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Das
Folgende betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern
des Luftdurchsatzes durch einen in einem Fahrzeug angeordneten Verbrennungsmotor
im Schiebebetrieb.
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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 Verbrennung 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 Motordrehzahl über
einer sogenannten Wiedereinsetzdrehzahl oder unterhalb derselben
liegt. Dieses Verfahren und die zugehörige Vorrichtung finden bei
Motoren mit Drosselklappe allgemein Verwendung.
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Im
Dokument
DE 39 25 336
C2 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 Drehzahlbereich 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 vorliegen, nimmt die im genannten
Dokument beschriebene Vorrichtung immer dieselbe Motoreinstellung
vor.
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Es
besteht generell der Wunsch, verschiedene Fahrbetriebszustände immer
feiner voneinander zu unterscheiden, um eine an jede Fahrsituation möglichst
gut angepasste Motorsteuerung einzustellen. Der vorliegenden Erfindung
liegt demgemäß die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Motorsteuerung
im Schiebebetrieb flexibler auszugestalten.
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Darstellung
der Erfindungen
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist durch die Merkmale von Anspruch 1, und die erfindungsgemäße Vorrichtung
ist durch die Merkmale von Anspruch 7 gegeben.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
wird der Luftdurchsatz durch den Motor im Schiebebetrieb unabhängig vom
Kraftstoffdurchsatz 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 Drosselklappe 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 Fahrgeschwindigkeit unverän dert bleibt, da gerade eine
Gefällstrecke
mit solcher Geschwindigkeit befahren wird, daß die Motorbremskraft und die
Luftwiderstandskraft gerade die Hangabtriebskräfte kompensieren. 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
Drosselklappe wird dieselbe ganz geschlossen und auch ein eventueller
Leerlaufluft-Bypass wird ganz geschlossen. Bei bekannten Verfahren
bremst dagegen der Motor in allen Zuständen oberhalb 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
diejenige Kraftstoffmenge verbrennen zu können, die eingespritzt wird,
um den Motor über
einer gewissen Drehzahl zu halten.
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Besonders
starke Drehmomentänderungen sind
an einem Motor mit frei wählbaren
Ventilsteuerzeiten auf der Ein- und Auslaßseite möglich, was mit Hilfe hydraulisch
oder elektromagnetisch angesteuerter Ventile möglich ist. Wenn ein möglichst
geringes Bremsmoment erwünscht
ist, werden alle Ventile dauernd geschlossen gehalten. Wenn ein
möglichst hohes
Bremsmoment erwünscht
ist, werden bei jeder Saugbewegung des Kolbens alle Ventile geschlossen
gehalten, im unteren Totpunkt werden alle Ventile kurz geöffnet, um
die Verbren nungskammer mit Gas zu füllen, dann werden sofort alle
Ventile wieder geschlossen, um das angesaugte Gas bei der anschließenden Kolbenbewegung
in Gegenrichtung zu komprimieren, 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
verrichten muß. Zwischen
diesen Extremen kann im Idealfall jedes 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 Einstellung mit höchstem
und derjenigen mit geringstem Bremsmoment des Motors hin- und hergeschaltet
wird.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist zum Ausüben
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ausgebildet. In der Praxis wird sie vorzugsweise durch einen programmierten
Mikroprozessor realisiert.
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Zeichnung
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Die
Erfindungen werden im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten
Ausführungsbeispielen
näher erläutert. 1 zeigt
ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und 2 ein
Flußdiagramm
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Steuern des Luftdurchsatzes durch einen Verbrennungsmotor im
Schiebebetrieb.
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Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt
schematisch eine Fahrzustandsbestimmungseinrichtung 10,
eine Steuerungseinrichtung 11 und einen Verbrennungsmotor 12 mit
Gaseinlaßeinrichtung 13,
Verbrennungskammern 14 und Gasauslaßeinrichtung 15.
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Die
Gaseinlaßeinrichtung
kann z. B. eine einstellbare Drosselklappe 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 Ventilsteuerzeiten realisiert sein.
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Ein
Verfahren, wie es vorzugsweise mit der Vorrichtung gemäß 1 ausgeführt wird,
wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
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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.
Sobald in Schritt s1 jedoch festgestellt wird, daß Schiebebetrieb
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 genannten 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 ersichtlichen Gründen gemessen.
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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
letzten Verstellen der Lufteinstelleinrichtung eine Geschwindigkeitserhöhung vorliegt
und ob diese über
einer Schwelle ist, d. h. ob z. B. eine Geschwindigkeitserhöhung um
5 km/h vorliegt. 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.
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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 abnimmt. Da aktuell ein Luftdurchsatz
für maximales
Motorbremsmoment eingestellt ist, verlangsamt sich das Fahrzeug.
Schließlich
wird in Schritt s7 festgestellt, daß die vorgegebene Schwelle
der Geschwindigkeitsverringerung überschritten ist, woraufhin
in einem Schritt s8 die Lufteinstelleinrichtung so gesteuert wird,
daß der
Motor minimales Bremsmoment ausübt.
Außerdem
wird die Fahrgeschwindigkeit gemessen. Daraufhin laufen erneut mehrfach
die Schritte s3 bis s7 ab.
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Sobald
bei einem dieser Durchläufe
in Schritt s5 festgestellt 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.
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Das
Fahrzeug nähere
sich nun einer Kurve, und der Fahrer betätige die Bremse. Dies wird
in Schritt s4 festgestellt, woraufhin sich Schritt s9 anschließt, der
jedoch keine Veränderung
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 Schritte 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 minimales Bremsmoment gestellt
wird, um möglichst
verbrauchsoptimal zu fahren. Sollte diese Maßnahme verfehlt sein, wird nach
einigen Programmdurchläufen
in Schritt s5 wieder eine Geschwindigkeitserhöhung über der genannten Schwelle
eingestellt, woraufhin der Motor in Schritt s9 wieder auf maximales
Bremsmoment gestellt wird.
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Beim
bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird der Fahrzustand des Fahrzeugs im Schiebebetrieb danach klassifiziert,
ob gebremst wird oder nicht, und danach, was für eine Geschwindigkeitsänderung
vorliegt. Jede dieser Maßnahmen
zum Ermitteln 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 Neigungssensors. 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.
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Bei
einem Motor mit Drosselklappe kann der Motor in den Grenzfällen mit
maximal geöffneter Drosselklappe,
was minimalem Bremsmoment entspricht, und mit ganz geschlossener
Drosselklappe, was maximalem Bremsmoment entspricht, betrieben werden.
Zwischen diesen beiden Extremfällen
ist jedes Bremsmoment durch einen entsprechenden Öffnungswinkel
der Drosselklappe einstellbar. Jedoch macht eine solche Feineinstellung
bei einem Motor mit Drosselklappe nicht viel Sinn, da sich die Bremsmomente
bei ganz geöffneter
und ganz geschlossener Drosselklappe nicht sehr stark voneinander
unterscheiden.
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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
DE 39 40 752 A1 beschrieben. Die beiden Grenzfälle für das Motorbremsmoment
wurden eingangs erläutert.
Der hierbei mögliche
Bereich einstellbarer Bremsdrehmomente ermöglicht es, die Fahrgeschwindigkeit
beim Befahren eines Gefälles
im Schiebebetrieb sehr zuverlässig
auf einem konstanten Wert durch entsprechendes Einstellen des Motorbremsmomentes
zu halten. Die aktuelle Fahrgeschwindigkeit wird hierbei mit dem
zu Beginn des Schiebebetriebs vorliegenden Wert verglichen, und bei
einer Zunahme der Geschwindigkeit wird das Motorbremsmoment erhöht, während es
bei einer Verringerung der Geschwindigkeit erniedrigt wird.
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Bei
variabler Ventilsteuerung können
zum Einstellen des Motorbremsmoments 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 Kraftstoffzufuhr und Zündung
ist jedoch nicht zwischen vier Takten zu unterscheiden, sondern
nur zwischen zweien, nämlich
der Bewegung eines Kolbens zwischen dem oberen und dem unteren Totpunkt
und der umgekehrten Bewegung. In jedem einzelnen Hub kann für maximales
Bremsmoment gesorgt werden. Bremsmomente zwischen den Extremmöglichkeiten
können
dann dadurch eingestellt werden, daß entweder alle Hübe in derselben
Richtung gleich behandelt werden, wobei unterschiedliche Bremsmomente
durch unterschiedliche Ventilsteuerzeiten eingestellt 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.
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Beim
Ausführungsbeispiel
gemäß 2 wurde
davon ausgegangen, 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
Geschwindigkeitsverringerung 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 leichtes Bremsmoment einzustellen. Fehlt ein Schritt zum Überprüfen einer
Geschwindigkeitsverringerung, ist es zur Verbrauchsoptimierung von
Vorteil, im Schiebebetrieb den Motor immer auf minimales Bremsmoment
zu stellen, solange nicht wegen des Betätigens einer Bremse und/oder
wegen des Feststellens eines Gefälles über einem
Schwellenwert ein hohes Bremsmoment eingestellt wird.