DE4236009A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern des Luftdurchsatzes durch einen Verbrennungsmotor im Schiebebetrieb - Google Patents

Description

Das Folgende betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern des Luftdurchsatzes durch einen in einem Fahrzeug angeordneten Verbrennungsmotor im Schiebebetrieb.

Für Verbrennungsmotoren mit Benzineinspritzung ist es seit langem bekannt, die Kraftstoffeinspritzung im Schiebebetrieb des Motors zumindest in einem gewissen Drehzahlbereich zu unterbinden. Erst wenn der Motor so langsam dreht, daß die Gefahr besteht, daß bei noch niedrigeren Drehzahlen die Ver­ brennung nicht wieder ruckfrei aufgenommen werden könnte, wird der Leerlauf-Luftbypass geöffnet, und es wird wieder etwas Kraftstoff eingespritzt. So wird der Luftdurchsatz durch den Motor abhängig davon gesteuert, ob die Motordreh­ zahl über einer sogenannten Wiedereinsetzdrehzahl oder un­ terhalb derselben liegt. Dieses Verfahren und die zugehörige Vorrichtung finden bei Motoren mit Drosselklappe allgemein Verwendung.

Im Dokument DE-C2-39 25 336 ist eine ähnliche Vorgehensweise für einen Motor mit variabler Ventilsteuerung beschrieben. Abhängig vom Unterdruck im Saugrohr wird entschieden, ob ein Betrieb vorliegt, bei dem der Motor maximal bremsen soll, was dem vorgenannten Schiebebetriebszustand entspricht, oder ob ein Zustand mit geringer Belastung vorliegt. Der Schwel­ lenwert für den Unterdruck, mit Hilfe dessen festgelegt wird, welche der beiden Zustände vorliegt, hängt vom Dreh­ zahlbereich ab. In einem oberen Drehzahlbereich werden ein anderer Schwellenunterdruck und andere Ventilsteuerzeiten verwendet als in einem niedrigeren Drehzahlbereich. Wenn eine bestimmte Drehzahl und ein bestimmter Unterdruck vor­ liegen, nimmt die im genannten Dokument beschriebene Vor­ richtung immer dieselbe Motoreinstellung vor.

Es besteht generell der Wunsch, verschiedene Fahrbetriebs­ zustände immer feiner voneinander zu unterscheiden, um eine an jede Fahrsituation möglichst gut angepaßte Motorsteuerung einzustellen. Demgemäß bestand auch der Wunsch, ein Verfah­ ren und eine Vorrichtung zur Motorsteuerung im Schiebebe­ trieb flexibler auszugestalten.

Darstellung der Erfindungen

Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Merkmale von Anspruch 1, und die erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch die Merkmale von Anspruch 7 gegeben.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird der Luftdurchsatz durch den Motor im Schiebebetrieb unabhängig vom Kraftstoff­ durchsatz eingestellt. Der Unterschied zum Stand der Technik sei wie folgt veranschaulicht. Wenn bei einem herkömmlichen System Schiebebetrieb oberhalb der Wiedereinsetzdrehzahl vorliegt, sind die Drosselklappe und der Leerlauf-Bypass im wesentlichen geschlossen. Der Motor übt dann maximales Bremsmoment aus. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird in diesem Fall dagegen bevorzugt die Drossel­ klappe ganz geöffnet, um das Bremsmoment des Motors so weit wie möglich zu verringern. In diesem Zustand sind drei Fälle des Geschwindigkeitsverhaltens des Fahrzeugs möglich. Der erste Fall ist der, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit unverän­ dert bleibt, da gerade eine Gefällstrecke mit solcher Ge­ schwindigkeit befahren wird, daß die Motorbremskraft und die Luftwiderstandskraft gerade die Hangabtriebskräfte kompen­ sieren. Die zweite Möglichkeit ist die, daß das Fahrzeug trotz des sehr geringen Motorbremsmoments langsamer wird und schließlich die herkömmliche Wiedereinsetzdrehzahl erreicht. Dann wird die für diesen Fall vorgesehene Kraftstoffmenge eingespritzt, die Drosselklappe wird geschlossen und der Leerlauf-Bypass wird so weit geöffnet, daß gerade die zur Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs erforderliche Luftmenge angesaugt werden kann. Im dritten Fall erhöht sich die Fahrgeschwindigkeit, da das Fahrzeug eine Strecke mit stärkerem Gefälle befährt. Vorzugsweise wird dann, wenn die Geschwindigkeitserhöhung einen Schwellenwert überschritten hat, der Luftdurchsatz so verändert, daß der Motor maximales Bremsmoment aufweist, d. h. bei einem Motor mit Drosselklap­ pe wird dieselbe ganz geschlossen und auch ein eventueller Leerlaufluft-Bypass wird ganz geschlossen. Bei bekannten Verfahren bremst dagegen der Motor in allen Zuständen ober­ halb der Wiedereinsetzdrehzahl maximal, und nur unterhalb der Wiedereinsetzdrehzahl wird der Luftdurchsatz geändert, jedoch nicht als Primärmaßnahme, um das Motorbremsmoment zu verändern, sondern als Sekundärmaßnahme, um nämlich diejeni­ ge Kraftstoffmenge verbrennen zu können, die eingespritzt wird, um den Motor über einer gewissen Drehzahl zu halten.

Besonders starke Drehmomentänderungen sind an einem Motor mit frei wählbaren Ventilsteuerzeiten auf der Ein- und Aus­ laßseite möglich, was mit Hilfe hydraulisch oder elektroma­ gnetisch angesteuerter Ventile möglich ist. Wenn ein mög­ lichst geringes Bremsmoment erwünscht ist, werden alle Ven­ tile dauernd geschlossen gehalten. Wenn ein möglichst hohes Bremsmoment erwünscht ist, werden bei jeder Saugbewegung des Kolbens alle Ventile geschlossen gehalten, im unteren Tot­ punkt werden alle Ventile kurz geöffnet, um die Verbren­ nungskammer mit Gas zu füllen, dann werden sofort alle Ven­ tile wieder geschlossen, um das angesaugte Gas bei der an­ schließenden Kolbenbewegung in Gegenrichtung zu komprimie­ ren, und im oberen Totpunkt werden wieder alle Ventile kurz geöffnet, damit der Kolben schon bei der nächsten Bewegung vom oberen zum unteren Totpunkt wieder Expansionsarbeit ver­ richten muß. Zwischen diesen Extremen kann im Idealfall je­ des gewünschte Bremsmoment stufenlos eingestellt werden, was es z. B. ermöglicht, die Fahrgeschwindigkeit beim Befahren einer Gefällstrecke im Schiebebetrieb durch Regeln des Bremsmoments konstant zu halten. Es ist aber auch z. B. Zweipunktregelung dadurch möglich, daß zwischen der Einstel­ lung mit höchstem und derjenigen mit geringstem Bremsmoment des Motors hin- und hergeschaltet wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zum Ausüben des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. In der Praxis wird sie vorzugsweise durch einen programmierten Mikroprozessor rea­ lisiert.

Zeichnung

Die Erfindungen werden im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung und Fig. 2 ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern des Luftdurchsatzes durch einen Ver­ brennungsmotor im Schiebebetrieb.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt schematisch eine Fahrzustandsbestimmungsein­ richtung 10, eine Steuerungseinrichtung 11 und einen Ver­ brennungsmotor 12 mit Gaseinlaßeinrichtung 13, Verbrennungs­ kammern 14 und Gasauslaßeinrichtung 15.

Die Gaseinlaßeinrichtung kann z. B. eine einstellbare Dros­ selklappe sein, zu der ein einstellbarer Leerlaufluft-Bypass parallel geschaltet sein kann. Andererseits kann sie durch Einlaßventile mit variablen Ventilsteuerzeiten gebildet sein oder durch eine Kombination derartiger Ventile und einer einstellbaren Drosselklappe. Die Gasauslaßeinrichtung kann durch Auslaßventile mit festen oder variablen Ventilsteuer­ zeiten realisiert sein.

Ein Verfahren, wie es vorzugsweise mit der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ausgeführt wird, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.

Ab dem Start eines Verbrennungsmotors wird in einem Schritt s1 überprüft, ob Schiebebetrieb vorliegt. Solange dies nicht der Fall ist, wird Schritt s1 immer wieder durchlaufen. So­ bald in Schritt s1 jedoch festgestellt wird, daß Schiebebe­ trieb vorliegt, schließt sich ein Schritt s2 an. In diesem Schritt wird die Lufteinstelleinrichtung so gesteuert, daß der Verbrennungsmotor 12 maximales Bremsmoment ausübt. Außerdem wird die Fahrgeschwindigkeit gemessen. Der genann­ ten Einstellung des Luftdurchsatzes liegt die Beobachtung zugrunde, daß ein Fahrer häufig die Geschwindigkeit seines Fahrzeugs verringern möchte, wenn er das Fahrpedal losläßt, nachdem er es zuvor typischerweise in einer Stellung zum Beibehalten einer konstanten Fahrgeschwindigkeit gehalten hat. Die Fahrgeschwindigkeit wird aus weiter unten ersicht­ lichen Gründen gemessen.

Es folgt ein Schritt s3, in dem überprüft wird, ob der Schiebebetrieb beendet ist. Dies sei beim Beispiel noch nicht der Fall, da der Betrieb ja eben erst begonnen hat. Wäre er beendet, würde zu Schritt s1 rückgekehrt werden. Im vorliegenden Fall wird jedoch in einem Schritt s4 unter­ sucht, ob die Bremse aktuell betätigt ist. Dies sei noch nicht der Fall, woraufhin in einem Schritt s5 abgefragt wird, ob seit Beginn des Schiebebetriebs oder seit dem letz­ ten Verstellen der Lufteinstelleinrichtung eine Geschwindig­ keitserhöhung vorliegt und ob diese über einer Schwelle ist, d. h. ob z. B. eine Geschwindigkeitserhöhung um 5 km/h vor­ liegt. Dies ist beim Beispiel noch nicht der Fall, woraufhin in einem Schritt s6 überprüft wird, ob die Bremse seit dem letzten Programmdurchlauf losgelassen wurde. Da sie noch nicht betätigt wurde, kann sie auch nicht losgelassen worden sein, weswegen sich ein Schritt s7 anschließt, in dem die Geschwindigkeitsverringerung seit Beginn des Schiebebetriebs oder seit dem letzten Verstellen der Lufteinstelleinrichtung festgestellt wird und überprüft wird, ob eine eventuelle Verringerung über einer Schwelle liegt, d. h. ob z. B. eine Verringerung um über 5 km/h vorlag. Da auch diese Bedingung bei Beginn des Schiebebetriebs nicht erfüllt ist, werden die genannten Schritte wieder ab Schritt s3 durchlaufen.

Es sei nun angenommen, daß das Fahrzeug auf einer Strecke mit solchem Gefälle fährt, daß seine Geschwindigkeit bei Vorliegen minimalen Motorbremsmoments zunehmen würde, daß sie jedoch bei Vorliegen maximalen Motorbremsmoments ab­ nimmt. Da aktuell ein Luftdurchsatz für maximales Motor­ bremsmoment eingestellt ist, verlangsamt sich das Fahrzeug. Schließlich wird in Schritt s7 festgestellt, daß die vorge­ gebene Schwelle der Geschwindigkeitsverringerung überschrit­ ten ist, woraufhin in einem Schritt s8 die Lufteinstellein­ richtung so gesteuert wird, daß der Motor minimales Brems­ moment ausübt. Außerdem wird die Fahrgeschwindigkeit gemes­ sen. Daraufhin laufen erneut mehrfach die Schritte s3 bis s7 ab.

Sobald bei einem dieser Durchläufe in Schritt s5 festge­ stellt wird, daß seit dem letzten Verstellen der Luftein­ stelleinrichtung eine Geschwindigkeitserhöhung um mehr als den Schwellenwert stattfand, schließt sich ein Schritt s9 an, in dem die Lufteinstelleinrichtung so gesteuert wird, daß der Motor maximales Bremsmoment ausübt. Zugleich wird die Fahrgeschwindigkeit gemessen. Dann folgen wiederum die Schritte s3 bis s7.

Das Fahrzeug nähere sich nun einer Kurve, und der Fahrer be­ tätige die Bremse. Dies wird in Schritt s4 festgestellt, woraufhin sich Schritt s9 anschließt, der jedoch keine Ver­ änderung des aktuellen Luftdurchsatzes bewirkt, da der Motor ohnehin schon auf maximales Bremsmoment eingestellt ist. Die Schritte s3, s4 und s9 laufen ab, solange die Bremse aktuell betätigt ist. Wird sie losgelassen, folgt auf Schritt s4 nicht mehr Schritt s9, sondern es schließen sich die Schrit­ te s5 und s6 an. In Schritt s6 wird festgestellt, daß die Bremse seit dem letzten Programmdurchlauf losgelassen wurde. Es folgt dann Schritt s9, in dem der Motor wieder auf mini­ males Bremsmoment gestellt wird, um möglichst verbrauchsop­ timal zu fahren. Sollte diese Maßnahme verfehlt sein, wird nach einigen Programmdurchläufen in Schritt s5 wieder eine Geschwindigkeitserhöhung über der genannten Schwelle einge­ stellt, woraufhin der Motor in Schritt s9 wieder auf maxima­ les Bremsmoment gestellt wird.

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Fahrzustand des Fahrzeugs im Schiebebetrieb danach klassifiziert, ob ge­ bremst wird oder nicht, und danach, was für eine Geschwin­ digkeitsänderung vorliegt. Jede dieser Maßnahmen zum Ermit­ teln des Fahrzustandes kann auch für sich alleine verwendet werden. Andererseits kann jede dieser Maßnahmen mit anderen Maßnahmen kombiniert werden, z. B. mit einer Untersuchung betreffend die Stärke eines Gefälles mit Hilfe eines Nei­ gungssensors. Z. B. kann bis zu einem Gefälle von 10% immer verbrauchsoptimal gefahren werden, d. h. mit minimalem Bremsmoment im Schiebebetrieb, während bei einem größeren Gefälle bremsorientiert, d. h. mit maximalem Bremsmoment, gefahren wird.

Bei einem Motor mit Drosselklappe kann der Motor in den Grenzfällen mit maximal geöffneter Drosselklappe, was mini­ malem Bremsmoment entspricht, und mit ganz geschlossener Drosselklappe, was maximalem Bremsmoment entspricht, betrie­ ben werden. Zwischen diesen beiden Extremfällen ist jedes Bremsmoment durch einen entsprechenden Öffnungswinkel der Drosselklappe einstellbar. Jedoch macht eine solche Feinein­ stellung bei einem Motor mit Drosselklappe nicht viel Sinn, da sich die Bremsmomente bei ganz geöffneter und ganz ge­ schlossener Drosselklappe nicht sehr stark voneinander un­ terscheiden.

Sehr große Bremsmomentänderungen sind jedoch an Motoren mit variabler Ventilsteuerung möglich. Ein Motor, bei dem sowohl die Einlaß- wie auch die Auslaßventile frei einstellbar sind, ist z. B. in P 39 40 752 beschrieben. Die beiden Grenzfälle für das Motorbremsmoment wurden eingangs erläu­ tert. Der hierbei mögliche Bereich einstellbarer Bremsdreh­ momente ermöglicht es, die Fahrgeschwindigkeit beim Befahren eines Gefälles im Schiebebetrieb sehr zuverlässig auf einem konstanten Wert durch entsprechendes Einstellen des Motor­ bremsmomentes zu halten. Die aktuelle Fahrgeschwindigkeit wird hierbei mit dem zu Beginn des Schiebebetriebs vorlie­ genden Wert verglichen, und bei einer Zunahme der Geschwin­ digkeit wird das Motorbremsmoment erhöht, während es bei einer Verringerung der Geschwindigkeit erniedrigt wird.

Bei variabler Ventilsteuerung können zum Einstellen des Mo­ torbremsmoments völlig andere Ansteuerzeiten gewählt werden als dann, wenn dem Motor Kraftstoff zugeführt wird. Wenn der Motor Kraftstoff erhält und diesen verbrennen soll, sind z. B. im Verdichtungs- und im Verbrennungshub alle Ventile geschlossen, während im Ansaughub die Einlaßventile und im Ausstoßhub die Auslaßventile geöffnet sind. Ohne Kraftstoff­ zufuhr und Zündung ist jedoch nicht zwischen vier Takten zu unterscheiden, sondern nur zwischen zweien, nämlich der Be­ wegung eines Kolbens zwischen dem oberen und dem unteren Totpunkt und der umgekehrten Bewegung. In jedem einzelnen Hub kann für maximales Bremsmoment gesorgt werden. Brems­ momente zwischen den Extremmöglichkeiten können dann dadurch eingestellt werden, daß entweder alle Hübe in derselben Richtung gleich behandelt werden, wobei unterschiedliche Bremsmomente durch unterschiedliche Ventilsteuerzeiten ein­ gestellt werden, oder das Bremsmoment kann dadurch variiert werden, daß eine bestimmte Anzahl von Hüben mit einer ersten Ansteuerart ausgeführt wird und eine zweite Anzahl von Hüben mit einer anderen Ansteuerart ausgeführt wird, wobei das Verhältnis der Hübe variiert wird.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wurde davon ausgegan­ gen, daß der Luftdurchsatz bei Beginn von Schiebebetrieb so eingestellt wird, daß der Motor maximales Drehmoment ausübt. Diese Maßnahme ist vor allem dann sinnvoll, wenn ein Motor mit Drosselklappe vorliegt und wenn die Überprüfung auf Ge­ schwindigkeitsverringerung gemäß Schritt s7 vorhanden ist. Liegt ein Motor mit einer solchen variablen Ventilsteuerung vor, mit der ein sehr hohes Bremsmoment eingestellt werden kann, ist es nicht von Vorteil, das maximale Bremsmoment einzustellen, sondern es ist zweckmäßiger ein relativ leich­ tes Bremsmoment einzustellen. Fehlt ein Schritt zum Überprü­ fen einer Geschwindigkeitsverringerung, ist es zur Ver­ brauchsoptimierung von Vorteil, im Schiebebetrieb den Motor immer auf minimales Bremsmoment zu stellen, solange nicht wegen des Betätigens einer Bremse und/oder wegen des Fest­ stellens eines Gefälles über einem Schwellenwert ein hohes Bremsmoment eingestellt wird.

Claims (7)

1. Verfahren zum Steuern des Luftdurchsatzes durch einen in einem Fahrzeug angeordneten Verbrennungsmotor im Schiebebe­ trieb, mit folgenden Schritten:

• - Ermitteln des Fahrzustandes des Fahrzeugs und
• - Einstellen des Luftdurchsatzes abhängig vom ermittelten Fahrzustand in solcher Weise, daß sich ein zum jeweiligen Fahrzustand zugeordnetes Motorbremsmoment ergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - zum Ermitteln des Fahrzustandes ermittelt wird, ob eine Bremse betätigt ist;
• - falls dies der Fall ist, der Luftdurchsatz so eingestellt wird, daß der Motor ein möglichst hohes Bremsmoment erzeugt; und
• - falls dies nicht der Fall ist, der Luftdurchsatz so einge­ stellt wird, daß der Motor ein möglichst niedriges Bremsmo­ ment erzeugt, falls nicht eine andere Fahrzustandsbedingung ein hohes Bremsmoment erfordert.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß

• - zum Ermitteln des Fahrzustands die Geschwindigkeitsände­ rung des Fahrzeugs ermittelt wird und untersucht wird, ob eine Geschwindigkeitserhöhung oder eine Geschwindigkeitsver­ ringerung über einem jeweiligen Schwellenwert vorliegt; und
• - falls eine Geschwindigkeitserhöhung über dem Schwellenwert vorliegt, der Luftdurchsatz so eingestellt wird, daß sich ein hohes Motorbremsmoment einstellt;
• - falls eine Geschwindigkeitsverringerung über einer Schwel­ le vorliegt, der Luftdurchsatz so eingestellt wird, daß ein niedriges Motorbremsmoment ausgeübt wird; und
• - falls weder eine Erhöhung noch eine Verringerung der Ge­ schwindigkeit über dem jeweils zugehörigen Schwellenwert vorliegen, der aktuelle Luftdurchsatz beibehalten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß
zum Ermitteln des Fahrzustandes ermittelt wird, ob ein Gefälle vorliegt, das steiler ist als ein Schwellenwertgefälle; und

• - falls der Schwellenwert überschritten ist, der Luftdurch­ satz so eingestellt wird, daß der Motor ein hohes Bremsmo­ ment aufweist, während er andererseits so eingestellt wird, daß er ein niedriges Bremsmoment aufweist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei einem Motor mit Drosselklappe dieselbe zum Einstellen eines maximalen Motorbremsmoments ganz ge­ schlossen und zum Einstellen des minimalen Motorbremsmoments ganz geöffnet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an einem Motor mit variabler Ventilsteue­ rung zum Einstellen minimalen Motorbremsmoments alle Ventile dauernd geschlossen gehalten werden und zum Einstellen maxi­ malen Motorbremsmoments alle Ventile im oberen und unteren Totpunkt jeweils kurz geöffnet werden und ansonsten dauernd geschlossen gehalten werden.

7. Vorrichtung zum Steuern des Luftdurchsatzes durch einen in einem Fahrzeug angeordneten Verbrennungsmotor (12) im Schiebebetrieb, mit

• - einer Einrichtung (10) zum Ermitteln des Fahrzustandes des Fahrzeugs; und
• - einer Einrichtung (13, 15) zum Einstellen des Luftdurch­ satzes abhängig vom ermittelten Fahrzustand in solcher Wei­ se, daß sich ein zum jeweiligen Fahrzustand zugeordnetes Motorbremsmoment ergibt.