. Nach dem ersten Getriebeschaltvorgang kann die erste Anzahl von Zylindern außerdem noch mit einem gegenüber dem MBT verzögerten Zündzeitpunkt betrieben werden, während die Steuereinheit nach dem zweiten Getriebeschaltvorgang den Betrieb der zweiten Anzahl von Zylindern mit einem gegenüber dem MBT verzögerten Zündzeitpunkt beibehalten kann.
  • Bei einem weiteren Beispiel umfasst ein Verfahren für ein Hybridfahrzeug vor einem Getriebeschaltvorgang ein Bereitstellen eines Zündfunkens für einen Zylinder am oder mit einer Verzögerung gegenüber dem MBT-Zündzeitpunkt, wobei das Getriebe sowohl mit dem Verbrennungsmotor als auch mit dem Elektromotor über eine Kupplung verbunden ist, und ein Übergehen während des Getriebeschaltvorgangs zu einem Bereitstellen eines Zündfunkens für den Verbrennungsmotor zu einem Zeitpunkt, der gegenüber dem MBT-Zeitpunkt vorverlegt ist. Ein Maß der während des Getriebeschaltvorgangs verwendeten Frühzündung kann auf einem oder mehreren aus der EGR-Rate, der Motordrehzahl und der Drehmomentnachfrage beruhen. Das Verfahren umfasst außerdem nach dem Getriebeschaltvorgang ein Wiederaufnehmen des Bereitstellens des Zündfunkens in dem Verbrennungsmotor am oder mit einer Verzögerung gegenüber dem MBT-Zündzeitpunkt.
  • In Bezug auf 6 wird jetzt eine beispielhafte Anpassung eines Zündzeitpunkts während eines Getriebehochschaltvorgangs gezeigt. Die Abbildung 600 stellt eine Motordrehzahl (Ne) in Kurve 602, einen Zündzeitpunkt im Verhältnis zum MBT in Kurve 604, eine Verringerung eines Drehmoments (als einen Prozentsatz in Bezug auf das angeforderte Drehmoment) in Kurve 606 und eine Änderung der Getriebeschaltstufe in Kurve 608 dar. Alle Kurven sind entlang der X-Achse über den Zeitablauf eines Hybridfahrzeugbetriebs gezeichnet. Tatsächlich können der Verbrennungsmotor und das Getriebe in einem Hybridfahrzeug miteinander verbunden sein und das Getriebe kann als ein Motorhybridgetriebe konfiguriert sein, wobei der Verbrennungsmotor und der Elektromotor entlang der Antriebswelle zum Getriebe über eine Trennkupplung in Reihe geschaltet sind. Die Reihenschaltung des Verbrennungsmotors und des Elektromotors können eine zusätzliche erhebliche träge Masse zu der Antriebswelle hinzufügen, was sich für eine Drehmomentverringerung während eines Getriebeereignisses als schwierig erweist. Wie hier ausgearbeitet wurde, kann eine Drehmomentverringerung durch die Verwendung einer Vorverlegung des Zündzeitpunkts gegenüber dem MBT beschleunigt werden und es kann ein weicherer Getriebeschaltvorgang ermöglicht werden.
  • Vor t1 kann das Fahrzeug mit dem Getriebe in einer ersten Schaltstufe (1. Schaltstufe, Kurve 608) und mit der Motordrehzahl auf einem der ersten Schaltstufe entsprechenden höheren Niveau (RPM1, Kurve 602) betrieben werden. Außerdem kann der Zündzeitpunkt aus Gründen des Drehmoments, des Kraftstoffverbrauchs und der Abgase am MBT (Kurve 604) eingestellt sein. Während dieser Zeit kann das Drehmomentniveau bei 100% liegen (um die Drehmomentnachfrage zu erfüllen), da keine Drehmomentverringerung erforderlich ist.
  • Bei t1 kann ein Getriebeschaltvorgang von der 1. Schaltstufe zu einer 3. Getriebeschaltstufe angefordert werden. Um den Getriebeschaltvorgang abzuschließen und eine 3. Schaltstufenkupplung anzuwenden, ist es daher erforderlich, dass die Motordrehzahl von dem aktuellen Niveau (RPM1) auf ein gewünschtes Niveau (RPM2) verringert wird. Um die Verringerung der Motordrehzahl zu beschleunigen und bei t1 einen schnelleren und weicheren Getriebeschaltvorgang zu ermöglichen, kann für ein oder mehrere Zylinder des Verbrennungsmotors (hier alle) der Zündzeitpunkt verschoben werden, um dem Verbrennungsmotor mindestens während des anfänglichen Abschnitts des Getriebeschaltvorgangs (zwischen t1 und t2) einen Zündfunken zu einem gegenüber dem MBT früheren Zeitpunkt bereitzustellen. Ein Maß der zwischen t1 und t2 verwendeten Frühzündung kann auf einem oder mehreren aus der EGR-Rate, der Motordrehzahl und der Drehmomentnachfrage beruhen. Durch das Verwenden einer Vorverlegung des Zündzeitpunkts gegenüber dem MBT zwischen t1 und t2 wird eine schnelle und erhebliche Drehmomentverringerung (mit einer steileren Neigung) erreicht. Bei t2 kann sich die Motordrehzahl innerhalb eines Schwellenwertbereichs der gewünschten Motordrehzahl RPM2 befinden. Daher kann bei t2 der Zündzeitpunkt verschoben werden, um dem Verbrennungsmotor einen Zündfunken zu einem gegenüber dem MBT verzögerten Zeitpunkt während eines späteren Abschnitts des Getriebeschaltvorgangs (zwischen t2 und t3) bereitzustellen. Ein Maß der zwischen t2 und t3 verwendeten Zündverzögerung kann auf einem oder mehreren aus der Motordrehzahl und der Drehmomentnachfrage beruhen. Durch die Verwendung einer Verzögerung des Zündzeitpunkts gegenüber dem MBT zwischen t2 und t3 wird eine kleinere Drehmomentverringerung (mit einer flacheren Neigung) erreicht, die eine feinere Steuerung der Motordrehzahl hin zur gewünschten Motordrehzahl erlaubt.
  • Bei t3 kann die Motordrehzahl auf der gewünschten Motordrehzahl sein und der Getriebeschaltvorgang kann abgeschlossen werden. Insbesondere kann die Freigabe der Kupplung der herauszunehmenden Schaltstufe abgeschlossen werden, während die Kupplung der einzulegenden Schaltstufe vollständig eingekuppelt wird. Von daher kann während der Dauer des Getriebeschaltvorgangs die Kupplung, die den Verbrennungsmotor und den Elektromotor mit dem Getriebe verbindet, eingekuppelt gehalten werden.
  • Nach t3 kann das Fahrzeug mit dem Getriebe in der 3. Schaltstufe (Kurve 608) und mit der Motordrehzahl auf dem der dritten Schaltstufe entsprechenden niedrigeren Niveau (RPM2) betrieben werden. Außerdem kann eine Steuereinheit, nachdem der Getriebeschaltvorgang abgeschlossen wurde, das Bereitstellen des Zündfunkens für den Verbrennungsmotor am MBT wiederaufnehmen. Durch das Zurückkehren des Zündzeitpunkts zum MBT kann die Drehmomentverringerung gestoppt werden und das verfügbare Drehmoment kann dazu zurückkehren, 100% des angeforderten Drehmoments zu sein.
  • Auf diese Weise kann das Vorverlegen des Zündzeitpunkts gegenüber dem MBT mindestens während eines anfänglichen Abschnitts eines Getriebehochschaltvorgangs verwendet werden, um eine Drehmomentverringerung in einem Hybridfahrzeugmotorsystem zu beschleunigen, das eine große träge Masse aufweist. Durch das Variieren des Maßes der gegenüber dem MBT verwendeten Frühzündung kann zu einem früheren Zeitpunkt in einem Verbrennungsmotorzyklus ein negatives Drehmoment erzeugt werden. Tatsächlich verbessert dies den Grad der Abbremsung in Verbrennungsmotoren, die mit einem Motorhybridgetriebe verbunden sind, und erlaubt, dass die Verringerung der Motordrehzahl innerhalb des zur Verfügung stehenden Zeitrahmens auftritt. Außerdem kann ein weicherer Getriebeschaltvorgang ermöglicht werden, wodurch die Gesamtleistung des Hybridfahrzeugs verbessert wird.
  • Es ist zu beachten, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuerungs- und Abschätzroutinen mit verschiedenen Systemkonfigurationen von Verbrennungsmotoren und/oder Fahrzeugen verwendet werden können. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie zum Beispiel ereignisgesteuerte Prozesse, unterbrechungsgesteuerte Prozesse, Mehrprozessorbetrieb, Nebenläufigkeit und Ähnliche darstellen. Von daher können zahlreiche der dargestellten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel ausgeführt werden, oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die hier beschriebenen Merkmale und Vorteile der beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, aber sie wurde der Einfachheit halber zur Darstellung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der dargestellten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen können in Abhängigkeit von der speziellen verwendeten Strategie wiederholt ausgeführt werden. Außerdem können die beschriebenen Aktionen, Operationen und/oder Funktionen einen Code anschaulich darstellen, der in einen nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Steuersystem des Verbrennungsmotors programmiert wird.
  • Es ist selbstverständlich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind, und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Die obige Technologie kann zum Beispiel auf V-6, I-4, I-6, V-12, 4-gegenüberliegende und andere Verbrennungsmotortypen angewandt werden. Zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gehören alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie anderer hier offenbarter Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
  • Die nachfolgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Teilkombinationen, die als neu und nicht offensichtlich angesehen werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das äquivalente Element davon beziehen. Diese Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer dieser Elemente enthalten und weder zwei oder mehrerer dieser Elemente erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Teilkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch eine Veränderung der vorliegenden Ansprüche oder durch das Einreichen neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Diese Ansprüche, unabhängig davon, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen einen breiteren, engeren, gleichen oder unterschiedlichen Umfang aufweisen, sind auch so zu verstehen, dass sie zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gehören.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 6770009 [0003]

Claims (20)

  1. Verfahren für ein Hybridfahrzeug, umfassend: während eines Getriebeschaltvorgangs: Verringern der Motordrehzahl, indem ein oder mehrere Zylinder mit einem gegenüber dem MBT vorverlegten Zündzeitpunkt betrieben werden; und wenn die Motordrehzahl niedriger ist als ein Schwellenwert, Betreiben des einen oder der mehreren Zylinder mit einem gegenüber dem MBT verzögerten Zündzeitpunkt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Anzahl von Zylindern, die mit einem gegenüber dem MBT vorverlegten Zündzeitpunkt betrieben wird, auf einer Verringerung der Motordrehzahl beruht, die für den Getriebeschaltvorgang erforderlich ist, wobei die Anzahl der Zylinder vergrößert wird, wenn die erforderliche Verringerung der Motordrehzahl größer wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die erforderliche Verringerung der Motordrehzahl auf einer Differenz zwischen einer Motordrehzahl zu einem Zeitpunkt einer Anforderung des Getriebeschaltvorgangs und einer zu einem Zeitpunkt des Getriebeschaltvorgangs erforderlichen Motordrehzahl beruht.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Anzahl der Zylinder, die mit einem gegenüber dem MBT vorverlegten Zündzeitpunkt betrieben wird, außerdem auf der Motortemperatur beruht, wobei die Anzahl vergrößert wird, wenn die Motortemperatur zunimmt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, das außerdem, während des Betreibens des einen oder der mehreren Zylinder mit einem gegenüber dem MBT vorverlegten Zündzeitpunkt ein Verwenden einer geschichteten Verbrennung im Zylinder umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die geschichtete Verbrennung im Zylinder ein Einspritzen eines Kraftstoffs zu einem Zündzeitpunkt umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Getriebe ein Motorhybridgetriebe ist, das eine Kupplung aufweist, die konfiguriert ist, sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen Elektromotor des Hybridfahrzeugs mechanisch und selektiv von dem Getriebe zu trennen.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Maß der Frühzündung auf einem oder mehreren aus der EGR-Rate, der Motordrehzahl, der Drehmomentnachfrage, der Änderung im Getriebeübersetzungsverhältnis, der Rotationsträgheit der rotierenden Teile und einer Abbremsung beruht, die durch die elektrische Maschine im Aufnahmemodus erzeugt wird, wobei das Maß der Frühzündung vergrößert wird, wenn die EGR-Rate größer wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Maß der Zündverzögerung auf einem oder mehreren aus der Motordrehzahl und der Drehmomentnachfrage beruht.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, das außerdem nach dem Getriebeschaltvorgang ein Beibehalten der Verzögerung des Zündzeitpunkts gegenüber dem MBT umfasst.
  11. Verfahren, umfassend: Verringern einer Motordrehzahl, während eines ersten Getriebeschaltvorgangs eines Getriebesystems eines Hybridfahrzeugs, indem eine erste Anzahl von Zylindern mit einem gegenüber dem MBT vorverlegten Zündzeitpunkt betrieben wird; und Verringern der Motordrehzahl während eines zweiten Getriebeschaltvorgangs des Getriebesystems eines Hybridfahrzeugs, indem eine zweite Anzahl von Zylindern mit einem gegenüber dem MBT verzögerten Zündzeitpunkt betrieben wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der erste Getriebeschaltvorgang eine größere Differenz zwischen der Motordrehzahl, bei welcher der Getriebeschaltvorgang angefordert wurde, und der für den Getriebeschaltvorgang erforderlichen Motordrehzahl aufweist, und wobei der zweite Getriebeschaltvorgang eine kleinere Differenz zwischen der Motordrehzahl, bei welcher der Getriebeschaltvorgang angefordert wurde, und der für den Getriebeschaltvorgang erforderlichen Motordrehzahl aufweist.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der erste Getriebeschaltvorgang bei einer geringeren Motortemperatur auftritt, und wobei der zweite Getriebeschaltvorgang bei einer höheren Motortemperatur auftritt.
  14. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der erste Getriebeschaltvorgang eine größere Änderung des Getriebeübersetzungsverhältnisses aufweist und wobei der zweite Getriebeschaltvorgang eine kleinere Änderung des Getriebeübersetzungsverhältnisses aufweist.
  15. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die erste Anzahl größer als die zweite Anzahl ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 11, das außerdem während des ersten Getriebeschaltvorgangs ein Betreiben der Zylinder mit einer geschichteten zündungsinitiierten Kraftstoffverbrennung und während des zweiten Getriebeschaltvorgangs ein Betreiben der Zylinder mit einer homogenen zündungsinitiierten Kraftstoffverbrennung umfasst.
  17. Verfahren nach Anspruch 11, das außerdem nach dem ersten Getriebeschaltvorgang ein Betreiben der ersten Anzahl von Zylindern mit einem gegenüber dem MBT verzögerten Zündzeitpunkt und nach dem zweiten Getriebeschaltvorgang ein Beibehalten des Betreibens der zweiten Anzahl von Zylindern mit einem gegenüber dem MBT verzögerten Zündzeitpunkt umfasst.
  18. Verfahren für ein Hybridfahrzeug, umfassend: Bereitstellen eines Zündfunkens in einem Zylinder am oder mit einer Verzögerung gegenüber dem MBT vor einem Getriebeschaltvorgang, wobei das Getriebe sowohl mit einem Verbrennungsmotor als auch mit einem Elektromotor über eine Kupplung verbunden ist; und während des Getriebeschaltvorgangs Übergehen zu einer Bereitstellung des Zündfunkens in dem Motor an einem Zeitpunkt, der gegenüber dem MBT vorverlegt ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei ein Maß der während des Getriebeschaltvorgangs verwendeten Frühzündung auf einem oder mehreren aus einer EGR-Rate, einer Motordrehzahl, einer Drehmomentnachfrage, einer Rotationsträgheit und von Getriebeübersetzungen beruht.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, das außerdem nach dem Getriebeschaltvorgang ein Wiederaufnehmen des Bereitstellens des Zündfunkens an den Verbrennungsmotor am oder mit einer Verzögerung gegenüber dem MBT-Zündzeitpunkt umfasst.
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