DE4435741C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegrif­ fen der unabhängigen Patentansprüche.

Zur Leistungssteigerung einer Brennkraftmaschine werden vielfach Maßnahmen durchgeführt, welche zumindest in Be­ triebsbereichen mit hohem Leistungsbedarf die Ansaugtrakt­ und/oder Auslaßtraktgeometrie und/oder die Steuerzeiten der Ein- bzw. Auslaßventile der Brennkraftmaschine beeinflussen.

So ist beispielsweise aus der DE 36 08 310 A1 eine Vorrich­ tung zur Veränderung der Länge des Luftansaugrohrs einer Brennkraftmaschine bekannt. Durch Änderung der Länge des Luftansaugrohrs kann bei Vollast der Brennkraftmaschine die Leistung der Brennkraftmaschine erhöht werden. Neben dieser Veränderung der Ansaugtraktgeometrie sind auch Veränderungen der Auslaßtraktgeometrie einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei durch Klappen in zwei getrennten Auspuffkanälen eine geräuschoptimierte Auslaßtraktgeometrie für den Stadtverkehr und eine leistungsoptimierte Auslaßtraktgeometrie für Über­ landfahrten vorgesehen sind. Daneben sind Klappen bekannt, welche die Geometrie des Ansaugtraktes zur Vergrößerung von Resonanzeffekten und damit zur Leistungssteigerung verän­ dern.

Aus der DE 32 47 916 A1 ist ferner eine Vorrichtung zur Ver­ stellung der Nockenwelle der Brennkraftmaschine zur Steue­ rung der Ein- und Auslaßventile der Brennkraftmaschine ab hängig von Betriebszuständen bekannt. Insbesondere werden dadurch die Ventilüberschneidungszeiten abhängig von Dreh­ zahl und Last eingestellt und im unteren bis mittleren Teil­ lastbereich eine Verbrauchsverminderung und Verbesserung der Abgasemission, im Vollastbereich eine Leistungserhöhung der Brennkraftmaschine erreicht.

Aus der DE 42 39 711 A1 ist im Rahmen einer Antriebsschlupfregelung (ASR) bekannt, ein vom Motor abzugebendes Sollmoment vorzugeben, durch welches der Schlupf an den Antriebsrädern einem vorgegebenen Wert angenähert wird. Das Sollmoment wird bereitgestellt durch einen momentensteuernden Eingriff in die Kraftstoffzumessung, die Zündung und/oder die Luftzufuhr zum Motor. Der Eingriff in die Kraftstoffzumessung erfolgt dabei durch Unterbrechen der Kraftstoffzufuhr zu einer vorgegebenen Anzahl ausgewählter Zylinder, d. h. durch Zylinderabschaltung oder -ausblendung.

Die mit der Kraftstoffunterbrechung zu einem oder mehreren Zylindern sowie mit der Verstellung der Zündung verbundene Beeinträchtigung der Laufqualität der Brennkraftmaschine wird beim bekannten System häufig, auch bei kleinen Regel­ eingriffen, das heißt bei einer betragmäßig kleinen Drehmo­ mentenverringerung, in Kauf genommen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, mit denen die Laufqualität der Brennkraftmaschine bei Reduzie­ rung des Motordrehmoments durch Einspritzausblendung und/oder Zündungsverstellung im Rahmen einer Antriebs­ schlupfregelung verbessert wird.

Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängi­ gen Patentansprüche 1 und 10 erreicht.

Aus der DE 42 11 173 A1 ist bekannt, zur Verbesserung der Laufqualität bei Reduzierung des Drehmoments das neue Motormoment ruckfrei einzustellen.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise hat den Vorteil, daß ei­ ne Reduzierung des Motormoments zur Verringerung des Schlupfes an den Antriebsrädern ohne Komforteinbußen und ohne Beeinträchtigung der Laufqualität durchgeführt werden kann.

In Verbindung mit einem Motorsteuersystem, welches zur An­ triebsschlupfregelung einzelne oder mehrere Einspritzungen ausblendet bzw. die Zündeinstellung verstellt, ist es von besonderem Vorteil, wenn zur Drehmomentenreduzierung zu­ nächst die erfindungsgemäße Vorgehensweise eingesetzt wird und dann erst bei weiterem Bedarf zur Drehmomentenreduzie­ rung Einspritzungen ausgeblendet und die Zündung verstellt werden.

In Verbindung mit Motoren mit variabler Nockenwellenverstel­ lung ist es vorteilhaft, wenn im Antriebsschlupfregelfall im Vollastbereich die Nockenwellenstellung auf kleine Leistung, im Teillastbereich die Nockenwellenstellung auf kleinen Restgasanteil geschaltet bzw. geregelt wird. Letzteres führt zu einer Reduzierung des Restgasanteils und zu einer Verbes­ serung des Wiedereinsetzens von möglicherweise zur Antriebs­ schlupfregelung ausgeblendeten Zylindern.

Weitere Vorteile ergeben sich im Rahmen der abhängigen An­ sprüche sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Übersichtsblockschaltbild zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, während Fig. 2 und 3 Flußdiagramme skizzieren, welche die erfindungsgemäße Vorgehensweise am Anwendungsbeispiel einer variablen Nockenwellenverstellung und einer Saugrohrumschaltung darstellen. Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm, welches die Einbindung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise in ein Antriebsschlupfregelsystem mit Ein­ spritzausblendung und/oder Zündungseingriff darstellt.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt ein Übersichtsblockschaltbild eines Steuersy­ stems zur Steuerung einer Brennkraftmaschine. Dabei ist mit 10 eine Steuereinheit zur Steuerung der Brennkraftmaschine dargestellt, welche wenigstens über die Ausgangsleitung(en) 12 zur Steuerung der Kraftstoffzumessung und über die Aus­ gangsleitung(en) 16 zur Steuerung des Zündzeitpunkts bzw. des Zündwinkels verfügt. Ferner werden über die Ausgangslei­ tung(en) 20 ein oder mehrere Stellelemente 22 zur Verände­ rung der Geometrie des Ansaug- und/oder Auslaßtraktes und/oder zur Steuerung der Öffnungszeiten der Ein- und/oder Auslaßventile bzw. zur Verstellung der Nockenwelle angesteu­ ert. Der Steuereinheit 10 werden Eingangsleitungen 24 bis 26, welche sie mit Meßeinrichtungen 28 bis 30 zur Erfassung von für die Steuerung der Brennkraftmaschine verwendeten Be­ triebsgrößen der Brennkraftmaschine bzw. des Fahrzeugs ver­ bindet, und eine weitere Eingangsleitung 32, welche sie mit einer Steuereinheit 34 zur Regelung des Antriebsschlupfes verbindet, zugeführt. Der Steuereinheit 34 werden über Ein­ gangsleitungen 36 bis 38 von Meßeinrichtungen 40 bis 42 Signale bezüglich der Raddrehzahlen der Räder des Kraftfahr­ zeugs zugeführt.

Das in Fig. 1 dargestellte Steuersystem arbeitet im bevor­ zugten Ausführungsbeispiel wie im eingangs genannten Stand der Technik dargestellt. Die Steuereinheit 34 bestimmt aus den ihr zugeführten Raddrehzahlsignalen die Durchdrehneigung wenigstens eines Antriebsrads. Übersteigt die Raddrehzahl dieses wenigstens einen Antriebsrades einen vorgegebenen Re­ ferenzwert, so gibt die Steuereinheit 34 über die Leitung 32 an die Steuereinheit 10 ein das Drehmoment der Brennkraftma­ schine reduzierendes Signal ab, welches den aus den Raddreh­ zahlen ermittelten Schlupf auf einen vorgegebenen Sollwert einstellt. Das übermittelte Signal besteht im bevorzugten Ausführungsbeispiel aus einem Sollwert für das von der Brennkraftmaschine abzugebende Drehmoment, kann in anderen Ausführungsbeispielen auch Sollgrößen zur Einstellung der Kraftstoffzufuhr über Ausblenden einzelner Einspritzimpulse und/oder Sollwerte zur Einstellung der Zündung repräsentie­ ren.

Die Steuereinheit 10 führt in bekannter Weise Kraftstoffzu­ messung, Zündungseinstellung sowie eine oder mehrere der leistungssteigernden Maßnahmen, wie Nockenwellenverstellung, Steuerung der Ein- und Auslaßventile, Veränderung der Geome­ trie des Ansaug- und/oder Auslaßtraktes, durch. Die Kraft­ stoffzumessung wird dabei auf der Basis eines vorprogram­ mierten Kennfeldes abhängig von Motordrehzahl und Motorlast bestimmt. Ebenso wird die Zündzeitpunktseinstellung vorge­ nommen. Verfügt die Brennkraftmaschine über die Möglichkeit einer variablen Nockenverstellung bzw. ist eine Steuerung der Öffnungszeiten der Ein- und Auslaßventile der Brenn­ kraftmaschine vorgesehen, wird diese entsprechend auf der Basis eines vorprogrammierten Kennfeldes abhängig von Motor­ drehzahl, Motorlast und ggf. der Fahrzeugbeschleunigung bzw. der Laständerungen vorgenommen. Das die Nockenwelle verstel­ lende Elektromagnetventil 22 wird derart angesteuert, daß im Leerlauf- und im unteren bis mittleren Teillastbereich eine deutliche Verbrauchsminderung und Laufruheverbesserung, im oberen Teillast- bzw. Vollastbereich eine Leistungserhöhung der Brennkraftmaschine die Folge ist. In einem anderen Aus­ führungsbeispiel erfolgt eine kontinuierliche Einstellung der Nockenwelle im Rahmen eines Stellungsregelkreises. Durch geeignete Steuerung der Nockenwellenverstellung wird im un­ teren und mittleren Teillastbereich die Schadstoffemission optimiert und der nach der Verbrennung im Zylinder verblie­ bene Restgasanteil reduziert. Die Funktion der variablen Nockenwellenverstellung ist gemäß der erfindungsgemäßen Vor­ gehensweise im Antriebsschlupfregelfall derart modifiziert, daß bei einem Eingriff zur Regelung des Antriebsschlupfes die Nockenwelle in drehmomentverringerndem Sinn verstellt wird. Dies hat besonders Vorteile, wenn der Fahrer viel Gas gibt. In diesem Betriebszustand wird dann anstelle des Dreh­ zahl-Last-Kennfelds zur Einstellung der Nockenwelle auf eine Nockenwellenstellung übergegangen, welche eine deutliche Leistungsminderung der Brennkraftmaschine bedeutet. Dies er­ folgt durch die Einstellung der Nockenwelle in ein speziell auf kleinste Leistung vorgegebenes Drehzahl-Last-Kennfeld oder eine vorgegebene Endstellung. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang eine Unterscheidung zwischen Vollast- und Teillastbereich, wobei im Teillastbereich eine Nocken­ wellenposition, beispielsweise durch Vorgabe eines speziel­ len Drehzahl-Lastpunktes, eines speziellen, experimentell auf kleinsten Restgasanteil bestimmten Drehzahl-Last-Kenn­ feldes oder durch Vorgabe eines speziellen Stellungssollwer­ tes zur Verringerung des Restgasanteil und im Vollastbereich eine Position zur möglichst großen Leistungsminderung einge­ stellt wird.

In analoger Weise wird eine Änderung der Geometrie des An­ saug- oder Auslaßtraktes im Antriebsschlupfregelfall beein­ flußt.

Dabei wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel bei einer not­ wendigen Drehmomentenreduzierung durch die Steuereinheit 34 zunächst die Nockenwelle bzw. die Ansaug- bzw. Auslaßtrakt­ geometrie leistungsmindernd eingestellt und erst dann ein Eingriffin Kraftstoffzumessung und/oder Zündung vorgenom­ men. Ebenfalls ist ein paralleler Eingriff möglich. In einer bevorzugten Ausführung wird im ASR-Regelfall abhängig von der nach Beeinflussung von Nockenwelle und/oder Geometrie verbleibende Differenz zwischen Soll- und Istdrehmoment in bekannter Weise in Kraftstoffzumessung und Zündung zur Rege­ lung des Schlupfes auf einen vorgegebenen Sollwert einge­ griffen. In einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel erfolgt die Beeinflussung der Nockenwelle und/oder der Geo­ metrie der Ansaug- und Auslaßkanäle auf der Basis experimen­ tell ermittelter Kennfelder abhängig von Drehzahl, Last und der Differenz zwischen Soll- und Istmoment derart, daß zu­ mindest bei kleinen Differenzen durch die Beeinflussung der Nockenwelle und/oder der Geometrie die Differenz gerade kom­ pensiert wird.

Fig. 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zur Beein­ flussung der Verstellung einer Nockenwelle im Antriebs­ schlupfregelbetrieb. Nach Start des in Fig. 2 dargestellten Programmteils zu vorgegebenen Zeitpunkten bzw. Kurbelwellen­ winkeln wird in einem Abfrageschritt 100 überprüft, ob die Antriebsschlupfregelung aktiv ist. Dies wird bevorzugt an­ hand einer zu Beginn eines Antriebsschlupfregeleingriffs ge­ setzten Marke realisiert. Ist dies nicht der Fall, wird ge­ mäß Schritt 102 die Stellung der Nockenwelle aus einem vor­ bestimmten Kennfeld abhängig von Motordrehzahl und Motorlast oder im Rahmen eines auf der Basis eines abhängig von wenig­ stens Motordrehzahl und Motorlast bestimmten Sollwertes ar­ beitenden Stellungsregelkreis vorgenommen und der Programm­ teil beendet. Ist die Antriebsschlupfregelung aktiv, so wird im Abfrageschritt 104 überprüft, ob der Betriebszustand der Brennkraftmaschine sich im oberen Leistungsbereich befindet. Dies erfolgt zweckmäßig anhand eines Lastschwellwertes, wel­ cher den Bereich des oberen Teillast- und des Vollastbe­ reichs vom Bereich der unteren und mittleren Teillast ab­ grenzt. Als weitere Kriterien kommen Motordrehzahl und/oder Drosselklappenstellung in Frage, wobei beispielsweise der Vollastbereich bei einer Drosselklappenposition größer 75% des Gesamtstellbereichs von 100% oder bei Drehzahl größer als 4000 Umdr/min angenommen werden kann. Befindet sich die Brennkraftmaschine im Vollastbereich, so wird im Schritt 106 eine Reduzierung der Motorleistung durch Einstellen der Nockenwelle in leistungsreduzierendem Sinne vorgenommen, indem z. B. die Nockenwellenposition im Leerlauf unter Aus­ schalten des im Schritt 102 ausgewerteten Kennfelds oder un­ ter Vorgabe des Leerlaufsollwertes des Stellungsregelkreises oder unter Verwendung eines speziellen Kennfeldes für klein­ ste Leistung eingestellt wird. Befindet sich die Brennkraft­ maschine nicht im Vollast-, sondern im unteren und mittleren Teillastbereich, so wird anstelle des Schrittes 106 im Schritt 108 die Nockenwelleneinstellung derart vorgenommen, daß ein möglichst kleiner Restgasanteil entsteht. Auch hier wird entweder ein Position der Nockenwelle eingestellt, in der der Restgasanteil reduziert ist, oder die Einstellung über ein spezielles Kennfeld mit kleinem Restgasanteil vor­ genommen. Nach den Schritten 106 bis 108 ist der Programm­ teil beendet und wird zu gegebenen Zeitpunkten wiederholt.

In Fig. 3 ist analog die erfindungsgemäße Vorgehensweise im Zusammenhang mit einer Saugrohrumschaltung vorgenommen. Auch hier wird im ersten Schritt 200 überprüft, ob die Antriebs­ schlupfregelung aktiv ist. Ist dies nicht der Fall, erfolgt gemäß Schritt 202 die Einstellung der Saugrohrgeometrie auf der Basis des vorbestimmten Motordrehzahl-Motorlast-Kennfel­ des, während bei aktiver Antriebsschlupfregelung gemäß Schritt 204 eine Einstellung auf kleine Motorleistung, bei­ spielsweise auf die beim Leerlaufzustand vorhandene Saug­ rohrgeometrie übergegangen wird.

Reicht die Drehmomentenreduzierung durch die angegebenen Maßnahmen zur Regelung des Schlupfes auf einen Sollschlupf nicht aus, so wird nach der Reduzierung der Motorleistung durch die angegegebenen Maßnahmen in einem bevorzugten Aus­ führungsbeispiel eine Drehmomentenreduzierung durch Ausblen­ den einzelner Einspritzungen und/oder Verstellung der Zün­ dung vorgenommen. Dies ist im Flußdiagramm nach Fig. 4 skizziert. Nach Start des Programmteils wird in ersten Schritt 300 abgefragt, ob ein ASR-Eingriff vorliegt. Ist dies der Fall, wird im Schritt 302 die erfindungsgemäße Be­ einflussung der Nockenwellen- und/oder der Geometrieeinstel­ lung vorgenommen. Danach wird im Schritt 304 das Sollmoment eingelesen, im Schritt 306 mit dem Istmoment verglichen und die Differenz gebildet. Danach wird im Schritt 308 die Zahl der ggf. auszublendenden Zylinder und/oder die Korrektur des Zündungseinstellung bestimmt und ausgegeben. Danach wird der Programmteil beendet und zur gegebenen Zeit wiederholt.

Die beschriebenen Beeinflussung der leistungssteigernden Maßnahmen im ASR-Fall werden dabei je nach Randbedingungen einzeln oder in beliebiger Kombination vorgenommen. Dabei ist zu beachten, daß in auch analoger Weise eine leistungs­ mindernde Einstellung von möglicherweise vorhandenen Reso­ nanzklappen und/oder Klappen im Auslaßtrakt der Brennkraft­ maschine vorgenommen wird.

Neben der dargestellte Ausführung der erfindungsgemäßen Vor­ gehensweise im Rahmen eines Antriebsschlupfregelsystems wird diese erfolgreich zur Drehmomentenreduzierung in Verbindung mit eine Drehzahl- und/oder Fahrgeschwindigkeitsbegrenzung mit Zylinderabschaltung, und/oder in Verbindung mit einer Zylinderabschaltung bei der Kraftstoffabschaltung im Schie­ bebetrieb, angewendet.

Claims (10)

1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, mit Mitteln zur veränderlichen Einstellung der Ein- bzw. Auslaß­ ventile der Brennkraftmaschine (10, 102) und/oder mit Mitteln zur Änderung der Ansaug- bzw. Auslaßtraktgeometrie (10, 102), dadurch gekennzeichnet, daß im Antriebsschlupfregelfall zur Reduzierung des Drehmoments der Brennkraftmaschine die Ein- bzw. Auslaßventile bzw. die Ansaugtrakt- bzw. Auslaßgeometrien in das Drehmoment verringernder Weise eingestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Antriebsschlupfregelfall eine Einstellung der Ein- und Aus­ laßventile auf kleinste Motorleistung vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Einstellung auf kleinste Leistung im Vollastbereich und in dessen Nähe vorgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren und mittleren Teillastbereich die Einstellung der Ein- und Auslaßventile im Sinne eines kleinen Restgasanteils vorgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Ein- und Auslaßventile eine variable Nockenwellenverstellung abhängig von Motordrehzahl und Mo­ torlast, ggf. im Rahmen eines Stellungsregelkreises, vorge­ sehen ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Ansaugtraktgeome­ trie eine Saugrohrumschaltung vorgesehen ist, die im An­ triebsschlupfregelfall auf kleine Leistung eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Reduzierung des Motordrehmo­ ments bei Eintritt des Antriebsschlupfregelfalles die drehmomentenverringernde Einstellung der Nockenwellenver­ stellung bzw. der Saugrohrumschaltung sofort vorgenommen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn des Antriebsschlupfregelfalles zuerst die drehmoment­ verringernde Einstellung vorgenommen wird, dann für eine weitergehende Drehmomentenreduzierung eine Beeinflussung der Zündung und/oder das Ausblenden einzelner Einspritzungen vorgenommen wird, oder die Eingriffe parallel zueinander vorgenommen werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine das Drehmoment verringernde Einstellung der Ein- bzw. Auslaßventile bzw. der Ansaugtrakt- bzw. Auslaßgeometrie bei Drehzahl- und/oder Fahrgeschwindigkeitsbegrenzungen über die Ausblendung einzelner Einspritzungen und/oder bei Ausblen­ dung einzelner Einspritzungen in Verbindung mit der Abschal­ tung der Kraftstoffzufuhr im Schiebebetrieb vorgenommen wird.

10. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, mit Mitteln (10, 102) zur veränderlichen Einstellung der Ein- und Auslaßventile, insbesondere deren Öffnungszeiten, und/oder mit Mittel (10, 202) zur Änderung der Geometrie des Ansaug- bzw. Auslaßtraktes der Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (10, 106, 108; 10, 204) vorgesehen sind, welche im Antriebsschlupfregelfall eine das Motordrehmoment reduzierende Einstellung der Ein- und Auslaßventile und/oder der Geometrien vornehmen.