DE102015210532A1

DE102015210532A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102015210532A1
Application number: DE102015210532.6A
Authority: DE
Inventors: Christoph Junker; Helge Frauenkron
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2015-06-09
Publication date: 2016-12-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems (2) für ein Kraftfahrzeug (1) mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor (21), mit folgenden Schritten: – Überprüfen (S1), ob eine Bremsanforderung vorliegt und ob eine steuerbare Kupplung zum Koppeln des Verbrennungsmotors (21) mit einem Antriebsstrang geöffnet ist; – Bei Vorliegen einer Bremsanforderung und einer geöffneten Kupplung, Betreiben (S3) des Verbrennungsmotors (21) bei einer vorgegebenen Drehzahl in einem Aufladebetrieb, wobei im Aufladebetrieb ein gegenüber einem Umgebungsdruck erhöhter Ladedruck bereitgestellt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betreiben von Antriebssystemen mit aufgeladenen Verbrennungsmotoren, insbesondere Verfahren zum Bereitstellen eines erhöhten Ladedrucks bei aufgeladenem Verbrennungsmotor zum Erreichen einer verbesserten Dynamik in einem niedrigen Lastbereich.
Technischer Hintergrund
Verbrennungsmotoren mit abgasgetriebenen Aufladeeinrichtungen, so genannten Turboladern, dienen zum Bereitstellen eines gegenüber einem Umgebungsdruck erhöhten Ladedrucks, um eine Luftfüllung in den Zylindern des Verbrennungsmotors zu erhöhen. Dadurch wird die Dynamik des Verbrennungsmotors, d.h. sein Ansprechverhalten auf eine plötzliche hohe Momentenanforderung verbessert. Ein signifikanter Ladedruck kann jedoch erst bei einem ausreichend hohen Abgasmassenstrom und Abgastemperatur bereitgestellt werden. Bei geringen Lasten oder im Schubbetrieb sind jedoch der Abgasmassenstrom und die Abgastemperatur, d.h. die Abgasenthalpie, niedrig und die Trägheit der Aufladeeinrichtung führt zusätzlich dazu, dass bei einer plötzlichen hohen Momentenanforderung das Fahrzeug nur verzögert anspricht und ein Drehmoment nur vergleichsweise langsam aufbaut.
Es sind bereits vielfältige Maßnahmen bekannt, den Ladedruck auch in niedrigen Lastbereichen aufrechtzuerhalten, beispielsweise kann man durch Fehlzündungen des Verbrennungsmotors bzw. direktes Einspritzen von Kraftstoff kurz vor die Aufladeeinrichtung während Phasen niedriger Last den Ladedruck aufrechterhalten.
Allgemein bekannt ist es im Leerlaufbetrieb möglich, bei vollständig geöffneter Drosselklappe über eine Zündwinkelspätverstellung und/oder eine Einspritzausblendung von Zylindern eine hohe Abgasenthalpie und damit einen hohen Ladedruck einzustellen. Dies ermöglicht ein schnelles Ansprechen und eine hohe Beschleunigung des Verbrennungsmotors aus einer Leerlaufdrehzahl.
Auch ist eine Schaltunterstützung für manuelle Getriebe bekannt, bei der durch eine Zündwinkelspätverstellung und eine Einspritzausblendung eine Drehzahl bei gleichzeitig hohem Ladedruck eingeregelt wird, um bei einem Schalten unter Volllast den Einbruch des Ladedrucks zu begrenzen.
Weiterhin ist bekannt, dass bei eingekoppeltem Verbrennungsmotor durch Öffnen der Drosselklappe und gleichzeitiger Zündwinkelspätverstellung eine Momentenreserve und ein Ladedruck aufgebaut werden können, ohne das Fahrzeug zu beschleunigen, solange ein Motormoment angefordert wird, das ausreicht, um eine von der abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung umsetzbare Abgasenthalpie in mechanische Energie zu wandeln und einen Ladedruck bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug mit einer abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung gemäß Anspruch 1 sowie die Vorrichtung, das Antriebssystem und das Kraftfahrzeug gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor vorgesehen, mit folgenden Schritten:

– Überprüfen, ob eine Bremsanforderung vorliegt und ob eine steuerbare Kupplung zum Koppeln des Verbrennungsmotors mit einem Antriebsstrang geöffnet ist;
– Bei Vorliegen einer Bremsanforderung und einer geöffneten Kupplung, Betreiben des Verbrennungsmotors bei einer vorgegebenen Drehzahl, insbesondere einer Leerlaufdrehzahl, in einem Aufladebetrieb, wobei im Aufladebetrieb ein gegenüber einem Umgebungsdruck erhöhter Ladedruck bereitgestellt wird.

Wenn beim Fahren eines Kraftfahrzeugs eine Bremsanforderung vorliegt bzw. der Fahrer das Bremspedal betätigt und dabei das Fahrpedal in die Leerlaufstellung entlässt, wird im Normalfall die Einspritzung von Kraftstoff in den Verbrennungsmotor gestoppt und das Kraftfahrzeug befindet sich im Schubbetrieb. Schon kurz danach liegt eine zu geringe Abgasenthalpie vor, die in einer abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung zum Aufbau eines Ladedrucks verwendet werden kann. Somit ist das Ansprechverhalten des Verbrennungsmotors bei einer plötzlichen Anforderung einer Beschleunigung unmittelbar nach einem Schubbetrieb aufgrund des sich erst langsam aufbauenden Ladedrucks und der Trägheit der Aufladeeinrichtung sehr gering und das Kraftfahrzeug spricht deutlich verzögert auf eine vom Fahrer vorgegebene erhöhte Momentenanforderung an.
Eine Idee des obigen Verfahrens besteht nun darin, beim Betätigen einer Bremse während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs, was im herkömmlichen Fall zu einem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors führen würde, stattdessen die Kupplung im Antriebsstrang zu öffnen, um in geeigneter Weise den Verbrennungsmotor zum Bereitstellen einer erhöhten Abgasenthalpie zu betreiben. Dies kann beispielsweise durch eine geöffnete Drosselklappe und einen gleichzeitigen Zündwinkelspätzug und/oder eine Einspritzausblendung und/oder eine Zündausblendung eines oder mehrerer der Zylinder erfolgen.
Bei einem Fahrzeug mit Getriebe ohne manuell betätigte Kupplung kann insbesondere bei Vorliegen einer Bremsanforderung während eines Fahrens eines Kraftfahrzeugs die Kupplung automatisch geöffnet werden, um den Verbrennungsmotor zum Bereitstellen einer erhöhten Abgasenthalpie zu betreiben. Bei einer anschließenden Betätigung des Fahrpedals kann nach einem Einkuppeln aufgrund des sofort bereitstehenden erhöhten Ladedrucks ein höheres Motormoment sofort abgerufen werden. Dies stellt eine Möglichkeit dar, einem Fahrer eine sportliche Fahrweise, insbesondere bei Fahrstrecken mit wechselnden Geschwindigkeiten, zu ermöglichen.
Der Verbrennungsmotor kann mit der geöffneten Drosselklappe und mit der Zündwinkelspätverstellung betrieben werden, wobei der Grad der Öffnung der Drosselklappe sowie das Verhältnis aus Zündwinkeleingriff und der Einspritzausblendung und/oder der Zündausblendung betriebspunktabhängig, d.h. abhängig von beispielsweise einer Drehzahl des Verbrennungsmotors bestimmt sind.
Es kann vorgesehen sein, dass bei einer Bremsanforderung die Kupplung automatisch ausgekuppelt wird.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Verbrennungsmotor nur im Aufladebetrieb betrieben werden, wenn sich das Kraftfahrzeug bewegt.
Weiterhin kann der Verbrennungsmotor solange im Aufladebetrieb betrieben werden, wie die Bremsanforderung vorliegt und/oder die Kupplung geöffnet ist.
Es kann vorgesehen sein, dass der Verbrennungsmotor für eine vorbestimmte Zeitdauer nach einem Wegfall der Bremsanforderung im Aufladebetrieb betrieben wird.
Insbesondere kann die vorgegebene Drehzahl abhängig von einer in einem Getriebe gewählten Fahrstufe gewählt sein. Die vorgegebene Drehzahl bei geöffneter Kupplung ergibt sich aus der Getriebeeingangswellendrehzahl der aktuell eingelegten Fahrstufe. Diese kann über die Kardanwellendrehzahl und dem Übersetzungsverhältnis der eingelegten Fahrstufe des Getriebes ermittelt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, umfassend:

– ein Verbrennungsmotor;
– ein Getriebe mit einer schaltbaren Getriebeeinheit und einer Kupplung;
– ein Motorsteuergerät, das ausgebildet ist, um eines der obigen Verfahren auszuführen.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Getriebe einem Automatikgetriebe entsprechen und das Motorsteuergerät ausgebildet sein, um bei Vorliegen einer Bremsanforderung die Kupplung automatisch zu öffnen und den Verbrennungsmotor im Aufladebetrieb zu betreiben.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebssystem mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor; und
2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben des Motorsystems.
Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Antriebssystem 2, das einen Verbrennungsmotor 21 aufweist. Der Verbrennungsmotor 21 kann als Ottomotor oder Dieselmotor ausgebildet sein. Der Verbrennungsmotor 21 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Zylinder 22 auf, kann jedoch auch eine andere Anzahl von Zylindern aufweisen. Die Zylinder 22 werden in an sich bekannter Weise im Viertaktbetrieb betrieben.
Der Verbrennungsmotor 22 weist einen Abtriebsstrang 23 auf, der mit einer Eingangsseite eines Schaltgetriebes 24 gekoppelt ist. Ausgangsseitig ist das Getriebe 24 mit einem Antriebsstrang 25 gekoppelt. Das Getriebe 24 weist eine Getriebeeinheit 26 und eine Kupplung 27 auf, die über eine Betätigung und Freigeben eines Kupplungspedals 5 geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Alternativ kann anstelle des Kupplungspedals 5 ein Getriebesteuergerät 6 zur automatischen Steuerung des Getriebes 24 und der Kupplung 27 vorgesehen sein.
Dem Verbrennungsmotor 22 kann Luft über ein Luftzuführungssystem 7 zugeführt werden. Das Luftzuführungssystem 7 ist mit einer Aufladeeinrichtung 8 gekoppelt, wobei über einen Verdichter 81 der Aufladeeinrichtung 8 Umgebungsluft aus der Umgebung angesaugt und unter einem erhöhten Ladedruck in einem Ladedruckabschnitt 71 stromaufwärts einer Drosselklappe 72 im Luftzuführungssystem 7 bereitgestellt werden kann. Mithilfe eines Laderstellers 83 der Aufladeeinrichtung 8 kann ein Wirkungsgrad der Turbine 82 eingestellt werden.
Weiterhin ist ein Abgasabführungsabschnitt 9 vorgesehen, um Verbrennungsabgas aus dem Verbrennungsmotor 21 abzuführen und über eine Turbine 82 zu leiten, die mechanisch, z.B. über eine Welle, mit dem Verdichter 81 gekoppelt ist. Die Turbine 82 dient dazu, eine Abgasenthalpie des Verbrennungsabgases aus dem Verbrennungsmotor 21 in mechanische Energie umzusetzen, die für eine Verdichtung der Umgebungsluft genutzt wird.
Mit Hilfe eines Motorsteuergeräts 10 kann das Antriebssystem 2 betrieben werden. Dazu steuert das Motorsteuergerät 10 verschiedene Aktoren des Verbrennungsmotors 21 an. Beispielsweise kann das Motorsteuergerät 10 einen Drosselklappensteller für die Stellung der Drosselklappe 72, Einspritzventile (nicht gezeigt) an den Zylindern 22, den Ladersteller 83 der Aufladeeinrichtung 8 zum Einstellen eines Wirkungsgrades der Turbine 82 und andere Aktuatoren in geeigneter Weise zum Betreiben des Verbrennungsmotors 21 ansteuern. Dazu erhält das Motorsteuergerät 10 als Vorgabe ein Fahrerwunschmoment basierend auf einer Stellung eines Fahrpedals 9 und stellt entsprechend die Luftzufuhr und die Menge an zugeführtem Kraftstoff ein, um das vom Fahrer gewünschte Fahrerwunschmoment umzusetzen.
Weiterhin ist ein Bremspedal 11 als eine mögliche Bremsbetätigungseinrichtung vorgesehen, um einen Bremswunsch des Fahrers aufzunehmen und in einen Bremsvorgang in an sich bekannter Weise umzusetzen.
In Verbindung mit dem Flussdiagramm der 2 wird nachfolgend ein Verfahren zum Betreiben des Antriebssystems 2 für das Kraftfahrzeug 1 näher erläutert.
In Schritt S1 wird zunächst überprüft, ob sich das Kraftfahrzeug 1 bewegt, d.h. eine Geschwindigkeit aufweist die größer ist als ein vorgegebener Geschwindigkeitsschwellenwert und ob das Bremspedal 11 betätigt worden ist. Eine Angabe über die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 und eine Angabe über eine Betätigung des Bremspedals 11 steht in dem Motorsteuergerät zur Verfügung. Wird festgestellt, dass das Bremspedal 11 bei einem fahrenden Kraftfahrzeug 1 betätigt worden ist (Alternative: Ja), wir das Verfahren mit Schritt S2 fortgesetzt, anderenfalls wird zu Schritt S1 zurückgesprungen und auf die Betätigung des Bremspedals 11 gewartet.
In Schritt S2 wird als Nächstes überprüft, ob die Kupplung 27 ausgekoppelt bzw. geöffnet ist. Dies kann durch Betätigen des Kupplungspedals 5 oder durch automatischen Eingriff des Getriebesteuergeräts 6, der die Kupplung 27 öffnet bzw. geöffnet hat, erfolgt sein. Alternativ kann vom Motorsteuergerät 10 direkt oder über das Getriebesteuergerät 6 ein Öffnen der Kupplung 27 durch entsprechende Signalisierung angewiesen werden. Ist die Kupplung 27 geöffnet (Alternative: Ja), wird das Verfahren mit Schritt S3 fortgesetzt, anderenfalls (Alternative: Nein) wird zu Schritt S1 zurückgesprungen.
In Schritt S3 wird nun der Verbrennungsmotor 21, der vom Antriebsstrang 25 entkoppelt ist, zum Bereitstellen eines erhöhten Ladedrucks bei einer vorgegebenen Drehzahl betrieben. Der erhöhte Ladedruck entspricht insbesondere einem Ladedruck, der höher ist als ein Umgebungsdruck. Dies kann beispielsweise durch ein Öffnen der Drosselklappe 72 sowie eine an sich bekannte Zündwinkelspätverstellung und/oder eine an sich bekannte Einspritzausblendung von Zylindern erfolgen. Anstelle einer Einspritzausblendung kann auch eine Zündausblendung eines oder mehrerer der Zylinder 22 verwendet werden. Auch andere Maßnahmen zu Erhöhung der Abgasenthalpie bei niedriger Drehzahl/Last bzw. bei Leerlaufdrehzahl sind denkbar und aus dem Stand der Technik bekannt.
Dadurch kann ein vom Verbrennungsmotor 21 während der vorgegebenen Drehzahl ein Verbrennungsabgas mit einer ausreichenden Abgasenthalpie bereitgestellt werden, das zum Beibehalten oder für einen Aufbau eines Ladedrucks für ein schnelles Ansprechverhalten bei einer zu erwartenden hohen Momentenanforderung ausreicht. Der Grad der Drosselklappenöffnung sowie das Verhältnis aus Zündwinkeleingriff und Einspritzausblendung können applikativ betriebspunktabhängig, d.h. abhängig von beispielsweise einer Drehzahl des Verbrennungsmotors bestimmt werden.
Insbesondere kann die vorgegebene Drehzahl abhängig von einer in einem Getriebe gewählten Fahrstufe des Getriebes 24 (d.h. Gang) gewählt sein. Die vorgegebene Drehzahl bei geöffneter Kupplung ergibt sich aus einer Getriebeeingangswellendrehzahl bei der aktuell eingelegten Fahrstufe. Diese kann über die Kardanwellendrehzahl (abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit) und dem Übersetzungsverhältnis der eingelegten Fahrstufe des Getriebes ermittelt werden.
In Schritt S4 wird überprüft, ob das Bremspedal 11 weiterhin betätigt ist. Ist dies der Fall (Alternative: Ja), wird zu Schritt S3 zurückgesprungen, anderenfalls (Alternative: nein) wird das Verfahren mit Schritt S5 fortgesetzt.
In Schritt S5 wurde festgestellt, dass das Bremspedal 11 wieder freigegeben worden ist und es wird überprüft, ob die Kupplung 31 wieder eingekuppelt hat bzw. wird über das Getriebesteuergerät 6 das Getriebe 3 angewiesen, die Kupplung 31 wieder zu schließen. Wurde die Kupplung durch Freigeben des Kupplungspedals 5 oder durch Steuerung des Getriebesteuergeräts 6 wieder geschlossen (Alternative: Ja) so wird das Verfahren mit Schritt S6 fortgesetzt, andernfalls (Alternative: Nein) wird zu Schritt S4 zurückgesprungen.
In Schritt S6 wird insbesondere für eine vorbestimmte Zeitdauer auf eine Betätigung des Fahrpedals 9 gewartet, solange wird der in Schritt S3 eingenommene Betriebszustand beibehalten. Dadurch kann die Momentenreserve bis zum Betätigen des Fahrpedals 9 aufrechterhalten werden. Betätigt nun der Fahrer das Fahrpedal 9 (Alternative; Ja), steht eine ausreichende Abgasenthalpie zur Verfügung, um den Ladedruck weiter zu erhöhen. Die Momentenreserve kann dann in Schritt S7 durch eine Zündwinkelfrühverstellung bzw. Beenden der Einspritzausblendung bzw. Zündausblendung einzelner Zylinder sofort genutzt werden, um das vom Fahrer angeforderte Fahrerwunschmoment bereitzustellen.
Wenn ein Getriebesteuergerät 6 vorgesehen ist und ein Automatikgetriebe vorliegt, kann das Motorsteuergerät 10 beim Betätigen des Bremspedals 11 automatisch die Kupplung 27 öffnen und den Verbrennungsmotor 21 zur Erzeugung der für diesen Betriebszustand bei einer aktuellen Kombination von Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und der gewählten Fahrstufe maximal möglichen Abgasenthalpie auf eine passende Drehzahl einregeln. Hierzu kann die Drosselklappe 72 gezielt geöffnet werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Getriebesteuergerät 6 die Kupplung erst nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer, nachdem das Bremspedal 11 betätigt wurde, öffnet.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems (2) für ein Kraftfahrzeug (1) mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor (21), mit folgenden Schritten: – Überprüfen (S1), ob eine Bremsanforderung vorliegt und ob eine steuerbare Kupplung zum Koppeln des Verbrennungsmotors (21) mit einem Antriebsstrang geöffnet ist; – Bei Vorliegen einer Bremsanforderung und einer geöffneten Kupplung, Betreiben (S3) des Verbrennungsmotors (21) bei einer vorgegebenen Drehzahl in einem Aufladebetrieb, wobei im Aufladebetrieb ein gegenüber einem Umgebungsdruck erhöhter Ladedruck bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Verbrennungsmotor (21) mit einer geöffneten Drosselklappe (72) und/oder mit einer Zündwinkelspätverstellung und/oder einer Einspritzausblendung und/oder einer Zündausblendung eines oder mehrerer der Zylinder (22) betrieben wird, um bei der vorgegebenen Drehzahl eine Abgasenthalpie von ausgestoßenem Verbrennungsabgas zu erhöhen, wobei eine abgasgetriebene Aufladeeinrichtung (8) durch die erhöhte Abgasenthalpie zum Bereitstellen des erhöhten Ladedrucks betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Verbrennungsmotor (21) mit der geöffneten Drosselklappe (22) und mit der Zündwinkelspätverstellung betrieben wird, wobei der Grad der Öffnung der Drosselklappe (22) sowie das Verhältnis aus Zündwinkeleingriff und der Einspritzausblendung und/oder der Zündausblendung betriebspunktabhängig, d.h. abhängig von beispielsweise einer Drehzahl des Verbrennungsmotors (21).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei bei einer Bremsanforderung die Kupplung (27) automatisch ausgekuppelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Verbrennungsmotor (21) nur im Aufladebetrieb betrieben wird, wenn sich das Kraftfahrzeug (1) bewegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Verbrennungsmotor (21) solange im Aufladebetrieb betrieben wird, wie die Bremsanforderung vorliegt und/oder die Kupplung (27) geöffnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Verbrennungsmotor (21) für eine vorbestimmte Zeitdauer nach einem Wegfall der Bremsanforderung im Aufladebetrieb betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die vorgegebene Drehzahl abhängig von einer in einem Getriebe (24) gewählten Fahrstufe gewählt ist.
Antriebssystem (2) für ein Kraftfahrzeug (1), umfassend: – einen Verbrennungsmotor (21); – ein Getriebe (24) mit einer schaltbaren Getriebeeinheit und einer Kupplung (27); und – ein Motorsteuergerät (10), das ausgebildet ist, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
Antriebssystem (2) nach Anspruch 9, wobei das Getriebe (24) einem Automatikgetriebe entspricht und das Motorsteuergerät (10) ausgebildet ist, um bei Vorliegen einer Bremsanforderung die Kupplung (27) automatisch zu öffnen und den Verbrennungsmotor (21) im Aufladebetrieb zu betreiben.
Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, um, wenn es in einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird, alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 11 gespeichert ist.