DE102016200578B4

DE102016200578B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern des wirksamen Hubraums eines Verbrennungsmotors mit variablem Hubraum

Info

Publication number: DE102016200578B4
Application number: DE102016200578.2A
Authority: DE
Inventors: Jan Linsel; Harald Stoffels; Marco Marceno; Kay Hohenböken; Klemens Grieser
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2024-01-18
Anticipated expiration: 2036-01-20
Also published as: DE102016200578A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern des wirksamen Hubraums eines Verbrennungsmotors mit variablem Hubraum in Abhängigkeit von einer Fahrpedalstellung und deren Änderungsgeschwindigkeit, wobei eine Umschaltung zwischen einem Betrieb mit Teilhubraum und einem Betrieb mit Vollhubraum schneller durchgeführt wird, wenn eine Änderungsgeschwindigkeit der Fahrpedalstellung einen Änderungsgeschwindigkeits-Schwellenwert übersteigt. Gemäß der Erfindung werden der Änderungsgeschwindigkeits-Schwellenwert und/oder ein Fahrpedalstellungs-Schwellenwert unter Berücksichtigung einer Historie von Fahrpedalstellungen und/oder deren Änderungsgeschwindigkeiten festgelegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern des wirksamen Hubraums eines Verbrennungsmotors mit variablem Hubraum, gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche. Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 10 2012 219 807 A1 bekannt.
Die DE 10 2004 036 305 A1 offenbart ein Verfahren zum Steuern des wirksamen Hubraums eines Verbrennungsmotors mit variablem Hubraum in Abhängigkeit von einer Fahrpedalstellung und deren Änderungsgeschwindigkeit. Bei einem Verbrennungsmotor, dessen wirksamer Hubraum durch Abschaltung einzelner Zylinder verkleinert werden kann, werden die Ist-Stellung des Fahrpedals und die Ist-Motordrehzahl verwendet, um ein Soll-Drehmoment-Signal zu erzeugen, das Drehmomenteinbrüche reduziert, während der Verbrennungsmotor von einem Betrieb mit Teilhubraum auf einen Betrieb mit Vollhubraum umgeschaltet wird. Das Soll-Drehmoment-Signal wird vorwärts gekoppelt, so dass der Umschaltbefehl so früh gegeben wird, dass der Umschaltvorgang für die Fahrzeuginsassen nicht wahrnehmbar ist. Dazu muss der Verbrennungsmotor während des Betriebs mit Teilhubraum eine gewisse Drehmomentreserve besitzen, um jedes zusätzliche Drehmoment erzeugen zu können, das während der Dauer eines Umschaltvorgang angefordert werden könnte. Außerdem wird ein lebhaftes Umschalten oder Pendeln zwischen den Betriebsarten vermindert, indem nicht nur die Ist-Stellung des Fahrpedals, sondern auch deren Änderungsgeschwindigkeit überwacht wird. Wenn diese eine lebhafte Bedienung des Fahrpedals anzeigt, wird das Soll-Drehmoment mit einem empirisch kalibrierten Hysteresewert inkrementiert, welcher Betriebsartwechsel aufgrund eines nervösen Fußes oder anderer Einflüsse vermindert.
Je größer man die genannte Drehmomentreserve wählt, desto seltener arbeiten die während eines Betriebs mit Teilhubraum eingeschalteten Zylinder in einem Leistungsbereich mit maximaler Kraftstoffeffizienz und minimalem Schadstoffausstoß. Verkleinert man die Drehmomentreserve, um häufiger in optimale Leistungsbereiche zu kommen, wird tendenziell mehr zwischen den Betriebsarten hin und her geschaltet, was ebenfalls ungünstig für die Kraftstoffeffizienz und den Schadstoffausstoß ist. Dem Pendeln kann man zwar mit dem Hysteresewert entgegenwirken, doch hat dies Grenzen, weil der Verbrennungsmotor mit zunehmender Hysterese immer träger auf Vortriebsanforderungen reagiert.
Ein gattungsgemäßes Verfahren ist auch aus der DE 102 19 666 A1 bekannt. Anhand der Signale von zahlreichen Sensoren, zu denen ein Fahrpedalstellungssensor gehört, wird der Fahrer als ein die Pedale sanft betätigender Fahrer oder ein aggressiver Fahrer charakterisiert, und für letztere wird ein häufiges Pendeln zwischen den Betriebsarten durch Verändern der Umschaltpunkte verhindert. Jedoch werden gerade aggressivere Fahrer einen Verbrennungsmotor mit einer solchermaßen vergrößerten Umschalthysterese als unangenehm träge empfinden.
Alle Maßnahmen, die man nach dem Stand der Technik trifft, um für einen möglichst sanften Übergang ohne wahrnehmbare Drehmomentänderung zwischen Betriebsarten mit und ohne abgeschaltete Zylinder zu sorgen, z. B. solche, die eine kurzzeitige Drehmomentabschwächung erfordern, gehen außerdem mit einer kurzzeitigen Verschlechterung der Kraftstoffeffizienz einher, auf die sich häufige Betriebsartwechsel somit in der Summe merklich auswirken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den wirksamen Hubraum eines Verbrennungsmotors mit variablem Hubraum derart zu steuern, dass ein besserer Kompromiss zwischen der Kraftstoffeffizienz und dem Schadstoffausstoß einerseits und der Fahrzeugreaktion auf Beschleunigungs- oder Verzögerungsanforderungen andererseits möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Wie an sich bekannt, wird bei der Erfindung eine Umschaltung zwischen einem Betrieb mit Teilhubraum und einem Betrieb mit Vollhubraum schneller durchgeführt, wenn die Änderungsgeschwindigkeit der Fahrpedalstellung einen Änderungsgeschwindigkeits-Schwellenwert übersteigt. Das heißt, die Umschaltung erfolgt nicht langsamer, wie es bei einer vergrößerten Hysterese der Fall ist, sondern schneller als bei niedrigeren Änderungsgeschwindigkeiten und nach Möglichkeit sofort.
Dabei kann jedoch nicht zwischen vom Fahrer beabsichtigten Änderungen der Fahrpedalstellung und Änderungen aufgrund eines nervösen Fußes oder einer unebenen Fahrbahn unterschieden werden. Eine derartige Unterscheidung wird gemäß der Erfindung ermöglicht, indem der oder die Schwellenwerte auch unter Berücksichtigung einer Historie von Fahrpedalstellungen und/oder deren Änderungsgeschwindigkeiten festgelegt werden. Auf diese Weise kann Pendeln zwischen den Betriebsarten sehr weitgehend vermieden werden.
Die Erfindung ermöglicht es, irgendeine Drehmomentreserve, die während des Betriebs mit Teilhubraum bereitgehalten wird, um geringe Zunahmen der Vortriebsanforderung erfüllen zu können, ohne weitere Zylinder einschalten zu müssen, und/oder irgendein Hystereseverhalten so einzustellen, dass der Verbrennungsmotor möglichst lange in einer Betriebsart mit oder ohne Zylinderabschaltung bleibt, ohne dass ein Fahrer den Antrieb als träge empfindet.
Entsprechendes gilt für irgendwelche anderen oder zusätzlichen Maßnahmen zur Unterdrückung von häufigem Umschalten zwischen den Betriebsarten und/oder zur Vergleichmäßigung der Übergänge zwischen den Betriebsarten.
Somit kann das für den Kraftstoffverbrauch und den Schadstoffausstoß ungünstige Umschalten zwischen Betriebsarten unterdrückt und auf Fälle beschränkt werden, in denen der Fahrer offenbar tatsächlich eine größere Änderung der Motorleistung beabsichtigt, wie durch die schnelle Pedalbetätigung angezeigt.
Die verlängerten Zeiten, in denen der Verbrennungsmotor in einem Betrieb mit Teilhubraum bzw. Vollhubraum bleibt, belohnen Fahrer mit einem ökonomischen Fahrstil, ohne eine schnelle Adaption der Betriebsart zu verhindern, wenn diese verlangt wird bzw. ökonomisch sinnvoll ist.
Dennoch kann leichter dafür gesorgt werden, dass die gerade eingeschalteten Zylinder über die gesamte Betriebszeit gesehen häufiger bzw. länger in einem Leistungsbereich mit maximaler Kraftstoffeffizienz und minimalem Schadstoffausstoß arbeiten.
Die Änderung der Fahrpedalstellung kann einem Gasgeben oder einem Gaswegnehmen entsprechen. Zweckmäßigerweise wird für diese beiden Fälle jeweils ein eigener Änderungsgeschwindigkeits-Schwellenwert vorgesehen, die normalerweise verschieden sein werden, doch können die jeweiligen Schwellenwerte auch denselben Betrag haben.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Entscheidung, eine Umschaltung zwischen einem Betrieb mit Teilhubraum und einen Betrieb mit Vollhubraum durchzuführen, auch unter Berücksichtigung eines oder mehrerer Fahrpedalstellungs-Schwellenwerte getroffen, z. B. in Abhängigkeit davon, ob die Fahrpedalstellung einen Fahrpedalstellungs-Schwellenwert übersteigt oder einen anderen Fahrpedalstellungs-Schwellenwert unterschreitet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden der oder die Schwellenwerte in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen festgelegt, welche den gerade eingelegten Gang, die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit, die aktuelle Motordrehzahl usw. umfassen können.
Es folgt eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Bei einem Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum durch Zylinderabschaltung, bei dem gerade einer oder mehrere Zylinder abgeschaltet sind, werden alle Zylinder eingeschaltet, d. h., auf einen Betrieb mit Vollhubraum umgeschaltet, sobald die Änderungsgeschwindigkeit der Fahrpedalstellung beim Gasgeben einen ersten Änderungsgeschwindigkeits-Schwellenwert übersteigt.
Umgekehrt wird durch Abschalten eines oder mehrerer Zylinder von einem Betrieb mit Vollhubraum auf einen Betrieb mit Teilhubraum umgeschaltet, sobald die Änderungsgeschwindigkeit der Fahrpedalstellung beim Gaswegnehmen einen zweiten Änderungsgeschwindigkeits-Schwellenwert unterschreitet.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt eine Umschaltung zwischen einem Betrieb mit Teilhubraum und einem Betrieb mit Vollhubraum auch in Abhängigkeit davon, ob die Fahrpedalstellung einen ersten Fahrpedalstellungs-Schwellenwert für Gasgeben übersteigt bzw. einen zweiten Fahrpedalstellungs-Schwellenwert für Gaswegnehmen unterschreitet.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die verschiedenen Schwellenwerte in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen wie z. B. dem gerade eingelegten Gang, der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit, der aktuellen Motordrehzahl usw. festgelegt.
In allen Ausführungsbeispielen werden die verschiedenen Schwellenwerte (auch) unter Berücksichtigung einer Historie von Fahrpedalstellungen und/oder deren Änderungsgeschwindigkeiten festgelegt.

Claims

Verfahren zum Steuern des wirksamen Hubraums eines Verbrennungsmotors mit variablem Hubraum in Abhängigkeit von einer Fahrpedalstellung und deren Änderungsgeschwindigkeit, wobei eine Umschaltung zwischen einem Betrieb mit Teilhubraum und einem Betrieb mit Vollhubraum schneller durchgeführt wird, wenn eine Änderungsgeschwindigkeit der Fahrpedalstellung einen Änderungsgeschwindigkeits-Schwellenwert übersteigt, dadurch gekennzeichnet, dass der Änderungsgeschwindigkeits-Schwellenwert und/oder ein Fahrpedalstellungs-Schwellenwert unter Berücksichtigung einer Historie von Fahrpedalstellungen und/oder deren Änderungsgeschwindigkeiten festgelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Fahrpedalstellung einem Gasgeben oder einem Gaswegnehmen entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entscheidung, eine Umschaltung zwischen einem Betrieb mit Teilhubraum und einen Betrieb mit Vollhubraum durchzuführen, auch unter Berücksichtigung eines oder mehrerer Fahrpedalstellungs-Schwellenwerte getroffen wird, insbesondere in Abhängigkeit davon, ob die Fahrpedalstellung einen Fahrpedalstellungs-Schwellenwert übersteigt oder unterschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Änderungsgeschwindigkeits-Schwellenwert und/oder der Fahrpedalstellungs-Schwellenwert in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen festgelegt werden, zu denen der gerade eingelegte Gang, die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder die aktuelle Motordrehzahl gehören.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubraum des Verbrennungsmotors durch Zylinderabschaltung variiert wird.
Vorrichtung zum Steuern des wirksamen Hubraums eines Verbrennungsmotors mit variablem Hubraum in Abhängigkeit von einer Fahrpedalstellung und deren Änderungsgeschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.