EP2955357A1 - Verfahren für einen rollbetrieb eines kraftfahrzeugs mit verbrennungsmotor - Google Patents

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EP2955357A1
EP2955357A1 EP15000915.7A EP15000915A EP2955357A1 EP 2955357 A1 EP2955357 A1 EP 2955357A1 EP 15000915 A EP15000915 A EP 15000915A EP 2955357 A1 EP2955357 A1 EP 2955357A1
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EP
European Patent Office
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vehicle
engine
combustion engine
rolling
internal combustion
Prior art date
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Pending
Application number
EP15000915.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf DÖBEREINER
Wolfgang Zieglmaier
Daniel Zoth
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MAN Truck and Bus SE
Original Assignee
MAN Truck and Bus SE
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F02D2200/702—Road conditions

Definitions

  • the invention relates to a method for a rolling operation of a motor vehicle with internal combustion engine, in particular a commercial vehicle.
  • the invention relates to a method for a rolling operation, in which the internal combustion engine is towed in uncontrolled operation with the drive train closed.
  • motor vehicles are operated at suitable distances, in particular gradients, in a so-called roll or sail mode.
  • the sailing mode of a motor vehicle or hybrid vehicle known to those skilled in the art is that the kinetic energy of the motor vehicle is used in roll phases in order to maintain the highest possible rolling speed and thus to achieve the highest possible rolling distance.
  • the engine of the vehicle decoupled from the rest of the drive train which happens by opening the clutch or by a neutral circuit in the transmission to reduce the braking effect of the drag torque of the engine.
  • the following to a rolling phase train phase can be due to the obtained rolling speed or Rolling distance achieved at a later date and / or carried out with lower engine power. This results in a potential for saving fuel.
  • a disadvantage of this mode of operation is that the engine runs in idle mode, whereby the fuel consumption reduction potential is reduced.
  • auxiliary consumers such as the generator or the air compressor are no longer powered.
  • this variant is therefore associated with disadvantages, in particular, there for vehicle operation Of commercial vehicles important ancillaries (eg., The air compressor or the power steering pump) must continue to be driven reliably even when rolling.
  • An alternative known variant for saving fuel during vehicle roll phases is a rolling operation in which the fuel supply of the engine is interrupted during a rolling phase. The engine remains coupled to the powertrain and towed unbefued. This operation is also referred to as coasting with fuel cut or engine brake operation. Part of the kinetic energy is expended for the required drive power of the ancillaries.
  • This mode of operation enables a potential for saving fuel by avoiding the engine idling operation and ensures the supply of the ancillaries.
  • a disadvantage of this mode of operation the resulting drag power loss, z. B. due to friction losses of the unfired operation of the engine. This towing power brakes the vehicle and thus reduces the kinetic energy of the vehicle.
  • the object of the invention is in particular to provide a rolling operation method with improved fuel efficiency, which simultaneously enables safe operation of the ancillaries.
  • a method for a rolling operation of a motor vehicle with an internal combustion engine is proposed, in particular such a method for a commercial vehicle, wherein in rolling operation of the internal combustion engine in the unfired mode and with the drive train closed, d. H. with not separated traction, is towed.
  • the fuel supply is thus interrupted, and the engine is dragged through the vehicle, so kept in rotational motion.
  • Such a rolling operation is also referred to as pushing operation.
  • the rolling operation takes place with a reduced engine drag torque or reduced engine drag power.
  • the motor vehicle comprises means for reducing a motor drag torque and thus a motor towing power of the internal combustion engine, by means of which the engine towing power is reduced during the rolling operation, so that the internal combustion engine is towed in the rolling operation with the reduced engine towing capacity.
  • a particular advantage of the invention is thus that in comparison to a conventional overrun friction losses are reduced in towing mode and consequently also the resulting vehicle deceleration.
  • the subsequent to a rolling phase pulling phase due to the obtained higher rolling speed or achieved further rolling distance at a later time and / or take place with lower engine power.
  • the supply and the drive of the ancillaries can be ensured.
  • the means for reducing a motor towing capacity are designed so that all auxiliary units can be sufficiently supplied by the towed motor and the remaining power loss of the engine as small as possible.
  • the invention is not limited to a particular choice with regard to the choice of the means for reducing a motor towing performance and / or not limited to a specific structure with regard to the structural design of these means.
  • the means for reducing the engine towing capacity can be designed to change a valve train in the rolling mode so that a to be performed by the internal combustion engine in the non-fired operation compression work and / or charge exchange work is reduced, so that the rotation of the internal combustion engine takes place against a lower resistance and therefore can be achieved with less mechanical energy.
  • a per se known decompression brake can be used so that it is used in roll mode for a targeted cylinder decompression.
  • the means for reducing the engine towing capacity may comprise a locking device which is adjustable so as to prevent the closing of one or more exhaust valves of the cylinders of the internal combustion engine. This results in a targeted decompression of the cylinder and there is no drag power loss due to the compression work to be done.
  • the locking device is adjustable so that it can move a rocker arm and / or a rocker shaft, which are operatively connected to a cylinder outlet valve for opening and closing the same, such that the exhaust valve remains in an open state.
  • the locking device may be provided as a locking pin, which can be made in rolling mode so that it can be brought into engagement with a detent on the rocker shaft and thus blocks further rotation of the rocker shaft in a cylinder outlet valve in a closed position rotary position.
  • This variant has the advantage that conventional internal combustion engines with a minor structural modification by attaching the adjustable locking device, for. B. the locking pin, are adapted so that they allow the rolling operation with reduced engine drag torque.
  • the means for reducing the engine drag power can cause a shutdown of the valve train of the cylinder, such that a cylinder operation takes place with closed valves without charge change.
  • the cylinders consequently act as gas springs, which return the applied compression work after reaching the top dead center to a large extent again, so that the compression work to be applied is reduced compared to a normal valve train.
  • the method for the rolling operation may comprise the following steps: setting an upper and lower threshold value for vehicle acceleration in rolling operation; and predicting an acceleration course of the vehicle for the rolling operation as a function of topography data for a predefined route ahead of the route; wherein the roll operation is activated upon reaching or beginning of a downgrade section for which the predicted acceleration history has been predicted to be greater than a minimum duration or minimum distance within the upper and lower vehicle acceleration thresholds.
  • the vehicle acceleration upper and lower thresholds thus indicate a suitable range in which the vehicle acceleration is in a range favorable for the rolling operation.
  • the previously activated rolling operation can be deactivated if the current vehicle speed, the vehicle acceleration or a gradient on a current position of a travel route exceed predefined threshold values for these variables.
  • the prediction of the acceleration curve of the vehicle for the rolling operation with reduced towing power can be carried out using a vehicle model that indicates an acceleration behavior of the vehicle in non-fired operation as a function of the topography of the route and the current speed.
  • the vehicle model can be stored in the form of a characteristic in the cruise control system.
  • the vehicle model may for example take into account a load state, a total weight, an axle load, a rolling friction resistance, a flow resistance of the motor vehicle and / or a loss resistance of the drive unit caused by components of the drive unit. Based on these parameters, an acceleration behavior of the vehicle can be calculated in non-fired operation, for example in coasting or in coasting mode.
  • Another aspect of the invention relates to a device for controlling an operation of a motor vehicle with an internal combustion engine, in particular a commercial vehicle, wherein the device for carrying out the method, as described above, is set up.
  • Another aspect of the invention relates to a commercial vehicle with such a device.
  • FIG. 1 illustrates by way of example a flow chart of a method for the rolling operation according to an embodiment.
  • FIG. 2B This shows the FIG. 2B the topography of a route of the vehicle 4 as a relative height curve.
  • the in FIG. 2B shown section shows a stretch of road with a longer slope.
  • the vehicle is at the beginning of the downhill section.
  • step S1 the preceding road section is continuously monitored by a vehicle control device to determine a suitable driving situation in which the rolling operation can be activated.
  • a suitable driving situation in which the rolling operation can be activated.
  • This can be done, for example, in a manner known per se by a precalculation of the occurring vehicle deceleration and taking into account the setpoint speed of the vehicle, for example a maximum speed predetermined for commercial vehicles.
  • An overshoot or undershoot of the target speed is permitted within certain limits for the use of flywheel tips, so that the rolling can take place in certain acceleration limits.
  • the prediction of the acceleration course of the vehicle for the rolling operation can be carried out as a function of topographical data for a predefined route section 5 of the route lying ahead.
  • the pre-calculation of the acceleration curve of the vehicle for the rolling operation with reduced towing power is performed using a vehicle model, which indicates an acceleration behavior of the vehicle in non-fired operation depending on the topography of the route and the current speed.
  • the vehicle model may take into account a load state, a total weight, an axle load, a rolling friction resistance, a flow resistance of the motor vehicle and / or a loss resistance of the drive unit caused by components of the drive unit.
  • Such vehicle models and calculating the acceleration of the vehicle in non-fired operation on downhill slopes are known per se from the prior art and need not be described in more detail here. Such approaches are for example from the DE 10 2006 001 818 A1 or the DE 10 2010 005 045 A1 known.
  • the topography of a route can be provided as topography data from a navigation device.
  • the navigation device can also provide the current vehicle position and direction and assign the stored topography of the route.
  • FIG. 2A shows a stored in the vehicle control curve 3, the vehicle acceleration a (Y-axis in FIG. 2A ) in rolling operation as a function of the road gradient s (X-axis in FIG. 2A ) indicates. Furthermore, a predetermined upper threshold value 1 and a lower threshold value 2 for a vehicle acceleration a enter into the method. Such thresholds are not firmly defined, but freely parameterizable depending on the vehicle.
  • the roll operation is activated at the beginning of a downgrade section for which the predicted acceleration history has been predicted to be greater than a minimum duration or minimum distance within the vehicle acceleration upper and lower thresholds 1, 2. Upon reaching the in FIG. 2B shown vehicle conditions, these conditions are met, so that the rolling operation of the vehicle control device according to the steps S2 and S3 is activated.
  • the determination of a suitable driving situation in which the rolling operation can be activated even without the use of topography and GPS data or without a precalculation of the occurring vehicle deceleration.
  • the rolling operation without foresight only based on the current vehicle condition, eg. B. depending on the vehicle speed and the slope, initiated.
  • the duration of the rolling phase can then not be determined at the same time when the rolling operation is initiated, but the rolling operation is in turn terminated on the basis of the current vehicle condition, for example if the vehicle speed and / or the gradient fall below predetermined threshold values.
  • step S2 first the rolling operation is activated, d. h., the fuel supply is interrupted, and the engine is dragged by the vehicle, so kept in rotational motion. Here the drive train remains closed.
  • step S3 the engine drag torque is then reduced.
  • a locking pin on the rocker shaft which is set for the rolling operation so that it can be brought into engagement with a detent on the rocker shaft and thus further rotation of the rocker shaft in the cylinder outlet in a closed position rotary position blocked.
  • Such a locking device in the form of the locking pin is the so-called Rocker-Stop Device (RSD) from Jacobs Vehicle Systems®.
  • RSD Rocker-Stop Device
  • the use of such a device has hitherto been used to accelerate an engine start-up operation by targeted decompression of the cylinders of the internal combustion engine or to reduce the vehicle vibrations when the engine and the vehicle are switched off.
  • this known device can also be used for targeted reduction of engine drag torque in the towed taxiing operation.
  • a further variant for reducing the engine drag torque is to effect a shutdown of the valve train of the cylinders, such that cylinder operation takes place with the valves closed, without any charge exchange.
  • the cylinders consequently act as gas springs, which return the applied compression work after reaching the top dead center to a large extent again, so that the compression work to be applied is reduced compared to a normal valve train.
  • Such an approach is known in the automotive sector for partial shutdown of cylinders at low speed ranges, but still a portion of the cylinder is fired, the efficiency increases because the operating points shift towards higher loads.
  • the combustion chambers of the non-fired cylinder are once again filled with air, z. B. with fresh gas or exhaust gas.
  • This trapped air leads to a minimum pressure in the cylinder and a correspondingly low energy consumption.
  • the closing of the valves via a special actuator takes place on the inlet and the exhaust camshaft ever two sliding sleeves, the so-called cam pieces, on special gears. They are responsible for valves of the cylinders.
  • Each cam piece carries two different profiles next to each other at its ends: a conventional solid profile and a so-called zero-stroke cam.
  • the full profiles operate in normal fired cylinder operation, the roller rocker arms and on these the valves. They behave like conventional cams.
  • the zero-stroke cams in turn rotate over the drag levers. You do not press it, the valve springs keep the valves closed. At the same time the engine management stops the injection. In the outer sides of the rotating cam pieces helical grooves are milled, over which the sleeves can move lightning fast by a few millimeters on the waves. If electromagnetic actuators in the cylinder head cover signal through the motor control system, two integrated metal pins engage the grooves from outside and bring them into their final position. From spring-loaded balls, the cam pieces are finally locked.
  • this actuator can be modified so that all cylinder valves are closed and all cylinders are operated with closed valves in non-fired trailing.
  • the vehicle 4 rolls in the towed mode, d. H. closed driveline, and with reduced engine drag torque down the slope 5.
  • the fuel consumption in this state is zero.
  • the roll phase can be extended as the vehicle experiences less deceleration.
  • FIG. 3B shows a driving state of the rolling operation in the middle of the slope.
  • FIG. 3A shows the corresponding value of the vehicle acceleration at this point, which is within the predetermined thresholds 1, 2.
  • the roll mode is terminated when, due to a grade change, the vehicle acceleration or speed is outside the allowable limits for the roll operation (step S4).
  • FIG. 4B illustrating the vehicle 4 after passing through the slope and at the beginning of a slope. In this case, the vehicle is braked so much during towing that the vehicle acceleration drops below the lower threshold value 2, which in FIG. 4A is illustrated.
  • the roll mode is then terminated, with the means for reducing engine drag performance first reversing the drag performance, and then transferring the engine from driveline to fired mode to continue driving in normal fired operation and with unrestrained drag torque (Step S5).

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für einen Rollbetrieb eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, wobei im Rollbetrieb der Verbrennungsmotor im unbefeuerten Betrieb und bei geschlossenem Triebstrang geschleppt wird und wobei Mittel zur Verringerung einer Motorschleppleistung des Verbrennungsmotors vorgesehen sind, mittels derer die Motorschleppleistung während des Rollbetriebs verringert wird, so dass der Verbrennungsmotor im Rollbetrieb mit der verringerten Motorschleppleistung geschleppt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren für einen Rollbetrieb eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor, insbesondere eines Nutzfahrzeugs. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren für einen Rollbetrieb, bei dem der Verbrennungsmotor im unbefeuerten Betrieb bei geschlossenem Triebstrang geschleppt wird.
  • Zur Kraftstoffeinsparung werden Kraftfahrzeuge bei geeigneten Strecken, insbesondere Gefällen, in einem sog. Roll- oder Segelmodus betrieben.
  • Der dem Fachmann bekannte Segelmodus eines Kraftfahrzeugs oder Hybridfahrzeugs besteht darin, dass die kinetische Energie des Kraftfahrzeugs in Rollphasen genutzt wird, um eine möglichst hohe Rollgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten und somit eine möglichst hohe Rolldistanz zu erreichen. Dabei wird beispielsweise gemäß der Schrift DE 10 2008 029 453 A1 der Motor des Fahrzeugs vom restlichen Antriebsstrang entkoppelt, was durch Öffnen der Kupplung oder durch eine Neutralschaltung im Getriebe passiert, um die bremsende Wirkung des Schleppmoments des Motors zu reduzieren. Die an eine Rollphase anschließende Zugphase kann infolge der erhaltenen Rollgeschwindigkeit bzw. erzielten Rolldistanz zu einem späteren Zeitpunkt einsetzen und/oder mit geringerer Motorleistung erfolgen. Daraus erwächst ein Potential zur Einsparung von Kraftstoff.
  • Nachteilig an dieser Betriebsweise ist, dass der Motor im Leerlaufbetrieb läuft, wodurch das Kraftstoffverbrauchsreduzierungspotential verringert wird.
  • Eine komplette Abschaltung des Verbrennungsmotors im Rollbetrieb wäre für den Kraftstoffverbrauch die ideale Lösung. Im Stand der Technik ist es daher ferner bekannt, den Kraftstoffverbrauch während des Segelns zusätzlich zu reduzieren, indem der Motor nicht nur - anstatt bei hoher Drehzahl geschleppt zu werden - vom Antriebsstrang entkoppelt und befeuert im Motorleerlauf betrieben wird, sondern auch vollständig abgestellt wird und bei einer sich anschließenden Zugphase wieder zugestartet wird.
  • In diesem Fall werden die über den Motor angetriebenen Nebenverbraucher wie etwa der Generator oder der Klimakompressor jedoch nicht mehr gespeist. In der praktischen Umsetzung ist diese Variante daher mit Nachteilen verbunden, insbesondere, da für den Fahrzeugbetrieb von Nutzfahrzeugen wichtige Nebenaggregate (z. B. der Luftpresser oder die Lenkhelfpumpe) auch im Rollbetrieb weiterhin zuverlässig angetrieben werden müssen.
  • Eine alternative bekannte Variante zur Einsparung von Kraftstoff während Fahrzeugrollphasen ist ein Rollbetrieb, bei dem die Kraftstoffzufuhr des Motors während einer Rollphase unterbrochen wird. Dabei bleibt der Motor mit dem Antriebsstrang gekoppelt und wird unbefeuert geschleppt. Dieser Betrieb wird auch als Schubbetrieb mit Schubabschaltung oder Betrieb mit Motorbremse bezeichnet. Ein Teil der kinetischen Energie wird dabei für die erforderliche Antriebsleistung der Nebenaggregate aufgewendet.
  • Diese Betriebsweise ermöglicht ein Potential zur Einsparung von Kraftstoff durch Vermeidung des Motorleerlaufbetriebs und stellt die Versorgung der Nebenaggregate sicher. Nachteilig an dieser Betriebsweise ist die resultierende Schleppverlustleistung, z. B. aufgrund von Reibungsverlusten des unbefeuerten Betriebs des Motors. Diese Schleppleistung bremst das Fahrzeug und reduziert somit die kinetische Energie des Fahrzeuges.
  • Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Rollbetriebsverfahren bereitzustellen, mit dem Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden können. Die Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, ein Rollbetriebsverfahren mit verbesserter Kraftstoffeffizienz bereitzustellen, das gleichzeitig einen sicheren Betrieb der Nebenaggregate ermöglicht.
  • Diese Aufgaben werden durch ein Betriebsverfahren für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren für einen Rollbetrieb eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor vorgeschlagen, insbesondere ein derartiges Verfahren für ein Nutzfahrzeug, wobei im Rollbetrieb der Verbrennungsmotor im unbefeuerten Betrieb und bei geschlossenem Triebstrang, d. h. bei nicht getrenntem Kraftschluss, geschleppt wird. Die Kraftstoffzufuhr ist somit unterbrochen, und der Motor wird durch das Fahrzeug geschleppt, also in Drehbewegung gehalten. Ein solcher Rollbetrieb wird auch als Schubbetrieb bezeichnet.
  • Gemäß allgemeinen Gesichtspunkten der Erfindung erfolgt der Rollbetrieb mit verringertem Motorschleppmoment bzw. verringerter Motorschleppleistung. Hierzu umfasst das Kraftfahrzeug Mittel zur Verringerung eines Motorschleppmoments und damit einer Motorschleppleistung des Verbrennungsmotors, mittels derer die Motorschleppleistung während des Rollbetriebs reduziert wird, so dass der Verbrennungsmotor im Rollbetrieb mit der reduzierten Motorschleppleistung geschleppt wird.
  • Eine besonderer Vorzug der Erfindung liegt somit darin, dass im Vergleich zu einem herkömmlichen Schubbetrieb Reibungsverluste im Schleppbetrieb reduziert werden und folglich auch die resultierende Fahrzeugverzögerung. Damit kann die an eine Rollphase anschließende Zugphase infolge der erhaltenen höheren Rollgeschwindigkeit bzw. erzielten weiteren Rolldistanz zu einem späteren Zeitpunkt einsetzen und/oder mit geringerer Motorleistung erfolgen. Daraus erwächst ein Potential zur Einsparung von Kraftstoff im Vergleich zu einem herkömmlichen Schubbetrieb. Gleichzeitig kann die Versorgung und der Antrieb der Nebenaggregate gewährleistet werden.
  • Vorzugsweise sind die Mittel zur Verringerung einer Motorschleppleistung so ausgelegt, dass durch den geschleppten Motor alle Nebenaggregate ausreichend versorgt werden können und die verbleibende Verlustleistung des Motors möglichst klein ausfällt.
  • Die Erfindung ist hinsichtlich der Wahl der Mittel zur Verringerung einer Motorschleppleistung nicht auf eine bestimmte Auswahl beschränkt und/oder hinsichtlich der konstruktiven Ausgestaltung dieser Mittel nicht auf einen bestimmten Aufbau beschränkt.
  • Vorteilhafterweise können die Mittel zur Verringerung der Motorschleppleistung so ausgeführt sein, einen Ventiltrieb im Rollbetrieb so zu verändern, dass eine von der Brennkraftmaschine im nicht befeuerten Betrieb zu leistende Kompressionsarbeit und/oder Ladungswechselarbeit verringert wird, so dass die Rotation des Brennkraftmaschine gegen einen geringeren Widerstand erfolgt und daher mit weniger mechanischer Energie erreicht werden kann. Beispielsweise kann eine an sich bekannte Dekompressionsdauerbremse so eingesetzt werden, dass diese im Rollbetrieb für eine gezielte Zylinderdekompression eingesetzt wird.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Variante können die Mittel zur Verringerung der Motorschleppleistung eine Sperreinrichtung umfassen, die so stellbar ist, dass sie das Schließen einer oder mehrerer Auslassventile der Zylinder des Verbrennungsmotors verhindert. Dadurch erfolgt eine gezielte Dekompression der Zylinder und es erfolgt keine Schleppverlustleistung durch die zu leistende Kompressionsarbeit.
  • Eine Möglichkeit der erfindungsgemäßen Realisierung sieht hierbei vor, dass die Sperreinrichtung so stellbar ist, dass sie eine Bewegung eines Kipphebels und/oder einer Kipphebelwelle, die mit einem Zylinderauslassventil zum Öffnen und Schließen desselben in Wirkverbindung stehen, derart beschränkt, dass das Auslassventil in einem offenen Zustand verbleibt. Eine derartige Anordnung kann für alle Auslassventile vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Sperreinrichtung als Sperrstift vorgesehen sein, der im Rollbetrieb so gestellt werden kann, dass er in Eingriff mit einer Rastnase an der Kipphebelwelle bringbar ist und so eine weitere Rotation der Kipphebelwelle in eine das Zylinderauslassventil in eine Schließstellung bringende Drehstellung blockiert. Diese Variante bietet den Vorteil, dass herkömmliche Verbrennungsmotoren mit einer geringfügigen konstruktiven Modifikation durch Anbringung der stellbaren Sperreinrichtung, z. B. des Sperrstiftes, so angepasst werden, dass sie den Rollbetrieb mit reduziertem Motorschleppmoment ermöglichen.
  • Gemäß einer weiteren Variante können die Mittel zur Verringerung der Motorschleppleistung eine Abschaltung des Ventiltriebes der Zylinder bewirken, derart, dass ein Zylinderbetrieb bei geschlossenen Ventilen ohne Ladungswechsel erfolgt. Die Zylinder wirken folglich als Gasfedern, die die aufgebrachte Kompressionsarbeit nach Erreichen des oberen Totpunkts wieder zu einem großen Teil zurückgeben, so dass die aufzubringende Kompressionsarbeit im Vergleich zu einem normalen Ventiltrieb reduziert ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform kann das Verfahren für den Rollbetrieb die nachfolgende Schritte umfassen: ein Vorgeben eines oberen und unteren Schwellenwertes für eine Fahrzeugbeschleunigung im Rollbetrieb; und ein Vorausberechnen eines Beschleunigungsverlaufs des Fahrzeuges für den Rollbetrieb in Abhängigkeit von Topographiedaten für einen vorgegebenen vorausliegenden Streckenabschnitt der Fahrtroute; wobei der Rollbetrieb bei Erreichen oder Beginn eines Gefällestreckenabschnitts aktiviert wird, für den vorausberechnet wurde, dass der vorausberechnete Beschleunigungsverlauf länger als eine Mindestdauer oder Mindeststrecke innerhalb der oberen und unteren Schwellenwerte für die Fahrzeugbeschleunigung liegt.
  • Dadurch kann eine geeignete Fahrsituation, z. B. eine längere Gefällestrecke mit geeignetem Steigungsverlauf, erkannt werden, die sich für den Rollbetrieb eignet, um den Rollbetrieb bei Erreichen dieser Gefällestrecke zu initiieren. Der obere und der Schwellwert für die Fahrzeugbeschleunigung geben somit einen geeigneten Bereich an, in dem die Fahrzeugbeschleunigung in einem für den Rollbetrieb vorteilhaften Bereich liegt.
  • Ferner kann der zuvor aktivierte Rollbetrieb deaktiviert werden, wenn die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit, die Fahrzeugbeschleunigung oder ein Steigungsgrad auf einer aktuellen Position einer Fahrtroute vorgegebene Schwellenwerte für diese Größen übersteigen.
  • Beispielsweise kann die Vorausberechnung des Beschleunigungsverlaufs des Fahrzeuges für den Rollbetrieb mit verringerter Schleppleistung unter Verwendung eines Fahrzeugmodells erfolgen, das ein Beschleunigungsverhalten des Fahrzeugs im nichtbefeuerten Betrieb in Abhängigkeit von der Topographie der Fahrtroute und der aktuellen Geschwindigkeit angibt. Das Fahrzeugmodell kann in Form einer Kennlinie in der Geschwindigkeitsregelanlage hinterlegt sein.
  • Das Fahrzeugmodell kann beispielsweise einen Beladungszustand, ein Gesamtgewicht, eine Achslast, einen Rollreibungswiderstand, einen Strömungswiderstand des Kraftfahrzeugs und/oder einen durch Komponenten der Antriebseinheit verursachten Verlustwiderstand der Antriebseinheit berücksichtigen. Anhand dieser Parameter kann ein Beschleunigungsverhalten des Fahrzeugs im nichtbefeuerten Betrieb, beispielsweise im Rollbetrieb oder im Schubbetrieb, berechnet werden.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Betriebs eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, wobei die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wie dieses vorstehend beschrieben wurde, eingerichtet ist.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Nutzfahrzeug mit einer solchen Vorrichtung.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1
    ein Ablaufdiagramm zur Illustration eines Verfahrens für den Rollbetrieb gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    Figur 2A, 3A, 4A
    Beschleunigungszustände eines Fahrzeugs im Rollbetrieb entlang einer Gefällestrecke; und
    Figur 2B, 3B, 4B
    Positionen eines Fahrzeugs im Rollbetrieb entlang einer Gefällestrecke.
  • Figur 1 illustriert beispielhaft ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens für den Rollbetrieb gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Hierbei zeigt die Figur 2B die Topographie einer Fahrtroute des Fahrzeugs 4 als relative Höhenkurve an. Der in Figur 2B gezeigte Streckenabschnitt zeigt einen Streckenabschnitt mit einer längeren Gefällestrecke. In Figur 2B befindet sich das Fahrzeug am Beginn der Gefällestrecke.
  • Während des normalen befeuerten Fahrbetriebs wird gemäß Schritt S1 der vorausliegende Streckenabschnitt von einer Fahrzeugsteuereinrichtung kontinuierlich überwacht, um eine geeignete Fahrsituation zu bestimmen, in der der Rollbetrieb aktiviert werden kann. Dies kann beispielsweise in an sich bekannter Weise durch eine Vorausberechnung der auftretenden Fahrzeugverzögerung und unter Berücksichtigung der Sollgeschwindigkeit des Fahrzeuges, beispielweise einer für Nutzfahrzeuge vorgegebenen Höchstgeschwindigkeit, erfolgen. Eine Über- bzw. Unterschreitung der Sollgeschwindigkeit wird in bestimmten Grenzen zur Ausnutzung von Schwungspitzen zugelassen, so dass das Rollen in bestimmten Beschleunigungsgrenzen stattfinden kann. Die Vorausberechnung des Beschleunigungsverlaufs des Fahrzeuges für den Rollbetrieb kann in Abhängigkeit von Topographiedaten für einen vorgegebenen vorausliegenden Streckenabschnitt 5 der Fahrtroute erfolgen.
  • Die Vorausberechnung des Beschleunigungsverlaufs des Fahrzeuges für den Rollbetrieb mit verringerter Schleppleistung erfolgt unter Verwendung eines Fahrzeugmodells, das ein Beschleunigungsverhalten des Fahrzeugs im nichtbefeuerten Betrieb in Abhängigkeit von der Topographie der Fahrtroute und der aktuellen Geschwindigkeit angibt. Das Fahrzeugmodell kann einen Beladungszustand, ein Gesamtgewicht, eine Achslast, einen Rollreibungswiderstand, einen Strömungswiderstand des Kraftfahrzeugs und/oder einen durch Komponenten der Antriebseinheit verursachten Verlustwiderstand der Antriebseinheit berücksichtigen.
  • Derartige Fahrzeugmodelle und das Berechnen der Beschleunigung des Fahrzeugs im nicht befeuerten Betrieb auf Gefällestrecken sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und müssen hier nicht detaillierter beschrieben werden. Derartige Ansätze sind beispielsweise aus der DE 10 2006 001 818 A1 oder der DE 10 2010 005 045 A1 bekannt.
  • In diesem Dokument wird lediglich festgestellt, dass ein derartiges Fahrzeugmodell in Form einer Berechnungsfunktion und/oder in Form einer Kennlinie 3 in der Geschwindigkeitsregelanlage hinterlegt sein kann, die in Abhängigkeit der Gefälle-/Höheinformation der Fahrtroute das Beschleunigungsverhalten des Fahrzeugs beschreibt.
  • Mit dem Fahrzeugmodell kann dann vorausberechnet werden, wie sich ein vorausliegendes Gefälle auf den Beschleunigungsverlauf des Fahrzeugs bei gegebener Sollwerteinstellung der Tempomat- bzw. Bremsomatfunktion auswirkt.
  • Die Topographie einer Fahrtroute kann als Topographiedaten von einem Navigationsgerät bereitgestellt werden. Das Navigationsgerät kann ferner die aktuelle Fahrzeugposition und Fahrtrichtung bereitstellen und der gespeicherten Topographie der Fahrtroute zuordnen.
  • Figur 2A zeigt eine in der Fahrzeugsteuerung hinterlegte Kennlinie 3, die eine Fahrzeugbeschleunigung a (Y-Achse in Figur 2A) im Rollbetrieb in Abhängigkeit von der Fahrbahnsteigung s (X-Achse in Figur 2A) angibt. Ferner gehen in das Verfahren jeweils ein vorgegebener oberer Schwellenwert 1 und ein unterer Schwellenwert 2 für eine Fahrzeugbeschleunigung a ein. Derartige Schwellenwerte sind nicht fest definiert, sondern je nach Fahrzeug frei parametrierbar.
  • Der Rollbetrieb wird bei Beginn eines Gefällestreckenabschnitts aktiviert, für den vorausberechnet wurde, dass der vorausberechnete Beschleunigungsverlauf länger als eine Mindestdauer oder Mindeststrecke innerhalb der oberen und unteren Schwellenwerte 1, 2 für die Fahrzeugbeschleunigung liegt. Bei Erreichen der in Figur 2B gezeigten Fahrzeugposition sind diese Bedingungen erfüllt, so dass der Rollbetrieb von der Fahrzeugsteuereinrichtung entsprechend der Schritte S2 und S3 aktiviert wird.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Bestimmung einer geeigneten Fahrsituation, in der der Rollbetrieb aktiviert werden kann, auch ohne die Verwendung von Topographie- und GPS-Daten bzw. ohne eine Vorausberechnung der auftretenden Fahrzeugverzögerung erfolgen. Beispielsweise kann der Rollbetrieb ohne Vorausschau nur anhand des aktuellen Fahrzeugzustandes, z. B. in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Steigung, initiiert werden. Gemäß dieser Variante kann dann bei Initiierung des Rollbetriebs nicht zugleich die Dauer der Rollphase bestimmt werden, sondern der Rollbetrieb wird wiederum anhand des aktuellen Fahrzeugzustandes beendet, beispielsweise, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder die Steigung unter vorbestimmte Schwellenwerte fallen.
  • In Schritt S2 wird zunächst der Rollbetrieb aktiviert, d. h., die Kraftstoffzufuhr wird unterbrochen, und der Motor wird durch das Fahrzeug geschleppt, also in Drehbewegung gehalten. Hierbei bleibt der Triebstrang geschlossen.
  • In Schritt S3 wird anschließend das Motorschleppmoment reduziert. Vorstehend wurde bereits erwähnt, dass eine Möglichkeit hierfür ist, einen Sperrstift an der Kipphebelwelle vorzusehen, der für den Rollbetrieb so gestellt wird, dass er in Eingriff mit einer Rastnase an der Kipphebelwelle bringbar ist und so eine weitere Rotation der Kipphebelwelle in eine das Zylinderauslassventil in eine Schließstellung bringende Drehstellung blockiert. Eine derartige Sperreinrichtung in Form des Sperrstiftes ist das sog. Rocker-Stop Device (RSD) der Firma Jacobs Vehicle Systems®. Die Verwendung einer derartigen Vorrichtung wird bisher dazu genutzt, durch eine gezielte Dekompression der Zylinder der Brennkraftmaschine einen Motoreinschaltvorgang zu beschleunigen bzw. die Fahrzeugvibrationen bei Abstellen des Motors und des Fahrzeugs zu reduzieren. Erfindungsgemäß kann diese bekannte Vorrichtung auch zur gezielten Reduzierung des Motorschleppmoments im geschleppten Rollbetrieb verwendet werden.
  • Vorstehend wurde ferner erwähnt, dass eine weitere Variante zur Verringerung des Motorschleppmoments darin besteht, eine Abschaltung des Ventiltriebes der Zylinder zu bewirken, derart, dass ein Zylinderbetrieb bei geschlossenen Ventilen ohne Ladungswechsel erfolgt. Die Zylinder wirken folglich als Gasfedern, die die aufgebrachte Kompressionsarbeit nach Erreichen des oberen Totpunkts wieder zu einem großen Teil zurückgeben, so dass die aufzubringende Kompressionsarbeit im Vergleich zu einem normalen Ventiltrieb reduziert ist. Ein derartiger Ansatz ist im PKW-Bereich zur Teilabschaltung von Zylindern bei niederen Drehzahlbereichen bekannt, wobei jedoch ein Teil der Zylinder weiterhin befeuert wird, deren Wirkungsgrad sich erhöht, weil sich die Betriebspunkte zu höheren Lasten hin verlagern.
  • Hierbei werden die Brennräume der nicht befeuerten Zylinder noch einmal mit Luft gefüllt, z. B. mit Frischgas oder Abgas. Dieser Lufteinschluss führt zu einem minimalen Druck im Zylinder und einem entsprechend niedrigen Energieaufwand. Bei einem derartigen bekannten System erfolgt beispielsweise das Schließen der Ventile über eine spezielle Aktuatorik: Auf der Ein- und der Auslassnockenwelle sitzen je zwei verschiebbare Hülsen, die sogenannten Nockenstücke, auf speziellen Verzahnungen. Sie sind für Ventile der Zylinder zuständig. Jedes Nockenstück trägt an seinen Enden je zwei unterschiedliche Profile nebeneinander: ein herkömmliches Vollprofil und einen so genannten Nullhubnocken. Die Vollprofile betätigen im normalen befeuerten Zylinderbetrieb die Rollenschlepphebel und über diese die Ventile. Sie verhalten sich also wie ganz konventionelle Nocken. Die Nullhubnocken wiederum rotieren über den Schlepphebeln. Sie betätigen sie nicht, die Ventilfedern halten die Ventile geschlossen. Gleichzeitig legt das Motormanagement die Einspritzung still. In die Außenseiten der rotierenden Nockenstücke sind spiralförmige Nuten eingefräst, über die sich die Hülsen blitzschnell um einige Millimeter auf den Wellen verschieben lassen. Bekommen elektromagnetische Aktuatoren in der Zylinderkopfhaube durch die Motorsteuerung ein Signal, greifen zwei integrierte Metallstifte von außen in die Nuten ein und bringen sie in Endposition. Von federbelasteten Kugeln werden die Nockenstücke schließlich arretiert.
  • Für den erfindungsgemäßen Rollbetrieb kann diese Aktuatorik so abgewandelt werden, dass damit alle Zylinderventile geschlossen werden und alle Zylinder bei geschlossenen Ventilen im nicht befeuerten Schleppbetrieb betrieben werden.
  • Nach Aktivierung des Rollbetriebs rollt das Fahrzeug 4 im geschleppten Betrieb, d. h. geschlossenem Triebstrang, und mit reduziertem Motorschleppmoment die Steigung 5 hinunter. Der Kraftstoffverbrauch in diesem Zustand ist gleich null. Die Rollphase kann dadurch verlängert werden, da das Fahrzeug eine geringere Verzögerung erfährt.
  • Figur 3B zeigt einen Fahrzustand des Rollbetriebs in der Mitte der Steigung. Figur 3A zeigt den korrespondierenden Wert der Fahrzeugbeschleunigung in diesem Punkt, die sich innerhalb der vorgegebenen Schwellenwerte 1, 2 befindet.
  • Der Rollmodus wird beendet, wenn aufgrund einer Steigungsänderung die Fahrzeugbeschleunigung oder -geschwindigkeit außerhalb der für den Rollbetrieb zulässigen Grenzen liegt (Schritt S4). Dies ist in Figur 4B illustriert, die das Fahrzeug 4 nach Durchfahren der Gefällestrecke und am Beginn einer Steigung zeigt. In diesem Punkt wird das Fahrzeug im Schleppbetrieb so stark abgebremst, dass die Fahrzeugbeschleunigung unter den unteren Schwellwert 2 sinkt, was in Figur 4A illustriert ist. Der Rollmodus wird daraufhin beendet, wobei die Mittel zur Verringerung der Motorschleppleistung zunächst die Verringerung der Schleppleistung rückgängig machen, und danach der Motor vom Schlepp- in den befeuerten Betrieb überführt wird, so dass der Fahrbetrieb im normalen befeuerten Betrieb und mit nicht reduziertem Schleppmoment fortgesetzt wird (Schritt S5).
  • Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Zusätzlich können viele Modifikationen ausgeführt werden, ohne den zugehörigen Bereich zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern die Erfindung soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Oberer Schwellenwert
    2
    Unterer Schwellenwert
    3
    Kennlinie
    4
    Fahrzeugposition
    5
    Fahrstrecke

Claims (11)

  1. Verfahren für einen Rollbetrieb eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, wobei im Rollbetrieb der Verbrennungsmotor im unbefeuerten Betrieb bei geschlossenem Triebstrang geschleppt wird und wobei Mittel zur Verringerung einer Motorschleppleistung des Verbrennungsmotors vorgesehen sind, mittels derer die Motorschleppleistung während des Rollbetriebs verringert wird, so dass der Verbrennungsmotor im Rollbetrieb mit der verringerten Motorschleppleistung geschleppt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verringerung der Motorschleppleistung ausgeführt sind, einen Ventiltrieb im Rollbetrieb so zu verändern, dass eine von der Brennkraftmaschine im nicht befeuerten Betrieb zu leistende Kompressionsarbeit und/oder Ladungswechselarbeit verringert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verringerung der Motorschleppleistung eine Sperreinrichtung umfassen, die so stellbar ist, dass sie das Schließen einer oder mehrerer Auslassventile der Zylinder des Verbrennungsmotors verhindert.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
    (a) dass die Sperreinrichtung so stellbar ist, dass sie eine Bewegung eines Kipphebels und/oder einer Kipphebelwelle, die mit einem Zylinderauslassventil zum Öffnen und Schließen desselben in Wirkverbindung stehen, derart beschränken, dass das Auslassventil in einem offenen Zustand verbleibt; und/oder
    (b) dass die Sperreinrichtung als ein Sperrstift ausgeführt ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verringerung der Motorschleppleistung eine Abschaltung des Ventiltriebes der Zylinder bewirken, derart, dass ein Zylinderbetrieb bei geschlossenen Ventilen ohne Ladungswechsel erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte:
    Vorgeben eines oberen (1) und unteren (2) Schwellenwertes für eine Fahrzeugbeschleunigung im Rollbetrieb;
    Vorausberechnen eines Beschleunigungsverlaufs des Fahrzeuges für den Rollbetrieb in Abhängigkeit von Topographiedaten für einen vorgegebenen vorausliegenden Streckenabschnitt (5) der Fahrtroute;
    wobei der Rollbetrieb bei Beginn eines Gefällestreckenabschnitts aktiviert wird, für den vorausberechnet wurde, dass der vorausberechnete Beschleunigungsverlauf länger als eine Mindestdauer oder Mindeststrecke innerhalb der oberen (1) und unteren (2) Schwellenwerte für die Fahrzeugbeschleunigung liegt; und
    wobei der zuvor aktivierte Rollbetrieb deaktiviert wird, wenn die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit, die Fahrzeugbeschleunigung oder ein Steigungsgrad auf einer aktuellen Position einer Fahrtroute vorgegebene Schwellenwerte für diese Größen übersteigen.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Betreiben des Kraftfahrzeugs in einer zweiten Rollbetriebsart, bei der der Verbrennungsmotor im unbefeuerten Betrieb und bei geschlossenem Triebstrang mit einer nichtverringerten Motorschleppleistung geschleppt wird, wobei die zweite Rollbetriebsart aktiviert wird, falls zumindest eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:
    (a) die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit übersteigt einen vorgegebenen Geschwindigkeitsschwellenwert für den Rollbetrieb mit verringerter Schleppleistung;
    (b) die aktuelle Fahrzeugbeschleunigung übersteigt den vorgegebenen oberen Beschleunigungsschwellenwert für den Rollbetrieb mit verringerter Schleppleistung,
    (c) ein Steigungsgrad auf einer aktuellen Position einer Fahrtroute übersteigt einen vorgegebenen Schwellenwert für den Steigungsgrad.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorausberechnung des Beschleunigungsverlaufs des Fahrzeuges für den Rollbetrieb mit verringerter Schleppleistung unter Verwendung eines Fahrzeugmodells erfolgt, das ein Beschleunigungsverhalten des Fahrzeugs im nichtbefeuerten Betrieb in Abhängigkeit von der Topographie der Fahrtroute und der aktuellen Geschwindigkeit angibt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugmodell einen Beladungszustand, ein Gesamtgewicht, eine Achslast, einen Rollreibungswiderstand, einen Strömungswiderstand des Kraftfahrzeugs und/oder einen durch Komponenten der Antriebseinheit verursachten Verlustwiderstand der Antriebseinheit berücksichtigt.
  10. Vorrichtung zur Steuerung eines Betriebs eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
  11. Nutzfahrzeug mit einer Vorrichtung nach Anspruch 10.
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