DE102016206924B4

DE102016206924B4 - Verfahren und Steuersystem zur Veränderung des Drehmoments eines Ottomotors während des Schaltvorgangs eines Getriebes

Info

Publication number: DE102016206924B4
Application number: DE102016206924.1A
Authority: DE
Inventors: Kilian Kranz
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-04-25
Filing date: 2016-04-25
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2036-04-26
Also published as: DE102016206924A1

Abstract

Verfahren zur Veränderung des Drehmoments (Mist) eines Ottomotors (A) im Rahmen eines Schaltvorgangs eines mit dem Ottomotor (A) mechanisch gekoppelten, in unterschiedliche Gänge schaltbaren Getriebes (B), mit den Schritten:- für die Durchführung eines Schaltvorgangs von einem ersten Gang in einen zweiten, im Vergleich zu dem ersten Gang höheren Gang, Verringern (100) der Menge des in den Ottomotor (A) eingebrachten Kraftstoffs, so dass sich das Drehmoment (Mist) des Ottomotors (A) und damit auch die Kurbelwellendrehzahl (Nkw) verringert;- vor Abschluss des Schaltvorgangs,- Erhöhen (130) der Menge des in den Ottomotor (A) eingebrachten Kraftstoffs, so dass sich das Drehmoment (Mist) des Ottomotors erhöht (A);- Zurücknehmen (140) des Zündwinkels zur zumindest teilweisen Kompensation der mit dem Erhöhen (130) der Kraftstoffmenge zusammenhängenden Erhöhung des Drehmoments (Mist); und- nach dem Zurücknehmen (140) des Zündwinkels, zumindest teilweises Rückgängigmachen (160) der Zurücknahme des Zündwinkels, wobei das Erhöhen (130) der in den Ottomotor (A) eingebrachten Kraftstoffmenge und das Rückgängigmachen (160) der Zurücknahme des Zündwinkels dergestalt durchgeführt werden, dass das Rückgängigmachen (160) der Zurücknahme des Zündwinkels und das Erhöhen (130) der in den Ottomotor (A) eingebrachten Kraftstoffmenge zeitgleich abgeschlossen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Steuersystem zum Verändern des Drehmoments eines Ottomotors während des Schaltvorgangs eines Getriebes.
Heutige Kraftfahrzeuge mit Ottomotoren sind häufig mit automatisierten oder automatischen Getrieben ausgestattet, die für einen Schaltvorgang in einen höheren Gang eine Verringerung der Kurbelwellendrehzahl anfordern. Dies ist vorteilhaft aus Gründen des Bauteilschutzes und des Fahrkomforts. Diese Verringerung der Kurbelwellendrehzahl wird derzeit durch eine Reduktion des Drehmoments des Ottomotors umgesetzt, welche wiederum durch eine Veränderung des Zündzeitpunkts oder durch Zündausblendung eines oder mehrerer Zylindern ausgelöst wird.
Aus der Offenlegungsschrift DE 42 10 416 A1 ist ein entsprechendes Verfahren bekannt, das für die Verringerung der Drehzahl einen Startzeitpunkt bestimmt, die Veränderung des Zündzeitpunkts oder die Zylinderausblendung startet, einen Endzeitpunkt für die Verringerung der Drehzahl bestimmt und die Veränderung des Zündzeitpunkts oder die Zylinderausblendung rückgängig macht.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2005 057 809 A1 ist ein Verfahren bekannt, das für die Verringerung des Drehmoments des Ottomotors keine Zündausblendung eines oder mehrerer Zylinder auslöst, sondern stattdessen abhängig von einem oder mehreren Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs die in den Ottomotor eingebrachte Kraftstoffmenge variabel verringert. Die Menge des in den Ottomotor eingebrachten Kraftstoffs kann darüber hinaus während des Vorgangs der Drehzahlreduktion variabel verändert werden, um auf wechselnde externe Einflüsse zu reagieren.
Die DE 10 2009 043 212 A1 beschreibt ein Motorsteuersystem, das ein Aktivierungsmodul für eine Abschaltung wegen einer Kupplung und ein Drehmomentsteuermodul umfasst. Das Aktivierungsmodul für die Abschaltung wegen der Kupplung erzeugt ein Aktivierungssignal, das auf einem Signal für eine Kupplungseinrückung und einem Gaspedalsignal basiert. Basierend auf dem Aktivierungssignal verringert das Drehmomentsteuermodul eine Zündfunkenvorverstellung eines Motors auf einen minimalen Wert und deaktiviert die Kraftstoffversorgung von Zylindern des Motors.
Die DE 42 32 973 A1 lehrt dass, um während eines Schaltvorgangs das Drehmoment eines Ottomotors sehr schnell zu erhöhen, bereits vor dem Zeitpunkt, zu dem die Erhöhung loslaufen soll, die Füllung erhöht und parallel hierzu der Zündwinkel so verändert werden kann, dass die zündwinkelbedingte Momenterniedrigung gerade die füllungsbedingte Momenterhöhung kompensiert. Wenn dann der Zeitpunkt erreicht wird, ab dem das Drehmoment tatsächlich schnell erhöht werden soll, wird die Zündwinkeländerung mit solcher Geschwindigkeit wieder rückgängig gemacht, dass das Ist-Motordrehmoment dem sich sehr schnell ändernden Soll-Motordrehmoment folgen kann.
Die DE 10 2013 212 865 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Verbrennungsmotors beim Schalten eines mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Automatikgetriebes mit einer Betriebsarteinstelleinrichtung zum Einstellen mindestens einer ersten oder einer zweiten Betriebsart des Verbrennungsmotors beim Schaltvorgang, wobei die Betriebsarteinstelleinrichtung konfiguriert ist, die erste Betriebsart oder die zweite Betriebsart abhängig von mindestens einer der folgenden Größen, der Last, dem Moment oder der Drehzahl des Verbrennungsmotors auszuwäh len.
Die DE 10 2005 062 123 A1 beschreibt, dass bei einem Eingriff einer Fahrstabilitätsfunktion ein Soll-Drehmoment gegenüber einem Fahrerwunschmoment abgesenkt wird. Mindestens während eines Teils des Zeitraums mit abgesenktem Soll-Drehmoment wird eine Soll-Luftfüllung derart mit einem Offset beaufschlagt, dass ein auf der Luftfüllung basierendes Ist-Drehmoment größer ist als ein auf einem Zündwinkel basierendes Drehmoment.
Ein positiver Nebeneffekt der Reduktion des Drehmoments des Ottomotors während eines Schaltvorgangs in einen höheren Gang durch Zylinderausblendung oder Verringerung der Menge des in den Ottomotor eingebrachten Kraftstoffs ist, dass Kraftstoff eingespart wird.
Bei Anwendung eines Verfahrens, das die Verringerung des Drehmoments durch Veränderung des Zündwinkels auslöst, tritt dieser positive Nebeneffekt nicht ein. Auch bei Anwendung von Verfahren, die die Verringerung des Drehmoments durch eine Veränderung der in den Ottomotor eingebrachten Kraftstoffmenge oder durch Zylinderausblendung auslösen, kann nur ein kleiner Teil des physikalisch vorhandenen Potentials für eine Kraftstoffeinsparung genutzt werden, da die Regelung der Kraftstoffmenge üblicherweise sehr träge ist. Aufgrund dieser Trägheit ist es sinnvoll, die in den Ottomotor eingebrachte Kraftstoffmenge sehr früh wieder zu erhöhen, um sicherzustellen, dass die Erhöhung rechtzeitig abgeschlossen ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und ein entsprechendes Steuersystem zum Verändern des Drehmoments eines Ottomotors im Rahmen eines Schaltvorgangs eines mit dem Ottomotor mechanisch gekoppelten, in unterschiedliche Gänge schaltbaren Getriebes anzugeben.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veränderung des Drehmoments eines Ottomotors im Rahmen eines Schaltvorgangs eines mit dem Ottomotor mechanisch gekoppelten, in unterschiedliche Gänge schaltbaren Getriebes. Das Drehmoment des Ottomotors wird üblicherweise von einem Motorsteuergerät mit dem Ziel gesteuert oder geregelt, ein vorgegebenes Soll-Drehmoment zu erreichen oder zu halten. Das Soll-Drehmoment kann beispielsweise direkt vom Fahrer über Betätigung des Fahrpedals oder von einem Fahrerassistenzsystem vorgegeben werden.
Neben diesem Soll-Drehmoment können eine oder mehrere weitere Größen existieren, die einen Einfluss auf die Steuerung oder Regelung des Drehmoments des Ottomotors haben. Beispielsweise kann ein Getriebesteuergerät die Vorgabe des Soll-Drehmoments übersteuern, wenn aus Gründen des Bauteilschutzes eine bestimmte Drehmomentschwelle im aktuellen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs oder des Getriebes nicht überschritten werden darf. Außerdem kann im Rahmen eines Schaltvorgangs eine Erhöhung oder Verringerung des Drehmoments durch das Getriebesteuergerät angefordert werden, um für den Fahrer einen komfortablen Schaltvorgang sicherzustellen.
Gemäß dem Verfahren wird in einem ersten Schritt für die Durchführung eines Schaltvorgangs von einem ersten Gang in einen zweiten, im Vergleich zum dem ersten Gang höheren Gang, die Menge des in den Ottomotor eingebrachten Kraftstoffs verringert, so dass sich das Drehmoment des Ottomotors und das Absenken der Kurbelwellendrehzahl während des Schaltvorgangs begünstigt. Um insbesondere das Verhältnis von in den Ottomotor eingebrachter Luft zu in den Ottomotor eingebrachtem Kraftstoff während des Verringerungsvorgangs im Wesentlichen konstant zu halten, wird vorzugsweise parallel zur Verringerung der Menge des in den Ottomotor eingebrachten Kraftstoffs ebenfalls die Menge der in den Ottomotor eingebrachten Luft verringert. Um die maximal mögliche Kraftstoffeinsparung zu erreichen, bietet es sich an, die Verringerung der in den Ottomotor eingebrachten Menge an Kraftstoff und gegebenenfalls Luft möglichst schnell durchzuführen.
In einem zweiten Schritt des Verfahrens werden vor Abschluss des Schaltvorgangs die Menge des in den Ottomotor eingebrachten Kraftstoffs und vorzugsweise die Menge der in den Ottomotor eingebrachten Luft wieder erhöht, so dass sich das Drehmoment wieder erhöhen würde. Diese potentielle Erhöhung wird aber durch das im Wesentlichen gleichzeitige Zurücknehmen des Zündwinkels zumindest teilweise kompensiert, so dass die Kurbelwellendrehzahl sich weiterhin verringert. Die Zurücknahme des Zündwinkels bezeichnet dabei das Verändern des Zündwinkels dergestalt, dass sich der Wirkungsgrad des Verbrennungsprozesses verschlechtert. Auch während dieses Schritts bleibt das Verhältnis zwischen in den Ottomotor eingebrachtem Kraftstoff und in dem Ottomotor eingebrachter Luft vorzugsweise im Wesentlichen konstant. Mit Vorteil wird dieser Schritt so spät wie möglich durchgeführt, um die maximal mögliche Kraftstoffeinsparung zu erreichen. Allerdings kann der Schritt nicht beliebig verzögert werden, da die Erhöhung der Mengen an in den Ottomotor eingebrachter Luft und in den Ottomotor eingebrachten Kraftstoffs nicht beliebig schnell durchgeführt werden kann und beim Beenden des Schaltvorgangs, wenn die Zieldrehzahl der Kurbelwelle im Wesentlichen erreicht ist, der Ottomotor in der Lage sein sollte, das Soll-Drehmoment bereitzustellen. Dafür sollten ausreichende Mengen an in den Ottomotor eingebrachter Luft und in den Ottomotor eingebrachten Kraftstoffs vorliegen. Diese Erhöhung der Menge an in den Ottomotor eingebrachten Kraftstoffs bei im Wesentlichen gleichzeitiger Zurücknahme des Zündwinkels wird im Folgenden als Aufbau einer Füllungsreserve bezeichnet.
In einem dritten und letzten Schritt des Verfahrens wird nach dem Zurücknehmen des Zündwinkels diese Zurücknahme wieder rückgängig gemacht. Dies geschieht vorzugsweise zu einem derartigen Zeitpunkt, dass bei Erreichen einer für den Schaltvorgang vorgegebenen Zieldrehzahl der Kurbelwelle des neuen Ganges und gleichzeitiger Beendigung des Schaltvorgans das Drehmoment des Motors dem gewünschten Soll-Drehmoment entspricht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird das Drehmoment des Ottomotors durch eine geeignete Änderung des Zündwinkels schneller erhöht als durch das Erhöhen der in den Ottomotor eingebrachten Luft- und Kraftstoffmenge. Diese Eigenschaft kann genutzt werden, um im zweiten Schritt des vorgestellten Verfahrens die Menge an in den Ottomotor eingebrachter Luft und in den Ottomotor eingebrachten Kraftstoffs zu einem derartigen Zeitpunkt zu erhöhen, dass am Ende des Schaltvorgangs die notwendigen Menge an Kraftstoff und Luft erreicht wird, ohne bereits während dieser Erhöhung zwingend wesentliche Auswirkungen auf Motor-Drehmoment und Drehzahl der Kurbelwelle zu haben. Die Erhöhung von Motor-Drehmoment und Drehzahl der Kurbelwelle kann aufgrund dieser Eigenschaft schneller im dritten Schritt durch Veränderung des Zündwinkels durchgeführt werden, als es im zweiten Schritt durch Erhöhung der in den Ottomotor eingebrachten Mengen an Luft und Kraftstoff möglich wäre.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform findet das Erhöhen der in den Ottomotor eingebrachten Menge an Kraftstoff und Luft in Form einer Rampe statt. Die Wahl des Zeitpunkts der Erhöhung der in den Ottomotor eingebrachten Menge an Kraftstoff und Luft kann von einem oder mehreren Parametern abhängen. Insbesondere kann die Steigung der Rampe verwendet werden, um den im Wesentlichen spätestmöglichen Zeitpunkt für diese Erhöhung zu bestimmen. Dieser spätestmögliche Zeitpunkt erlaubt dem Verfahren die größtmögliche Einsparung an Kraftstoff. Dieser kann identifiziert werden, indem die für das am Ende des Schaltvorgangs eingestellte Soll-Drehmoment des Ottomotors notwendigen Mengen an in den Ottomotor eingebrachter Luft und in den Ottomotor eingebrachten Kraftstoffs berechnet werden. Von diesen Mengen kann über die Steigung der Rampe auf den Zeitpunkt geschlossen werden, an dem die Erhöhung spätestens beginnen sollte, um das Soll-Drehmoment des Ottomotors zu erreichen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird die Steigung der Rampe der Erhöhung der in den Ottomotor eingebrachten Kraftstoff- und Luftmenge in Abhängigkeit von einer oder mehreren Umgebungsbedingungen eingestellt. Insbesondere kann es sich bei diesen Umgebungsbedingungen um Größen handeln, die einen Einfluss auf den Verbrennungsprozess im Ottomotor haben, wie beispielsweise um die Höhenlage des Fahrzeugs, das den Ottomotor umfasst, oder um dessen Umgebungstemperatur.
Erfindungsgemäß werden das Erhöhen der in den Ottomotor eingebrachten Kraftstoff- und Luftmenge und das Rückgängigmachen der Zurücknahme des Zündwinkels dergestalt durchgeführt, dass das Erhöhen der in den Ottomotor eingebrachten Kraftstoff- und Luftmenge und das Rückgängigmachen der Zurücknahme des Zündwinkels zeitgleich abgeschlossen werden, insbesondere zeitgleich mit dem Beenden der Absenkung der Kurbelwellendrehzahl, die im Rahmen des Schaltvorgangs durchgeführt wird.
Wenn das Erhöhen der in den Ottomotor eingebrachten Kraftstoff- und Luftmenge früher als das Rückgängigmachen der Zurücknahme des Zündwinkels beendet werden würde, bliebe vorhandenes Potential für eine Kraftstoffeinsparung ungenutzt. Wenn das Rückgängigmachen der Zurücknahme des Zündwinkels früher beendet werden würde als das Erhöhen der in den Ottomotor eingebrachten Kraftstoff- und Luftmenge, würde eine Erhöhung des Drehmoments des Ottomotors verursacht werden, die zu einer Erhöhung der Kurbelwellendrehzahl führen würde oder einen erhöhten Kupplungsdruck erfordern würde, um die Zieldrehzahl zu erreichen.
Diese Erhöhung der Kurbelwellendrehzahl würde das Erreichen der Zieldrehzahl der Kurbelwelle für den Schaltvorgang möglicherweise unmöglich machen und somit unter Umständen den Schaltvorgang verhindern. Bei einem erhöhten Kupplungsdruck ergäbe sich ein unkomfortabler Schaltvorgang mit erhöhtem Bauteilverschleiß.
Wenn beide Vorgänge beendet werden, ist es weiterhin sinnvoll, dass das Beenden im Wesentlichen bei Erreichen der Zieldrehzahl der Kurbelwelle stattfindet.
Wenn die beiden Vorgänge vor dem Erreichen der Zieldrehzahl beendet werden, würde die Zieldrehzahl der Kurbelwelle möglicherweise gar nicht erreicht werden. Aufgrund des Beendens der beiden Vorgänge, die zu einer Verringerung des Drehmoments führen, erhöht sich die Kurbelwellendrehzahl wieder, anstatt weiter in Richtung der Zieldrehzahl zu sinken. Alternativ könnte das zu hohe Drehmoment durch Erhöhen des Kupplungsdrucks kompensiert werden.
Wenn die beiden Vorgänge nach dem Erreichen der Zieldrehzahl beendet werden, kann zwar die Zieldrehzahl erreicht und die Schaltung durchgeführt werden. Allerdings steht dann möglicherweise nicht ausreichend Drehmoment zur Verfügung, um das eingestellte Soll-Drehmoment zu erreichen, da die beiden Vorgänge nach Erreichen der Zieldrehzahl einen Drehmomentmangel verursachen.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Steuersystem zum Steuern des Drehmoments eines Ottomotors im Rahmen eines Schaltvorgangs eines mit dem Ottomotor mechanisch gekoppelten, in unterschiedliche Gänge schaltbaren Getriebes, wobei das Steuersystem eingerichtet ist, für die Durchführung eines Schaltvorgangs von einem ersten Gang in einen zweiten, im Vergleich zum ersten Gang höheren Gang, die Menge des in den Ottomotor eingebrachten Kraftstoffs zu verringern, so dass sich das Drehmoment des Ottomotors verringert. Um insbesondere das Verhältnis von in den Ottomotor eingebrachter Luft zu in den Ottomotor eingebrachtem Kraftstoff während des Verringerungsvorgangs im Wesentlichen konstant zu halten, ist das Steuersystem vorzugsweise eingerichtet, parallel zur Verringerung der Menge des in den Ottomotor eingebrachten Kraftstoffs ebenfalls die Menge der in den Ottomotor eingebrachten Luft zu verringern. Des Weiteren ist die Steuervorrichtung eingerichtet, vor Abschluss des Schaltvorgangs die Menge des in den Ottomotor eingebrachten Kraftstoffs und die Menge der in den Ottomotor eingebrachten Luft zu erhöhen, so dass sich das Drehmoment des Ottomotors erhöht, und den Zündwinkel zurückzunehmen zur zumindest teilweisen Kompensation der durch Erhöhen der Kraftstoff- und Luftmenge hervorgerufenen Erhöhung des Drehmoments. Außerdem ist die Steuervorrichtung eingerichtet, nach der Zurücknahme des Zündwinkels diese Zurücknahme zumindest teilweise rückgängig zu machen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Steuersystem ein Getriebesteuergerät und ein Motorsteuergerät, was den Vorteil mit sich bringt, dass das Getriebesteuergerät durch die üblicherweise direkt damit verbundenen Sensoren und Aktoren, die zur Steuerung oder Regelung des Getriebes notwendig sind, schnellstmöglich auf Zustandsänderungen des Getriebes reagieren kann. Wenn die dafür notwendigen Sensorsignale und Aktor-Steuersignale erst über einen Datenbus versendet werden müssen, so ist üblicherweise mit Latenzzeiten von bis zu mehreren 100ms zu rechnen. Eine maximale Kraftstoffeinsparung kann aber nur erreicht werden, wenn Latenzzeiten bei der Steuerung möglichst gering gehalten werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Steuersystems ist das Getriebesteuergerät eingerichtet, dem Motorsteuergerät ein erstes zu stellendes Drehmomentsignal vorzugeben. Abweichungen des Wertes dieses ersten Drehmomentsignals vom Wert eines vom Fahrer vorgegebenen Drehmoments soll das Motorsteuergerät vorzugsweise durch eine Änderung der in den Ottomotor eingebrachten Kraftstoff- und Luftmenge einstellen.
Außerdem ist das Getriebesteuergerät eingerichtet, dem Motorsteuergerät ein zweites zu stellendes Drehmomentsignal vorzugeben. Abweichungen des Wertes dieses zweiten Drehmomentsignals vom Wert eines vom Fahrer vorgegebenen Drehmoments soll das Motorsteuergerät vorzugsweise durch eine Änderung des Zündwinkels einstellen.
Außerdem ist das Getriebesteuergerät eingerichtet, dem Motorsteuergerät ein Steuersignal vorzugeben, das die Wirksamkeit des ersten und zweiten zu stellenden Drehmomentsignals in Hinblick auf die tatsächliche Einstellung des Drehmoments vorgibt. Dieses Signal kann beispielsweise angeben, ob der Wert des ersten und/oder zweiten Drehmomentsignals tatsächlich vom Motorsteuergerät einstellt werden soll und somit den Wert eines vom Fahrer vorgegeben Drehmoments im Wesentlichen ignorieren soll.
In einer alternativen Ausführungsform des Steuersystems ist das Getriebesteuergerät eingerichtet, dem Motorsteuergerät einen zu stellenden Zündwinkel vorzugeben und dem Motorsteuergerät Mengen an in den Ottomotor einzubringenden Kraftstoffs und Luft vorzugeben.
Die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für das erfindungsgemäße Steuersystem nach dem zweiten Aspekt der Erfindung. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Steuersystems entsprechen den vorstehend beschriebenen oder in den Patentansprüchen beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kraftfahrzeugs,
2 ein Ablaufdiagramm für ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verändern des Drehmoments eines Ottomotors in einem Kraftfahrzeug,
3 ein Signalverlaufsdiagramm für ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verändern des Drehmoments eines Ottomotors in einem Kraftfahrzeug.

In 1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kraftfahrzeugs mit beispielhaften Komponenten, die zur Ausführung des Verfahrens beitragen, abgebildet. Ein Ottomotor A ist mit einem Getriebe B mechanisch gekoppelt. Das Getriebe überträgt das Drehmoment über eine Achse C auf die Räder D. Zur Steuerung des Ottomotors A ist ein Motorsteuergerät E vorgesehen und zur Steuerung des Getriebes B ist ein Getriebesteuergerät F vorgesehen. Das Motorsteuergerät E und das Getriebesteuergerät F sind über einen Kommunikationsbus verbunden und können darüber Informationen und Steuerbefehle austauschen, wie ein Ist-Drehmoment Mist des Ottomotors A, ein vom Fahrer vorgegebenes Soll-Drehmoment M_soll,1 , ein über Einstellung der Kraftstoffmenge durch das Motorsteuergerät E einzustellendes Soll-Drehmoment M_soll,2 für den Ottomotor A, ein über Einstellung des Zündwinkels durch das Motorsteuergerät E einzustellendes Soll-Drehmoment M_soll,3 für den Ottomotor A und ein Steuersignal SS zur Angabe der Wirksamkeit der beiden Soll-Drehmomentsignale in Hinblick auf die tatsächliche Einstellung des Drehmoments des Ottomotors A.
In 2 ist ein Ablaufdiagramm für ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens abgebildet. Einige Schritte des Verfahrens können beispielsweise auf dem Motorsteuergerät E ausgeführt werden, wohingegen andere Schritte beispielsweise auf dem Getriebesteuergerät F ausgeführt werden können. Der Ablauf des Verfahrens nach 2 wird nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeitverläufen in 3 erläutert.
Beispielsweise kann im Rahmen eines Schaltvorgangs von einem ersten Gang in einen höheren Gang das Getriebesteuergerät F in Schritt 100 dem Motorsteuergerät E mittels des Steuersignals SS kommandieren, die in den Ottomotor A eingebrachten Mengen an Kraftstoff und Luft zu verringern, um dadurch eine Verringerung des Ist-Drehmoments Mist in 3 des Ottomotors A gemäß dem vorgegebenen Soll-Drehmoment M_soll,2 in 3 gegenüber dem vom Fahrer vorgegebenen Soll-Drehmoment M_soll,1 in 3 auszulösen. Diese Verringerung des Drehmoments führt zu einer in 3 sichtbaren Verringerung der Drehzahl der Kurbelwelle N_kw, die für eine Schaltung des Getriebes B wichtig ist.
In Schritt 110 überwacht das Getriebesteuergerät F kontinuierliche diese Verringerung der Kurbelwellendrehzahl N_kw, die sich dabei einer Zieldrehzahl annähert. Diese Zieldrehzahl wird durch den Zielgang, in den das Getriebe B schaltet, vorgegeben.
Solange in Schritt 120 durch das Getriebesteuergerät F entschieden wird, dass noch kein Aufbau einer Füllungsreserve notwendig ist, wird die Kurbelwellendrehzahl N_kw weiterhin überwacht. Sobald aber in Schritt 120 festgestellt wird, dass die Kurbelwellendrehzahl N_kw einen Schwellwert unterschreitet, der unter anderem auf Basis der Zieldrehzahl und der Steigung der Rampe einer möglichen Erhöhung von Kraftstoff- und Luftmenge, die in den Ottomotor A eingebracht werden können, festgelegt wird, beispielsweise 100 U/min über der Zieldrehzahl, befielt das Getriebesteuergerät F zum Zeitpunkt T₂ in 3 dem Motorsteuergerät E mittels des Steuersignals SS den Aufbau einer Füllungsreserve (siehe Schritt 125). Dieser Schwellwert ist vorteilhafterweise so gewählt, dass unter Berücksichtigung der Dauer des Aufbaus der Füllungsreserve dieser Aufbau der Füllungsreserve abgeschlossen ist, bevor die Zieldrehzahl erreicht wird. Somit kann sichergestellt werden, dass bei Erreichen der Zieldrehzahl der Ottomotor A in der Lage ist, ein Drehmoment zu erzeugen, das im Wesentlichen dem dann geforderten Soll-Drehmoment entspricht. Die Steigung der Rampe wiederum kann in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen eingestellt werden. Beispielsweise hat die Höhenlage des Fahrzeugs aufgrund des daraus resultierenden Sauerstoffgehalts der Luft einen Einfluss auf den Verbrennungsprozess im Ottomotor A.
Zum Aufbau einer Füllungsreserve in Schritt 125 werden in Teilschritt 130 ab dem Zeitpunkt T₂, zur Erhaltung des Verhältnisses zwischen in den Ottomotor A eingebrachter Luft und in den Ottomotor A eingebrachten Kraftstoffs zeitgleich, die in den Ottomotor A eingebrachten Mengen an Luft und Kraftstoff gemäß dem Signal M_soll,2 erhöht. Im Wesentlichen zeitgleich dazu nimmt das Motorsteuergerät E in Schritt 140 den Zündwinkel gemäß dem Soll-Drehmoment M_soll,3 zurück, um die durch Schritt 130 hervorgerufene Erhöhung des Drehmoments Mist der Kurbelwelle zumindest teilweise zu kompensieren.
Dieser Zustand wird solange beibehalten, bis in Schritt 150, bzw. zum Zeitpunkt T₃ in 3, durch das Getriebesteuergerät F entschieden wird, dass die Drehzahl N_kw der Kurbelwelle im Wesentlichen der Zieldrehzahl entspricht, die durch den Zielgang des Schaltvorgangs vorgegeben wird. Die Prüfung kann stattfinden, indem die Drehzahl der Kurbelwelle mit einem weiteren Schwellwert verglichen wird, der von der Zieldrehzahl des Zielgangs abhängt. Beispielsweise kann der Schwellwert 10 U/m in über der Zieldrehzahl liegen. Vorteilhafterweise liegt der Schwellwert knapp über der Zieldrehzahl, da somit einerseits für die Durchführung des letzten Schritts des Verfahrens noch Zeit vor Abschluss des Schaltvorgangs verbleibt, andererseits der letzte Schritt des Verfahrens noch rechtzeitig vor Abschluss des Schaltvorgangs abgeschlossen werden kann.
Wenn in Schritt 150 durch das Getriebesteuergerät F entschieden wird, dass die Drehzahl N_kw der Kurbelwelle im Wesentlichen der Zieldrehzahl entspricht, so befielt dieses in Schritt 160 mittels des Steuersignals SS und des Soll-Drehmoments M_soll,3 dem Motorsteuergerät E das Beenden der Zurücknahme des Zündwinkels, wodurch durch die bereits aufgebaute Füllungsreserve das Drehmoment Mist der Kurbelwelle schnell ansteigt und sich dem Soll-Drehmoment M_soll,1 annähert. Sehr vorteilhaft ist, wenn die Schwellwerte für die Entscheidungen in Schritt 120 und Schritt 150 dergestalt gewählt werden, dass die Zeitspanne zwischen dem Abschließen des Erhöhens der Kraftstoff- und Luftmenge in Schritt 130 und dem Rückgängigmachen der Zurücknahme des Zündwinkels in Schritt 160 möglichst kurz ist.

Claims

Verfahren zur Veränderung des Drehmoments (Mist) eines Ottomotors (A) im Rahmen eines Schaltvorgangs eines mit dem Ottomotor (A) mechanisch gekoppelten, in unterschiedliche Gänge schaltbaren Getriebes (B), mit den Schritten: - für die Durchführung eines Schaltvorgangs von einem ersten Gang in einen zweiten, im Vergleich zu dem ersten Gang höheren Gang, Verringern (100) der Menge des in den Ottomotor (A) eingebrachten Kraftstoffs, so dass sich das Drehmoment (Mist) des Ottomotors (A) und damit auch die Kurbelwellendrehzahl (N_kw) verringert; - vor Abschluss des Schaltvorgangs, - Erhöhen (130) der Menge des in den Ottomotor (A) eingebrachten Kraftstoffs, so dass sich das Drehmoment (Mist) des Ottomotors erhöht (A); - Zurücknehmen (140) des Zündwinkels zur zumindest teilweisen Kompensation der mit dem Erhöhen (130) der Kraftstoffmenge zusammenhängenden Erhöhung des Drehmoments (Mist); und - nach dem Zurücknehmen (140) des Zündwinkels, zumindest teilweises Rückgängigmachen (160) der Zurücknahme des Zündwinkels, wobei das Erhöhen (130) der in den Ottomotor (A) eingebrachten Kraftstoffmenge und das Rückgängigmachen (160) der Zurücknahme des Zündwinkels dergestalt durchgeführt werden, dass das Rückgängigmachen (160) der Zurücknahme des Zündwinkels und das Erhöhen (130) der in den Ottomotor (A) eingebrachten Kraftstoffmenge zeitgleich abgeschlossen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Drehmoment (Mist) des Ottomotors (A) schneller durch eine Änderung des Zündwinkels erhöht wird als durch das Erhöhen der in den Ottomotor (A) eingebrachten Kraftstoffmenge.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Erhöhen (130) der in den Ottomotor (A) eingebrachten Kraftstoffmenge beginnt, wenn die Kurbelwellendrehzahl (N_kw) einen Schwellwert erreicht oder unterschreitet, der von einer von dem zweiten, höheren Gang abhängigen Zieldrehzahl abhängt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Erhöhen (130) der in den Ottomotor (A) eingebrachten Kraftstoffmenge in Form einer Rampe erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Erhöhen (130) der in den Ottomotor (A) eingebrachten Kraftstoffmenge zu einem derartigen Zeitpunkt beginnt, dass unter Berücksichtigung der Steigung der Rampe die Menge des in den Ottomotor (A) eingebrachten Kraftstoffs beim Beenden der Absenkung der Kurbelwellendrehzahl (N_kw), die im Rahmen des Schaltvorgangs durchgeführt wird, einer derartigen Kraftstoffmenge entspricht, dass ein zum Zeitpunkt des Beendens der Absenkung der Kurbelwellendrehzahl (N_kw) vorliegendes Ist-Drehmoment (Mist) des Ottomotors (A) dem vorgegebenen Soll-Drehmoment (M_soll,1) des Ottomotors (A) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Steigung der Rampe der Erhöhung (130) der in den Ottomotor (A) eingebrachten Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von einer oder mehreren Umgebungsbedingungen eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Erhöhen (130) der in den Ottomotor (A) eingebrachten Kraftstoffmenge zeitgleich mit dem Zurücknehmen (140) des Zündwinkels beginnt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei nach dem Rückgängigmachen (160) der Zurücknahme des Zündwinkels das Ist-Drehmoment (Mist) des Ottomotors (A) dem Soll-Drehmoment (M_soll,1) des Ottomotors (A) entspricht.
Steuersystem zum Steuern des Drehmoments (Mist) eines Ottomotors (A) im Rahmen eines Schaltvorgangs eines mit dem Ottomotor (A) mechanisch gekoppelten, in unterschiedliche Gänge schaltbaren Getriebes (B), wobei das Steuersystem eingerichtet ist, - für die Durchführung eines Schaltvorgangs von einem ersten Gang in einen zweiten, im Vergleich zu dem ersten Gang höheren Gang, die Menge des in den Ottomotor (A) eingebrachten Kraftstoffs zu verringern (100), so dass sich das Drehmoment (Mist) des Ottomotors (A) und damit die Kurbelwellendrehzahl (N_kw) verringert, - vor Abschluss des Schaltvorgangs, - die Menge des in den Ottomotor (A) eingebrachten Kraftstoffs zu erhöhen (130), so dass sich das Drehmoment (Mist) des Ottomotors (A) erhöht, und - den Zündwinkel zurückzunehmen (140) zur zumindest teilweisen Kompensation der mit dem Erhöhen der Kraftstoffmenge zusammenhängenden Erhöhung des Drehmoments (Mist) und - nach dem Zurücknehmen (140) des Zündwinkels, zumindest teilweise die Zurücknahme des Zündwinkels rückgängig zu machen (160), wobei das Erhöhen (130) der in den Ottomotor (A) eingebrachten Kraftstoffmenge und das Rückgängigmachen (160) der Zurücknahme des Zündwinkels dergestalt durchgeführt werden, dass das Rückgängigmachen (160) der Zurücknahme des Zündwinkels und das Erhöhen (130) der in den Ottomotor (A) eingebrachten Kraftstoffmenge zeitgleich abgeschlossen werden.
Steuersystem nach Anspruch 9, wobei das Steuersystem ein Getriebesteuergerät (F) und ein Motorsteuergerät (E) umfasst.
Steuersystem nach Anspruch 10, wobei das Getriebesteuergerät (F) eingerichtet ist, - an das Motorsteuergerät (E) ein erstes Drehmomentsignal (M_soll,2) zu senden, welches ein über die Kraftstoffmenge zu stellendes Drehmoment vorgibt, - an das Motorsteuergerät (E) ein zweites Drehmomentsignal (M_soll,3) zu senden, welches ein über den Zündwinkel zu stellendes Drehmoment vorgibt, und - an das Motorsteuergerät (E) ein Steuersignal (SS) zu senden, das die Wirksamkeit des ersten Drehmomentsignals (M_soll,2) und des zweiten Drehmomentsignals (M_soll,3) in Hinblick auf die tatsächliche Einstellung des Drehmoments vorgibt.
Getriebesteuergerät für ein Steuersystem nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei das Getriebesteuergerät eingerichtet ist, - ein erstes Drehmomentsignal (M_soll,2) zu senden, welches ein über die Kraftstoffmenge zu stellendes Drehmoment vorgibt, - ein zweites Drehmomentsignal (M_soll,3) zu senden, welches ein über den Zündwinkel zu stellendes Drehmoment vorgibt, und - ein Steuersignal (SS) zu senden, das die Wirksamkeit des ersten Drehmomentsignals (M_soll,2) und des zweiten Drehmomentsignals (M_soll,3) in Hinblick auf die tatsächliche Einstellung des Drehmoments vorgibt.
Motorsteuergerät für ein Steuersystem nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei das Motorsteuergerät eingerichtet ist, - ein erstes Drehmomentsignal (M_soll,2) entgegenzunehmen, welches ein über die Kraftstoffmenge zu stellendes Drehmoment vorgibt, - ein zweites Drehmomentsignal (M_soll,3) entgegenzunehmen, welches ein über den Zündwinkel zu stellendes Drehmoment vorgibt, - ein Steuersignal (SS) entgegenzunehmen, und - basierend auf den entgegengenommenen Signalen den Zündwinkel und die in den Ottomotor eingebrachte Menge an Kraftstoff einzustellen.