WO2000050254A1 - Method for co-ordinating the switch between a stoichiometric and a lean mixture of an otto engine with gear shift of an automatic transmission - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a gasoline engine for vehicles, which is operated alternately with a stoichiometric or lean air-fuel mixture and an associated automatic transmission, in particular a method for coordinating the switch between stoichiometric and lean mixture with the automatic gear change of the transmission.
- each gearbox based on the graded gear ratios of the individual gears that each gear change causes the tractive force to change with the engine torque remaining the same. For example, before an overtaking maneuver, the driver shifts down to a lower gear in order to obtain greater traction and thus greater acceleration.
- the aim of the invention is to coordinate the changeover between the stoichiometric and lean mixture of an Otto vehicle engine with the gear change of an associated automatic transmission in a new way in such a way that both processes contribute to a greater reduction in fuel consumption than all of them .
- the invention also enables a larger traction reserve when shifting down into a lower gear.
- the Studentsmmaus allows the invention to dispense with the torque compensation described above when changing the mixture by adjusting the throttle valve.
- the method according to the invention consists in that when the tractive force required for the vehicle decreases, for example during the transition from acceleration to travel at a constant speed, the system also switches from stoichiometric to lean mixture at the same time as the automatic change to the next higher gear of the manual transmission.
- the method according to the invention enables coordination of the changeover between stoichiometric and lean mixture with the gear change of an automatic one Manual transmission both a more economical driving style through increased dethrottling as well as a larger traction reserve when shifting down into a lower gear.
- the single figure shows a graphical representation of the tractive force (Z) of the vehicle as a function of the driving speed (V) for two different gear ratios, both for stoichiometric and lean air-fuel mixture.
- the two curves marked (S) represent the tensile force (Z) that can be achieved without throttling for a stoichiometric or rich mixture of.
- the two curves (M) apply to a mixture that is leaned with excess air. With both types of mixture (S) and (M) the engine torque and thus the tractive force (Z) can be reduced by throttling (D).
- the tractive force (Z) drops by around a third on the curves (M) when the throttle valve is fully open and can in turn be further reduced by throttling (D).
- the inventive method is that the Driver request for a decrease in the tractive force (Z), for example when transitioning from full load acceleration (S) in third gear (T) to driving at constant speed, simultaneously with the automatic change to fourth gear (H) also from stoichiometric ( S) is switched to lean mixture (M).
- the automatic and simultaneous changeover (A, B) of both processes is triggered by the driver withdrawing the accelerator pedal.
- the practical implementation takes place according to the invention by coordinating the functions controlling the mixture changeover in an electronic engine control with the corresponding functions in the electronics of the automatic transmission control, preferably in a single overall electronics unit integrating both the engine and the transmission functions.
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Abstract
The switch (A, B) from a stoichiometric (S) to a lean (M) air-fuel mixture in an Otto engine is carried out simultaneously with the switch from a lower (T) to a higher gear (H) in an automatic transmission, whereby the switch is triggered by releasing the acceleration pedal. The traction force (Z) is thus reduced more significantly than by a gear shift alone. Fuel consumption can thereby be reduced by additional dethrottling. The switch (B, A) from a lean (M) to a stoichiometric mixture (S), triggered by strongly pressing on the accelerator pedal, is carried out simultaneously with automatic downshifting to the next lower gear (T).
Description
Verfahren zur Koordination der Umschaltung zwischen stöchiometrischem und magerem Gemisch eines Otto-Fahrzeugmotors mit dem Gangwechsel eines automatischen SchaltgetriebesProcess for coordinating the switchover between the stoichiometric and lean mixture of an Otto vehicle engine with the gear change of an automatic transmission
Die Erfindung betrifft einen Ottomotor für Fahrzeuge, der abwechslungsweise mit stöchiometrischem oder magerem Luft- Kraftstoff Gemisch betrieben wird und ein dazugehörendes automatisches Schaltgetriebe, insbesondere ein Verfahren zur Koordination der Umschaltung zwischen stöchiometrischem und magerem Gemisch mit dem automatischen Gangwechsel das Getriebes .The invention relates to a gasoline engine for vehicles, which is operated alternately with a stoichiometric or lean air-fuel mixture and an associated automatic transmission, in particular a method for coordinating the switch between stoichiometric and lean mixture with the automatic gear change of the transmission.
Bekanntlich dient bei einem Otto-Fahrzeugmotor der Betrieb mit magerem Luft-Brennstoff Gemisch, m der Praxis etwa 50 %As is known, the operation with a lean air-fuel mixture is used in an Otto vehicle engine, in practice about 50%
Luftüberschuss, zur Senkung das Kraftstoffverbrauchs bei Teillast durch Entdrosselung. Dabei ermöglicht die überschüssige Luft, das gleiche Drehmoment mit weniger Drosselung und somit weniger Verlust als mit stöchiometrischem Gemisch zu erzeugen. Für höhere Last, insbesondere Volllast, wird der Motor hingegen ohne Luftüberschuss , also stochiometrisch, oder sogar mit Kraftstoffüberschuss, also fettem Gemisch, betrieben.Excess air, to reduce fuel consumption at partial load by dethrottling. The excess air enables the same torque to be generated with less throttling and thus less loss than with a stoichiometric mixture. For higher loads, in particular full load, the engine, on the other hand, is operated without excess air, ie stochiometrically, or even with excess fuel, ie a rich mixture.
Beim Umschalten von der einen Gemischart zur anderen ist der Zwischenbereich mit zu kleinem Luftüberschuss zu vermeiden, weil hier die Stickoxidemissionen am grόssten werden und in einem Dreiwege-Katalysator nicht reduziert werden können. Das bedeutet, dass bei der Umschaltung zwischen stöchiometrischem und magerem Gemisch der Luftüberschuss plötzlich von null auf etwa 50 % springt, was bei unveränderter Stellung der Drosselklappe eine sprungartige Abnahme des Drehmoments um etwa einen Drittel nach sich zieht. Die mit der Umschaltung zwischen stöchiometrischem und magerem Gemisch verbundene Drehmomentänderung wird heute durch eine gleichzeitige automatische Verstellung der Drosselklappe kompensiert, so dass sich beide Effekte auf das Drehmoment gerade
aufheben und der Fahrer praktisch keine Aenderung der Zugkraft verspürt. Der dazu nötige Aufwand ist beträchtlich.When switching from one type of mixture to the other, the intermediate area with excess air should be avoided, because this is where nitrogen oxide emissions are greatest and cannot be reduced in a three-way catalytic converter. This means that when switching between the stoichiometric and lean mixture, the excess air suddenly jumps from zero to about 50%, which leads to a sudden drop in torque by about a third if the throttle valve is not changed. The change in torque associated with switching between stoichiometric and lean mixture is now compensated for by a simultaneous automatic adjustment of the throttle valve, so that both effects on the torque are even pick up and the driver feels practically no change in traction. The effort required for this is considerable.
Auf der anderen Seite ist es für jedes Schaltgetriebe auf Grund dar abgestuften Uebersetzungsverhältnisse der einzelnen Gänge charakteristisch, dass jeder Schaltvorgang bei gleichbleibendem Motordrehmoment eine Aenderung der Zugkraft bewirkt . So wird zum Beispiel vor einem Ueberholmanöver in einen tieferen Gang zurückgeschaltet, um eine grössere Zugkraft und damit grössere Beschleunigung zu erhalten.On the other hand, it is characteristic of each gearbox based on the graded gear ratios of the individual gears that each gear change causes the tractive force to change with the engine torque remaining the same. For example, before an overtaking maneuver, the driver shifts down to a lower gear in order to obtain greater traction and thus greater acceleration.
Im praktischen Fahrbetrieb steht das verbrauchsgünstige Fahren m einem hohen Gang mit tiefer Motordrehzahl, relativ hoher Teillast und geringer Drosselung oft im Zielkonflikt mit dem Bedürfnis nach grösserer Zugkraftreserve eines tieferen Gangs zur raschenIn practical driving, fuel-efficient driving in a high gear with low engine speed, relatively high part load and low throttling often conflicts with the need for greater traction power reserve in a lower gear
Beschleunigung bei plötzlichem Bedarf. Bei automatischen Getrieben wird dieser Zielkonflikt dadurch gelöst, dass bei konstanter Fahrgeschwindigkeit und Teillast in einem möglichst hohen Gang gefahren wird und erst bei starkem Drücken auf das Fahrpedal n einen tieferen Gang zurückgeschaltet wird.Acceleration when suddenly needed. In automatic transmissions, this conflict of objectives is resolved by driving at the highest possible gear at constant driving speed and part load and only shifting down to a lower gear when the accelerator pedal is pressed hard.
Die Erfindung hat zum Ziel, die Umschaltung zwischen stöchiometrischem und magerem Gemisch eines Otto-Fahrzeugmotors m t dem Gangwechsel eines dazugehörenden automatischen Schaltgetriebes auf eine neue Art so zu koordinieren, dass beide Vorgänge im Verbund zu einer grösseren Senkung des Kraf stoffverbrauchs beitragen als ]ederfür sich allem. Die Erfindung ermöglicht zugleich eine grössere Zugkraftreserve beim Zurückschalten in einen tieferen Gang. Derüberhmaus erlaubt die Erfindung, auf die oben beschriebene Drehmomentkompensation bei der Gemischumschaltung durch Verstellung der Drosselklappe zu verzichten.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass bei Abnahme der für das Fahrzeug erforderlichen Zugkraft, zum Beispiel beim Uebergang von einer Beschleunigung zur Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit, gleichzeitig mit dem automatischen Wechsel zum nächsthöheren Gang des Schaltgetriebes auch von stöchiometrischem zu magerem Gemisch umgeschaltet wird. Das Ergebnis beider Massnahmen zusammen ist eine stärkere Entdrosselung als durch das Schalten für sich allein und ist vergleichbar mit dem Höherschalten um zwei Gangstufen, zum Beispiel vom dritten direkt in den fünften Gang. Die stärkere Entdrosselung verschiebt den Betriebspunkt des Motors näher zum Verbrauchsoptimum hin, mit einer entsprechenden Reduktion des Kraftstoffverbrauchs aber auch der verfügbaren Zugkraftreserve. Das ist kein Problem, weil das automatische Schaltgetriebe durch starkes Drücken auf das Fahrpedal sofort um einen Gang zurückschaltet und erfindungsgemäss gleichzeitig die Umschaltung auf stöchiometrisches Gemisch erfolgt. Dadurch nimmt die Zugkraftreserve durch die gemeinsame Wirkung beider Massnahmen massiv zu, etwa wie beim Zurückschalten um zwei Gangstufen ohne Aanderung der Gemischzusammensetzung.The aim of the invention is to coordinate the changeover between the stoichiometric and lean mixture of an Otto vehicle engine with the gear change of an associated automatic transmission in a new way in such a way that both processes contribute to a greater reduction in fuel consumption than all of them . The invention also enables a larger traction reserve when shifting down into a lower gear. The Übermmaus allows the invention to dispense with the torque compensation described above when changing the mixture by adjusting the throttle valve. The method according to the invention consists in that when the tractive force required for the vehicle decreases, for example during the transition from acceleration to travel at a constant speed, the system also switches from stoichiometric to lean mixture at the same time as the automatic change to the next higher gear of the manual transmission. The result of both measures together is a greater dethrottling than by shifting on its own and is comparable to an upshift by two gear steps, for example from third directly to fifth gear. The greater dethrottling shifts the operating point of the engine closer to the consumption optimum, with a corresponding reduction in fuel consumption but also in the available tractive power reserve. This is not a problem because the automatic manual transmission immediately shifts down one gear by strongly pressing the accelerator pedal and, according to the invention, the switch to stoichiometric mixture takes place at the same time. As a result of the combined effect of both measures, the tractive power reserve increases massively, such as when shifting down by two gear steps without changing the mixture composition.
Weil die aus der Umschaltung zwischen stöchiometrischem und magerem Gemisch resultierende Drehmomentänderung erfindungsgemäss mit dem Schaltvorgang des automatischen Getriebes zusammenfällt, ist ihre Wirkung lediglich eine Zunahme der ohnehin auftretenden Schubkraftänderung, etwa wie beim Schalten über zwei Gangstufen, und wird vom Fahrer nicht als störend empfunden. Daher braucht die mit der Gemischumschaltung einhergehende Drehmomentänderung auch nicht mittels Verstellung der Drosselklappe kompensiert zu werden, was eine Vereinfachung darstellt.Because the change in torque resulting from the switch between stoichiometric and lean mixture coincides according to the invention with the shifting process of the automatic transmission, its effect is merely an increase in the thrust force change that occurs in any case, such as when shifting over two gear stages, and is not perceived by the driver as disturbing. Therefore, the torque change associated with the mixture changeover does not need to be compensated for by adjusting the throttle valve, which is a simplification.
Zusammengefasst ermöglicht das erfindungsgemässe Verfahren zur Koordination der Umschaltung zwischen stöchiometrischem und magerem Gemisch mit dem Gangwechsel eines automatischen
Schaltgetriebes sowohl eine sparsamere Fahrweise durch vermehrte Entdrosselung als auch eine grössere Zugkraftreserve beim Zurückschalten in einen tieferen Getriebegang.In summary, the method according to the invention enables coordination of the changeover between stoichiometric and lean mixture with the gear change of an automatic one Manual transmission both a more economical driving style through increased dethrottling as well as a larger traction reserve when shifting down into a lower gear.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Figur erläutert.The invention is explained below using an exemplary embodiment with the aid of a figure.
Die einzige Figur zeigt eine graphische Darstellung der Zugkraft (Z) des Fahrzeugs als Funktion der Fahrgeschwindigkeit (V) für zwei verschiedene Getriebeübersetzungen, sowohl für stöchiometrisches als auch mageres Luft- Kraftstoff Gemisch. Dabei stellen die beiden mit (S) bezeichneten Kurven die ohne Drosselung zu erreichende Zugkraft (Z) für stöchiometrisches oder fettes Gemisch der. Die beiden Kurven (M) gelten für mit überschüssiger Luft abgemagertes Gemisch. Mit beiden Gemischarten (S) und (M) kann das Motordrehmoment und damit auch die Zugkraft (Z) mittels Drosselung (D) reduziert worden.The single figure shows a graphical representation of the tractive force (Z) of the vehicle as a function of the driving speed (V) for two different gear ratios, both for stoichiometric and lean air-fuel mixture. The two curves marked (S) represent the tensile force (Z) that can be achieved without throttling for a stoichiometric or rich mixture of. The two curves (M) apply to a mixture that is leaned with excess air. With both types of mixture (S) and (M) the engine torque and thus the tractive force (Z) can be reduced by throttling (D).
Aus der Figur ist ersichtlich, dass als Folge, der unterschiedlichen Uebersetzungsverhältnisse, zum Beispiel mit dem drittem Gang (T) bei tieferer Geschwindigkeit (V) grössere Zugkräfte (Z) erreicht werden als mit dem vierten Gang (H) bei höherer Geschwindigkeit (V) . Die Figur und die nachfolgenden Erläuterungen gelten sinngemäss auch für andere Gangstufen des Schaltgetriebes, zum Beispiel für zweiten und dritten Gang oder vierten und fünften Gang. In jedem einzelnen Gang wird die grösste Zugkraft (Z) bei voll offener Drosselklappe und stöchiometrischem (S) oder sogar fettem Luft-Kraftstoff Gemisch erreicht und kann durch Drosselung (D) vermindert werden. Beim Betrieb mit durch Luftüberschuss abgemagertem Gemisch sinkt die Zugkraft (Z) bei voll offener Drosselklappe um rund einen Drittel auf die Kurven (M) und kann wiederum durch Drosselung (D) weiter reduziert werden. Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass beim
Fahrerwunsch nach einer Abnahme der Zugkraft (Z) , zum Beispiel beim Uebergang von einer Beschleunigung mit Volllast (S) im dritten Gang (T) zur Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit, gleichzeitig mit dem automatischen Wechsel in den vierten Gang (H) auch von stöchiometrischem (S) zu magerem Gemisch (M) umgeschaltet wird. Ausgelöst wird die automatische und gleichzeitige Umschaltung (A,B) beider Vorgänge durch ein Zurücknehmen des Fahrpedals durch den Fahrer. In umgekehrter Richtung, ausgehend von konstanter Geschwindigkeit (V) mit kleiner Zugkraft (Z) und magerem Gemisch (M) im höheren Gang (H) , ausgelöst durch ein starkes Drücken auf das Fahrpedal, erfolgt das Zurückschalten in den nächsttieferen Gang (T) gleichzeitig mit der Umschaltung (B,A) auf stöchiometrisches Gemisch (S) , begleitet von einer entsprechend starken Zunahme der Zugkraft (Z) .From the figure it can be seen that as a result of the different gear ratios, for example with the third gear (T) at lower speed (V) greater tractive forces (Z) are achieved than with the fourth gear (H) at higher speed (V) . The figure and the explanations below apply mutatis mutandis to other gear stages of the manual transmission, for example for second and third gear or fourth and fifth gear. The greatest tractive force (Z) is achieved in each individual gear with the throttle valve fully open and a stoichiometric (S) or even rich air-fuel mixture and can be reduced by throttling (D). When operating with a mixture that has become leaner due to excess air, the tractive force (Z) drops by around a third on the curves (M) when the throttle valve is fully open and can in turn be further reduced by throttling (D). The inventive method is that the Driver request for a decrease in the tractive force (Z), for example when transitioning from full load acceleration (S) in third gear (T) to driving at constant speed, simultaneously with the automatic change to fourth gear (H) also from stoichiometric ( S) is switched to lean mixture (M). The automatic and simultaneous changeover (A, B) of both processes is triggered by the driver withdrawing the accelerator pedal. In the opposite direction, starting from constant speed (V) with low tractive effort (Z) and lean mixture (M) in higher gear (H), triggered by a strong push on the accelerator pedal, the gearshift to the next lower gear (T) takes place simultaneously with the switchover (B, A) to a stoichiometric mixture (S), accompanied by a correspondingly strong increase in the tensile force (Z).
Die praktische Realisation erfolgt durch erfindungsgemässe Koordination der die Gemischumschaltung steuernden Funktionen in einer elektronischen Motorsteurung mit den entsprechenden Funktionen in der Elektronik der automatischen Getriebesteuerung, vorzugsweise in einer einzigen sowohl die Motor- als auch die Getriebefunktionen integrierenden Gesamtelektronik.The practical implementation takes place according to the invention by coordinating the functions controlling the mixture changeover in an electronic engine control with the corresponding functions in the electronics of the automatic transmission control, preferably in a single overall electronics unit integrating both the engine and the transmission functions.
Im Fahrbetrieb gibt es auch Situationen, bei denen das erfindungsgemässe Verfahren nicht zur Anwendung kommen kann, zum Beispiel die kurzzeitige Zugkraftunterbrechung während des automatischen Gangwechsels und der Schubbetrieb beim Bremsen mit Motor.
When driving, there are also situations in which the method according to the invention cannot be used, for example the brief interruption of the tractive force during the automatic gear change and the overrun when braking with an engine.
Claims
1. Verfahren zur Koordination der Umschaltung zwischen stöchiometnschem und magerem Luft-Kraftstoff Gemisch eines Ottomotors und dem Gangwechsel eines automatischen Schaltgetriebes m einem Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung (A,B) von stöchiometrischem Gemisch (S) zu magerem Gemisch (M) , und umgekehrt (B,A) , gleichzeitig erfolgt mit dem Wechsel von einem tieferen Gang (T) zu einem höheren Gang (H) des automatischen Schaltgetriebes, und umgekehrt (H,T) .1. A method for coordinating the changeover between stoichiometric and lean air-fuel mixture of a gasoline engine and the gear change of an automatic transmission in a vehicle, characterized in that the changeover (A, B) from stoichiometric mixture (S) to lean mixture (M) , and vice versa (B, A), simultaneously with the change from a lower gear (T) to a higher gear (H) of the automatic transmission, and vice versa (H, T).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung (A,B) von stöchiometrischem Gemisch (S) zu magerem Gemisch (M) und der gleichzeitige Wechsel zu einem höheren Gang (H) ausgelöst werden durch ein Zurücknehmen das Fahrpedals durch den Fahrer.2. The method according to claim 1, characterized in that the changeover (A, B) from stoichiometric mixture (S) to lean mixture (M) and the simultaneous change to a higher gear (H) are triggered by a depression of the accelerator pedal by Driver.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die3. The method according to claim 1, characterized in that the
Umschaltung (B,A) von magerem Gemisch (M) zu stöchiometnschem (S) oder fettem Gemisch und der gleichzeitige Wechsel zu einem tieferen Gang (T) ausgelöst werden durch ein starkes Drücken auf das Fahrpedal durch der Fahrer .Switching (B, A) from lean mixture (M) to stoichiometric (S) or rich mixture and the simultaneous change to a lower gear (T) are triggered by a strong push on the accelerator pedal by the driver.
Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Umschaltung vom stöchiometnschem (S) zu magerem Gemisch (M) oder umgekehrt, keine Vorstellung der Drosselklappe zur Konstant altung des Motordrehmoments erfolgt . Method according to claims 1 to 3, characterized in that when switching from the stoichiometric (S) to the lean mixture (M) or vice versa, there is no presentation of the throttle valve for constant aging of the engine torque.
Applications Claiming Priority (2)
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CH328/99 | 1999-02-22 | ||
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