DE112012000982T5 - Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuges, das mit einem pneumatischen Kraftverstärkungssystem ausgestattet ist - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuges, das mit einem pneumatischen Kraftverstärkungssystem ausgestattet ist Download PDF

Info

Publication number
DE112012000982T5
DE112012000982T5 DE112012000982T DE112012000982T DE112012000982T5 DE 112012000982 T5 DE112012000982 T5 DE 112012000982T5 DE 112012000982 T DE112012000982 T DE 112012000982T DE 112012000982 T DE112012000982 T DE 112012000982T DE 112012000982 T5 DE112012000982 T5 DE 112012000982T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
vehicle
compressed air
engine
pneumatic
injection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE112012000982T
Other languages
English (en)
Inventor
Richard Beyer
William J. SCHAFFELD
Nicholas Asmis
Mark W. McCollough
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bendix Commercial Vehicle Systems LLC
Original Assignee
Bendix Commercial Vehicle Systems LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bendix Commercial Vehicle Systems LLC filed Critical Bendix Commercial Vehicle Systems LLC
Publication of DE112012000982T5 publication Critical patent/DE112012000982T5/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/44—Passages conducting the charge from the pump to the engine inlet, e.g. reservoirs
    • F02B33/446—Passages conducting the charge from the pump to the engine inlet, e.g. reservoirs having valves for admission of atmospheric air to engine, e.g. at starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B21/00—Engines characterised by air-storage chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/32—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type
    • F02B33/34—Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/44—Passages conducting the charge from the pump to the engine inlet, e.g. reservoirs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D23/00—Controlling engines characterised by their being supercharged
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0215—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with elements of the transmission
    • F02D41/023—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with elements of the transmission in relation with the gear ratio shifting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/10—Introducing corrections for particular operating conditions for acceleration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/146—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D41/0007—Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05—High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zum Verbessern der Fahrzeugleistung durch Anwenden einer pneumatischen Kraftverstärkung auf Fahrzeugmotoren einschließlich Dieselmotoren mit wenigstens einem Turbolader, der den Motor mit Luft versorgt, in einer Weise, die die Motordrehmomentleistung erhöht, während das Potenzial zur Überschreitung verschiedener Betriebsgrenzwerte im größtmöglichen Umfang minimiert wird. Die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkungssystems des Fahrzeugs implementiert Strategien zum Formen der Lufteinspritzung während eines Kraftverstärkungsereignisses und passt die Lufteinspritzung an, um eine maximale Motordrehmomentleistung zu erreichen, während die Betriebsgrenzwerte eingehalten werden, indem die Taktung, die Dauer, die Menge und/oder das Einspritzmuster während eines Kraftverstärkungsereignisses gesteuert werden, um eine verfeinerte Verteilung der Drucklufteinspritzung im Verlauf des Kraftverstärkungsereignisses zu erreichen und eine gewünschte Motordrehmomentleistung und Kraftstoffeffizienz bereitzustellen, während das Potenzial der Überschreitung einer breiten Spanne von Grenzwerten, nämlich vorgeschriebener, technischer und den Fahrgastkomfort betreffender Grenzwerte minimiert wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verbessern der Fahrzeugleistung in einer Reihe von Bereichen, darunter Beschleunigung, Kraftstoffverbrauch und Abgasreduzierung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Anwenden eines pneumatischen Kraftverstärkers auf Fahrzeugmotoren, einschließlich Dieselmotoren von Nutzfahrzeugen mit wenigstens einem Turbolader, der den Ansaugkrümmer mit Luft versorgt, in einer Weise, die die Drehmomentleistung des Motors derart erhöht, dass gestaltungsbezogene, vorschriftenbezogene und sonstige Anforderungen erfüllt werden.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Verbrennungsmotoren wie beispielsweise Dieselmotoren sind häufig mit Abgasturboladern ausgerüstet. 1 beispielsweise zeigt eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors 1 mit einer Abgasleitung 10, die an einen Abgasturbolader 2 gekoppelt ist. Der Abgasturbolader weist eine Turbine 4 auf, die von Abgas aus einer Abgasleitung 10 angetrieben wird. Die Turbine 4 ist an einen Verdichter 3 gekoppelt (gemeinsam bilden diese Komponenten eine Turboladerlaufradeinheit), der Ansaugluft von einem Ansauglufteinlass 11 verdichtet. Die aus dem Verdichter 3 abgegebene Druckluft wird einer Ansaugleitung 9' für den Motor 1 zugeleitet, um den Luftdruck im Motor 1 zu erhöhen und auf diese Weise mehr Luft in die Zylinder des Motors zu leiten, wenn die jeweiligen Ansaugventile der Zylinder offen sind, als sie den Zylindern zugeleitet würde, wenn der Motor natürlich ansaugen würde. Da der Turbolader die Motorzylinder mit zusätzlicher Luft versorgt, kombiniert mit dem zugehörigen zusätzlichen Kraftstoff vom Kraftstoffeinspritzsystem des Motors, wird die Drehmomentleistung des Motors erhöht, und der Motor arbeitet mit einer höheren Effizienz. Insbesondere führt der zusätzliche Druck, den der Turbolader an den Ansaugkrümmer bereitstellt, zu einem höheren Druck im Motorzylinder, wenn sich das Ansaugventil des Zylinders schließt. Wenn die im Zylinder vorhandene größere Luftmasse kombiniert mit dem zusätzlichen Kraftstoff gezündet wird, bewirkt dies einen höheren Verbrennungsdruck und damit eine höhere Kolbenkraft, die von der Kurbelwelle des Motors in eine höhere Motordrehmomentleistung umgewandelt wird. Außerdem erzeugen die erhöhte Verbrennungsmasse und der erhöhte Verbrennungsdruck einen höheren Druck und ein höheres Volumen des Abgases, was wiederum zusätzliche Energie im Auspuffrohr zum Antreiben der Turbine des Turboladers bereitstellt. Die erhöhte Abgasenergie steigert die Drehzahl des Turboladerverdichters weiter und steigert dadurch die Menge an Luft, die den Zylindern zugeleitet wird, weiter, um die Drehzahl und die Drehmomentleistung noch schneller zu erhöhen. Ein Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass zwar vorstehend und im Folgenden Luft für die Verbrennung erörtert wird, die über einen Ansaugkrümmer in die Zylinder des Motors gelangt, dass aber die Grundgedanken und Konzepte der vorliegenden Erfindung ebenso auf Motoren anwendbar sind, die alternative Luftversorgungsräume aufweisen, wie etwa Motoren, deren Ansauganordnungen derart sind, dass jeder Zylinder eine zugehörige Ansaug-„Kammer” aufweist, statt Ansaugluft von einem gemeinsamen Ansaugkrümmer zu erhalten.
  • Ein allgemein bekanntes Problem bei der Verwendung von Abgasturboladern besteht darin, dass sie nicht in allen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors ausreichende Luftmengen bereitstellen können, insbesondere in Reaktion auf plötzlichen Beschleunigungsbedarf bei geringer Motordrehzahl. Bei Motoren wie etwa Dieselmotoren beispielsweise, die einen Abgasturbolader aufweisen, kann der Turbolader bei einem hohen Beschleunigungsbedarf aufgrund der geringen Motordrehzahl und dem entsprechend geringen Massendurchfluss der Luftansaugung und der Abgasleistung keinen ausreichenden Luftstrom bereitstellen, um eine gewünschte Luftdruckhöhe im Ansaugkrümmer zu erzeugen und den Turbolader anzutreiben. Aufgrund dessen reagiert der Verbrennungsmotor langsam, und eine signifikante Erhöhung von Drehmomentleistung und Drehzahl findet erst nach einer merklichen Verzögerung nach dem Betätigen des Gaspedals statt (ein als „Turboloch” bezeichneter Effekt).
  • Verschiedene Lösungen wurden vorgeschlagen, um die Auswirkungen des „Turbolochs” abzuschwächen, darunter Anordnungen, wobei Druckluft dem Ansaugkrümmer des Motors zugeführt wird. Ein Beispiel eines solchen „pneumatischen Kraftverstärker”-Systems ist in 1 dargestellt. In diesem Beispiel speichert ein Behälter 13 Druckluft, die von einem Luftverdichter 14 erzeugt wird. Die Druckluft wird in Reaktion auf einen Bedarf an erhöhter Motordrehmomentleistung während der Übergangsperiode zwischen dem Beginn des Beschleunigungsbedarfs und dem Zeitpunkt, zu dem der Turbolader ausreichend Druck aufgebaut hat, um einen Ausgleich mit dem Ansaugkrümmerdruck zu erreichen und anzufangen, den Drehmomentleistungsbedarf selbst zu erfüllen, in die Ansaugleitung 9' des Motors 1 geleitet.
  • Die zusätzliche Luft, die von dem Behälter 13 in die Ansaugleitung 9' geleitet wird, weist wenigstens zwei primäre Wirkungen auf. Die zusätzliche Verbrennungsluft, die den Zylindern des Motors 1 zugeleitet wird, stellt eine sofortige Erhöhung der Motordrehmomentleistung bereit. Die zusätzliche Luft führt außerdem zu einem schnelleren Anstieg des Abgasflusses vom Motor, der wiederum der Turboladerturbine 4 hilft, ihre Drehzahl schneller zu steigern, und es so dem Turboladerverdichter 3 ermöglicht, in der Ansaugleitung 9' schneller Druck aufzubauen. Je früher außerdem der Turboladerverdichter ausreichend Druck bereitstellen kann, um den Drehmomentleistungsbedarf zu erfüllen, desto früher kann der Fluss zusätzlicher Luft, die vom Behälter 13 zugeleitet wird, angehalten werden, um Druckluft für andere Zwecke einzusparen und die Auslastung des Fahrzeugluftverdichters zu reduzieren.
  • Die Einspritzung von Druckluft vom Behälter 13 in dem Beispiel aus 1 findet über eine Ansaugluftsteuervorrichtung 7 statt. Die Ansaugluftsteuervorrichtung 7 ist zwischen der Ansaugleitung 9' und entweder dem Verdichter 3 des Turboladers oder, wie in 1 gezeigt, dem Ladekuftkühler 5 angeordnet, der nachgeschaltet vom Verdichter 3 angeordnet ist. Die Ansaugluftsteuervorrichtung 7, die schematisch in 2 dargestellt ist, ist mit einem Einlass 6 zum Ladekuftkühler 5 und mit einem Auslass 9 zur Ansaugleitung 9' verbunden.
  • Zwischen dem Einlass 6 und dem Auslass 9 innerhalb der Ansaugluftsteuervorrichtung 7 ist ein Klappenelement 16 angeordnet. Das Klappenelement 16 kann durch einen Einstellungsmotor 17 eingestellt werden, um die Verbindung vom Einlass 6 zum Auslass 9 zu verschließen, wenn Druckluft in die Ansaugleitung eingespritzt wird. Das Schließen der Klappe verhindert ein Zurückfließen eingespritzter Druckluft zum Turbolader, damit der Druck in den Motorzylindern schneller ansteigt, was wiederum den Abgasleitungsdruck und die resultierende Rate des Turbolader-Förderdruckanstiegs steigert. Außerdem stellt das Schließen der Klappe auch einen geschlossenen Raum nachgeschaltet vom Turbolader bereit, um das Aufbauen des Turbolader-Förderdrucks weiter zu unterstützen.
  • Ein Drucklufteinlass 8 ist über eine Durchflussregelungsvorrichtung 20 mit dem Auslass 9 zum Behälter 13 verbunden. Eine Steuereinrichtung 15 dient dazu, die Durchflussregelungsvorrichtung 20 und den Einstellungsmotor 17 zu steuern. Die Steuereinrichtung 15 empfängt Eingänge von Drucksensoren 18 und 19, die jeweils einen Auslassdruck am Auslass 9 und einen Einlassdruck am Ladelufteinlass 6 messen.
  • Im Betrieb leitet die Durchflussregelungsvorrichtung 20 Druckluft an den Motoransaugkrümmer, indem sie die Verbindung vom Drucklufteinlass 8 zum Auslass 9 öffnet. Etwa zur selben Zeit wird das Klappenelement 16 geschlossen, um ein Fließen der eingespritzten Druckluft vom Behälter 13 zurück in den Verdichter 3 des Abgasturboladers zu verhindern. Wenn die Einspritzung von Druckluft aus dem Behälter 13 endet, wird das Klappenelement 16 wieder geöffnet, damit die nun ausreichende Druckluftversorgung vom Auslass des Turboladerverdichter 3 in die Ansaugleitung 9' fließen kann.
  • Obwohl bereits bekannt ist, Druckluft in den Ansaugkrümmer eines Motors einzuspritzen, um das „Turboloch” zu reduzieren, hat sich die Arbeit auf diesem Gebiet vor allem darauf konzentriert, die Menge an Druckluft zu erhöhen, die verfügbar ist, um zum Motoransaugkrümmer zu fließen, und die Ansprechzeit vom Einleiten des pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses bis zur eigentlichen Einspritzung von Druckluft zu minimieren, um sofort mit einer Erhöhung der Motordrehmomentleistung zu beginnen und unerwünschte, vom Fahrzeugführer wahrgenommene Verzögerungen in der Bereitstellung von Drehmoment vom Motor zu vermeiden.
  • Ein Problem von pneumatischen Kraftverstärkungssystemen des Stands der Technik liegt darin, dass sie die Motordrehmomentleistung zu Beginn eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses bisweilen sehr abrupt erhöhen, was auf eine sehr schnelle Drucklufteinspritzung zurückzuführen ist. Solche scharfen Übergange der Motordrehmomentleistung können auch bei der anschließenden Beendigung der Drucklufteinspritzung auftreten, und dann, wenn die Ansaugklappe geöffnet wird, um den Turboladerausgang an den Motor wieder aufzunehmen. Diese Übergänge können für den Fahrzeugführer und die Fahrgäste äußerst unangenehm sein.
  • Ein weiteres Problem bisheriger pneumatischer Kraftverstärkungssysteme liegt darin, dass in der Eile, die Motordrehmomentleistung möglichst rasch zu verstärken, bis der Turbolader ausreichend Druck aufgebaut hat, Vorschriften wie etwa Luftverschmutzungsgrenzwerte überschritten werden können. Die plötzliche Anwendung einer übermäßigen pneumatischen Kraftverstärkung birgt auch das Potenzial, die Motorkomponenten plötzlichen Belastungen auszusetzen. Die plötzliche Anwendung einer übermäßigen pneumatischen Kraftverstärkung kann beispielsweise ein hohes Drehmoment auf den Fahrzeugantrieb ausüben, das sich den Belastungsgrenzen des Motors, des Getriebes und/oder des Achsantriebs nähern kann. Eine übermäßige pneumatische Kraftverstärkung kann auch einen plötzlichen Fluss einer großen Menge Abgas mit hohem Druck vom Motor erzeugen, wodurch die Drehzahl der Baugruppe aus Turboladerturbine und Verdichter stark ansteigen kann. Ebenso können eine plötzliche Drucklufteinspritzung und der damit einhergehende Abgasfluss die Möglichkeit eines Überdrucks im Ansaugluftkühler des Motors und seinen zugehörigen Rohrleitungen erzeugen.
  • Ein weiteres Problem bisheriger pneumatischer Kraftverstärkungssysteme ist das Potenzial einer übermäßigen Einspritzung von Druckluft und damit einer Entleerung der Druckluftreserven des Fahrzeugs unter die Mindestmenge, die für die Betriebsfähigkeit wichtiger Fahrzeugsicherheitssysteme notwendig ist, wie etwa Luftbremsen, sowie anderer Fahrzeugsysteme. Ein Ansatz, dieses Problem zu verringern, besteht darin, größere Luftverdichter und Druckluftspeicherbehälter zu beschaffen und zu installieren, die dazu in der Lage sind, sowohl die Bedürfnisse der wichtigen Luft verbrauchenden Systeme als auch den erwarteten zusätzlichen Bedarf des pneumatischen Kraftverstärker-Einspritzsystems zu erfüllen. Allerdings bringt dieser Ansatz eigene Problem mit sich, darunter Kosten- und Gewichtszunahme durch größere und zahlreichere Lufthandhabungskomponenten, erhöhten Kraftstoffverbrauch aufgrund des erhöhten Fahrzeuggewichts und die Notwendigkeit, einen größeren Teil der Motorleistung zum Antreiben eines größeren Verdichters zu verbrauchen, und Platzeinschränkungen, die den Konstrukteur daran hindern, zusätzliche Behälter hinzuzufügen.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Angesichts dieser und anderer Probleme des Stands der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein pneumatisches Kraftverstärkungssystem und ein Betriebsverfahren bereitzustellen, das die Fahrzeugbetriebsleistung verbessert und zugleich sicherstellt, dass konstruktionsbezogene, betriebsbezogene und vorschriftenbezogene Einschränkungen während der pneumatischen Kraftverstärkungsereignisse eingehalten werden. Diese Aufgabe wird durch ein pneumatisches Kraftverstärkungssystem erfüllt, das gesteuert wird, um verschiedene Strategien zum Formen der Rate der Drucklufteinspritzung während eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses zu implementieren, indem die Einspritzung während des Kraftverstärkungsereignisses derart gesteuert wird, dass die „Form” der Drucklufteinspritzung an einem Graphen verändert wird, der die Lufteinspritzung der Zeit gegenüberstellt. Dieser Ansatz der „Ratenformung” der Drucklufteinspritzung während eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses verwaltet den Betrieb des pneumatischen Kraftverstärkungssystems in einer Weise, die das vollkommene Gegenteil des typischen Ansatzes des Stands der Technik ist, so viel Luft wie möglich so schnell wie möglich einzuspritzen. Der Ansatz der vorliegenden Erfindung besteht vielmehr darin, die Taktung der Einleitung, die Dauer, die Durchflussrate usw. der Drucklufteinspritzung anzupassen, um eine äußerst feine Verteilung der Drucklufteinspritzung im Laufe des pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses zu erreichen und so die Einhaltung verschiedener betriebsbezogener, vorgeschriebener, technischer und den Fahrgastkomfort betreffender Grenzwerte zu verbessern.
  • Es versteht sich, dass die „Ratenformung” in der vorliegenden Erfindung nicht nur die Rate der Drucklufteinspritzung während eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses verlangsamt, sondern verschiedene Drucklufteinspritzungsmuster einschließt, mit denen die Druckluftzuführrate „geformt” wird, um so viel Motordrehmomentleistung wie möglich bereitzustellen und zugleich, soweit praktisch möglich, die Überschreitung geltender Grenzwerte zu vermeiden. (Alternativ kann die ratengeformte Lufteinspritzung dazu benutzt werden, die Veränderungsrate der Drehmomentleistung zu steuern.) Auf diese Weise geht es bei der Ratenformung darum, variable Mengen an Druckluft bereitzustellen, die über den Zeitverlauf verteilt werden, und beispielsweise die „Spitze” der Drucklufteinspritzungsflussratenkurve in einem Drucklufteinspritzereignis an einen früheren oder späteren Punkt zu verschieben, mehrere „Spitzen” der Drucklufteinspritzung bereitzustellen, die über einen verteilten Zeitraum zugeführt werden, und/oder die Drucklufteinspritzungsflussrate an Grenzwerte anzupassen, die durch die Echtzeitüberwachung von Fahrzeugparametern definiert werden.
  • Die ratengeformte Drucklufteinspritzung der vorliegenden Erfindung kann auch mit mehreren Start-/Stoppereignissen versehen sein. Ein bevorzugter Ansatz, die gewünschte variable Steuerung der Drucklufteinspritzungskurve bereitzustellen, ist die Benutzung von mehr als einem solenoidgesteuerten Hochgeschwindigkeitsluftventil in einem mehrstufigen pneumatischen Kraftverstärkungssystem. Ein besonders bevorzugter Ansatz ist die Bereitstellung mehrerer Drucklufteinspritzungsventile mit unterschiedlichen Luftflussbemessungen, und das Steuern der Menge der Drucklufteinspritzung an einem beliebigen Zeitpunkt während eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses durch eine Pulsweitenmodulation („PWM”) der Steuerschaltungen der einzelnen Ventile.
  • Die Fähigkeit der vorliegenden Erfindung, Fahrzeugparameter zu überwachen und/oder solche Parameter zwischen Systemkomponenten zu übermitteln, um Drucklufteinspritzungsanpassungen in Echtzeit zu ermöglichen, stellt eine bislang nicht gekannte Präzision bei der Anpassung der Drucklufteinspritzungsmenge an den tatsächlichen Bedarf bereit und eröffnet die Möglichkeit für die Realisierung einer breiten Palette von Vorteilen.
  • Ein erster Vorteil eines Fahrzeugsystems, das mit einem ratengeformten pneumatischen Kraftverstärkungssystem ausgestattet ist, liegt darin, dass eine wesentliche Erhöhung der Kraftstoffeffizienz erreicht werden kann. Die Kraftstoffeinsparungen ergeben sich aus der Benutzung der ratengeformten Drucklufteinspritzung, um die Verbrennung und die Abgaserzeugung zu verbessern und so den Motor schneller in den Motordrehzahlbereich zu bringen, in dem der Motor mit seiner höchsten Kraftstoffeffizienz arbeitet (häufig als der „Sweet Spot” des Motors bezeichnet), und das Fahrzeug auf diese Weise in möglichst geringer Zeit und mit möglichst geringem Kraftstoffverbrauch auf die gewünschte Fahrgeschwindigkeit zu bringen und trotzdem betriebsbezogene, emissionsbezogene und/oder ausrüstungstechnische Grenzwerte zu vermeiden.
  • Ein zusätzlicher Vorteil der Ratenformung der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass der Fahrzeugkonstrukteur den unnötigen Verbrauch von Druckluft vermeiden kann und damit die Größe und die Kosten der Drucklufterzeugungs- und -speicherausrüstung des Fahrzeugs zu senken. Indem nur die Menge an Druckluft eingespritzt wird, die tatsächlich benötigt wird, um eine gewünschte Fahrzeugbeschleunigung zu erreichen und zugleich die Einhaltung der Betriebsgrenzwerte beizubehalten, und indem dies nur dann geschieht, wenn die Druckluft während des pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses tatsächlich benötigt wird, kann die vorliegende Erfindung eine gewünschte Höhe der Motordrehmomentleistung mit weniger Druckluft erreichen, als typischerweise von bisherigen pneumatischen Kraftverstärkungssystemen verbraucht wird. Die erhöhte Genauigkeit der Drucklufteinspritzung reduziert die Druckluftmenge, die während des Fahrzeugbetriebs benötigt wird, und erlaubt es dem Fahrzeugkonstrukteur, die Größe der Drucklufterzeugungs- und Speicherungskomponenten in Anpassung an den geringeren Druckluftbedarf zu reduzieren. Diese Reduzierung der Größe und Kapazität der Komponenten kann weitere Vorteile der Kraftstoffwirtschaftlichkeit bereitstellen, sowohl aufgrund des reduzierten Fahrzeuggewichts als auch aufgrund des reduzierten parasitischen Energieverlustes vom Luftverdichter des Fahrzeugs.
  • Ein weiterer Vorteil der „Formung” von Menge, Dauer und/oder Taktung der Drucklufteinspritzung der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die direkte Steuerung solcher Parameter während eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses eine indirekte Steuerung der Reaktionen verschiedener Fahrzeugsysteme bereitstellen kann. Indem die Form der Drucklufteinspritzratenkurve (z. B. einer Kurve, die durch eine Graphendarstellung des Lufteinspritzungsdurchflusses gegenüber der Zeit) gezielt angepasst wird, können verschiedene Fahrzeugkomponenten und -systeme dazu gebracht werden, in einem gewünschten Bereich zu arbeiten und/oder Betriebsgrenzwerte zu vermeiden und zugleich nach wie vor eine erhöhte Motordrehmomentleistung bereitzustellen, um das Turboloch wenigstens zum Teil oder auch ganz auszugleichen. Zum Beispiel hat sich die Verwaltung der Partikelemission im Stand der Technik auf die genaue Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei hohem Beschleunigungsbedarf und geringer Motordrehzahl (einem Betriebspunkt des Motors, an dem der Abgasdruck niedrig ist) und/oder unter hohen Motorbedingungen konzentriert. Wenn keine ausreichende Menge an Luft verfügbar ist, um zu verhindern, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu fett wird, lässt der resultierende Verbrennungsprozess unverbrannte Kohlenwasserstoffe in Form von Partikelmaterial im Abgasstrom zurück (falls eine ausreichende Menge vorliegt, kann das Partikelmaterial als „Rauch” sichtbar sein). Diese unverbrannten Kohlenwasserstoffe können im Abgasstrom die Form von Rauch und/oder Feststoffpartikeln annehmen. Die Ratenformung der vorliegenden Erfindung erlaubt es, dass die gewünschte Menge an frischer Luft eingespritzt wird, um das Luftüberschussverhältnis in den gewünschten Betriebsbereichen zu erhöhen und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erreichen, das für eine reduzierte Erzeugung von Partikelmaterial während des Verbrennungsprozesses günstig ist. Ein weiteres Beispiel für die Verwendung der ratengeformte Drucklufteinspritzung zur verbesserten Einhaltung von Grenzwerten ist die Benutzung angepasster Lufteinspritzung, um die NOx-Bildung bei hohem Beschleunigungsbedarf zu steuern. Die Reduzierung der NOx-Bildung während des Verbrennungsprozesses im Zylinder wurde üblicherweise durch Abgasrückführung („AGR”) erreicht, einen Prozess, bei dem ein Teil des Abgasfluss zurück in die Ansaugluft geleitet wird, um sich mit der eingeleiteten frischen Luft im Zylinder zu vermischen. Die trägen Bestandteile des rückgeführten Abgas führen zu einer kühleren Verbrennung und senken die Temperaturen im Zylinder, so dass sie nicht mehr in dem hohen Temperaturbereich liegen, der mit der Bildung von NOx in Verbindung gebracht wird. Der AGR-Fluss in das Ansaugzufuhrvolumen wird erleichtert, wenn der Druck im Abgasstrom höher als der Druck im Luftansaugzufuhrvolumen ist (oder allgemeiner ausgedrückt höher als der Druck zu dem jeweiligen Zeitpunkt, an dem der AGR-Fluss eingespritzt wird). Während eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses in einem System des Stands der Technik kann die eingespritzte Kraftverstärkerluft bewirken, dass der Druck im Ansaugstrom höher als im Abgasstrom ist, und so den AGR-Fluss unterdrücken. Mit der ratengeformten Einspritzung der vorliegenden Erfindung kann die Rate des Druckanstiegs, Druckabfalls und/oder die Dauer im Ansaugtrakt derart angepasst werden, dass der AGR-Fluss in den Ansaugtrakt früher als bei Systemen des Stands der Technik zugelassen wird, um auf diese Weise die Erzeugung von Partikelmaterial rasch zu minimieren und die Einhaltung von Emissionsvorschriften zu verbessern. Zusätzlich haben Berechnungen und Tests gezeigt, dass eine solche ratengeformte Einspritzung dazu führt, dass der Motor den bevorzugten Motordrehzahlbereich (seinen „Sweet Spot”) schneller erreicht und länger darin verweilt. Dies bewirkt, dass der Motor über längere Zeit unter Bedingungen arbeitet, die für den Abgasfluss und eine geringere NOx-Bildung während eines typischen Emissionstestdurchlaufs günstig sind.
  • Überschreitungen der Emissionsgrenzwerte dürften durch die immer strengeren gesetzlichen Vorschriften, mit deren Inkrafttreten in Europa und anderen Weltregionen in den nächsten Jahren zu rechnen ist, problematischer werden. Es wird damit gerechnet, dass zur Erfüllung der kommenden Emissionsreduktionsanforderungen Fahrzeuge, die mit üblichen pneumatischen Kraftverstärkungssystemen des Stands der Technik ausgerüstet sind, auf allgemein nicht wünschenswerte Abgasnachbehandlungssysteme werden zurückgreifen müssen, etwa selektive katalytische Reduktions-(„SCR”-)Katalysatoren und zugehörige Karbamideinspritzsysteme. Es ist zu erwarten, dass diese zusätzliche Ausrüstung unerwünschte Belastungen in Bezug auf Gewicht, Kosten, Komplexität und Wartungsaufwand (z. B. Karbamidnachfüllung) für Fahrzeuge mit sich bringen wird, die mit bisherigen pneumatischen Kraftverstärkungssystemen ausgestattet sind.
  • Die genaue ratengeformte Steuerung von Taktung, Dauer und Menge der Drucklufteinspritzung der vorliegenden Erfindung bietet die Gelegenheit, die Einhaltung der kommenden strengeren Emissionsgrenzwerte zu maximieren, ohne dass auf zusätzliche Nachbehandlungsausrüstung zurückgegriffen werden muss. Beispielsweise können die Menge und die Taktung der Drucklufteinspritzung dazu angepasst werden, die Menge an Partikelmaterial während des Verbrennungsprozesses zu reduzieren. Die Erzeugung von Partikelmaterial und NOx-Emissionen ist bei typischen Dieselmotor-Verbrennungsprozessen umgekehrt proportional. Da Motorkonstrukteure Verfahren zur Reduzierung der NOx-Emissionen entwickeln, um die immer strengeren Vorschriften zu erfüllen, nimmt das Partikelmaterial typischerweise zu. Da aber die Erzeugung von Partikelmaterial ebenfalls vorgeschriebene Grenzwerte erfüllen muss, werden auch Verfahren zum Reduzieren von Partikelmaterial benötigt. Ein Ansatz zum Reduzieren von Partikelmaterial besteht darin, überschüssige Luft in den Verbrennungsraum zu leiten. Das Verhältnis der überschüssigen Luft λ (lambda) kann durch sorgfältig getaktete und bemessene Drucklufteinspritzungen erhöht werden. Berechnungen und Testmessungen mit Motordynamometern an Motoren, die mit dem ratengeformten pneumatischen Kraftverstärkungssystem der vorliegenden Erfindung ausgestattet sind, haben in einem typischen vorschriftsmäßigen Emissionstestdurchlauf eine Reduzierung der Erzeugung von Partikelmaterial im Bereich von 15–25% ergeben. Zusätzlich führt die Drucklufteinspritzung dazu, dass mehr Zeit im Motordrehzahlbereich verbracht wird, in dem der Motor mit maximaler Effizienz arbeitet, weshalb der Abgasdruck auf einem höheren Druck ist, als dies ohne Drucklufteinspritzungen der Fall wäre. Dies führt zu einem günstigen Druckverhältnis zwischen dem Abgaskrümmer und dem Ansaugkrümmer, was die Fähigkeit fördert, während eines vorschriftsmäßigen Emissionstestdurchlaufs öfter zufriedenstellende Mengen an Abgasrückführung bereitzustellen (die dazu beiträgt, die NOx-Bildung weiter zu reduzieren). Motorsimulationen und Testmessungen an Motordynamometern haben gezeigt, dass der Abgasrückführungsfluss nach einem Beschleunigungsübergang zum Ansaugkrümmer um 3–4 Sekunden schneller wiederhergestellt werden kann als bisher möglich.
  • Ein verwandter Vorteil der wesentlich genaueren Kontrolle über Emissionen, den die ratengeformte pneumatische Kraftverstärkung bietet, ist die Möglichkeit, die Kapazität von Nachverbrennungs-Emissionskontrollausrüstung zu reduzieren. Beispielsweise könnte die wesentliche Reduktion der Partikelmaterialemissionen, die bei Übergängen in pneumatischen Kraftverstärkungsereignissen beobachtet wird, eine Verkleinerung von Komponenten wie etwa Dieselpartikelfiltern gestatten. Das reduzierte Komponentenvolumen erleichtert die Unterbringung der Fahrzeugkomponenten und reduziert Kosten, indem die Menge an teuren Abgasbehandlungsmaterialien wie etwa Platin minimiert wird.
  • Ein weiterer Vorteil des Verfahrens der Ratenformung der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten Motorbremskapazität, die es ermöglicht, effizientere Motoren zu benutzen, wobei die Motorbremsung nach wie vor in einem Umfang möglich ist, der mit dem von größeren Motoren vergleichbar ist. Dekompressionsbremsung findet breiten Einsatz in Nutzfahrzeugdieselmotoren, um die Bremsleistung zu verbessern. Beim Dekompressionsbremsen wird der Motor dazu genutzt, einen signifikanten Widerstand auf die Gelenkwelle auszuüben, um die Fahrzeugkombination bei langen Abwärtsgefälle-Fahrprofilen auf einer angemessenen Geschwindigkeit zu halten. Zu diesem Zweck wird der Motor im Wesentlichen als ein Luftverdichter betrieben, indem die Kraftstoffversorgung des Motors beschränkt wird und die Aufhebung des Drucks von den Motorzylindern sorgfältig getaktet wird (d. h. nachdem die Kolben Energie, die sie dem Antrieb entnommen haben, in Arbeit umgewandelt haben, indem sie die Ansaugluft verdichten und die Druckluft durch Öffnen eines Druckventils freisetzen, während sich der Kolben dem oberen Totpunkt (OT) nähert). Die Aufhebung des Drucks im Zylinder in der Nähe des OT verhindert, dass die Druckluft ihre Energie während des Kolbenabwärtshubs an den Kolben zurückgibt.
  • Im Bemühen, die Kraftstoffwirtschaftlichkeit von Motoren zu erhöhen, besteht eine Lösung in kleineren, leistungsfähigeren Motoren, die die Aufgabe der bisherigen Motoren übernehmen. Obwohl aber kleinere Motors dazu konstruiert werden können, hohe Pferdestärken und Drehmomente bereitzustellen, können sie keine so hohe Dekompressionsbremsung bereitstellen wie bisherige Motoren mit größerer Verdrängung (da die Leistung der Dekompressionsbremsung mit dem Hubraum der Motorzylinder korreliert ist). In Abwesenheit weiterer Maßnahmen erzeugt die Verwendung eines kleineren Motor daher eine entsprechend höhere Belastung des Basisbremssystems (d. h. der Radbremsen), da ein größerer Teil der Bremsung von den Basisbremsen übernommen werden muss, um die geringere Dekompressionsbremskapazität des kleineren Motors auszugleichen.
  • Eine ratengeformte Einspritzung von Druckluft von einem pneumatischen Kraftverstärkungssystem bietet eine mögliche Lösung des Problems der unzureichenden Dekompressionsbremsung im Zusammenhang mit kleineren Motoren. Genauer ausgedrückt kann das pneumatische Kraftverstärkungssystem dazu benutzt werden, wenigstens während bestimmter Teile des Dekompressionsbremsungsbedarf-Ereignisses zusätzliche Luft in den Ansaugkrümmer einzuspritzen, um die Menge an Ansaugluft zu erhöhen, die dem Zylinder zugeführt wird, während der Kolben sich im Zylinder abwärts bewegt. Während der anschließenden Verdichtung dieser erhöhten Masse an Ansaugluft durch den Kolben muss mehr Arbeit verrichtet werden, während sich der Kolben zum OT bewegt, was weitere Energie aus dem Antrieb entnimmt, ähnlich der Menge, die dem Antrieb von einem Motor mit größerer Verdrängung entnommen wird. Dies erlaubt es dem kleineren Motor auf effektive Weise, seine „Bremsleistung” um 50% zu erhöhen, wodurch der Wunsch des Endkunden nach Kraftstoffeffizienz (durch kleinere Motoren) erfüllt wird, während zugleich die Leistung und Langlebigkeit der Basisbremse aufrechterhalten wird.
  • Weitere Vorteile der Benutzung des Betriebs eines pneumatischen Kraftverstärkungssystems zur Verstärkung der Dekompressionsbremsung schließen die Möglichkeit ein, das pneumatische Kraftverstärkungssystem und die zugehörige Turboladeranordnung zu optimieren, also beispielsweise eine ratengeformte Drucklufteinspritzung zu verwenden, die sparsam nur in dem erforderlichen Maße eingesetzt wird, um einen „übergroßen” Turbolader ausreichend in Drehung zu versetzen, um es dem Turbolader zu ermöglichen, einen Großteil der zusätzlichen Luft zu erzeugen, die den Motorzylindern zugeführt wird, um die Dekompressionsbremsung zu verstärken.
  • Ein alternativer Ansatz, eine zusätzliche Dekompressionsbremsung bereitzustellen, besteht darin, während eines Bremsereignisses eine Kupplung eines motorbetriebenen Luftverdichter einrücken zu lassen, um die Erzeugung von Luft, die dem pneumatischen Kraftverstärkungssystem zugeführt wird, dazu zu benutzen, die Dekompressionsbremsleistung zu erhöhen (vorzugsweise unter Verwendung eines Verdichters, der größer als normal bemessen ist, um während der Dekompressionsbremsung einen zusätzlichen Widerstand auf den Motor auszuüben).
  • Die vorliegende Erfindung kann eine Echtzeitmessung von Parametern wie etwa einem Abgassauerstoffsensorausgang, Abgasdruck, Kraftstoffeinspritzungsrate usw. nutzen, gekoppelt mit elektronischen Hochgeschwindigkeitssteuereinheiten, um emissionsbezogene Parameter zu überwachen und zu steuern und diese Parameter mit gespeicherten „Karten” erwarteter und zuvor gemessener Emissionen an verschiedenen Betriebspunkten des Fahrzeugantriebs zu vergleichen. Anhand dieser Echtzeitinformationen kann die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkungssystems der Erfindung die Drucklufteinspritzflussmenge, -dauer und/oder -taktung weiter „skalieren” oder anderweitig umformen, um ein feineres Lufteinspritzungsmuster bereitzustellen, das eine maximale Motordrehmomentleistung innerhalb relevanter Emissions- oder Fahrzeugbetriebsgrenzwerte ergibt (z. B. Emissionsgrenzwerte für NOx und/oder Partikel und/oder maximale Ausrüstungsbelastung). Mit einer solchen ratengeformten Verfeinerung zeigen vorbereitend durchgeführte Berechnungen und Tests, dass Fahrzeuge, die mit dem pneumatische Ratenformungskraftverstärkungssystem ausgestattet sind, die gleiche Motordrehmomentleistung und Fahrzeugbeschleunigungsleistung bereitstellen wie Fahrzeuge, die mit üblichen pneumatischen Kraftverstärkungssystemen ausgestattet sind, jedoch für eine ausreichende Kontrolle der Fahrzeugemissionen sorgen, um die Notwendigkeit zusätzlicher Emissionskontrollausrüstung und der damit verbundenen Nachteile in Bezug auf Kosten, Gewicht und Wartung zu vermeiden.
  • Eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein pneumatisches Kraftverstärkungssystem mit Ratenformung bereitzustellen, das Flexibilität beim Anpassen der Antriebsleistung und der Emissionsleistung eines Fahrzeugs ermöglicht, um die Bedürfnisse und/oder Ansprüche einzelner Kunden zu erfüllen. Im Gegensatz zu Fahrzeugen, bei denen die Ratenformung der vorliegenden Erfindung dazu optimiert ist, Emissionen zu minimieren, ohne auf zusätzliche Nachbehandlungsausrüstung zurückzugreifen, kann die ratengeformte Drucklufteinspritzung beispielsweise für ein Fahrzeugsystem, das Nachbehandlungsausrüstung benutzt, um die NOx-Anforderungen zu erfüllen, auf andere Weise optimiert werden, etwa durch das Maximieren der Kraftstoffwirtschaftlichkeit, das Minimieren der Partikelemissionen und/oder das Bereitstellen einer größeren Motordrehmomentleistung (ermöglicht durch die geringeren Anforderungen hinsichtlich der Partikelmaterial- und NOx-Emissionsgrenzwerte, die beim Fehlen von SCR-Umwandlern erfüllt werden müssten).
  • Zu weiteren Aufgaben der vorliegenden Erfindung gehört das Bereitstellen von Komponenten und Betriebsstrategien des pneumatischen Kraftverstärkungssystems, die es dem pneumatischen Kraftverstärkungssystem erlauben, seinen Betrieb mit anderen Fahrzeugkomponenten abzustimmen. Eine solche Abstimmung ermöglicht die verschiedensten potenziellen Vorteile, darunter das frühere Verfügbarmachen von zusätzlicher Motordrehmomentleistung durch Abstimmen der Lufteinspritzung und der Kraftstoffeinspritzung, und das Ermöglichen der Verwendung kleinerer, kraftstoffeffizienterer Motoren durch das Abstimmen der pneumatischen Kraftverstärkung mithilfe einer Getriebesteuereinrichtung, die Schaltstrategien steuert, die das Motordrehmoment optimal ausnutzen, das durch die ratengeformte Drucklufteinspritzung verfügbar gemacht wird. Was den erstgenannten Punkte betrifft, so beruhte die Emissionssteuerung bislang hauptsächlich auf der Steuerung der Kraftstoffmenge, die in den Motor eingespritzt wird, und/oder die Menge der Abgasrückführung, die an den Verbrennungsraum bereitgestellt wird, auf Grundlage einer reaktiven Messung der Menge an eintretender Luft. Auf diese Weise können bei Fahrzeugen, die mit bisherigen pneumatischen Kraftverstärkungssystemen ausgestattet sind, Verzögerungen beim Erreichen der erhöhten Motordrehmomentleistung zu Beginn eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses auftreten, da das Kraftstoffeinspritzsystem unabhängig von der Menge der erhöhten Lufteinspritzung dem Motor nicht rasch genug zusätzlichen Kraftstoff zuführen kann, um mit der erhöhten Lufteinspritzung mitzuhalten. Ohne den Kraftstoff, der entsprechend der zusätzlichen Luft benötigt wird, fand keine wesentliche Erhöhung der Motordrehmomentleistung statt, und es wurde schwierig, das richtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die richtige Menge an rückgeführtem Abgas beizubehalten, um Überschreitungen der Emissionsgrenzwerte zu vermeiden.
  • Wenn dagegen ein pneumatisches Kraftverstärkungsereignis vom Fahrzeugführer angefordert wird, das mit der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, kann die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers dazu programmiert werden, seinen Betrieb mit der Steuereinrichtung der Kraftstoffeinspritzung des Motors abzustimmen, indem sie beispielsweise Signale an die Steuereinrichtung der Kraftstoffeinspritzung sendet, um eine Echtzeitanzeige der Menge der eintretenden Drucklufteinspritzung bereitzustellen. Bei diesem Ansatz der „proaktiven Kraftstoffversorgung” kann die Steuereinrichtung der Kraftstoffeinspritzung sofort damit beginnen, die Kraftstoffeinspritzung in genauer Übereinstimmung mit der Luft anzupassen, die die Verbrennungsräume des Motors erreicht, ohne auf die Antwort anderer Fahrzeugsensoren warten zu müssen, die die Steuereinrichtung der Kraftstoffeinspritzung darüber informieren, dass zusätzlicher Kraftstoff benötigt wird.
  • Eine ähnliche Kommunikation von der Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkungssystems der Erfindung mit anderen Fahrzeugkomponenten kann weitere Vorteile bereitstellen. Da beispielsweise die Steuereinrichtung des ratenformenden pneumatischen Kraftverstärkungssystems die Kraftstoffeinspritzsteuerung über die ratengeformte Drucklufteinspritzstrategie informiert, die ausgeführt werden soll, kann die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkungssystems die Steuereinrichtung der elektronischen Gangschaltung des Getriebes mit Informationen zum Lufteinspritzereignis versorgen und/oder ein Signal an die Getriebesteuereinrichtung bereitstellen, das der Steuereinrichtung mitteilt, dass das Getriebe auf andere Weise geschaltet werden kann. Die Kommunikation kann Informationen zum geplanten und/oder tatsächlichen Drucklufteinspritzungsratenprofil selbst aufweisen, aus denen die Getriebesteuereinrichtung bestimmen kann, ob und wie sie die Schaltungen des Getriebes ändern sollte. Alternativ kann die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkungssystems die Getriebesteuereinrichtung mit bestimmten Anweisungen versorgen, wie beispielsweise, früher als gewöhnlich in einen höheren Gang zu schalten, oder ein anderes Schaltprofil zu benutzen, also etwa in einer Weise zu schalten, dass ein oder mehrere dazwischenliegende Gänge „übersprungen” werden (z. B. eine Schaltung vom zweiten Gang in den fünften Gang). Ein solches früheres Hochschalten wird aufgrund der erhöhten Motordrehmomentleistung möglich, die durch die ratengeformte Drucklufteinspritzung und eine frühere, genauere Kraftstoffeinspritzung verfügbar gemacht wird. Indem früher in einen höheren Gang geschaltet wird, als dies normalerweise bei einem nicht kraftverstärkten Ereignis der Fall wäre, kann der Motor mehr Zeit damit verbringen, in seinem effizientesten Betriebsbereich zu arbeiten, was den Kraftstoffverbrauch reduziert. Vorbereitende Berechnungen und Tests zeigen, dass ein frühes Schalten und das Überspringen von Gängen zu merklich erhöhter Kraftstoffwirtschaftlichkeit führen, während zugleich eine Leistung beim Erreichen der Zielgeschwindigkeit des Fahrzeugs erreicht wird, die nur geringfügig langsamer ist, als es mit einem bisherigen pneumatischen Kraftverstärkungssystem erreichbar war.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei Übergangen im pneumatischen Kraftverstärkungsereignis für mehr Fahrzeugführer- und/oder Fahrgastkomfort zu sorgen. Durch Überwachen der Betriebsparameter des Fahrzeugs wie etwa der Raddrehzahl, die von einem Raddrehzahlsensor bezogen wird (und aus der die Beschleunigung berechnet werden kann), kann die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkungssystems bestimmen, dass eine maximale Beschleunigungsrate überschritten wurde oder bald überschritten wird, und kann die Drucklufteinspritzung so anpassen, dass die Fahrzeugbeschleunigung auf oder unter einem im Voraus festgelegten Beschleunigungsschwellenwert gehalten wird.
  • Solche Ereignisse können auch zum adaptiven Einlernen der Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkungssystems genutzt werden. Indem beispielsweise die Reaktion des Fahrzeugs auf die Drucklufteinspritzung während eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses beobachtet wird, kann die Steuereinrichtung die Drucklufteinspritzung im selben und/oder einem anschließenden pneumatischen Kraftverstärkungsereignis skalieren, um die Möglichkeit zu minimieren, dass ein Betriebsgrenzwert überschritten wird. Die Beobachtung der Reaktion eines Fahrzeugs auf die Drucklufteinspritzung kann beispielsweise dazu benutzt werden, abzuleiten, ob sich das Fahrzeug in einem beladenen oder unbeladenen Zustand befindet und/oder um zu erkennen, dass ein Anhänger gezogen wird. In Reaktion darauf kann die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers automatisch ein anderes Drucklufteinspritzprofil benutzen, das besser für den gegenwärtigen Fahrzeugbetriebszustand geeignet ist, oder kann alternativ eine Anzeige an den Fahrer bereitstellen, der dann beispielsweise einen manuellen Auswahlschalter betätigen kann, um ein anderes Einspritzprofil zu aktivieren.
  • Die Fähigkeit der vorliegenden Erfindung, die Parameter der Drucklufteinspritzung zu formen, verleiht dem Fahrzeugführer die Fähigkeit, die Reaktionen des Fahrzeugs auf den Beschleunigungsbedarf des Fahrzeugführers „zuzuschneiden”. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können Steuerelemente wie etwa Schalter oder eine Systemprogrammierungsvorrichtung an den Fahrzeugführer bereitgestellt werden, die es dem Fahrzeugführer erlauben, persönliche Präferenzen einzustellen, etwa ein Betonen der Beschleunigung oder ein Betonen der Kraftstoffwirtschaftlichkeit, um eine Anpassung an die Bedürfnisse und/oder Wünsche des Fahrzeugführers zu erreichen. Der vorliegende Ansatz der Ratenformung erlaubt es also im Prinzip, dass ein Satz von Fahrzeugausrüstungsteilen angepasst wird, um sich „je nach Benutzer zu verändern”. Die vorliegende Erfindung kann auch verschiedene Anzeigen zum Betrieb des pneumatischen Kraftverstärkungssystems und/oder Hinweise zur Verbesserung der Fahrzeugleistung an den Benutzer bereitstellen, beispielsweise durch Bereitstellen eines Signals (ein optisches, akustisches und/oder anderes Signal wie etwa ein haptisches Signal), das anzeigt, wann das pneumatische Kraftverstärkungssystem ein früheres Hochschalten ermöglicht.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Einschätzen der Fahrzeugbeladung und der Fahrzeugmasse bereitzustellen, um dies beispielsweise von elektronischen Stabilitäts- und Überrollschutzsystemen nutzen zu lassen, um automatisch in Echtzeit eine Anpassung an Änderungen der Fahrzeugkonfiguration durchzuführen, wie etwa an Änderungen der Fracht oder der Fahrgastbeladung. Die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkungssystems kann Informationen von verschiedenen Fahrzeugsensoren und/oder Fahrzeugparametersignale empfangen, indem sie beispielsweise den CAN-(controller area network-)Bus überwacht. Anhand der überwachten Signale, die während eines aktuellen pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses beobachtet werden (beispielsweise die überwachte Motordrehmomentleistung und/oder Fahrzeugbeschleunigungssignale) kann die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkungssystems die aktuelle Antwort des Fahrzeugs auf die aktuelle Drucklufteinspritzung mit der Antwort des Fahrzeugs in einem vorherigen pneumatischen Kraftverstärkungsereignis vergleichen. Dieser Vergleich würde eine Grundlage bieten, um eine Schätzung der aktuellen Masse des Fahrzeug herzuleiten, oder wenigstens eine Schätzung der relativen Veränderung der Fahrzeugmasse gegenüber einem vorherigen Beladungszustand, was dann an die anderen Fahrzeugsteuereinrichtungen weitergeleitet werden kann. Die hergeleiteten Masseinformationen wären nicht nur für andere Fahrzeugsysteme (etwa ein Stabilitäts- oder ABS-System) nützlich, sondern könnten auch von der Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkungssystems selbst benutzt werden, um adaptiv die aktuelle Masse des Fahrzeugs zu erlernen, so dass in anschließenden pneumatischen Kraftverstärkungsereignissen die Drucklufteinspritzung weiter verfeinert werden kann, um einen gewünschten Fahrzeugleistungspegel beizubehalten und dabei so nah wie möglich an die relevanten Betriebsgrenzwerte heranzureichen, ohne sie jedoch zu überschreiten.
  • Wenn die Wirkung des Hinzufügens oder Entfernens von Masse vom Fahrzeug einen zusätzlichen Sicherheitsspielraum bereitstellt, bevor ein vorgeschriebener oder anderer Betriebsgrenzwert erreicht wird, kann die adaptiv lernende Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers alternativ die Drucklufteinspritzung im nächsten pneumatischen Kraftverstärkungsereignis skalieren oder anderweitig anpassen, um die Änderung der Fahrzeugmasse auszugleichen„ d. h., den neu verfügbaren Sicherheitsspielraum zu verbrauchen, um einen anderen Aspekt der Fahrzeugleistung zu optimieren. Wenn beispielsweise die Drucklufteinspritzung auf eine bestimmte Drucklufteinspritzkurvenform bei einem Fahrzeuggewicht beschränkt war, um das Potenzial zu minimieren, einen Emissionsgrenzwert (NOx, Partikelmaterial, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und/oder andere) zu überschreiten, und eine Veränderung des Fahrzeuggewichts den verfügbaren Spielraum bis zum Überschreiten des Emissionsgrenzwerts erweitert, könnte die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkungssystems eine erhöhte Drucklufteinspritzung zulassen, um die Motordrehmomentleistung zu erhöhen und die Fahrzeugbeschleunigungsleistung wenigstens bis zu dem Punkt zu steigern, an dem der Emissionsgrenzwert erneut erreicht würde.
  • In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann adaptives Lernen dazu benutzt werden, die Anwesenheit oder Abwesenheit verschiedener Fahrzeugkomponenten zu identifizieren. Die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkungssystems könnte dann ihre Drucklufteinspritzratenformung an die Anwesenheit (oder Abwesenheit) der Komponente anpassen. Indem beispielsweise die Reaktion verschiedener Fahrzeugparameter über den CAN-Bus des Fahrzeugs überwacht wird, etwa die Rate des Luftdruckanstiegs nachgeschaltet vom Turboladerverdichter, der von den Drucksensoren gemessen wird, die den Luftdruck beim Ansaugen messen, kann die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkungssystems anhand der Antwort des Fahrzeugs auf ein oder mehrere pneumatische Kraftverstärkungsereignisse bestimmen, ob das Turboladerlaufrad ein Laufrad aus Leichtmetall (etwa ein Laufrad aus Titan) oder ein schwereres Laufrad mit einem höheren Trägheitsmoment ist, wie etwa ein Stahllaufrad. Ebenso können Vergleiche der Antwort des Fahrzeugs und seiner Komponenten in vorhergegangenen pneumatischen Kraftverstärkungsereignissen und in einem aktuellen pneumatischen Kraftverstärkungsereignis benutzt werden, um den gegenwärtigen Verschleißzustand des Motors und anderer Fahrzeugantriebskomponenten zu beurteilen. Auch kann das pneumatische Kraftverstärkungssystem dazu programmiert sein, Fehleranzeigen, die von dem pneumatischen Kraftverstärkungssystem selbst und/oder anderen Fahrzeugsystemen empfangen werden, zu interpretieren und seine pneumatische Kraftverstärkungseinspritzprofile entsprechend anzupassen, um mit dem Fehler umzugehen und zugleich innerhalb der Einschränkungen durch den Fehler so viel zusätzliche Motordrehmomentleistung wie möglich bereitzustellen (indem beispielsweise das Kraftverstärkungseinspritzprofil auf eine „ausfallsichere” Stufe reduziert oder verzögert wird, wenn ein Sensor nicht die benötigten Informationen bereitstellt).
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für mehr Kraftstoffwirtschaftlichkeit und eine bessere Fahrzeugbeschleunigungsantwort zu sorgen, indem eine ratengeformte Drucklufteinspritzung bereitgestellt wird, die mit der Getriebeumschaltung koordiniert ist. Wenn ein Getriebe hochgeschaltet wird, kann die Motordrehzahl auf einen niedrigeren U/min-Wert abfallen, der typischerweise wesentlich niedriger als der U/min-Wert ist, bei dem der Motor mit maximaler Effizienz arbeitet und ein maximales Drehmoment erzeugt. Entweder in Reaktion auf eine Hochschaltung oder in Reaktion auf Kommunikation zwischen der Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkungssystems und der Getriebesteuereinrichtung unmittelbar vor dem Hochschalten kann die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers der vorliegenden Erfindung ein kurzes pneumatisches Kraftverstärkungsereignis einleiten, um die Motordrehzahl schneller zurück in den Betriebsbereich des Motors mit maximaler Effizienz zurückzubringen.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein pneumatisches Kraftverstärkungssystem mit Ratenformung bereitzustellen, das eine ausreichend genaue Drucklufteinspritzsteuerung aufweist, damit das pneumatische Kraftverstärkungssystem die Regenerierung von Emissionsbehandlungskomponenten unterstützen kann, während gleichzeitig die Fahrzeug- und Emissionsleistung während des Regenerierungsübergangs aufrechterhalten wird. Wenn in einer solchen Ausführungsform eine Komponente wie etwa ein Partikelfilter oder ein NOx-Abscheider eine Regenerierung erfordert, kann eine ratengeformte Drucklufteinspritzung durchgeführt werden, um die notwendigen Umweltbedingungen innerhalb der Emissionsbehandlungskomponente während des Regenerierungsprozesses bereitzustellen. Die Genauigkeit der Drucklufteinspritzung, die von dem Ansatz der Ratenformung der vorliegenden Erfindung ermöglicht wird, zusammen mit der engen Abstimmung zwischen der Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers und anderen Fahrzeugsteuereinrichtungen (wie etwa der Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung) ermöglicht die Regenerierung der Behandlungskomponente und Weiterlaufen ohne merkliche Herabsetzung der Fahrzeugleistung und ohne Überschreitung der Emissionsgrenzwerte.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Ratenformung des pneumatischen Kraftverstärkungssystems auf Grundlage erwarteter Fahrbedürfnisse verändert werden. Anhand der Eingaben eines globalen Positionierungssystem-(GPS-)Sensors beispielsweise kann die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkungssystems wahrscheinliche Antriebsleistungsanforderungen auf Grundlage bevorstehender Routen- und Höhenveränderungen bestimmen und das Drucklufteinspritzratenprofil sowie die Schaltstrategien in Erwartung eines größeren oder kleineren Bedarfs an Motordrehmomentleistung verändern.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein pneumatisches Kraftverstärkungssystem bereitzustellen, wobei die Ratenformung dazu benutzt wird, Fahrzeugkomponenten aktiv zu schützen. Zusätzlich zu dem oben erörterten Schutz vor einem Überdruck im Ladeluftkühler beispielsweise kann die Ratenformung der Drucklufteinspritzrate in Verbindung mit dem Drosselventil des pneumatischen Kraftverstärkungssystems dazu benutzt werden, Druckbedingungen nachgeschaltet vom Turboladerverdichter zu erzeugen, die Turboladerdruckstöße minimieren. Indem ferner nur eine ratengeformte Menge an Druckluft eingespritzt wird, die für einen jeweiligen Motorbetriebspunkt notwendig ist, neigt der Turbolader weniger zu überhöhten Drehzahlen. Entsprechend wird die Wahrscheinlichkeit eines Druckstoßzustands stark reduziert. In einem weiteren Beispiel kann die ratengeformte Einspritzung von relativ kühler Druckluft dazu benutzt werden, die Betriebstemperatur des Motors und/oder der Abgaskomponenten zu senken. Ferner können Betriebsparameter überwacht werden, um sowohl die Ausrüstungsteile zu schützen als auch unerwünschte Emissionen zu minimieren. Indem beispielsweise die Motorbetriebstemperatur überwacht wird, kann die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers ein ratengeformtes pneumatisches Kraftverstärkungsprofil auswählen, das dazu angepasst ist, mit den Betriebseinschränkungen eines Motors umzugehen, der die normale Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat (zu den Einschränkungen gehören Belastungsgrenzwerte von kalten Ausrüstungsteilen und übermäßige Emissionen durch Temperaturen im Verbrennungsraum, die niedriger als normal sind).
  • Die vorliegende Erfindung kann in der Form separater Komponenten bereitgestellt werden, etwa einer separaten Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkungssystems, des Motors und des Getriebes, oder kann als integriertes Elektronikpaket bereitgestellt werden. Ferner können die physischen Komponenten des pneumatischen Kraftverstärkungssystems separate, unabhängige Komponenten sein, oder sie können in ein pneumatisches Kraftverstärkungssystemmodul integriert sein, und sie können vorzugsweise in ein Modul integriert sein, das alle Ansaugluft-Durchflusssteuerungselemente enthält, beispielsweise Drucklufteinspritzsteuersolenoide, Ansaugkanal-Durchflusssteuerklappe, Drosselventil, Drucksensoren, AGR-Einspritzmündung und integrierte Elektronik und zugehörige CAN-Busverbindungen.
  • Weitere Aufgaben, Vorteile und neuartige Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung bei Betrachtung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen deutlich werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Motors mit Turboladung des Stands der Technik mit einem pneumatischen Kraftverstärkungssystem.
  • 2 ist eine schematische Darstellung der Ansaugluftsteuervorrichtung des pneumatischen Kraftverstärkungssystems des Stands der Technik aus 1.
  • 3 ist eine schematische Darstellung eines Motors und zugehöriger Fahrzeugkomponenten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist eine schematische Darstellung der Luftsteuervorrichtung der Ausführungsform aus 3.
  • 5 ist ein Diagramm, das Steuerungsabhängigkeiten für die Einleitung und Deaktivierung eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung identifiziert.
  • 6 ist ein Ablaufdiagramm, das einen ersten Teil von Steuerentscheidungen und -abhängigkeiten zur Einleitung und Deaktivierung eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 7 ist ein Ablaufdiagramm, das einen zweiten Teil von Steuerentscheidungen und -abhängigkeiten zur Einleitung und Deaktivierung eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 8 ist ein Ablaufdiagramm, das einen dritten Teil von Steuerentscheidungen und -abhängigkeiten zur Einleitung und Deaktivierung eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 9 ist ein Graph eines ratengeformten Drucklufteinspritzereignisses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 10 ist ein Graph, der die Antwort eines Fahrzeugs auf ein pneumatisches Kraftverstärkungsereignis gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zur Antwort des Fahrzeugs auf den Stand der Technik darstellt.
  • 11 ist ein Graph, der die NOx-Emissionsantwort auf ein pneumatisches Kraftverstärkungsereignis mit einem PKS-System des Stands der Technik darstellt.
  • 12 ist ein Graph, der die NOx-Emissionsantwort auf ein pneumatisches Kraftverstärkungsereignis gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 13 ist ein Graph, der vom Fahrzeugführer auswählbare Fahrzeugleistungsprofile gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 14 ist ein Graph der Motordrehmomentleistung von Motoren des Stands der Technik bei Hochschaltereignissen.
  • 15 ist ein Graph der Leistung beim Erreichen der Zielgeschwindigkeit, der die Leistung von Fahrzeugen vergleicht, die mit Motoren des Stands der Technik mit und ohne pneumatische Kraftverstärkungssysteme ausgestattet sind.
  • 16a und 16b sind Diagramme, die Steuereingänge und -ausgänge im Zusammenhang mit der Kommunikation zwischen einer Getriebesteuereinrichtung und einer Ratenformungssteuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung identifizieren.
  • 17 ist ein Graph der Leistung beim Erreichen der Zielgeschwindigkeit, der die Leistung von Fahrzeugen darstellt, die mit einem Motor des Stands der Technik ohne pneumatisches Kraftverstärkungssystem und mit einem Motor, der mit einem ratenformenden pneumatischen Kraftverstärkungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet sind.
  • 18–20 sind Graphen verschiedener Betriebsparameter und -antworten während eines Fahrzeugbeschleunigungsereignisses.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 3 zeigt Komponenten einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, darunter einen Motor 301, der Verbrennungsluft von einem Ansaugkrümmer 302 erhält und Abgase an einen Abgaskrümmer 303 freisetzt. Die Abgase fließen vom Abgaskrümmer 303 zu einer Turbine 304 eines Abgasturboladers. Die Abgases bewirken, dass die Turboladerturbine 304 ein entsprechendes Ansaugluftverdichterrad 305 antreibt (zusammen als Turboladerlaufrad bezeichnet), um Luft zu verdichten, die über ein Ansauggehäuse 306 (in dieser Ausführungsform ein Luftreinigungsgehäuse) in die Ansaugleitung gelangt. Die vom Turbolader abgegebene Druckluft tritt durch einen Ladeluftkühler 307, um die Drucklufttemperatur zu senken, und tritt dann durch eine Luftsteuervorrichtung 308 zu einem Ansaugkrümmer 302 des Motors. Abgase fließen auch vom Abgaskrümmer 303 durch eine Abgasrückführleitung 309 über ein AGR-Steuerventil 310 und einen AGR-Kühler 311 zum Ansaugkrümmer 302. Das AGR-Steuerventil 310 wird je nach Bedarf betätigt, um einen Abgasfluss zur Ansaugleitung bereitzustellen, um die Bildung von NOx während der Verbrennung zu minimieren.
  • Diese Ausführungsform weist auch einen Luftverdichter 312 auf, der über eine Riemen- und Scheibenanordnung von der Kurbelwelle des Motors 301 durch den Motor angetrieben wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf motorbetriebene Druckluftquellen beschränkt, und die Druckluft kann von einer beliebigen geeigneten Quelle bereitgestellt werden. Die vom Luftverdichter 312 erzeugte Druckluft wird in dieser Ausführungsform an ein Luftsteuerventil und Lufttrockner 313 geleitet. Die getrocknete Luft wird dann an nachgeschaltete Druckluftverbraucher geleitet, darunter einen Druckluftspeicherbehälter 314. Obwohl in dieser Ausführungsform getrocknete Luft benutzt wird, ist für die vorliegende Erfindung keine getrocknete Luft notwendig.
  • Die Steuerung des Betriebs des Motor 301 wird von einer Motorsteuereinrichtung 315 verwaltet, die Signale von verschiedenen Sensoren überwacht, darunter von einem Gaspedal 316, und die Kraftstoffeinspritzbefehle an Kraftstoffeinspritzdüsen 317 ausgibt, um Kraftstoff in der geeigneten Menge an den Motor bereitzustellen. Zusätzlich zu den von der Motorsteuereinrichtung 315 empfangenen Sensoreingängen kann die Motorsteuereinrichtung 315 Daten mit anderen Fahrzeugsteuermodulen austauschen, darunter mit Modulen, die mit dem CAN-Bus-Netzwerk des Fahrzeugs CAN verbunden sind, wie etwa die Getriebesteuereinrichtung 319 und die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers 318 (als in die Luftsteuervorrichtung 308 integriert dargestellt).
  • 4 ist eine schematische Darstellung der Hauptmerkmale der Luftsteuervorrichtung 308. Zu diesen Merkmalen gehören ein Vorrichtungseinlass 401, ein Auslass 402 und ein Luftdurchlass 403 dazwischen. Ein Ansaugblockierungselement, eine Luftdurchlassblockierungsklappe 404, ist im Luftdurchlass 403 angeordnet, um den Luftfluss vom Turboladerverdichter 305 durch die Luftsteuervorrichtung 308 zu blockieren. Die Klappe 404 wird von einem Stellglied 405 betätigt, das ein sehr hohe Klappenschließ- und -öffnungsrate erzeugen kann, und das die Klappe 404 in jeder beliebigen Stellung zwischen der vollständig geöffneten und vollständig geschlossenen Stellung positionieren kann. Der Betrieb des Stellglieds 405 wird von der Einspritzsteuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers 318 gesteuert, die in dieser Ausführungsform in das Gehäuse 406 der Luftsteuervorrichtung 308 integriert ist. Neben der Klappe 404 enthält die Luftsteuervorrichtung 308 auch zwei solenoidbetriebene Druckluftsteuerventile 407, 408, die den Fluss der Druckluft vom Luftspeicherbehälter 314 in den Luftdurchlass 403 und den Ansaugkrümmer 302 steuern. (In dieser Ausführungsform werden zwei Steuerventile benutzt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf zwei Ventile beschränkt.) Vorzugsweise sind die Luftsteuerventile 407, 408 derart bemessen, dass die unterschiedliche Druckluftdurchflussraten aufweisen, und zwar aus Gründen, die an späterer Stelle erörtert werden. Wahlweise kann die Luftsteuervorrichtung 308 dazu konfiguriert sein, ein Ansaugende einer AGR-Leitung 309 aufzunehmen. Die Auslässe der Druckluftventile 407, 408 und der AGR-Leitung 309 sind nachgeschaltet von der Klappe 404 angeordnet, so dass die Gase aus diesen Luft- und Abgasdurchlässen in den Ansaugkrümmer 302 eingeleitet werden, ohne von der Klappe 404 blockiert zu werden.
  • Einleitung und Deaktivierung eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses
  • Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf 5–8 die Kriterien und der logische Ablauf für die Einleitung eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie in 5 gezeigt, wird eine Anzahl von Eingängen von der Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkungssystems empfangen, entweder von einer CAN-Busverbindung oder von separaten Kommunikationsverbindungen. Zu diesen Eingängen gehören beispielsweise (i) Motorstatus- und Parameterinformationen, die z. B. von der Motorsteuereinrichtung und/oder direkt von motorbezogenen Sensoren empfangen werden, (ii) Informationen im Kraftverstärkungszustand des Motors von z. B. der Motorsteuereinrichtung und/oder Drucksensoren im Ansaugtrakt, (iii) Fahrzeugemissionsleistungsinformationen, die z. B. direkt von Abgassensoren und/oder anderen Steuermodulen erlangt werden, (iv) Luftbremssystemstatusinformationen z. B. von Sensoren (wie etwa einem Druckluftspeicherbehälter-Drucksensor, einem Bremspedalpositionssensor und/oder einem Raddrehzahlsensor), einer Fahrzeugbremssteuereinrichtung und/oder einer Steuereinrichtung eines Fahrzeugstabilitätssteuerungssystems und (v) andere Fahrzeugausrüstungsstatusinformationen (wie etwa der Betriebs-/Nichtbetriebsstatus des Luftverdichters und/oder der Betriebsstatus anderer Leistung zapfender Ausrüstungsteile).
  • Vorzugsweise gehören zu Eingangsparametern, die bei der Bewertung der Aktivierung und Deaktivierung eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses berücksichtigt werden, die Motordrehzahl, der Ladeluftkühlerdruck (ein Maß des Luftkraftverstärkungsstatus), der Druck im Druckluftvorrat des pneumatischen Kraftverstärkungssystems, die Gaspedalposition und die Positionsveränderungsrate (und/oder alternativ die Häufigkeit, mit der die Gaspedalposition eine im Voraus festgelegte Position überschreitet) und der Kupplungszustand des Getriebes sowie der aktuelle Schaltstatus (d. h. Herauf- oder Herunterschalten). Mindestens die Kenntnis des Ansaugkrümmerdrucks und der Gaspedalposition wird benötigt; zu alternativen und/oder ergänzenden Eingängen gehören jedoch folgende: für motorbezogene Informationen: Motordrehmomentleistung nach U/min des Turboladers, Motorlast, Kühlmitteltemperatur und Abgasdurchfluss; für Informationen im Zusammenhang mit der Luft-Kraftverstärkung des Motors: Ansaugkrümmerdruck, Ansaugdruck gemessen im Ansaugtrakt vorgeschaltet vom Ansaugkrümmer und Ansaugluftdurchfluss; für emissionsbezogene Informationen: AGR-Durchfluss, Regenerierungsstatus des DPF (Dieselpartikelfilter) und Verfügbarkeit des NOx-Nachbehandlungssystems (z. B. Status der Abgasleitungs-SCR- und/oder NOx-Absorberkomponenten); für Informationen zum Luftbremssystem: Aktivierungsstatus des Antiblockier-Bremssystems (im Fall von Fahrzeugen mit Zugfahrzeug und Anhängerfahrzeug vorzugsweise der ABS-Status der Bremsen von Zugfahrzeug und Anhängerfahrzeug), Bremspedalposition, Handbremsenstatus und Anhängerstabilitätsstatus; für andere Fahrzeugsystem: Fahrzeugzündungsstatus und Cruise-Control-Status. Für Fachleute ist es leicht ersichtlich, dass das Vorstehende eine veranschaulichende, nicht aber erschöpfende Auflistung von Parametern und Systemstatusanzeigen ist, die als Eingänge der Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkungssystems berücksichtigt werden können, um zu bestimmen, ob ein pneumatisches Kraftverstärkungssystem aktiviert oder deaktiviert werden soll, und dass im Zuge der Umsetzung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Systemkonstrukteur aus den verschiedenen verfügbaren Parameter- und Systemstatusquellen eines jeweiligen Fahrzeugs diejenigen Eingänge bestimmen wird, die an die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkungssystems bereitgestellt werden.
  • Unter Anwendung der Steuerungslogik in der Ausführungsform aus 6-8 gibt die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkungssystems Steuersignale aus, um ein pneumatisches Kraftverstärkungsereignis über die Steuerung der Solenoidventile 407, 408 in der Luftsteuervorrichtung 308 zu aktivieren oder zu deaktivieren. In einem ersten Teil der Steuerungslogik, der in 6 gezeigt ist, beginnt die Steuerungslogik in Schritt 601 damit, dass die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers 318 dadurch aktiviert wird, dass der Fahrzeugführer die Zündung des Fahrzeugs einschaltet. Die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers 318 bestimmt dann in Schritt 602 die Position des Gaspedals und den aktuellen Gangauswahlstatus. In Schritt 603 bestimmt die Steuereinrichtung aus den Informationen, die in Schritt 602 erlangt wurden, ob die Veränderungsrate der Gaspedalposition einen im Voraus festgelegten Veränderungsratengrenzwert überstiegen hat oder ob in einen höheren Gang geschaltet wurde. Wenn keine dieser Bedingungen erfüllt ist, kehrt die Steuerungslogik zu Schritt 602 zurück. Wenn dagegen eine dieser Bedingungen erkannt wird, fährt die Steuerungslogik mit Schritt 604 fort.
  • In Schritt 604 bestimmt die Steuereinrichtung aus den empfangenen Eingängen, beispielsweise aus Daten, die über das CAN-Bussystem des Fahrzeugs übermittelt werden, den Status von: der Gelenkwelle, der Gaspedalposition, dem Druckluftspeicherbehälter des pneumatischen Kraftverstärkungssystems, dem Druck im Ladeluftkühler des Fahrzeugs, dem Status der Kupplung und der Motordrehzahl.
  • Aus den Informationen, die in Schritt 604 erfasst wurde, bestimmt die Steuerungslogik in Schritt 605, ob die Bedingungen für das Einleiten einer tatsächlichen Drucklufteinspritzung angemessen sind. Insbesondere bestimmt die Steuereinrichtung, ob alle der folgenden Kriterien erfüllt sind: Gelenkwelle eingerückt; Gaspedalposition höher als eine im Voraus festgelegte Position; Druckluftspeicherbehälterdruck des pneumatischen Kraftverstärkungssystems höher als ein im Voraus festgelegter Druckgrenzwert; Kupplung eingerückt; und Motor läuft. In dieser Ausführungsform sind dies alles Schwellenwert-Kriterien, die erfüllt sein müssen, bevor ein pneumatisches Kraftverstärkungsereignis durch die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers 318 eingeleitet wird. Ist eine dieser Bedingungen nicht erfüllt, d. h. die Bedingung ist „FALSCH”, kehrt die Steuerungslogik zu Schritt 602 zurück. Wenn dagegen alle diese Bedingungen erfüllt sind (d. h. alle Kriterien als „WAHR” bewertet wurden), fährt die Steuerungslogik mit Teil B der Steuerungslogik fort, der in 7 dargestellt ist.
  • Bei Schritt 701 in 7 startet die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers 318 einen Beobachtungstimer und beobachtet den Status der Gelenkwelle (z. B. eingerückt/ausgerückt), der Kupplung (z. B. eingerückt/ausgerückt) und die Motordrehzahl (z. B. U/min), indem sie beispielsweise Signale im CAN-Busnetzwerk von der Motorsteuereinrichtung und der Getriebesteuereinrichtung überwacht. In Schritt 702 prüft die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers 318, ob der Timer einen im Voraus festgelegten Zeitgrenzwert erreicht hat. Wenn der Zeitgrenzwert nicht erreicht wurde, bestimmt die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers 318 als nächstes in Schritt 703, ob der Zustand „WAHR” wenigstens für eins der Folgenden vorliegt: Motordrehzahl höher als ein im Voraus festgelegter Grenzwert; Kupplung ausgerückt; und Gelenkwelle ausgerückt. Wenn keiner dieser Zustände eingetreten ist, kehrt die Steuerungslogik zu Schritt 701 zurück, um die Timer- und Statusüberwachung fortzusetzen.
  • Wenn allerdings die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers 318 in Schritt 702 bestimmt, dass der im Voraus festgelegte Zeitgrenzwert erreicht wurde, prüft die Steuereinrichtung 318 im abschließenden Test in dieser Ausführungsform vor dem Einleiten der Drucklufteinspritzung, ob der Druck im Ladeluftkühler des Fahrzeugs nicht zu hoch ist (um sicherzustellen, dass der Ladeluftkühler nicht durch eine Drucklufteinspritzung in einem pneumatischen Kraftverstärkungsereignis beschädigt wurde). Dies wird erreicht, indem in Schritt 704 der Druck im Ladeluftkühler des Fahrzeugs bestimmt wird und dann in Schritt 705 bewertet wird, ob der Ladeluftkühlerdruck höher als ein im Voraus festgelegter Prozentsatz seines Ausgangswerts (in Schritt 705 „X”%) ist. Wenn der Ladeluftkühlerdruck zu hoch ist, startet die Steuerungslogik den Bewertungsprozess für das pneumatische Kraftverstärkungsereignis erneut, indem es die Steuerung an den Beginn der Steuerungslogik bei Teil A zurücksetzt (d. h. auf Schritt 602). Wenn stattdessen alle Bedingungen vor dem Ereignis für die Steuerungslogik aus 7 erfüllt sind, überträgt die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers 318 die Steuerung an den ersten Schritt des Drucklufteinspritzteils C der Steuerungslogik, der in 8 dargestellt ist.
  • Nachdem bestimmt wurde, dass alle Vorbedingungen für die Einleitung des pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses erfüllt wurden, startet die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers 318 bei Schritt 801 einen Timer des pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses und befielt das Öffnen von einem oder beiden Druckluftflusssteuerungssolenoidventilen in der Luftsteuervorrichtung 308, um die Lufteinspritzung einzuleiten. Wie im Folgenden genauer beschrieben werden soll, befiehlt die Steuereinrichtung 318 das Öffnen und Schließen der Lufteinspritzsolenoidventile in einer Weise, in der die Lufteinspritzung wirksam geformt wird, damit sie einer Lufteinspritzungskurve entspricht, die Emissions- und/oder andere Konstruktionskriterien während des pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses erfüllt.
  • In Schritt 802 bestimmt die Steuereinrichtung, ob der Timer des Kraftverstärkungsereignisses eine im Voraus festgelegte verstrichene Zeit erreicht hat. Sobald der Zeitgrenzwert erreicht wurde, bestimmt die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers 318 den Status von: Ladeluftkühlerdruck, Ansaugkrümmerdruck, Kupplung, Gelenkwelle, Druckluftspeicherdruck des pneumatischen Kraftverstärkungssystems und Gaspedalposition. Die Steuereinrichtung 318 bewertet dann die erlangten Statusinformationen, um zu bestimmen, ob eines der folgenden Abbruchkriterien für pneumatische Kraftverstärkungsereignisse zutrifft: Ladeluftkühlerdruck höher als ein im Voraus festgelegter Grenzwert; Ansaugkrümmerdruck höher als ein im Voraus festgelegter Grenzwert; Ladeluftkühlerdruck gleich Ansaugkrümmerdruck; Kupplung ausgerückt; Gelenkwelle ausgerückt; Druckluftspeicherdruck des pneumatischen Kraftverstärkungssystems niedriger als ein im Voraus festgelegter Grenzwert; und Gaspedalposition niedriger als ein im Voraus festgelegter Grenzwert. Wenn keines dieser Abbruchkriterien überschritten wurde, wird die Steuerung an Schritt 805 übergeben, wo die Steuereinrichtung 318 bestimmt, ob der Kraftverstärkungsereigniszeitgeber einen im Voraus festgelegten Zeitgrenzwert erreicht hat. Wenn der Zeitgrenzwert nicht erreicht wurde, wird das aktuelle Drucklufteinspritzprofil fortgesetzt (Schritt 806), wobei die Steuerung zurück an Schritt 803 gegeben wird. Wenn entweder der Zeitgrenzwert erreicht wurde oder eines der Abbruchkriterien in Schritt 804 erfüllt wurde, geht die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers 318 zu Schritt 807 und befiehlt, dass die Drucklufteinspritzsolenoidventile deaktiviert werden, wodurch das pneumatische Kraftverstärkungsereignis abgebrochen wird. Die Steuerung wird anschließend zurück an den Beginn der Steuerungslogik bei Teil A in 6 übergeben.
  • Ein Fachmann wird erkennen, dass die vorstehende Liste von Abbruchkriterien nicht erschöpfend ist und dass auch andere Kriterien benutzt werden können, etwa die Erkennung eines Emissionsbestandteils, der einen vorgeschriebenen Grenzwert erreicht hat oder fast erreicht hat, oder dass eine Komponente wie etwa die Abgasbehandlungsvorrichtung (z. B. ein Katalysewandler) einen Temperaturgrenzwert erreicht hat. Ferner kann die Drucklufteinspritzung in Teil C der Steuerungslogik entweder eine konstante Drucklufteinspritzung einschließen oder kann einer ratengeformten Drucklufteinspritzungskurve folgen, wobei entweder ein kontinuierlicher oder ein gepulster Betrieb der Solenoidventile 407, 408 benutzt wird, wie an späterer Stelle beschrieben wird.
  • Ratenformung des pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird die Drucklufteinspritzung während eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses unter Verwendung von zwei solenoidgesteuerten Lufteinspritzventilen durchgeführt, wie in 4 gezeigt (Ventile 407, 408). Diese Ventile sind absichtlich so abgemessen, dass Druckluft mit unterschiedlichem Durchfluss durch sie fließt, und sie sprechen äußerst schnell an. Diese Ventile verleihen der Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkungssystems 318 somit die Fähigkeit, die Rate der Drucklufteinspritzung zu variieren, indem der Gesamtluftdurchfluss durch Betätigen der Lufteinspritzventile 407 und 408 separat oder gemeinsam gesteuert wird, und/oder indem die Ventile 407 und 408 in gepulster Weise mit variierender Drucklufteinspritzpulsdauer und/oder Pulseinleitungstaktung betätigt werden.
  • 9 stellt ein beispielhaftes ratengeformte Drucklufteinspritzprofil in einem pneumatisches Kraftverstärkungsereignis gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. In diesem Kraftverstärkungsereignis wird die Rate der Lufteinspritzung im Zeitverlauf „geformt”, um ein gewünschtes resultierendes Lufteinspritzprofil zu erreichen, indem die Lufteinspritzquelle (Ventil 407 und/oder Ventil 408) und die Dauer und die Taktung der Lufteinspritzung variiert werden.
  • Auf Grundlage von Eingängen des Sensors und anderer Steuereinrichtungen, die die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers 318 entweder direkt oder über den Fahrzeug-CAN-Bus empfangen hat, und ferner auf Grundlage der „erlernten” Fahrzeugantwortprofile, die von vorangehenden pneumatischen Kraftverstärkungsereignissen, sofern verfügbar, gespeichert wurden, leitet die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers 318 ein pneumatisches Kraftverstärkungsereignis gemäß einem im Voraus festgelegten Drucklufteinspritzplan ein, der die Luft und die Taktung der Lufteinspritzung in einer Weise formt, die eine oder mehrere gewünschte Ziele erfüllen soll, etwa die Einhaltung von Emissionsgrenzwerten oder die Aufrechterhaltung des Fahrgastkomforts. In diesem Ausführungsbeispiel ein Zeitpunkt t1, an dem eine erste Drucklufteinspritzung 901 vom Drucklufteinspritzventil mit dem größeren Luftdurchfluss (in dieser Ausführungsform das Ventil 407). Die Einspritzung vom Ventil 407 wird von der Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers 318 an einem Zeitpunkt t2 abgebrochen, da sie eine ausreichende anfängliche Einspritzung von Druckluft bereitgestellt hat, um die Motordrehmomentleistung zu erhöhen und den Abgasfluss zu steigern, jedoch kein so hohes Luftvolumen, dass beispielsweise das Potenzial der Überschreitung eines Emissionsgrenzwerts erhöht wird.
  • Nach dem anfänglichen Puls der Drucklufteinspritzung nach einer kurzen Verzögerung, die etwa der Zeit entspricht, die das Abgas, das von der anfänglichen Drucklufteinspritzung erzeugt wurde, benötigt, um den Abgaskrümmer zu erreichen und auf den Turbolader einzuwirken, und/oder bis ein ausreichender AGR-Fluss die Ansaugleitung erreicht, befiehlt die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers 318 an einem Zeitpunkt t3, dass beide Ventile 407 und 408 gemeinsam geöffnet werden, um eine weitere Drucklufteinspritzung mit einer höheren Flussrate bereitzustellen (kombinierte Einspritzung 902 vom Ventil 407 mit größerem Durchfluss und Einspritzung 408 vom Ventil 408 mit kleinerem Durchfluss). Die Zeit des Abbruchs dieser gemeinsamen Drucklufteinspritzung am Zeitpunkt t4 wird von der Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers 318 beispielsweise auf Grundlage des ratengeformten Einspritzprofils, eines verfeinerten ratengeformten Einspritzprofils (z. B. eines überarbeiteten Einspritzprofils auf Grundlage von Fahrzeugparameterantworten auf den anfänglichen Drucklufteinspritzpuls), und/oder der Erkennung eines Abbruchkriteriums in 8 bestimmt. Weitere Drucklufteinspritzungen 905, 906, 907 werden zu den Zeitpunkten t5, t6, t7, t8 mithilfe des Ventil 408 mit kleinerem Durchfluss dem Bedarf entsprechend bereitgestellt, um eine gewünschte Motordrehmomentleistung aufrechtzuerhalten, ohne, soweit praktisch möglich, geltende konstruktionsbezogene und vorschriftenbezogene Grenzwerte zu überschreiten. Zusätzlich zu den kurzen Lufteinspritzungen 905 und 906 mit geringem Volumen kann es, sobald sich die Fahrzeugbetriebsparameter nach den anfänglichen Drucklufteinspritzungen stabilisiert haben, möglich sein, eine längere Einspritzung mit niedriger Flussrate 907 durchzuführen, die weniger unerwünschte scharfe „Ein/Aus”-Übergänge der Fahrzeugantwort in Reaktion auf die Ereignisse der Druckluftzuleitung und -unterbrechung.
  • Wie in 9 gezeigt, folgt anstelle der sofortigen vollen Drucklufteinspritzung des Stands der Technik die Rate der Drucklufteinspritzung in der vorliegenden Erfindung einer Kurve (annähernd dargestellt durch die Einspritzpulse mit variabler Weite), bei der mittleren Rate (Einspritzung 901) beginnt, kurz danach auf eine höhere Rate ansteigt (Einspritzungen 902, 903) und zum Ende des pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses auf eine niedrigere Rate mit geringerem Volumen (Einspritzungen 904–907) abfällt. Die praktische Wirkung dieses Ansatzes der Ratenformung auf die Drucklufteinspritzung ist in 10 dargestellt.
  • 10 vergleicht die Reaktion der Fahrzeugdrehzahl im Verhältnis zur Zeit für den Fall eines Beschleunigungsbedarfs in den Fällen ohne pneumatisches Kraftverstärkungsereignis, eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses mit einem pneumatische Kraftverstärkungssystem des Stands der Technik, das eine Drucklufteinspritzung getreu dem Motto „so viel wie möglich, so schnell wie möglich” durchführt, und eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses, das mit einem pneumatischen Kraftverstärkungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung geformt wird. Kurve A stellt die Rate dar, mit der ein Fahrzeug, das nicht mit einem pneumatischen Kraftverstärkungssystem ausgestattet ist, erwartungsgemäß im Zeitverlauf beschleunigen könnte. Wie aus der Figur hervorgeht, liegt die nicht durch ein PKS gestützte Beschleunigungsrate des Fahrzeugs (das Gefälle der Geschwindigkeit gegenüber der Zeit von Kurve A) weit unter der maximalen Beschleunigungsrate zur Aufrechterhaltung des Fahrgastkomforts im Fahrzeug, nämlich dem Gefälle der maximalen Fahrgastkomfortkurve B.
  • Im Gegensatz zu dem nicht mit einem pneumatischen Kraftverstärker ausgestatteten Fahrzeug beschleunigt ein mit einem üblichen pneumatischen Kraftverstärkungssystem ausgestattetes Fahrzeug, das während eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses eine Drucklufteinspritzung getreu dem Motto „so viel wie möglich, so schnell wie möglich” durchführt, mit einer höheren Rate, die in 10 durch Kurve C dargestellt ist. Obwohl ein solches mit dem Stand der Technik ausgestattetes Fahrzeug sehr schnell beschleunigt, tut es dies mit einer Beschleunigungsrate, die das akzeptable Niveau des Fahrgastkomforts weit übersteigt.
  • Kurve D stellt die Wirkung des Ansatzes der pneumatischen Kraftverstärkung der vorliegenden Erfindung dar. Indem eine variable Rate und ein variables Volumen der Drucklufteinspritzung bereitgestellt werden, die derart geformt sind, dass sichergestellt wird, dass das Fahrzeug eine Beschleunigung, die jenseits des maximalen Fahrgastkomfortniveaus liegt, nicht überschreitet, hält eine kontinuierlich angepasste Lufteinspritzung die Motordrehmomentleistung auf einer Höhe, die es dem Fahrzeug erlaubt, relativ schnell zu beschleunigen, während zugleich der Fahrgastkomfort aufrechterhalten wird. Das anfängliche Drucklufteinspritzprofil (d. h. das Muster des Öffnens und Schließens der Lufteinspritzventile 407, 408, einschließlich der Auswahl, welche Ventile geöffnet werden, der Dauer des Öffnens des bzw. der Ventile und der Taktung des Öffnens der Ventile) kann beispielsweise aus Einspritzprofilen bezogen werden, die in einem Speicher des Fahrzeugs gespeichert sind, etwa einem Speicher der Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers, oder sie können auf Grundlage von einem oder mehreren Parametern des Fahrzeugs, wie etwa dem verbleibenden Druckluftvorrat, der Fahrzeugbeladung, dem Ansaugkrümmerdruck usw. unmittelbar vor der Einleitung eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses eingestellt werden. Dieses anfängliche Drucklufteinspritzprofil kann bereits nach dem ersten Lufteinspritzpuls in einem pneumatischen Kraftverstärkungsereignis mit mehreren Pulsen angepasst werden, bevor ein zweiter Lufteinspritzpulsbefehl von der Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers gegeben wird.
  • 11 und 12 stellen die Vorteile dar, die in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzielt werden können, die Ratenformung benutzt, um das Potenzial zu minimieren, dass NOx-Emissionen vorgeschriebene Grenzwerte überschreiten, im Vergleich zu einem bisherigen pneumatischen Kraftverstärkungssystem. 11 zeigt einen Graphen der NOx-Emissionsübergangsantwort als eine Funktion der Menge und der Taktung der Drucklufteinspritzung während eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses. Die Achse links in 11 stellt den Status der Drucklufteinspritzung dar. Die Achse rechts in dieser Figur stellt die AGR-Rate dar, einen Maßstab der Menge an Abgas, die zum Einspritzen in die Ansaugleitung des Motors verfügbar ist, um die NOx-Bildung in den Verbrennungsräumen des Motors zu unterdrücken. In diesem System des Stands der Technik wird die Drucklufteinspritzung mit zwei Einspritzflusswegen durchgeführt, wobei der größte verfügbare Druckluftfluss am Anfang des pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses beginnt und über nahezu die gesamte Dauer des Ereignisses aufrechterhalten wird (Kurve A, von Zeitpunkt t0 bis t1). Kurz vor dem Ende dieser Drucklufteinspritzung mit „maximaler Anstrengung” wird der Lufteinspritzweg an Zeitpunkt t1 geschlossen, und kurz darauf wird an Zeitpunkt t2 der verbleibende Lufteinspritzweg geschlossen.
  • Als Konsequenz der großen, sofortigen Drucklufteinspritzung wird eine große Menge an Sauerstoff in den Motor eingeleitet, die nicht mit einem entsprechenden Anstieg des rückgeführten Abgases zur Unterdrückung der NOx-Bildung einhergeht, d. h. es liegt eine Verzögerung zwischen der vermehrten Lufteinspritzung und der Erzeugung von zusätzlichem Abgas vor, um zusätzlichen Druck zu erzeugen und zusätzliches Abgas durch das AGR-System zur Ansaugleitung des Motors zu befördern. Daher steht die Verbrennungstemperatur reduzierendes rückgeführtes Abgas nicht sofort in ausreichender Menge zu Verfügung, um die Verbrennungstemperaturen und die zugehörige NOx-Erzeugung angemessen zu unterdrücken. In Abwesenheit von genug rückgeführtem Abgas steigt die Menge an NOx, das in der wärmeren Umgebung des Verbrennungsraums erzeugt wird, schnell an, wie Kurve B zeigt. Der schnelle Anstieg der NOx-Erzeugung kann bewirken, dass der NOx-Pegel den vorgeschriebenen Grenzwert, Kurve C, leicht übersteigt, insbesondere die wesentlichen niedrigeren NOx-Grenzwerte, die für neue Fahrzeuge in Europa und anderswo gelten werden.
  • Mit zunehmendem Abgasdruck steigt schließlich auch die Menge an zur Rückführung verfügbarem Abgas an, und das AGR-Verhältnis steigt an (dargestellt durch Kurve D), und die NOx-Bildung in den Verbrennungsräumen wird wieder unterdrückt. Aufgrund der inhärenten Verzögerung der Abgasrückführung bei der vollen sofortigen Drucklufteinspritzung des Stands der Technik kann das System des Stands der Technik jedoch die Überschreitung von NOx-Grenzwerten nicht ausschließen.
  • 12 stellt die Antwort der NOx-Pegel mit einer ratengeformten Drucklufteinspritzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. In dieser Ausführungsform wird anstelle der Drucklufteinspritzung des Stands der Technik mit „maximaler Anstrengung” die Drucklufteinspritzung in zwei Schritten ausgeführt, die die Form der Lufteinspritzkurve effektiv dehnen und absenken, um die NOx-Bildung zu steuern. Zuerst erfolgt ein kurzer Drucklufteinspritzpuls A1 zwischen den Zeitpunkten t0 und t1, wobei in dieser Ausführungsform beide Drucklufteinspritzventile 407, 408 in der Luftsteuervorrichtung 308 benutzt werden (alternativ kann auch nur ein einzelnes Ventil geöffnet werden, wenn die gewünschte Durchflussmenge erreicht werden kann). Da der anfängliche Drucklufteinspritzpuls kurz ist, wird in den Verbrennungsräumen des Motors ein Sauerstoffüberschusszustand nicht lange genug aufrechterhalten, um zu bewirken, dass die Verbrennungstemperaturen weit genug ansteigen, um übermäßige NOx-Emissionen zu erzeugen. Wie durch die Kurve B gezeigt, nimmt somit zwar die Menge an NOx in Reaktion auf die zusätzliche Sauerstoffeinspritzung zu, doch ist der Anstieg klein genug, um die NOx-Pegel unter dem NOx-Emissionsgrenzwert (Kurve C) zu halten, bis ein zusätzlicher AGR-Fluss verfügbar wird.
  • Der gewünschte zusätzliche AGR-Fluss breitet sich kurz, nachdem der anfängliche Drucklufteinspritzpuls A1 an den Motor bereitgestellt wurde, durch den Abgaskrümmer und das AGR-System aus. Wie durch die AGR-Verhältniskurve D in 10 gezeigt, erreicht der zusätzliche AGR-Fluss etwa zur selben Zeit D auch die Ansaugleitung, und an Zeitpunkt t2 wird eine zusätzliche Drucklufteinspritzung A2 eingeleitet, um den erwünschten Anstieg der Motordrehmomentleistung bereitzustellen. Das ratengeformte Drucklufteinspritzprofil hält so in diesem Beispiel den NOx-Pegel unter dem vorgeschriebenen NOx-Grenzwert der Kurve C.
  • In dieser Ausführungsform wird eine reduzierte Druckluftflussrate erzeugt, indem nur eins der Drucklufteinspritzventile 407, 408 geöffnet wird. Der reduzierte Druckluftfluss aus nur einem Druckluftkreislauf hilft der Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers 318, die Drucklufteinspritzrate genauer an den AGR-Fluss anzupassen, der zum Unterdrücken der NOx-Bildung verfügbar ist, und minimiert den Druckluftverbrauch durch übermäßiges Einspritzen. Da der Ansatz der vorliegenden Erfindung des Formens der Rate der Drucklufteinspritzung es zulässt, dass der AGR-Fluss auf einen akzeptablen Pegel ansteigt, bevor weitere Drucklufteinspritzungen erfolgen, bleibt der NOx-Pegel etwa ab dem Zeitpunkt t2 für den Rest des pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses auf einem relativ konstanten Pegel, wie durch Kurve B gezeigt.
  • Der Ansatz der vorliegenden Erfindung bezüglich der Verwaltung der Drucklufteinspritzung stellt außerdem mit verbesserten Gangschaltstrategien Vorteile hinsichtlich der Fahrzeugleistung und der Effizienz bereit.
  • Im Stand der Technik ist bekannt, dass während eines Hochschaltens eines Fahrzeuggetriebes und unmittelbar danach die Motordrehzahl auf einen niedrigeren U/min-Wert abfällt (aufgrund einer Veränderung des Übersetzungsverhältnisses). Bei geringerer Motordrehzahl wird weniger Abgas erzeugt, und es steht somit weniger Abgasfluss zum Antreiben der Turboladerturbine und zum Aufrechterhalten der Drehzahl des Turboladerverdichters bereit. Entsprechend kann der Turbolader den Ansaugdruck vor dem Hochschalten nicht aufrechterhalten, und die Motordrehmomentleistung fällt ab. Dies ist beispielsweise in 14 dargestellt.
  • 14 ist ein Graph der Motordrehmomentleistung (in Newtonmetern) als eine Funktion der Zeit beim Hochschalten eines Gangs. Die zwei Spalten der Drehmomentleistung links im Graphen sind Hochschaltvorgänge bei einem Fahrzeug des Stands der Technik, das nicht mit einem pneumatischen Kraftverstärkungssystem ausgestattet ist, während die zwei Spalten rechts im Graphen Hochschaltvorgänge bei einem Fahrzeug sind, das mit einem pneumatischen Kraftverstärkungssystem des Stands der Technik ausgestattet ist. Bei dem Fahrzeug ohne Kraftverstärkung ist die Motordrehmomentleistung an Punkt 1 die Motorleistung, wenn die Kupplung nach einem vorangegangenen Hochschaltvorgang den Motor wieder mit der Gelenkwelle in Eingriff bringt. Da der Motor nun bei einer niedrigeren Motordrehzahl aufgrund des Hochschaltens einen geringeren Abgasfluss erzeugt, fällt der vom Turbolader erzeugte Ansaugdruck ab, was zu einem Abfall der Motordrehmomentleistung zwischen Punkt 1 und Punkt 2 führt. Punkt 2 stellt den Punkt dar, an dem die Motordrehzahl und der Abgasfluss weit genug angestiegen sind, damit sich der Turboladerverdichter genug erholt, um das Abfallen der Motordrehmomentleistung zu unterbrechen und zu beginnen, die Drehmomentleistung zu erhöhen. Die Motordrehzahl steigt dann weiter an und erhöht die Turboladerdrehzahl und den Ansaugdruck weiter bis zu dem Punkt, an dem ein Hochschalten notwendig ist, um eine überhöhte Drehzahl des Motors zu vermeiden.
  • Beim nächsten Gangwechselvorgang wird die Kupplung für eine kurze Zeit ausgerückt, und die Kraftstoffversorgung des Motors wird eingeschränkt, so dass die Motordrehmomentleistung effektiv auf null abfällt (Punkt 4). Sobald der nächsthöhere Gang ausgewählt wird, wird die Motordrehmomentleistung auf Punkt 5 angehoben, während die Kupplung wieder einrückt. Die Wirkung der abfallenden Motordrehmomentleistung aufgrund der geringeren Motordrehzahl und der daraus resultierende Ansaugdruck wiederholt sich, wenn die Drehmomentleistung auf Punkt 6 abfällt, gefolgt von einer steigenden Drehmomentleistung, während sich die Turboladerdrehzahl erholt.
  • Bei einem Fahrzeug, das mit einem pneumatischen Kraftverstärkungssystem des Stands der Technik ausgestattet ist, kann der Abfall der Motordrehmomentleistung aufgrund eines Hochschaltvorgangs durch Drucklufteinspritzung während des Hochschaltens in gewissem Grade abgemildert werden. Erneut Bezug nehmend auf 14 bezeichnet Punkt 7 die Motordrehmomentleistung, die von einem mit pneumatischem Kraftverstärkungssystem ausgestatteten Fahrzeug unmittelbar nach dem Abschluss eines Hochschaltvorgangs erzeugt wird. Durch sofortiges Anwenden der pneumatischen Kraftverstärkung, ist die Motordrehmomentleistung sofort höher als im Falle eines nicht mit PKS ausgestatteten Fahrzeugs (in diesem Beispiel nahezu die doppelte Drehmomentleistung im Vergleich zu derjenigen an Punkt 1). Die sofortige Drucklufteinspritzung mit voller Kraft des Stands der Technik sorgt dafür, dass während des Hochschaltens ausreichend Luftdruck im Ansaugkrümmer verbleibt, um die Drehmomentleistung und den Abgasfluss aufrechtzuerhalten. Entsprechend reduziert sich die Drehzahl der Turboladerturbine während des Kraftverstärkungsereignisses des pneumatischen Kraftverstärkungssystems kaum, und es liegt nur eine geringe Reduzierung der Motordrehmomentleistung vor, da der Turboladerausgang die Motorkraftverstärkung bis zum Punkt des nächsten Hochschaltvorgangs an Punkt 8 übernimmt.
  • Überraschenderweise wird auch mit der wesentlich höheren Motordrehmomentleistung, die von einem pneumatischen Kraftverstärkungssystem des Stands der Technik im Vergleich zu einem Fahrzeug erzeugt wird, das nicht mit einem solchen System ausgestattet ist, die Gesamtzeit, die das Durchlaufen mehrerer Hochschaltvorgänge erfordert, um eine gewünschte Fahrgeschwindigkeit zu erreichen, nicht wesentlich reduziert. 15 zeigt die Leistung beim Erreichen der gewünschten Fahrgeschwindigkeit von nicht mit PKS und mit bisherigem PKS ausgestatteten Fahrzeugen. In dieser Figur stellen zwei Kurven die typische Motordrehmomentleistung im Zeitverlauf von (i) einem Motor, der nicht mit einem pneumatischen Kraftverstärkungssystem ausgestattet ist (Kurve A, die untere der zwei Kurven) und (ii) von einem Motor dar, der mit einem pneumatischen Kraftverstärkungssystem des Stands der Technik ausgestattet ist (Kurve B, die obere der zwei Kurven). Beim Schalten in den höchsten Gang (in diesem Fall den zehnten Gang) ist bei dem mit PKS ausgestatteten Motor zwar zusätzliche Motordrehmomentleistung verfügbar, doch die relativ kürzere Zeit, in der dieses Motordrehmoment in jedem Gang in dem bisherigen mit PKS ausgestatteten Fahrzeug angelegt wird, führt in der Praxis dazu, dass das Fahrzeug seine Fahrgeschwindigkeit im höchsten Gang (gekennzeichnet durch die entsprechende Fahrgeschwindigkeit-Drehmomentleistung an Punkt C) nur fünf Sekunden vor dem nicht mit PKS ausgestatteten Fahrzeug (Punkt D) erreicht.
  • Im Gegensatz zum Stand der Technik stellt die vorliegende Erfindung eine Einspritzstrategie mit pneumatischer Kraftverstärkung bereit, die eine wesentlich höhere Leistung beim Erreichen der gewünschten Fahrgeschwindigkeit ermöglicht, als sie von pneumatischen Kraftverstärkungssystemen des Stands der Technik bereitgestellt wird. Bei diesem Ansatz können die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers und die Getriebesteuereinrichtung miteinander kommunizieren, um zu bestimmen, ob die Bedingungen ausreichen, um während einer Antwort auf einen Beschleunigungsbedarf des Fahrzeugführers eine Drucklufteinspritzung bereitzustellen. Wenn die Bedingungen erfüllt sind, kann ein pneumatisches Kraftverstärkungsereignis eingeleitet werden, bei dem die Drucklufteinspritzratenkurve derart ratengeformt wird, dass die Einhaltung von konstruktionsbezogenen und vorschriftsbezogenen Einschränkungen gegeben ist, in Verbindung mit der Implementierung eines alternative Schaltprofils.
  • Wie in 16a–16b gezeigt, kann die Getriebesteuereinrichtung entweder die Quelle einer Anforderung eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses sein (16a), oder das Getriebe kann auf ein pneumatisches Kraftverstärkungsereignis reagieren, das an anderer Stelle im Fahrzeug eingeleitet wurde, etwa durch die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers (16b). 16a stellt eine Situation dar, in der die Getriebesteuereinrichtung einen Beschleunigungsbedarf von einem Fahrzeugführer empfängt, oder alternativ erzeugt, beispielsweise die Fahrzeugelektronik auf Grundlage von GPS-Positionssignalen und der aktuellen Route einen erwarteten Drehmomentleistungsbedarf, um die Fahrzeuggeschwindigkeit unter Berücksichtigung der kommenden Straßenverhältnisse (etwa einer kommenden Steigung) aufrechtzuerhalten. In Reaktion auf den erhöhten Drehmomentbedarf kann die Getriebesteuereinrichtung eine Anforderung zur Einleitung eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses an die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers übermitteln. Die Anforderung an die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers kann ferner die aktuelle Gangauswahl und andere Fahrzeugparameter einschließen, um das Ausgeben einer ratengeformten Drucklufteinspritzung durch die Kraftverstärkungssteuereinrichtung zu ermöglichen und so viel pneumatische Kraftverstärkung wie möglich innerhalb der geltenden konstruktionsbezogenen und/oder vorgeschriebenen Grenzwerte bereitzustellen.
  • 16b stellt eine Situation dar, wobei an die Getriebesteuereinrichtung stattdessen Informationen zu einem pneumatischen Kraftverstärkungsereignis bereitgestellt werden, das durch die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers eingeleitet wurde, sowie Informationen zu den aktuellen Kapazitäten des pneumatischen Kraftverstärkungssystems (beispielsweise Informationen zu Systemfehlern, die die Höhe der Drehmomentleistung einschränken können, mit deren Ausgabe durch den Motor während des pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses die Getriebesteuereinrichtung rechnen kann), sowie andere Fahrzeugstatusinformationen, etwa dazu, ob das Fahrzeug still steht oder sich bewegt, Fahrzeuggeschwindigkeit usw. Anhand der Informationen, die die Getriebesteuereinrichtung empfängt, kann die Steuereinrichtung aus verschiedenen alternativen Schaltprofilen dasjenige Schaltprofil auswählen, das zu einer gewünschten Leistung führt, etwa einer verkürzten Zeit bis zum Erreichen der Fahrgeschwindigkeit, der höchsten Kraftstoffwirtschaftlichkeit oder der geringsten Getriebebelastung.
  • Ein Beispiel einer bevorzugten Getriebeschaltstrategie ist in 17 dargestellt. In dieser Ausführungsform wird die pneumatische Kraftverstärkung nicht durchgeführt, während das Getriebe die einzelnen Gänge durchläuft (wie es im Stand der Technik typisch ist), sondern die Drucklufteinspritzung kann von der Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers in einer ratengeformten Art und Weise angewiesen werden, während der Beschleunigung auf die gewünschte Fahrgeschwindigkeit bestimmte Übersetzungsverhältnisse zu „überspringen”. In dem Beispiel aus 17 passt die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers die Rate und die Taktung der Drucklufteinspritzung dazu an, die Verwendung eines höheren Übersetzungsverhältnisses als normalerweise zu ermöglichen, derart, dass in diesem Beispiel nur die Gänge 3, 4, 7, 8 und 10 während der Beschleunigung geschaltet werden.
  • In einem Schaltszenario, in dem Übersetzungsverhältnisse ausgelassen werden, findet beim Umschalten der Übersetzungsverhältnisse ein größerer Anstieg der Motordrehzahl als gewöhnlich statt, und damit auch ein größerer Abfall der Motordrehmomentleistung als gewöhnlich. Bei einem pneumatischen Kraftverstärkungssystem des Stands der Technik würde der bekannte Ansatz der Lufteinspritzung getreu dem Motto „so viel wie möglich, so schnell wie möglich” aufgrund des sehr geringen AGR-Flusses, der sich bei dem wesentlich niedrigeren U/min-Wert aus dem Auslassen von einem oder mehreren Gängen im Schaltmuster ergibt, während einer Drucklufteinspritzung zumindest eine schwerwiegende Überschreitung der Emissionsgrenzwerte verursachen. Die Anwendung einer Drucklufteinspritzung bei sehr geringer Motordrehzahl des Stands der Technik birgt auch die Gefahr, den Fahrzeugantrieb durch die allzu geringe Drehmomentleistung zu beschädigen oder einen solch großen plötzlichen Abgasfluss vom Motor zu erzeugen, dass es zu einer Drehzahlüberschreitung am Turbolader kommt. Aufgrund der beträchtlichen Gefahr der Fahrzeugbeschädigung und/oder der Nichterfüllung von Emissionsvorgaben gilt der Ansatz der pneumatischen Kraftverstärkung des Stands der Technik im Stand der Technik als ungeeignet, um das Überspringen von Gängen während der Fahrzeugbeschleunigung zuzulassen.
  • Im Gegensatz dazu erlaubt die Möglichkeit der Ratenformung der vorliegenden Erfindung ein Anpassen von Rate, Dauer und Taktung der Drucklufteinspritzung an den ungewöhnlich großen U/min-Abfall im Zusammenhang mit dem Überspringen von Gängen, während nach wie vor so viel Motordrehmomentleistung wie möglich innerhalb der konstruktionsbezogenen und vorgeschriebenen Grenzwerte bereitgestellt wird. Insbesondere kann die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers während der Schaltvorgänge die Drucklufteinspritzung auf einen Wert weit unterhalb des „Alles jetzt”-Einspritzansatzes des Stands der Technik regeln, während zugleich die Fahrzeugparameter überwacht werden, um zu bestimmen, wann und um wie viel Drucklufteinspritzung im Zuge der ansteigenden Motordrehzahl erhöht werden kann.
  • Ein Beispiel für die Ergebnisse der Anwendung der Ratenformung der vorliegenden Erfindung zum Erzielen einer wesentlich verbesserten Fahrzeugbeschleunigungsleistung ist in 17 gezeigt. Im Vergleich zur Leistung beim Erreichen der gewünschten Fahrgeschwindigkeit des Stands der Technik, die in 15 gezeigt ist (etwa 39 Sekunden bis zum Erreichen der Fahrgeschwindigkeit bei einem Nicht-PKS-Fahrzeug, ebenfalls gezeigt in 17 als Punkt B) führt in diesem Beispiel die Verwendung der ratengeformten Drucklufteinspritzung und eines Schaltprofils, das nur die Gänge 3, 4, 7, 8 und 10 nutzt, zu einem Erreichen der Fahrgeschwindigkeit in etwa 21 Sekunden (Punkt A), oder nahezu der Hälfte der Zeit eines nicht mit PKS ausgestatteten Fahrzeugs. Diese Leistung beim Erreichen der gewünschten Fahrgeschwindigkeit ist zudem eine große Verbesserung gegenüber der Leistung eines PKS-Systems des Stands der Technik, das auf ein sequenzielles Schaltprofil beschränkt ist, wobei die Zeit zum Erreichen der Fahrgeschwindigkeit des ratengeformten Fahrzeugs mit Gangüberspringung nur etwa 60% der von einem Fahrzeug beträgt, das mit einem bisherigen pneumatischen Kraftverstärkungssystem ausgestattet ist (ganze 15 Sekunden schneller, 21 Sekunden im Vergleich zu den 36 Sekunden des Systems des Stands der Technik). Alternativ ausgedrückt erlaubt die Verwendung der Ratenformung der Drucklufteinspritzung bei einem pneumatischen Kraftverstärkungsereignis der vorliegenden Erfindung es einem Getriebe, ein alternatives Schaltprofil zu verwenden, das Verbesserungen der Leistung beim Erreichen der gewünschten Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeugs gegenüber pneumatischen Kraftverstärkungssystemen des Stands der Technik um nahezu 40% verbessert, während nach wie vor die geltenden konstruktionsbezogenen und vorgeschriebenen Grenzwerte eingehalten werden.
  • Zusätzlich zur Verwendung alternativer Getriebeschaltprofile zum Erreichen einer verbesserten Fahrzeugbeschleunigungsleistung ermöglicht die Verwendung der ratengeformten Drucklufteinspritzung auch die Verwendung eines Schaltprofils mit Gangüberspringung, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern. Durchschnittsfachleute werden erkennen, dass beim Betreiben eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotor in einem Motordrehzahlbereich, der außerhalb seines optimalen Kraftstoffeffizienzbereichs liegt (d. h. nicht beim „Sweet Spot” des Motors), der Motor zwangsläufig mehr Kraftstoff verbraucht. Durch die Verwendung der Ratenformung der vorliegenden Erfindung, die ein früheres Hochschalten in einen höheren Gang ermöglicht, kann das Fahrzeug einen höheren Gang (und damit den optimalen Kraftstoffeffizienzbereich des Motors) früher erreichen, als es bei dem pneumatischen Kraftverstärkungssystem des Stands der Technik möglich ist, das eine nicht-sequenzielle Gangschaltung nicht gestattet.
  • Die Verwendung der Ratenformung birgt auch das Potenzial, auch unter Betriebsbedingungen, in denen das pneumatische Kraftverstärkungssystem des Stands der Technik seine Einspritzung getreu dem Motto „so viel wie möglich, so schnell wie möglich” nicht durchführen kann, ohne die geltenden Grenzwerte zu überschreiten, eine ratengeformte pneumatische Kraftverstärkung anzuwenden, wenn sich das Fahrzeug in einem höheren Gang (und damit bei einer geringeren Motordrehzahl) befindet. Während es bei einem PKS-System des Stands der Technik beispielsweise notwendig sein kann, herunterzuschalten, bevor ein pneumatisches Kraftverstärkungsereignis eingeleitet wird, erlaubt es die ratengeformte Drucklufteinspritzung dem Fahrzeug, in einem kraftstoffeffizienteren höheren Gang zu bleiben und auf einen unerwünschten Schaltvorgang zu verzichten, der den Fahrgastkomfort beeinträchtigen kann.
  • Die Ratenformung der Drucklufteinspritzung bietet ferner die Möglichkeit, den Fahrgastkomfort und Kraftstoffwirtschaftlichkeit unmittelbar nach einem Hochschaltvorgang zu verbessern. Wenn beispielsweise eine Getriebesteuereinrichtung feststellt, dass ein Hochschalten gerechtfertigt ist, kann sie eine Anforderung eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses an die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers übermitteln, und zwar speziell zu dem Zweck, die pneumatische Kraftverstärkung zum Ausgleichen des Drehmomentabfalls zu nutzen, der bei einem Abfall des Motor-U/min-Werts beim Hochschalten in ein höheres Übersetzungsverhältnis zu beobachten ist. Die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers kann dann ein ratengeformtes Drucklufteinspritzprofil einleiten, das eine ausreichende Menge an Luft bereitstellt (und durch Benachrichtigung der Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung des Motors eine entsprechende Menge an Kraftstoff in Anpassung an die zusätzliche Lufteinspritzung), um den Drehmomentabfall unmittelbar nach dem Hochschalten auszugleichen, wobei die einzige Einschränkung darin besteht, eine Überschreitung vorgeschriebener und/oder konstruktionsbezogener Grenzwerte zu vermeiden. Während das den Hochschaltvorgang ausgleichende pneumatische Kraftverstärkungsereignis abläuft und die Motordrehzahl zurück auf den vorherigen Wert ansteigt, kann die Drucklufteinspritzung derart angepasst werden, dass sie allmählich absinkt, während die Motordrehzahl in ausreichendem Maße ansteigt, damit der Motor wieder genug eigenes Drehmoment erzeugen kann. Diese Schaltvorgänge mit ratengeformtem Hochschaltdrehmomentausgleich gestatten es der vorliegenden Erfindung, Leistung gleichmäßiger bereitzustellen, indem Motordrehmomentleistung vom Motor im Wesentlichen nahtlos bereitgestellt wird, was einen vom Fahrgast wahrnehmbaren „Ruck”, der durch den plötzlichen Beschleunigungsverlust beim Abfallen der Drehmomentleistung nach einem Hochschaltvorgang entsteht, wesentlich einschränkt. Dieser Ansatz des ratengeformten Drehmomentausgleichs nach dem Hochschalten stellt außerdem im Vergleich zu einem Fahrzeug, das nicht mit einem pneumatischen Kraftverstärkungssystem ausgestattet ist, ein schnelleres Erreichen der gewünschten Fahrgeschwindigkeit bereit, selbst wenn die Höhe der pneumatischen Kraftverstärkung in gewissem Umfang durch einen konstruktionsbezogenen oder vorgeschriebenen Grenzwert eingeschränkt wird, und ermöglicht ferner eine bessere Kraftstoffwirtschaftlichkeit, da die Motordrehzahl früher in seinen optimalen leistungserzeugenden U/min-Bereich zurückgebracht wird.
  • Aufgrund des verminderten Druckluftverbrauchs können zusätzliche Kraftstoffeinsparungen und andere Vorteile durch die Ratenformung der vorliegenden Erfindung erreicht werden. Wie oben erörtert, wird bei pneumatischen Kraftverstärkungssystemen des Stands der Technik die maximale Menge an Druckluft so bald wie möglich in den Ansaugkrümmer des Motors gespritzt, um die Motordrehmomentleistung zu maximieren. Dieser Ansatz verbraucht sehr viel Druckluft, so dass große Mengen an Druckluft erzeugt und im Fahrzeug gespeichert werden müssen. Indem die Drucklufteinspritzung derart konzentriert wird, dass nur die genaue Menge an Druckluft benutzt wird, die zum Erreichen der maximalen Drehmomentleistung benötigt wird, die bei einem Betrieb an den Betriebsgrenzwerten oder in deren Nähe erreichbar ist, schränken die ratengeformten Lufteinspritzungen der vorliegenden Erfindung den Druckluftverbrauch weitestmöglich ein. Diese Einsparung der Druckluft weist eine Anzahl weiterer Vorteile auf, darunter: Minimieren der Entleerung des Druckluftspeicherbehälters (das Minimieren des Abzugs von Druckluft aus dem Druckluftbehälter schafft auf effektive Weise zusätzlichen Kapazitätsspielraum vor dem Erreichen eines Speicherbehälterdruckpegels, der notwendig ist, um sicherzustellen, dass kritische Systeme (wie etwa Bremsen) über genügend Druckluftreserven verfügen; Reduzieren der Auslastung des motorbetriebenen Luftverdichters); Reduzieren des Verschleißes und Erhöhen der Kraftstoffwirtschaftlichkeit durch Reduzieren von parasitischen Leistungsverlusten, um einen Luftverdichter anzutreiben, der bisher größer sein musste, um den Druckluftbedarf bisheriger pneumatischer Kraftverstärkungssysteme zu erfüllen; und die Möglichkeit für den Fahrzeugkonstrukteur, die Drucklufterzeugungs- und -speicherausrüstungsteile zu verkleinern und auf diese Weise das Fahrzeuggewicht und die Bauteilkosten zu senken und die Probleme beim Unterbringen der Fahrzeugausrüstungsteile zu verringern. Das Senken der Menge der Drucklufteinspritzung spart außerdem unmittelbar Kraftstoff ein, da es auf diese Weise nicht notwendig ist, dass die Motorsteuereinrichtung erhöhte Kraftstoffeinspritzmengen während der Drucklufteinspritzungen bereitstellt, um sicherzustellen, dass das geeignete Kraftstoffmischungsverhältnis beibehalten wird.
  • Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Möglichkeit, die Ratenformung zu benutzen, um dem Fahrzeugführer auswählbare alternative Fahrzeugleistungsprofiloptionen zu bieten. Beispielsweise kann einem Fahrzeugführer die Option geboten werden, Fahrzeugleistungsoptionen auszuwählen, bei denen ein Merkmal gegenüber einem anderen Vorrang erhält. Ein Beispiel ist in 13 gezeigt. In diesem Beispiel kann der Fahrzeugführer (Beispielsweise mithilfe eines am Armaturenbrett montierten Schalters oder einer elektronischen Berührungsbild-Steuereinrichtung) ein Leistungsprofil auswählen, das die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu Ungunsten der Fahrzeugbeschleunigungsleistung maximiert (Kurve A), das dynamische Ansprechen des Fahrzeugs auf einen Beschleunigungsbedarf zu Ungunsten der Kraftstoffwirtschaftlichkeit maximiert (Kurve C) oder einen Kompromiss bereitstellt, der in diesem Fall den Schwerpunkt auf den Fahrgastkomfort legt (Kurve B). Abhängig von dem vom Fahrzeugführer ausgewählten Leistungsprofil wendet die Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers 318 den geeigneten pneumatischen Kraftverstärkungssollgrenzwert an, der der ausgewählten Kurve A, B oder C zugeordnet ist.
  • Es folgt ein quantitatives Beispiel einer ratengeformten Antwort eines mit PKS ausgestatteten Fahrzeugs auf ein Kraftverstärkungsereignis bei Beschleunigung eines Fahrzeugs mit einem automatischen oder automatikgestützten manuellen Getriebes aus einer angehaltenen Stellung. Wie in 18–20 dargestellt, führt die PKS-Steuereinrichtung einen PKS-Steueralgorithmus aus, der verschiedene Fahrzeugbetriebsparametersignale überwacht. Beispielsweise wird die Gaspedalposition AP überwacht, wobei der Beschleunigungsbedarf des Fahrers anhand des Gaspedalpositionswerts (Linie AP in 18) bestimmt wird. In diesem Beispiel verändert sich die Gaspedalposition von einem Wert von 0% zum Zeitpunkt 0,54 Sekunden auf einen Wert von 78% zum Zeitpunkt 0,81 Sekunden. Da der neue Wert der Pedalposition und die Veränderungsrate der Pedalposition die jeweils dafür festgelegten Schwellenwerte übersteigen, bestimmt die PKS-Steuereinrichtung als nächstes, ob das Luftversorgungssystem des Fahrzeugs zum Ausführen eines pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses über ausreichend Luftdruck verfügt (Linie P in 18), um die Einleitung eines Einspritzereignisses zu gestatten, d. h., ob ausreichend Kapazität verfügbar ist, um eine gewünschte Einspritzluftmasse bereitzustellen. Wenn der aktuelle Wert des verfügbaren Luftdrucks unter einem vorgegebenen Schwellenwert ist, leitet die PKS-Steuereinrichtung kein Einspritzereignis ein. Im Beispiel aus 18 beträgt der verfügbare Druck 129 psig, was höher als der vorgegebene Schwellenwert des Beispiels ist.
  • Die PKS-Steuereinrichtung vergleicht in diesem Beispiel als nächstes andere Signal, darunter Motordrehzahl, Ansaugkrümmerdruck und Status von Gelenkwelle und Kupplung, und verwendet diese Fahrzeugbetriebsinformationen, um zu bestimmen, ob ein pneumatisches Kraftverstärkungseinspritzereignis stattfinden sollte. Zum Zeitpunkt von 0,80 Sekunden wird bestimmt, dass die von der PKS-Steuereinrichtung überwachten Bedingungen erfüllt sind, und die PKS-Steuereinrichtung gibt Steuersignale aus, um ein Kraftverstärkungseinspritzereignis einzuleiten. Die Steuereinrichtung gibt ein Signal aus, um das Klappenelement zu schließen (Klappenpositionslinie F in 18), und überwacht seine Position zur Prüfung der Hardwareintegrität.
  • Wenn sich die Drosselklappe zu schließen beginnt, sendet die PKS-Steuereinrichtung ein weiteres Signal an ein oder mehrere Hochgeschwindigkeits-Solenoidluftventile, um die Drucklufteinspritzung einzuleiten, so dass Luft vom Luftversorgungsbehälter in die Motoransaugleitung strömen kann. Die PKS-Steuereinrichtung kann die Aktivierung einer beliebigen Kombination von Luftventilen befehlen und so den eingespritzten Luftmassenfluss derart formen, dass er einem Drucklufteinleitungssollprofil entspricht, das von den Algorithmen der PKS-Steuereinrichtung festgelegt ist. Diese Aktivität ist in diesem Beispiel als eine „Einleitungsanforderung” (Linie BIR in 18) dargestellt, die von einer passenden Betätigung der Druckluftventile beantwortet wird, indem z. B. die Befehle „0” (kein Solenoid), „1” (Solenoid Nr. 1), 2 (Solenoid Nr. 2) oder „3” (Solenoid Nr. 1 und Solenoid Nr. 2) ausgegeben werden. Während der Einspritzung steigt der Ansaugkrümmerdruck zwischen dem Klappenelement und dem Motoransaugsystem (Linie IM in 19) rasch an, während der Druck, der vom Turbolader des Fahrzeugs bereitgestellt wird, allmählicher ansteigt, während der Druck zwischen dem Turboladerverdichterauslass und der Klappe zunimmt (Linie IC in 19).
  • In diesem Beispiel bestimmt die PKS-Steuereinrichtung, wann ein pneumatisches Kraftverstärkungseinspritzereignis beendet werden soll, indem sie den Luftdruck zwischen dem Turboladerverdichterauslass und der Drosselklappe sowie den Druck zwischen der Drosselklappe und dem Motoransaugsystem überwacht. Wenn die Druckdifferenz in der PKS-Steuereinrichtung einen Sollwert erreicht, bestimmt die Steuereinrichtung, dass der Turboladerausgang die Bereitstellung der vom Motor benötigten Luft übernehmen kann, und gibt deshalb Signale aus, die Kraftverstärkungslufteinspritzung zu beenden. In diesem Beispiel sendet die PKS-Steuereinrichtung zum Zeitpunkt von 1,53 Sekunden Signale, um die Stromversorgung der aktivierten Lufteinspritzventilsolenoide zu unterbrechen. Die PKS-Steuereinrichtung sendet außerdem zum Zeitpunkt von 1,57 Sekunden Signale, um das Klappenelement zu öffnen, und diese schnell ansprechende Klappe erreicht ihre vollständig geöffnete Position zum Zeitpunkt von 1,59 Sekunden.
  • Im Zuge des pneumatischen Kraftverstärkungseinspritzereignisses beginnt der Druck im PKS-Speicherbehälter (Linie P in 18) abzusinken, da die Luft während der Einspritzung verbraucht wird. Wie aus 18 zu erkennen ist, nimmt der Speichersystemdruck, der von 129 psi zum Zeitpunkt von 0,81 Sekunden ausgegangen war, auf 114 psig zum Zeitpunkt von 1,54 Sekunden ab, als die Lufteinspritzung beendet wurde.
  • In diesem beispielhaften pneumatischen Kraftverstärkungseinspritzereignis erreicht der Motor ein gewünschtes Drehmoment und/oder eine gewünschte Motordrehzahl früher, als es ohne pneumatische Kraftverstärkungseinspritzung der Fall wäre. Ein üblicher Maßstab im Stand der Technik zum Messen der Leistung beim Erreichen einer gewünschten Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeug ist die „T-90-Zeit”, die Zeit, die ein Motor ab dem Zeitpunkt der Einleitung eines Drehmomentbedarfs über eine Positionsveränderung des Gaspedals benötigt, um 90% seiner maximalen Drehmomentleistung zu erreichen. Wie in 20 gezeigt, beträgt die T-90-Zeit mit einer pneumatischen Kraftverstärkungseinspritzung 1,10 Sekunden, wie die Drehmomentleistungskurve, Linie T in 20, zeigt. Die Einspritzluft der pneumatischen Kraftverstärkung ermöglicht es außerdem dem Fahrzeuggetriebe, seinen nächsten Schaltpunkt schneller zu erreichen, als es ohne pneumatische Kraftverstärkungseinspritzung der Fall wäre. In diesem Fall beginnt das Fahrzeug das pneumatische Kraftverstärkungseinspritzereignis im zweiten Gang, und die Getriebesteuereinrichtung (Linie TRANS in 20) fordert nahe beim Ende der Einspritzung zum Zeitpunkt von 1,59 Sekunden (Linie TRANS in 20) den nächsten Schaltvorgang.
  • Die vorstehende Offenbarung soll die Erfindung lediglich veranschaulichen, ohne sie einzuschränken. Obwohl sich die vorstehende Offenbarung beispielsweise auf Ausführungsformen bezieht, bei denen der Fahrzeugmotor mit wenigstens einem Turbolader ausgestattet ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf mit Turbolader ausgestattete Motoren beschränkt, sondern kann auch auf eine beliebige andere Verbrennungsmotorkonfiguration angewandt werden, bei der eine gesteuerte Drucklufteinspritzung gewünscht wird, um wenigstens vorübergehend eine erhöhte Motordrehmomentleistung bereitzustellen. Zu solchen Motorkonfigurationen Saugmotoren, mit Lader ausgestattete Motors und Motoren, die andere Kraftstoffe als Dieselkraftstoff benutzen, darunter mit Benzin, Wasserstoff und Propan betriebene Motoren. Ebenso wie übermäßige NOx-Emissionen durch die Verwendung der Ratenformung der Drucklufteinspritzungen vermieden werden können, kann eine Steuereinrichtung eines pneumatischen Kraftverstärkers in einem pneumatischen Kraftverstärkungssystem der vorliegenden Erfindung auch mit Informationen zu Motor- und Fahrzeugkennlinien programmiert werden, die eine Ratenformung der Drucklufteinspritzungen ermöglichen, die andere Schadstoffe, etwa CO2- und/oder Partikelemissionen, unter den erforderlichen Grenzwerten hält. Andere Ausführungsformen würden den Betrieb des pneumatischen Kraftverstärkungssystem in einem offenen Regelkreis einschließen, beispielsweise gemäß einem vorgegebenen festgelegten ratengeformten Drucklufteinspritzprofil, gemäß einem Drucklufteinspritzprofil, das aus einer „Nachschlagtabelle” (d. h. einer vorgegebenen Zusammenstellung von Drucklufteinspritzprofilen, die in einem Speicher beispielsweise der Steuereinrichtung des pneumatischen Kraftverstärkers gespeichert sind) ausgewählt wird, und/oder gemäß einem vorgegebenen ratengeformten Drucklufteinspritzprofil, das in Reaktion auf einen überwachten Fahrzeugbetriebsparameter ausgewählt wird. Da ein Fachmann zu solchen Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen gelangen kann, die dem Geist und dem Wesen der Erfindung entsprechen, ist die Erfindung derart auszulegen, dass sie alles einschließt, was in den Umfang der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente fällt.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, das mit einem pneumatische Kraftverstärkungssystem ausgestattet ist, wobei das pneumatische Kraftverstärkungssystem dazu konfiguriert ist, während eines aktuellen pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses Druckluft in eine Ansaugleitung eines Motors des Fahrzeugs einzuspritzen, und dazu konfiguriert ist, innerhalb des pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses wenigstens zwei von Rate, Dauer und Taktung der Drucklufteinspritzung von wenigstens zwei Lufteinspritzpulsen anzupassen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Einleiten des aktuellen pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses, um Druckluft in den Motor einzuspritzen; Überwachen von wenigstens einem Betriebsparameter des Fahrzeugs; Bestimmen, ob der wenigstens eine Betriebsparameter innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt; Anpassen, anhand der Bestimmung, ob der wenigstens eine Betriebsparameter innerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt, wenigstens eine von der Einspritzrate, der Einspritzdauer und der Einspritztaktung der Drucklufteinspritzung, um den wenigstens einen Betriebsparameter innerhalb des vorgegebenen Bereichs zu halten; Vergleichen einer Reaktion des wenigstens einen Betriebsparameters des Fahrzeugs während des aktuellen pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses mit einer Reaktion des wenigstens einen Betriebsparameters während eines vorangegangenen pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses; und Bestimmen, ob eine Differenz zwischen der Reaktion des wenigstens einen Betriebsparameters des Fahrzeugs während des aktuellen pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses und der Reaktion, die während des vorangegangenen pneumatischen Kraftverstärkungsereignisses überwacht wurde, eine vorgegebene Differenz übersteigt, die anzeigt, dass ein Betriebsgrenzwert einer Komponente des Fahrzeugs erreicht wurde.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei: die Komponente ein Turbolader ist, der Betriebsparameter ein Zeitraum zum Ändern der Laufraddrehzahl ist, und die vorgegebene Differenz die Zeit ist, die zum Ändern der Laufraddrehzahl nötig ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei: die Komponente ein Getriebe ist, der Betriebsparameter eine Zeit zum Ändern der Eingangswellendrehzahl ist, und die vorgegebene Differenz die Zeit ist, die zum Ändern der Eingangswellendrehzahl zugelassen ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei: die Komponente eine Antriebsachsenbaugruppe ist, der Betriebsparameter eine Zeit zum Ändern der Eingangswellendrehzahl ist, und die vorgegebene Differenz die Zeit ist, die zum Ändern der Eingangswellendrehzahl zugelassen ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei: die Komponente eine Antriebswelle ist, der Betriebsparameter eine Zeit zum Ändern der Wellendrehzahl ist, und die vorgegebene Differenz die Zeit ist, die zum Ändern der Wellendrehzahl zugelassen ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei: die Komponente ein Motorlager ist, der Betriebsparameter eine Änderung einer Wellendrehzahl einer Welle ist, die vom Motorlager getragen wird, und die vorgegebene Differenz eine vorgegebene Differenz der Zeit ist, die zum Ändern der Drehzahl zulässig ist.
DE112012000982T 2011-02-25 2012-02-17 Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuges, das mit einem pneumatischen Kraftverstärkungssystem ausgestattet ist Withdrawn DE112012000982T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/035,394 2011-02-25
US13/035,394 US8505297B2 (en) 2011-02-25 2011-02-25 Method of operating a vehicle equipped with a pneumatic booster system
PCT/US2012/025562 WO2012115865A1 (en) 2011-02-25 2012-02-17 Method of operating a vehicle equipped with a pneumatic booster system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112012000982T5 true DE112012000982T5 (de) 2013-12-12

Family

ID=46718070

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112012000982T Withdrawn DE112012000982T5 (de) 2011-02-25 2012-02-17 Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuges, das mit einem pneumatischen Kraftverstärkungssystem ausgestattet ist

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8505297B2 (de)
CN (1) CN103502600B (de)
CA (1) CA2828022A1 (de)
DE (1) DE112012000982T5 (de)
MX (1) MX2013009711A (de)
WO (1) WO2012115865A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014019449A1 (de) 2014-12-23 2016-06-23 Daimler Ag Antriebseinrichtung für ein Nutzfahrzeug sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Antriebseinrichtung

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010054049B4 (de) * 2010-12-10 2016-07-07 Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine und Verbrennungskraftmaschine mit Starthilfevorrichtung
US20120227399A1 (en) * 2011-03-11 2012-09-13 International Engine Intellectual Property Company, Llc In-flow air injection housing
US8567191B2 (en) * 2011-03-25 2013-10-29 General Electric Company Methods and systems for controlling transient engine response
US8997484B2 (en) * 2012-05-17 2015-04-07 Ford Global Technologies, Llc Boost reservoir control
DE102012221403A1 (de) * 2012-11-22 2014-05-22 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Betrieb einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader
US20150128589A1 (en) * 2013-11-14 2015-05-14 Hyundai Motor Company Turbocharger system for additionally supplying compressed air to intake manifold
US20150285135A1 (en) * 2014-04-04 2015-10-08 Nexovation, Inc. Combustion engine including an air injector, and power generating system including the combustion engine
US9121337B1 (en) 2014-04-10 2015-09-01 Kan K Cheng Two-cycle pneumatic injection engine
EP2960458A1 (de) * 2014-06-27 2015-12-30 Volvo Car Corporation Turbomotor mit einem Druckluftbehälter zum Zuführen von zusätzlicher Luft zur Abgasturbine wenn die gefordete Motorlast gross genug ist
DE102015216261A1 (de) * 2015-08-26 2017-03-02 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln einer Stellgröße für einen Ladersteller einer abgasgetriebenen Aufladeeinrichtung
US11448119B2 (en) 2017-11-24 2022-09-20 Volvo Truck Corporation Method for controlling a turbocharger system for a combustion engine and a turbocharger system for use together with a combustion engine
US10513958B2 (en) 2018-03-23 2019-12-24 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for particulate filter regeneration
EP3775523A1 (de) 2018-03-29 2021-02-17 Volvo Truck Corporation Borddiagnostik eines turboladersystems
CN109057946B (zh) * 2018-09-19 2024-02-13 东风商用车有限公司 一种车用气动增压装置的防喘振结构及其控制方法
WO2020106493A1 (en) * 2018-11-19 2020-05-28 Cummins Inc. Self-learning torque over boost combustion control
JP7205503B2 (ja) * 2020-01-22 2023-01-17 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
US11280282B2 (en) * 2020-06-08 2022-03-22 Ford Global Technologies, Llc System and method for controlling vehicle accumulator airflow

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3189047A (en) 1963-03-11 1965-06-15 Robertshaw Controls Co Pneumatic lockout relay for engine safety control system or the like
DE3443324C1 (de) * 1984-11-28 1986-08-07 M.A.N.-B & W Diesel GmbH, 8900 Augsburg Brennkraftmaschine mit Aufladung
DE3906312C1 (de) 1989-02-28 1989-12-21 Man Nutzfahrzeuge Ag, 8000 Muenchen, De
US6223592B1 (en) * 1998-11-13 2001-05-01 Eaton Corporation Independent control of transmission-side and engine-side retarding devices during ratio changes
DE19944946A1 (de) 1999-09-20 2001-03-29 Udo Reilaender Anlage zum Ausgleich des Ladedrucks bei aufgeladenen Verbrennungsmotoren
MX2007010194A (es) 2004-09-10 2008-11-04 Knorr Bremse Systeme Dispositivo para la alimentacion de aire fresco a un motor de combustion interna con embolo turbocargado y metodo para la operacion de este.
DE102004047975A1 (de) 2004-10-01 2006-04-13 Knorr-Bremse Ag Verfahren und Vorrichtung zum Steigern eines Drehmoments einer Hubkolben-Verbrennungsmaschine, insbesondere eines Motors in Dieselausführung
US7076952B1 (en) * 2005-01-02 2006-07-18 Jan Vetrovec Supercharged internal combustion engine
US20070044779A1 (en) 2005-03-20 2007-03-01 Green Carl A Apparatus for the multiplication of air flow in internal combustion engines increasing horsepower and torque, while reducing emissions
DE102006020522A1 (de) 2006-05-03 2007-11-08 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE102006027865A1 (de) 2006-06-16 2007-12-20 Zf Friedrichshafen Ag Verbrennungsmotor und Verfahren zur Ladedruckregelung eines Verbrennungsmotors
DE102006039300A1 (de) * 2006-08-22 2008-02-28 Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Einrichtung und Verfahren zur Frischluftversorgung einer turboaufgeladenen Kolbenbrennkraftmaschine
US7654085B2 (en) 2006-08-28 2010-02-02 Elijah Dumas System of an induced flow machine
EP2171233A4 (de) * 2007-06-22 2015-10-14 Orbital Australia Pty Ltd Steuerung eines verbrennungsprozesses mit kontrollierter selbstzündung (cai - controlled auto-ignition)
JP2010539384A (ja) 2007-09-22 2010-12-16 イーティーエイチ・チューリッヒ 固定カムシャフトに基づく空気圧ハイブリッド内燃機関
DE102007045622B4 (de) * 2007-09-24 2012-10-04 Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Verfahren zum Regeln eines Ansaugdrucks einer Verbrennungsmaschine
US7788922B2 (en) 2007-10-04 2010-09-07 Delphi Technologies, Inc. System and method for model based boost control of turbo-charged engines
DE102007058615A1 (de) 2007-12-04 2009-06-10 Daimler Ag Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine und Vorrichtung zum Schalten einer Luftführungsvorrichtung eines Abgasturboladers
DE102008000325A1 (de) 2008-02-18 2009-08-20 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Druckluftversorgung einer Brennkraftmaschine und anderer Einrichtungen
DE102008000324A1 (de) 2008-02-18 2009-08-20 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren zur Steuerung der Druckluftversorgung einer Brennkraftmaschine und eines Getriebes
DE102008000326A1 (de) 2008-02-18 2009-08-20 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren zur Steuerung einer Druckluftversorgung einer Brennkraftmaschine bei einem Anfahrvorgang
US7975666B2 (en) * 2008-02-28 2011-07-12 General Electric Company Quick engine startup system and method
CA2715275C (en) * 2008-02-28 2016-07-05 Knorr-Bremse Systeme Fur Nutzfahrzeuge Gmbh Method and device for controlling an output torque of an automated transmission coupled to an internal combustion engine
US7861580B2 (en) * 2008-06-23 2011-01-04 Cummins Ip, Inc. Virtual turbine speed sensor
US8381521B2 (en) * 2010-05-19 2013-02-26 Bendix Commercial Vehicle Systems Llc Vehicle pneumatic booster system operating method and apparatus
US8805606B2 (en) * 2010-05-19 2014-08-12 Bendix Commercial Vehicle Systems Llc Vehicle pneumatic booster system operating method and apparatus
US8412424B2 (en) * 2010-05-19 2013-04-02 Bendix Commercial Vehicle Systems Llc Vehicle pneumatic booster system operating method and apparatus
US8428844B2 (en) * 2010-05-19 2013-04-23 Bendix Commercial Vehicle Systems Llc Vehicle pneumatic booster system operating method and apparatus
US8666634B2 (en) * 2011-02-25 2014-03-04 Bendix Commercial Vehicle Systems Llc Method of operating a vehicle equipped with a pneumatic booster system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014019449A1 (de) 2014-12-23 2016-06-23 Daimler Ag Antriebseinrichtung für ein Nutzfahrzeug sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Antriebseinrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
US20120216532A1 (en) 2012-08-30
CN103502600B (zh) 2017-03-29
WO2012115865A1 (en) 2012-08-30
CA2828022A1 (en) 2012-08-30
MX2013009711A (es) 2014-02-28
CN103502600A (zh) 2014-01-08
US8505297B2 (en) 2013-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112012000982T5 (de) Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuges, das mit einem pneumatischen Kraftverstärkungssystem ausgestattet ist
US8484971B2 (en) Method of operating a vehicle equipped with a pneumatic booster system
US8666634B2 (en) Method of operating a vehicle equipped with a pneumatic booster system
US8412424B2 (en) Vehicle pneumatic booster system operating method and apparatus
US8428844B2 (en) Vehicle pneumatic booster system operating method and apparatus
DE102016011078A1 (de) Steuerungsvorrichtung für einen Motor, Verfahren zum Steuern eines Motors und Computerprogrammprodukt
DE10134300A1 (de) Steuerungsverfahren für einen Dieselmotor mit Abgasnachbehandlungsanordnung und Turbolader
DE102013001112B4 (de) Steuervorrichtung eines Dieselmotors mit Turbolader, Dieselmotor, Verfahrenzum Steuern eines Dieselmotors und Computerprogrammprodukt
DE112016004369B4 (de) Motorsteuervorrichtung
DE102011006056A1 (de) Interne und externe Niederdruck-Agr für aufgeladene Motoren
DE102017001389B4 (de) Steuervorrichtung für einen turbogeladenen Motor
DE19927950A1 (de) Steuervorrichtung für einen Motor mit elektrisch bzw. elektronisch angetriebenen Einlaß- und Auslaßventilen
US8468824B2 (en) Method of operating a vehicle equipped with a pneumatic booster system
DE112016004522B4 (de) Steuervorrichtung für einen turbogeladenen Motor
DE102017209434A1 (de) VERFAHREN UND SYSTEME ZUR DRUCKSTOßKONTROLLE
US20110288741A1 (en) Vehicle Pneumatic Booster System Operating Method and Apparatus
DE102014106379A1 (de) Dieselpartikelfilter mit passiver Regeneration während stationären Zapfwellenantriebs
DE112016004520T5 (de) Motorsteuervorrichtung
DE102016011077A1 (de) Steuerungsvorrichtung für einen Motor, Verfahren zum Steuern eines Motors und Computerprogrammprodukt
DE102017116322A1 (de) Verfahren und System zur Steuerung der Wassereinspritzung
EP2876275B1 (de) Hubkolben-Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betrieb einer Hubkolben-Brennkraftmaschine
DE102013209037A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Abgasrückführung einer selbstzündenden Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs
DE19754915A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines drehzahlgesteuerten Magerverbrennungsmotors zur Verbesserung des Lastansprechens
DE102017000732A1 (de) Motorsteuerung bzw. Regelung
DE102015119932A1 (de) Steuerung für ein Motorensystem und Fahrzeug mit einer solchen Steuerung

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee