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Die Erfindung betrifft ein System zur Reduzierung des Motormoments bei einem Gangwechsel in einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor.
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Bei Kraftfahrzeugen mit elektronisch gesteuerter Brennkraftmaschine (Verbrennungsmotor) und elektronisch gesteuertem Automatikgetriebe ist es bekannt, bei Hoch- und/oder Rückschaltungen das Drehmoment der Brennkraftmaschine, im folgenden Motormoment genannt, zu reduzieren, um Schaltrucke zu vermindern. Die Reduzierung des Motormoments wird beispielsweise durch einen sogenannten „Motoreingriff“, d. h. durch einen Befehl des Getriebesteuergerätes an das Motorsteuergerät zur Motormomentreduzierung, durchgeführt. Das Motorsteuergerät reagiert auf diesen Befehl vom Getriebesteuergerät beispielsweise mit einer Zündwinkelspätverstellung oder mit einer Verkürzung der Einspritzzeit.
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Bei lange bekannten Systemen wird beispielsweise in Abhängigkeit vom Betrag und vom Änderungsgradienten der Motordrehzahl der Beginn und das Ende des Motoreingriffs bestimmt. In Abhängigkeit von der Motordrehzahl und dem Drosselklappenöffnungswinkel wird aus einem Speicher der Betrag zur Reduzierung des Motormoments, d. h. die Intensität des Motoreingriffs, ermittelt. Eine derartige Ermittlung des Betrags der Motormomentreduzierung setzt ein starres Schema durch abgespeicherte Kennfelder voraus, die einerseits viel Speicherplatz benötigen und die andererseits sehr ungenau sind, da Zwischenwerte iterativ ermittelt werden.
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Aus der
DE 42 09 091 C2 ist es beispielsweise bekannt, die Ermittlung des Betrags zur Motormomentreduzierung mittels Kennfeldern durch einen Algorithmus zur jeweils aktuellen Berechnung dieses Betrags zu ersetzen. Der Betrag, um den das Motormoment reduziert wird, entspricht demnach einem jeweils aktuell berechneten Drehenergiemoment, das durch verzögernde oder zu beschleunigende Massen rotierender Motor- und Getriebeteile entsteht. Beispielsweise werden bei einer Hochschaltung durch die Drehzahlreduzierung dieser Motor- und Getriebeteile deren Massen gebremst. Das dabei entstehende Drehenergiemoment würde ohne erfindungsgemäße Motormomentreduzierung zu einer für den Fahrer als Schaltruck spürbaren Erhöhung des Getriebeausgangsmoments führen. Da dieses Drehenergiemoment gemäß dieser Druckschrift berechnet wird, werden speicherintensive Kennfelder und damit ungenaue iterative Zwischenwerte umgangen. Da die Motordrehzahl üblicherweise von elektronischen Getriebesteuergeräten ohnehin ermittelt wird und daraus auf einfache Weise durch Multiplikation mit einer Konstanten die Motordrehwinkelgeschwindigkeit und mit der ersten Ableitung die Motordrehwinkelbeschleunigung berechnet werden kann, wird das Drehenergiemoment mit der allgemein gültigen physikalischen Formel M = Jx(dω/dt) ermittelt. M entspricht dabei dem Drehenergiemoment, J dem Trägheitsmoment der rotierenden Massen von Motor- und Getriebeteilen und dω/dt dem Gradienten der Motordrehwinkelgeschwindigkeit.
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Die Reduzierung des Motormoments selbst wird bisher insbesondere durch Zündwinkelspätverstellung, durch Verkürzung der Einspritzzeit und/oder durch Beeinflussung der in einen Zylinder ein- oder ausgelassenen Luftmasse vorgenommen.
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Im Zusammenhang mit einer Beeinflussung der in einen Zylinder ein- oder ausgelassenen Luftmasse wird beispielsweise auf die
DE 10 2015 219 876 A1 hingewiesen. Diese Druckschrift betrifft eine Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors mittels einer verdrehbaren Nockenwelle.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, während eines Gangwechsels bei erhöhtem Komfort die Schadstoffemissionen zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind die Gegenständer der abhängigen Patentansprüche.
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Die Erfindung betrifft ein System zur Reduzierung des Motormoments bei einem Gangwechsel in einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, mit einem Getriebe und mit einer elektronischen Motorsteuereinheit, wobei der Verbrennungsmotor eine Vorrichtung zur elektronischen Steuerung der Einlassventile und der Auslassventile aufweist und wobei zumindest die Vorrichtung zur Steuerung der Auslassventile als ein durch die Motorsteuereinheit ansteuerbares Schaltelement zum vollständigen Öffnen oder zum vollständigen Schließen der Auslassventile ausgestaltet ist. Die Motorsteuereinheit ist derart ausgestaltet, dass sie die Auslassventile definierter Zylinder zur Reduzierung des Motormoments schließt, wenn sie einen definierten Soll-Betrag zur Reduzierung des Motormoments für einen Gangwechsel empfängt. Die Anzahl der definierten Zylinder richtet sich nach der Höhe des Soll-Betrags.
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Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde:
- Bei Gangwechselvorgängen wird also das Motordrehmoment speziell bei Kraftfahrzeugen mit Automatikgetriebe zur Schonung des Getriebes und zur Vermeidung von Drehmomentspitzen reduziert.
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Zur Drehmomentbegrenzung werden bisher insbesondere die Zündungs- und/oder Einspritzausblendung sowie die späte Zündung eingesetzt. Die späte Zündung (Zündwinkelspätverstellung) wird häufig zum Bauteilschutz mit einer Gemisch-Anreicherung kombiniert.
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Bei der bekannten Einspritzausblendung wird der Katalysator mit Ansaugluft beaufschlagt und speichert Sauerstoff. Beim Wiedereinsetzen der Zylinder wird damit die NOx-Konversion verhindert, bis der eingespeicherte Sauerstoff durch Oxidation abgebaut wurde. Das Ergebnis ist eine NOx-Spitze, die bei mehrfachen Schaltvorgängen dazu führt, dass der NOx-Grenzwert überschritten werden kann.
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Bei der späten Zündung wird schnell das Abgastemperaturlimit zur Einhaltung der zulässigen Bauteiltemperaturen erreicht und zusätzlich das Gemisch angereichert. Dieses führt zu CO- und HC-Spitzen und gefährdet die Einhaltung der entsprechenden Grenzwerte.
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Erfindungsgemäß werden zumindest mit einer Auslassventilabschaltung, insbesondere mittels eines Auslass-Schaltschlepphebels, instationär von einem Verbrennungszyklus zum nächsten Verbrennungszyklus die Auslassventile stillgelegt, womit das Motor-Drehmoment begrenzt wird, ohne dass Frischluft in den Katalysator gelangt oder die Abgastemperatur steigt. Mit einem Schaltschlepphebel können je nach Ausgestaltung des Verbrennungsmotors einzelne Zylindergruppen oder auch einzelne Zylinder relativ schnell abgeschaltet und wieder zugeschaltet werden.
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Die Ventilsteuerung dient grundsätzlich beispielsweise der Auslassventilabschaltung als Teil der Steuerung zur Zylinderabschaltung bei Verbrennungsmotoren zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs. Mittels Deaktivierung der Einlass- und Auslassventile in Kombination mit einer Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr werden bestimmte Zylinder abgeschaltet und somit bisher der Betriebspunkt des Motors auf Grund der Mitteldruckerhöhung in einen Bereich besseren Wirkungsgrades verschoben. Diese bekannte Auslassventilabschaltung wird jedoch über mehrere Verbrennungszyklen durchgeführt.
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Die Erfindung umfasst eine schnelle Auslassventilabschaltung zur Drehmomentbegrenzung zur Schonung des Automatikgetriebes beim Schalten, gleichzeitig auch als Eingriff zur Anti-Schlupf-Regelung und ferner auch zur Abschaltung aller Zylinder für eine maximale Motorbremsleistung.
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Die Zylinderabschaltung zur Drehmomentbegrenzung verschlechtert die Laufruhe und soll deshalb nur angewandt werden, wenn die Motorlast und die Drehzahl zu hoch ist, um durch eine späte Zündung ausreichend Drehmoment abzubauen. Dazu kann ein ohnehin in einer Motorsteuereinheit üblicherweise vorhandenes Abgastemperaturmodell die zu erwartende Abgastemperatur prognostizieren und nur falls die zulässigen Grenzwerte verletzt werden, eine Zylinderabschaltung durch Schließen von Auslassventile einschließlich Deaktivieren der Einspritzung sowie der Zündung veranlassen.
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Zur besseren Dosierung der Drehmomentabsenkung ist es vorteilhaft, einzelne Zylinder abzuschalten. Wenn die Auslassventilabschaltung nur an eine Zylindergruppe gekoppelt ist, verursacht dies große Drehmomentsprünge, die beispielsweise durch eine Lasterhöhung (insbesondere durch Ladedruckerhöhung) bei den verbleibenden Zylindern gemindert werden kann, z.B. durch Schließen des sogenannten „Wastegates“ im Abgasturbolader und/oder durch Öffnen der Drosselklappe. Ferner kann im Bedarfsfall das Verlustmoment der abgeschalteten Zylinder durch Schließen auch der Einlassventile reduziert werden. Damit werden die Ladungswechselverluste der abgeschalteten Zylinder minimiert (Schleppmomentreduzierung). Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine deaktivierte Zylindergruppe nach dem Abschaltzyklus eines Zylinders wieder zugeschaltet.
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Nach der Abschaltung der Auslassventile wird die Kraftstoff-Einspritzung der deaktivierten Zylinder gleichfalls deaktiviert, um größere Kraftstoffmassen im Zylinder zu vermeiden, die zu einer starken Gemisch-Anreicherung beim Wiedereinsetzen führen. Um beim Wiedereinsetzen große Drehmomentsprünge zu vermeiden, kann die Last der wieder einsetzenden Zylinder vermindert werden, z.B. durch kleine Einlassventilhübe. Falls das nicht möglich ist, werden späte Zündwinkel eingestellt, ohne die Abgastemperatur-Grenzwerte zu verletzen. Die Einspritzmasse der wieder einsetzenden Zylinder wird aufgrund der höheren Ansauglufttemperatur im Zylinder und des veränderten Restgasanteils mit entsprechenden Korrekturfaktoren angepasst, um ein stöchiometrisches Gemisch einzustellen.
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Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
- 1 schematisch die wichtigsten Komponenten des erfindungsgemäßen Systems einschließlich einem Ablaufdiagramm zur Durchführung eines Betriebsverfahrens mittels einer elektronischen Steuereinheit als Teil des erfindungsgemäßen Systems und
- 2 verschiedene Zylinderabschalt-Ausmaße mittels der erfindungsgemäßen Auslassventil-Abschaltung.
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In 1 ist ein Verbrennungsmotor 1, ein Getriebe 3 (z. B. Automatikgetriebe) und eine zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und dem Getriebe 3 angeordneten Kupplung 2 (z. B. Drehmomentwandler) dargestellt. Der Verbrennungsmotor 1 wird durch eine elektronische Steuereinheit 4 (z. B. Motorsteuergerät) gesteuert. Das Getriebe 3 wird durch eine elektronische Steuereinheit 5 (z. B. Automatikgetriebesteuergerät) gesteuert.
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Der Verbrennungsmotor 1 weist eine Vorrichtung 6 (Ventilsteuereinrichtung) zur elektronischen Steuerung der Einlassventile und der Auslassventile AV auf, wobei zumindest die Vorrichtung zur Steuerung der Auslassventile AV als ein durch die Motorsteuereinheit 4 ansteuerbares Schaltelement zum (vollständigen) Öffnen oder (vollständigen) Schließen der Auslassventile AV ausgestaltet ist. Die Vorrichtung 6 kann zur Steuerung der Einlassventile entweder eine kontinuierlich variable Ventilsteuereinrichtung oder ebenfalls ein Schaltelement nur zum (vollständigen) Öffnen und (vollständigen) Schließen der Einlassventile sein. Für die Erfindung ist die Verwendung eines Schaltelements zumindest für die Auslassventile gegenüber einer Verwendung einer kontinuierlich variablen Ventilsteuereinrichtung von Vorteil, da damit ein schnelleres Schließen und Öffnen möglich ist; denn erfindungsgemäß kann ein Ventilschließen nur für einen Verbrennungszyklus nötig sein. Ein derartiges Schaltelement kann beispielsweise ein Schaltschlepphebel oder eine Schaltnocke sein.
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Die Motorsteuereinheit 4 ist insbesondere durch ein entsprechend programmiertes Funktionsmodul (Computerprogrammprodukt für ein Steuergerät) derart ausgestaltet, dass sie die Auslassventile AV definierter Zylinder Zi zur Reduzierung des Motormoments schließt und damit zusammenhängend die Zylinder Zi abschaltet, wenn sie einen definierten Soll-Betrag -dM zur Reduzierung des Motormoments für einen Gangwechsel empfängt.
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Vorzugsweise werden die Auslassventile AV definierter Zylinder Zi zur Reduzierung des Motormoments nur dann abgeschaltet, wenn eine prognostizierte Abgastemperatur T eine vorgegebene Schwelle S überschreiten würde, wenn zur Reduzierung des Motormoments eine Zündwinkelspätverstellung ZS anstelle einer Auslassventil-Abschaltung (AV-Abschaltung) durchgeführt werden würde.
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Konstruktionsbedingt kann jeder Zylinder - beispielsweise eines 6-Zylinders mit i=6 (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6) - ein eigenes Schaltelement zum Öffnen und Schließen der Auslassventile AV aufweisen. Alternativ kann konstruktionsbedingt eine Zylindergruppe (beispielsweise eine erste Zylindergruppe Z1, Z2, Z3 und eine zweite Zylindergruppe Z4, Z5, Z6) ein gemeinsames Schaltelement zum Öffnen und Schließen der Auslassventile AV aufweisen. Erfindungsgemäß sind vorzugsweise mindestens zwei Zylindergruppen mit jeweils einem gemeinsamen Schaltelement erforderlich. Ein einziges Schaltelement für alle Zylinder eines Verbrennungsmotors reduziert bei einer Abschaltung während eines Gangwechsels voraussichtlich zu viel Drehmoment, das durch nicht abgeschaltete Zylinder nicht kompensiert werden könnte.
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Denn in einer vorteilhaften Weiterbildung wird der Ladedruck durch das Schließen eines sogenannten „Wastegates“ (=Bypass in der Abgasturbine) oder durch das Öffnen einer Drosselklappe erhöht, wenn konstruktionsbedingt die Auslassventile einer höheren Anzahl von Zylindern (z. B. drei bei einem einer Zylindergruppe von drei Zylindern zugeordneten Schaltelement) abgeschaltet sind als zur Reduzierung um den Soll-Betrag -dM nötig wäre. Der Ladedruck wird derart erhöht, dass durch die nicht abgeschalteten Zylinder mit offenen Auslassventilen AV eine kompensierende Momenten-Erhöhung erreicht wird. Mit anderen Worten ergibt sich die Reduzierung um den Soll-Betrag -dM als Differenz zwischen dem Motorschleppmoment der abgeschalteten Zylinder und dem positiven Motormoment der nicht abgeschalteten Zylinder mit entsprechend eingestelltem Ladedruck zur Momentenregelung.
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Grundsätzlich empfängt die elektronische Steuereinheit 4 von der Getriebesteuereinheit 5 den Betrag |dM| des zu reduzierenden Motormoments. Wenn diese Anforderung „-dM“ empfangen wird, ermittelt das Funktionsmodul in der Steuereinheit 4 das Ausmaß einer hierfür erforderlichen Zündwinkelspätverstellung ZS und die daraus folgende prognostizierte Abgastemperatur T. Wenn diese am Ende des Gangwechsels größer als eine vorgegebene Schwelle S wäre, wird anstelle einer Zündwinkelspätverstellung ZS eine Auslassventil-Abschaltung (AV-Abschaltung) aktiviert.
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In 2 sind mehrere Varianten einer AV-Abschaltung dargestellt:
- Auf der y-Achse ist das Steuersignal der AV-Abschaltung angedeutet. Dabei entspricht ein High-Signal einer aktivierten AV-Abschaltung, bei der zumindest die Auslassventile AV eines Zylinders geschlossen und auch die Einspritzung sowie die Zündung abgeschaltet sind. Ein Low-Signal entspricht einer deaktivierten AV-Abschaltung.
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Die Diagramme zeigen von oben bis unten
- 1. keine AV-Abschaltung,
- 2. eine AV-Abschaltung einer Zylindergruppe Z1, Z2 und Z3,
- 3. eine AV-Abschaltung für alle Zylinder (erfindungsgemäß eher nicht vorteilhaft) und
- 4. eine zylinderindividuelle AV-Abschaltung - hier ein Schließen der Auslassventile AV des Zylinders Z1 - wobei dazu konstruktionsbedingt ein Schaltelement pro Zylinder vorgesehen sein muss.
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Wenn konstruktionsbedingt ein Schaltelement pro Zylinder vorgesehen ist, ist eine Reduzierung des Drehmoments besonders gut steuerbar.
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Durch das Aktivieren und Deaktivieren der Schaltschlepphebel können auch mit einer Gruppenabschaltung einzelne Zylinder abgeschaltet werden. Um z B in 2 im untersten Beispiel nur den Zylinder Z1 abzuschalten, wird bei einer Gruppenabschaltung nur einmal pro Zyklus der Schaltschlepphebel deaktiviert und rechtzeitig vor dem Öffnen der Auslassventile des nächsten Zylinders wieder aktiviert.
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Die Erfindung kann auch ein Schaltelement für die Einlassventile jedes Zylinders und ein Schaltelement für die Auslassventile AV jedes Zylinders umfassen. Damit kann bei einem Schließen der Auslassventile AV auch ein Schließen der Einlassventile veranlasst werden, um das Schleppmoment möglichst zu reduzieren, wenn nur geringe Soll-Beträge -dM für die Momentenreduzierung vorgegeben werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4209091 C2 [0004]
- DE 102015219876 A1 [0006]
