DE102015204595A1 - Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors - Google Patents

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Abstract

Es werden ein Verfahren zum Ansteuern eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug, das mit einem Fahrgeschwindigkeitsregler ausgestattet ist und ein solcher Fahrgeschwindigkeitsregler vorgestellt. Dabei wird ein Grenzdrehmoment berechnet, das bei einer Berechnung einer Drehmomentanforderung berücksichtigt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug, das mit einem Fahrgeschwindigkeitsregler ausgestattet ist, sowie einen solchen Fahrgeschwindigkeitsregler.
  • Stand der Technik
  • In Kraftfahrzeugen werden Verbrennungsmotoren eingesetzt, die die durch Verbrennung eines Kraftstoffs bereitgestellte thermische Energie in kinetische Energie und somit den Antrieb des Kraftfahrzeugs umsetzen. Bei Verbrennungsmotoren unterscheidet man abhängig von dem verwendeten Kraftstoff zwischen Diesel- und Benzin- bzw. Ottomotoren.
  • Zu beachten ist, dass moderne Otto-Magermotoren mit Direkteinspritzung in einem begrenzten Lastbereich verschiedene Magerbrennverfahren bieten. Der Betrieb des Kraftfahrzeugs unter Nutzung eines Magerbrennverfahrens, der auch als Magerbetrieb bezeichnet wird, strebt einen Betrieb jenseits der Laufgrenze, d. h. λ ≥ 1,3, an. Das Magerbrennverfahren ist kraftstoffeffizienter als das allgemein verwendete Homogenbrennverfahren. Es wird daher angestrebt, den Magerbetrieb möglichst durchgängig beizubehalten.
  • Die Druckschrift DE 10 2007 035 099 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, wobei ein Sollwert für eine Ausgangsgröße, bspw. ein Drehmoment, des Verbrennungsmotors vorgegeben wird. Abhängig vom Sollwert für die Ausgangsgröße wird ein Sollwert für einen Luftmassenstrom zur Brennkraftmaschine ermittelt und durch Ansteuerung mindestens eines Stellglieds umgesetzt. Ein aktueller Wert für die Luftmassen wird ermittelt und aus diesem wird ein aktueller Grenzwert für die Ausgangsgröße ermittelt. Es wird dabei versucht, für den Verbrennungsmotor einen Magerbetrieb zu realisieren.
  • Aus der Druckschrift DE 199 13 272 B4 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem ein Drehzahlbegrenzungsregler eingesetzt wird. Der Drehzahlbegrenzungsregler begrenzt die Motordrehzahl auf eine vorgebbare Überwachungsdrehzahl.
  • Die Druckschrift DE 199 02 949 C2 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs, wobei abhängig von Betriebsgrößen wenigstens eine Steuergröße zur Steuerung der Antriebseinheit bestimmt wird. Dabei ist die Steuergröße abhängig von einer Größe, die den Tankinhalt, den Tankfüllstand oder die Restreichweite des Kraftfahrzeugs mit dem noch vorhandenen Kraftstoff repräsentiert. Dabei kann auch vorgesehen sein, auf einen Magerbetrieb umzuschalten.
  • Es ist weiterhin der Einsatz von Fahrgeschwindigkeitsreglern, wie bspw. eines Tempomats, bekannt, die das Kraftfahrzeug auf einer durch den Fahrer vorgegebenen Geschwindigkeit halten. Zu beachten ist, dass bei Vorgabe einer weit über der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit liegenden Sollgeschwindigkeit, bspw. bei einer Wiederaufnahme der Geschwindigkeitsregelung nach einem Bremseingriff, der Fahrgeschwindigkeitsregler versucht, das Kraftfahrzeug möglichst schnell wieder auf Sollgeschwindigkeit zu bringen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein Fahrgeschwindigkeitsregler mit den Merkmalen des Anspruchs 8 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
  • Bei dem vorgestellten Verfahren ist vorgesehen, einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Ottomotor, bei dem über einen Fahrgeschwindigkeitsregler, bspw. ein Tempomat, eine Drehmomentanforderung an den Verbrennungsmotor gestellt wird, bspw. im Magerbetrieb zu betreiben und außerdem eine Regelung der Fahrgeschwindigkeit unter Berücksichtigung eines Grenzdrehmoments des Verbrennungsmotors durchzuführen, um im Magerbetrieb den Kraftstoffverbrauch gering zu halten. Der Fahrgeschwindigkeitsregler trägt somit zur Berechnung der Drehmomentanforderung bei, die einen bestimmten Betrieb, bspw. einen Magerbetrieb, gewährleistet.
  • Es wurde somit erkannt, dass bei einer durch einen Fahrgeschwindigkeitsregler vorgegebene Beschleunigungsanforderung entstehende hohe Last vor allem bei höheren Fahrwiderständen, insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten, nicht mehr mit den verbrauchsgünstigen Magerbrennverfahren darstellbar ist. Das vorgestellte Verfahren koordiniert die Anforderung des Fahrgeschwindigkeitsreglers derart, dass der Motor möglichst lange im verbrauchsoptimalen Bereich betrieben werden kann. Auf diese Weise kann eine Absenkung des Kraftstoffverbrauchs bei Tempomatfahrt in mittleren und höheren Lasten, bspw. bei einer Autobahnfahrt, erreicht werden.
  • Das vorgestellte Verfahren berücksichtigt, dass moderne Ottomotoren im Magerbetrieb über ein oder mehrere Brennverfahren mit einem überstöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis verfügen, das sich durch einen besonders niedrigen Kraftstoffverbrauch auszeichnet. Dabei wird berücksichtigt, dass diese Brennverfahren lediglich in einem eingeschränkten Last/Drehzahlbereich des Motorkennfelds verfügbar sind. Insbesondere können sich die Grenzen des Brennverfahrens dynamisch mit den Umgebungsbedingungen ändern.
  • Weiterhin wird berücksichtigt, dass ein Fahrgeschwindigkeitsregler, wie bspw. ein Tempomat, eine Drehmomentanforderung an den Verbrennungsmotor stellt bzw. dazu beiträgt. Dabei kann, vor allem wenn die Sollgeschwindigkeit deutlich über der Ist-Geschwindigkeit liegt, eine hohe Drehmomentanforderung gestellt werden. Bei mittleren bis hohen Geschwindigkeiten kann der Fall auftreten, dass während der Beschleunigungsphase der Betriebsbereich der Magerbetriebsart verlassen wird, was zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch führt. Hier setzt das vorgestellte Verfahren in Ausgestaltung an.
  • So begrenzt das Verfahren in Ausgestaltung das durch den Fahrgeschwindigkeitsregler angeforderte Drehmoment, soweit dies ohne Komforteinbußen möglich ist, auf die Grenzen des verbrauchsgünstigen Bereichs und senkt somit den Realverbrauch des Fahrzeugs. Dazu kann eine minimale Fahrzeugbeschleunigung appliziert werden, bei Unterschreiten derer die Drehmomentbegrenzung aufgehoben wird. Diese kann in Abhängigkeit von weiteren Parametern, wie bspw. dem gewählten Fahrmodus, z. B. Sport, Eco usw., variiert werden.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein Motorkennfeld zur Verdeutlichung einer Ausführung des vorgestellten Verfahrens.
  • 2 zeigt das Motorkennfeld aus 1 zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführung des Verfahrens.
  • 3 zeigt in einem Flussdiagramm einen möglichen Ablauf des beschriebenen Verfahrens.
  • 4 zeigt in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrgeschwindigkeitsregler.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
  • 1 zeigt in einem Graphen 10 schematisch ein Motorkennfeld, das über ein Drehmoment (M) an einer Ordinate 12 und eine Drehzahl (n) an einer Abszisse 14 aufgespannt ist. Das Drehmoment wird dabei über eine erste Kurve 16 begrenzt. Ein verbrauchsoptimaler Bereich, der Magerbetrieb, wird schematisch über eine zweite Kurve 18 begrenzt. Es liegt dadurch eine Momenten- und Drehzahlbegrenzung vor.
  • Exemplarisch wird die Beschleunigung durch den Fahrgeschwindigkeitsregler von einem ersten Punkt mit niedriger Konstantgeschwindigkeit und geringeren Fahrwiderständen auf einen zweiten Punkt mit höherer Konstantgeschwindigkeit und höheren Fahrwiderständen dargestellt.
  • Eine erste Kurve 20 zeigt den Verlauf bei einem herkömmlichen Fahrgeschwindigkeitsregeleingriff. Zunächst wird von einem ersten Punkt 22 der Momentenwunsch auf ein Maximalmoment erhöht (Punkt 24). Das Fahrzeug beschleunigt, d. h. die Drehzahl erhöht sich, bis die Zielgeschwindigkeit erreicht ist (Punkt 26). Anschließend wird die Momentenanforderung reduziert, bis die Konstantfahrt, bei der die Motorleistung gleich dem Fahrwiderstand ist, erreicht ist (Punkt 28).
  • Eine zweite Kurve 30 zeigt den Verlauf bei einem Fahrgeschwindigkeitsregeleingriff gemäß dem vorgestellten Verfahrens ausgehend von einem ersten Punkt 32. Unter Zuhilfenahme dieses Verfahrens wird ein dynamisches, betriebspunktabhängiges Grenzmoment des verbrauchsgünstigen Betriebsbereichs errechnet, auf das der Fahrgeschwindigkeitsregeleingriff begrenzt wird (Punkt 34). Ebenso wie im ersten Fall (erste Kurve 20) erfolgt nun die Beschleunigung des Fahrzeugs, bis die Zielgeschwindigkeit erreicht ist (Punkt 36), allerdings stets begrenzt auf das Grenzmoment des verbrauchsgünstigen Betriebsbereichs. Anschließend wird die Momentenanforderung reduziert, bis die Konstantfahrt erreicht ist (Punkt 38).
  • 2 zeigt ebenfalls den Graphen 10 aus 1 mit dem Motorkennfeld, das über ein Drehmoment (M) an der Ordinate 12 und eine Drehzahl (n) an einer Abszisse 14 aufgespannt ist. Das Drehmoment wird dabei über eine erste Kurve 16 begrenzt. Ein verbrauchsoptimaler Bereich, der Magerbetrieb, wird schematisch über eine zweite Kurve 18 begrenzt. Wiederum zeigt eine erste Kurve 120 den Verlauf bei einem herkömmlichen Fahrgeschwindigkeitsregeleingriff. Zunächst wird von einem ersten Punkt 122 der Momentenwunsch auf ein Maximalmoment erhöht (Punkt 124). Das Fahrzeug beschleunigt, d. h. die Drehzahl erhöht sich, bis die Zielgeschwindigkeit erreicht ist (Punkt 126). Anschließend wird die Momentenanforderung reduziert, bis die Konstantfahrt erreicht ist (Punkt 128).
  • Eine zweite Kurve 130 zeigt den Verlauf bei einem Fahrgeschwindigkeitsregeleingriff gemäß dem vorgestellten Verfahrens ausgehend von einem ersten Punkt 132. Unter Zuhilfenahme dieses Verfahrens wird ein dynamisches, betriebspunktabhängiges Grenzmoment des verbrauchsgünstigen Betriebsbereichs errechnet, auf das der Fahrgeschwindigkeitsregeleingriff begrenzt wird (Punkt 134) ebenso wie im ersten Fall (erste Kurve 120) erfolgt nun die Beschleunigung des Fahrzeugs, bis die Zielgeschwindigkeit erreicht ist (Punkt 136), allerdings stets begrenzt auf das Grenzmoment des verbrauchsgünstigen Betriebsbereichs.
  • Die Darstellung zeigt nunmehr den Fall, dass der Drehmomentenbedarf zur Darstellung der Konstantfahrt bei der gewählten Zielgeschwindigkeit außerhalb des Betriebsbereichs des verbrauchsoptimalen Betriebsmodus liegt. Der Betrieb gemäß dem vorgestellten Verfahren erfolgt analog zu 1 bis zu Punkt 136 bzw. 36, an dem die Mindestfahrzeugbeschleunigung nicht mehr gegeben ist. An dieser Stelle wird die Drehmomentbegrenzung nicht mehr angewendet und die Einregelung der Sollgeschwindigkeit erfolgt analog zu dem Fall gemäß der ersten Kurve 120. Es wird dann die Momentenanforderung erhöht, bis die Konstantfahrt, erreicht ist (Punkt 138).
  • Bei Realisierung der Fahrgeschwindigkeitsregelung außerhalb des Motorsteuergeräts kann die Begrenzung des Fahrgeschwindigkeitsregeleingriffs innerhalb des Motorsteuergeräts erfolgen. Diese Lösung ist auch nachrüstbar.
  • Alternativ kann auch das Grenzmoment durch das Motorsteuergerät z.B. durch ein Bus-System, wie bspw. CAN, Flexray usw. an den Fahrgeschwindigkeitsregler selbst übergeben werden, der das Sollmoment eigenständig begrenzt.
  • 3 beschreibt in einem Flussdiagramm den Ablauf einer Ausführung des Verfahrens. Dieses wird aktiv, sobald der Fahrgeschwindigkeitsregler aktiv ist, was in einem ersten Schritt 200 überprüft wird. In einem nächsten Schritt 202 wird geprüft, ob die Sollgeschwindigkeit erreicht ist. Solange diese noch nicht erreicht ist, wird zunächst das Grenzmoment des verbrauchsgünstigen Bereichs am aktuellen Betriebspunkt in einem Schritt 204 ermittelt. Anschließend wird in einem Schritt 206 die aktuelle Beschleunigung ermittelt und mit der zuvor erwähnten applizierten Mindestbeschleunigung im aktuellen Betriebsmodus in einem Schritt 208 verglichen. Solange diese nicht unterschritten ist, wird das Sollmoment des Fahrgeschwindigkeitsreglers auf das Grenzmoment des verbrauchsgünstigen Bereichs in einem Schritt 210 limitiert und die Momentenanforderung in einem Schritt 212 umgesetzt.
  • In 4 ist in schematischer, stark vereinfachter Darstellung ein Kraftfahrzeug dargestellt, das insgesamt mit der Bezugsziffer 250 bezeichnet ist. Zum Antreiben des Kraftfahrzeugs ist ein Verbrennungsmotor 252 vorgestellt, in diesem Fall ein Ottomotor, dessen Betrieb von einem Motorsteuergerät 254 überwacht, insbesondere gesteuert und geregelt, wird. Das Motorsteuergerät 254 ist dazu eingerichtet, den Verbrennungsmotor 252 möglichst oft und lange im Magerbetrieb zu betreiben. In Abhängigkeit des Fahrerwunsches und der äußeren Bedingungen steuert und/oder regelt das Motorsteuergerät 254 den Betrieb des Verbrennungsmotors 252 und berechnet bspw. auch eine Drehmomentanforderung, die an den Verbrennungsmotor 252 weitergegeben wird. So wird bspw. in Abhängigkeit einer Geschwindigkeitsvorgabe eine Drehmomentanforderung berechnet und weitergegeben. Dabei soll jedoch der Magerbetrieb nicht verlassen werden
  • Weiterhin ist ein Fahrgeschwindigkeitsregler 256 vorgesehen, der dazu dient, eine Sollgeschwindigkeit einzuregeln und hierzu das Motorsteuergerät 254 entsprechend ansteuert. Dieser Fahrgeschwindigkeitsregler 256 erfasst die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, bspw. über einen Sensor 258, und erkennt eine Abweichung zwischen tatsächlicher Geschwindigkeit und Sollgeschwindigkeit und gibt entsprechende Daten an das Motorsteuergerät 254 zur Ermittlung einer geeigneten Drehmomentanforderung weiter. Dabei wird ein berechnetes Grenzmoment, das von einer Einheit 260 berechnet wird und in diesem Fall in dem Fahrgeschwindigkeitsregler 256 vorgesehen ist, berücksichtigt, so dass nach Möglichkeit der Magerbetrieb nicht verlassen wird.
  • In der gezeigten Ausführung werden das Motorsteuergerät 254 und der Fahrgeschwindigkeitsregler 256 als getrennte Einheiten gezeigt. Selbstverständlich kann der Fahrgeschwindigkeitsregler 256 auch als eine Komponente in dem Motorsteuergerät 254 und in diesem integriert ausgebildet sein. Von Bedeutung ist, dass dem Motorsteuergerät 254 und/oder dem Fahrgeschwindigkeitsregler 256 die Einheit 260 zugeordnet ist, die ein Grenzdrehmoment berechnet, das den Magerbetrieb sicherstellt und das bei der Berechnung und Weitergabe der Drehmomentanforderung berücksichtigt wird.
  • Das vorgestellte Verfahren ist insbesondere für einen Einsatz bei Kraftfahrzeugen mit Fahrgeschwindigkeitsregler und Ottomotor mit Magerbetrieb geeignet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102007035099 A1 [0004]
    • DE 19913272 B4 [0005]
    • DE 19902949 C2 [0006]

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (252) in einem Kraftfahrzeug (250), das mit einem Fahrgeschwindigkeitsregler (256) ausgestattet ist, wobei der Fahrgeschwindigkeitsregler auf Basis einer Sollgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (250) zur Berechnung einer Drehmomentanforderung beiträgt, auf deren Grundlage der Verbrennungsmotor (252) angesteuert wird, um die Sollgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (250) zu erreichen, wobei ein Grenzdrehmoment berechnet wird, das bei der Berechnung der Drehmomentanforderung berücksichtigt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Verbrennungsmotor (252) derart angesteuert wird, so dass dieser für einen bestimmten Zeitraum einen Magerbetrieb aufrechterhält.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das in Anhängigkeit mindestens eines weiteren Parameters durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, das in Anhängigkeit eines gewählten Fahrmodus durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Berücksichtigung des Grenzdrehmoments zu einer Begrenzung der Drehmomentanforderung führt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Begrenzung bei Vorliegen mindestens einer vorgebbareren Bedingung aufgehoben wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem als Bedingung ein Drehmomentenbedarf zum Gewährleisten einer Konstantfahrt herangezogen wird.
  8. Fahrgeschwindigkeitsregler für ein Kraftfahrzeug (250), der dazu eingerichtet ist, auf Basis einer Sollgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (250) zur Berechnung einer Drehmomentanforderung beizutragen, wobei dem Fahrgeschwindigkeitsregler (256) eine Einheit (260) zugeordnet ist, die dazu eingerichtet, ein Grenzdrehmoment zu berechnen, das bei einer Berechnung einer Drehmomentanforderung zu berücksichtigen ist.
  9. Fahrgeschwindigkeitsregler nach Anspruch 8, bei dem die Einheit (260) und der Fahrgeschwindigkeitsregler (256) in einem Motorsteuergerät (254) integriert sind.
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