WO2007057194A1 - Kraftfahrzeug mit handschaltgetriebe und abgasturboladereinrichtung - Google Patents

Kraftfahrzeug mit handschaltgetriebe und abgasturboladereinrichtung Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a motor vehicle with manual transmission and exhaust gas turbocharger device according to the preamble of claim 1.
  • DE 195 26 327 A1 describes an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger, in which the turbine wheel is acted upon by combustion gases via a nozzle element in order to improve the startup behavior of the exhaust gas turbocharger and thus accelerated.
  • the invention has for its object to provide a motor vehicle with manual transmission and turbocharger, in which the speed of the exhaust gas turbocharger device during a switching operation can be substantially maintained or increased. According to the invention the object is achieved by the totality of the features of claim 1, while in the dependent claims preferred embodiments of the invention are given.
  • a control device for controlling a throttle valve arranged in the intake passage for controlling the air mass supplied to the combustion chambers is designed such that, in the event of a detected switching operation, the throttle flap is moved to a predetermined position for the duration of the switching operation Measure transferred open position or held in this.
  • the predetermined position corresponds to that of the fully opened throttle.
  • the throttle valve is not returned or closed, the air mass flow is maintained in the combustion chambers of the cylinder.
  • the ongoing non-fired internal combustion engine drives the turbine via its outlet-side exhaust gases and thus the compressor wheel of the exhaust-gas turbocharger device on the intake side. Due to the open throttle flap, the air mass flow is essentially maintained.
  • the internal combustion engine thus acts as an air pump during a switching process by driving the exhaust gas turbocharger on the exhaust gas side, and by supplying air to the combustion chambers through the compressor wheel driven on the inlet side through the throttle flap (which is now open, if necessary). In this way, the speed of the exhaust gas turbocharger device is maintained during the shift operation.
  • a switching operation is made by evaluating vehicle and / or operating parameters (referred to below as vehicle operating parameters). In particular, this is done an evaluation of the position of the accelerator pedal (accelerator pedal) and the operating state of the separating clutch. It can be concluded that a switching operation, when the accelerator pedal is in the idle position (non-actuated position) and the disconnect clutch for the force-separation of the engine and transmission unit (interruption of the drive train) has been actuated by the driver. To improve the recognition, in a particularly preferred embodiment, the negative gradient of the accelerator pedal (actuation speed at the withdrawal of the accelerator pedal) is monitored. If this exceeds a predetermined value, this is another indication of a switching change.
  • the detection of switching operations can be implemented via a separate control unit (eg transmission control unit) or via the control unit, which already controls the throttle valve (eg engine control unit).
  • the wastegate of the exhaust gas turbocharger device is kept completely closed during the duration of the switching operation.
  • Figure 1 the schematic representation of a drive unit of a
  • FIG. 2 shows a diagram for illustrating the time profiles of different vehicle and operating parameters during a switching process.
  • a drive unit of a motor vehicle comprising an internal combustion engine 2, the inlet side, an air flow L Zu is supplied to an intake passage 4, and the exhaust side via an exhaust passage 6, the exhaust gases generated by the internal combustion engine 2 in the form of an exhaust air flow L_ Ab to the environment
  • a controllable throttle valve 40 is arranged to control the supplied air flow L_z u, which can be controlled via a control unit 8 as a function of vehicle operating parameters p1,..., Pn.
  • an exhaust gas turbocharger device 10 is present, which is coupled with its turbine wheel 10T into the exhaust gas duct 6 and with its compressor wheel 10V into the intake duct 4.
  • the hot air can be supplied in a highly compressed form to the internal combustion engine 2 on the intake side in a conventional manner, thus increasing its performance.
  • the turbine wheel 10T is driven via the exhaust gas flow L Ab .
  • the turbine wheel 10T rotatably connected via a shaft W to the compressor 10V - A -
  • an intake silencer AGD with integrated air filter unit LF is provided upstream of the exhaust-gas turbocharger device 10 on the input side in the airflow direction. Also located on the input side, but arranged between exhaust gas turbocharger device 10 and throttle valve 40, there is a charge air cooler LLK for cooling the fresh air supplied to the combustion chambers of the cylinder.
  • the throttle valve 40 is controlled via the control unit 8 as a function of various vehicle operating parameters p1,..., Pn.
  • the control unit 8 is for this purpose designed such that each switching operation of the existing (not shown) transmission device is detected via them. If a switching operation is detected by the control unit 8, it controls the throttle valve 40 (or the actuator adjusting the throttle valve 40, for example: an electric motor) in such a way that the throttle flap 40 is in a predetermined at least partially open position, in particular for the duration of the switching operation in a fully open position (shown in phantom) is transferred.
  • the current accelerator pedal position P_FP is detected and evaluated via an accelerator pedal position detection means 12.
  • a disconnect clutch position detecting means 14 determines whether the disconnect clutch is actuated or not (position of the disconnect clutch P_TK). If it is detected by the accelerator pedal position detection means 12 that the accelerator pedal is in the unactuated position (idling position FP_0), and it is further recognized via the disconnect clutch position detecting means 14 that the disconnect clutch is actuated to carry out an impending gear change, the presence of a shift operation closed and the throttle valve 40 is transferred to the predetermined opening state.
  • the control unit 8 additionally monitors the negative gradient G_FP of the accelerator pedal in order to detect a switching operation.
  • This monitoring is performed via an accelerator pedal acceleration detecting means 12a. This determines how fast the driver takes back or releases the accelerator pedal (accelerator pedal). If a switching operation is detected via the control unit 8, in addition to the transfer of the throttle valve 40 into a predetermined opening position, the flaps of the wastegate 60 are transferred to a completely closed position W_zu. This ensures that the entire exhaust gas flow is used to drive the turbine wheel 10T of the exhaust gas turbocharger device 10.
  • the volllinator course W1 shows the path of the accelerator pedal over time
  • the dot-dash route W2 the path (or opening) of the throttle cap 40 over time (the dash-double-dotted track W2 'the path of the throttle valve 40 according to the prior 2)
  • the double-dashed single-point path W3 shows the path (or opening) of the wastegate flaps of the wastegate 60.
  • the accelerator pedal is constantly actuated by a deflection path FP.sub.x from a start time t.sub.th of the consideration until time t.sub.1.
  • the accelerator pedal is retracted or released by the driver, so that it is a short time later, at time t2, in the non-actuated position (idle position, Auswegweg FP_0).
  • the accelerator pedal is again operated at time t3 until a desired Auslänkweg FP_X the accelerator pedal, at time t4, is reached.
  • the throttle flap 40 is not transferred to a closed position (DK_zu) as shown in the route W2 ', but is instead transferred or held in a preferably completely open position (DK_open).
  • the bypass flaps of the wastegate 60 can be closed in order to support the supplied air flow or the flow circuit (transfer of the bypass flaps from the position WG_offen in the position WG_zu).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit Handschaltgetriebe und Abgasturboladereinrichtung (10). Gemäß der Erfindung ist eine Steuereinheit (8) vorhanden, die derart ausgebildet ist, dass bei einem detektierten Schaltvorgang des Handschaltgetriebes die im Einlasskanal angeordnete Drosselklappe (40) derart angesteuert wird, dass diese für die Dauer des Schaltvorgangs (Schaltpause) in einer um ein vorbestimmtes Maß, zumindest teilweise geöffneten Position gehalten wird.

Description

Kraftfahrzeug mit Handschaltgetriebe und Abgasturboladereinrichtung
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit Handschaltgetriebe und Abgasturboladereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei heutigen Kraftfahrzeugen mit Handschaltgetriebe und Abgasturbolader wird während des Schaltvorgangs die Motorlast und damit der Ansaug- und Abgasluftmassenstrom zurückgenommen. Hierdurch verringert sich die Drehzahl des Abgasturboladers und der damit erzeugte Ladedruck. Es kommt zum Effekt des so genannten Turboloches.
Aus der DE 197 50 445 C1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer variablen Turbinengeometrie eines Abgasturboladers bei einem Kraftfahrzeug bekannt. Demgemäß wird die Turbinengeometrie während einer Schaltpause zum Wechseln der Fahrstufe eines Fahrzeuggetriebes in eine unabhängig von der Betriebslast vorgegebene Schaltpausenstellung überführt.
Des Weiteren beschreibt die DE 195 26 327 A1 eine Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader, bei der zur Verbesserung des Anlaufverhaltens des Abgasturboladers dessen Turbinenrad über ein Düsenelement mit Verbrennungsgasen beaufschlagt und so beschleunigt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug mit Handschaltgetriebe und Turboladereinrichtung zu schaffen, bei dem die Drehzahl der Abgasturboladereinrichtung während eines Schaltvorgangs im wesentlichen aufrechterhalten oder erhöht werden kann. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, während in den Unteransprüchen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung angegeben sind. Gemäß der Erfindung wird bei einem Kraftfahrzeug mit Handschaltgetriebeeinrichtung und Abgasturboladereinrichtung eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung einer im Ansaugkanal angeordneten Drosselklappe zur Steuerung der den Brennkammern zugeführten Luftmasse derart ausgebildet, dass für den Fall eines erkannten Schaltvorgangs die Drosselklappe für die Dauer des Schaltvorgangs in eine, um ein vorbestimmtes Maß geöffnete Position überführt beziehungsweise in dieser gehalten wird. Mit Vorteil entspricht die vorbestimmte Position der, der vollständig geöffneten Drosselklappe. Dadurch, dass während des Schaltvorgangs die Drosselklappe nicht zurückgeführt beziehungsweise geschlossen wird, wird der Luftmassenstrom in die Brennkammern der Zylinder aufrechterhalten. Die weiterlaufende nicht befeuerte Brennkraftmaschine treibt über ihre auslassseitigen Abgase die Turbine und damit ansaugseitig das Verdichterrad der Abgasturboladereinrichtung an. Durch die geöffnete Drosselklappe bleibt der Luftmassenstrom im Wesentlichen aufrechterhalten. Die Brennkraftmaschine wirkt während eines Schaltvorgangs somit als Luftpumpe, indem sie abgasseitig die Abgasturboladereinrichtung antreibt, und indem durch das einlassseitig angetriebene Verdichterrad den Brennräumen durch die weiterhin (bzw. jetzt ggf. vollständig) geöffnete Drosselklappe Luft zugeführt wird. Auf diese Weise wird die Drehzahl der Abgasturboladereinrichtung während des Schaltvorgangs aufrechterhalten.
Die Unterscheidung ob ein Schaltvorgang vorliegt oder nicht (Detektion des Schaltvorgangs) erfolgt durch Auswertung von Fahrzeug- und/oder Betriebsparametern (im Folgenden Fahrzeugbetriebsparameter genannt). Insbesondere erfolgt hierfür eine Auswertung der Position des Fahrpedals (Gaspedal) und des Betätigungszustandes der Trennkupplung. Es kann auf einen Schaltvorgang geschlossen werden, wenn das Fahrpedal sich in der Leerlaufposition (nicht betätigte Position) befindet und die Trennkupplung zur kraftmäßigen Trennung von Brennkraftmaschine und Getriebeeinheit (Unterbrechung des Antriebsstrangs) durch den Fahrer betätigt wurde. Zur Verbesserung der Erkennung wird in einer besonders bevorzugten Ausführung zusätzlich der negative Gradient des Fahrpedals (Betätigungsgeschwindigkeit bei der Zurücknahme des Fahrpedals) überwacht. Übersteigt dieser einen vorbestimmten Wert, ist dies ein weiteres Anzeichen für einen Schaltwechsel. Die Detektion von Schaltvorgängen kann über ein separates Steuergerät (z.B. Getriebesteuergerät) oder über die Steuereinheit, die bereits die Ansteuerung der Drosselklappe übernimmt (z.B. Motorsteuergerät), realisiert werden.
Um den einen möglichst hohen Luftmassenstrom während eines Schaltvorgangs zu erreichen, wird das Wastegate der Abgasturboladereinrichtung während der Dauer des Schaltvorgangs vollständig geschlossen gehalten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 : die schematische Darstellung einer Antriebseinheit eines
Kraftfahrzeugs gemäß der Erfindung, und
Figur 2: ein Diagramm zur Darstellung der zeitlichen Verläufe unterschiedlicher Fahrzeug- und Betriebsparameter während eines Schaltvorgangs.
Figur 1 zeigt eine Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Brennkraftmaschine 2, der einlassseitig ein Luftstrom L Zu über einen Ansaugkanal 4 zugeführt wird, und die auslassseitig über einen Abgaskanal 6 die von der Brennkraftmaschine 2 erzeugten Abgase in Form eines Abgasluftstroms L_Ab an die Umgebung abgibt. Im Ansaugkanal 4 ist zu Steuerung des zugeführten Luftstroms L_zu eine steuerbare Drosselklappe 40 angeordnet, die über eine Steuereinheit 8 in Abhängigkeit von Fahrzeugbetriebsparametern p1 , ..., pn ansteuerbar ist. Des Weiteren ist eine Abgasturboladereinrichtung 10 vorhanden, die mit ihrem Turbinenrad 10T in den Abgaskanal 6 und mit ihrem Verdichterrad 10V in den Ansaugkanal 4 eingekoppelt ist. Mittels der Abgasturboladereinrichtung 10 kann auf herkömmliche Weise die angesagte Luft in stark komprimierter Form der Brennkraftmaschine 2 einlassseitig zugeführt und so deren Leistung erhöht werden. Hierfür wird das Turbinenrad 10T über den Abgasstrom L Ab angetrieben. Da das Turbinenrad 10T über eine Welle W drehfest mit dem Verdichterrad 10V verbunden - A -
ist, wird dieses ebenfalls angetrieben und beschleunigt so die von außen angesaugte Umgebungsluft. Des Weiteren ist eingangsseitig in Luftströmungsrichtung gesehen vor der Abgasturboladereinrichtung 10 ein Ansauggeräuschdämpfer AGD mit integrierter Luftfiltereinheit LF vorgesehen. Ebenfalls eingangsseitig, aber zwischen Abgasturboladereinrichtung 10 und Drosselklappe 40 angeordnet, befindet sich ein Ladeluftkühler LLK zur Abkühlung der den Brennräumen der Zylinder zugeführten Frischluft.
Die Drosselklappe 40 wird über die Steuereinheit 8 in Abhängigkeit von verschiedenen Fahrzeugbetriebsparametern p1 , ..., pn angesteuert. Die Steuereinheit 8 ist hierfür derart ausgebildet, dass über sie jeder Schaltvorgang der vorhandenen (nicht dargestellten) Getriebeeinrichtung erfasst wird. Wird über die Steuereinheit 8 ein Schaltvorgang erfasst, steuert diese die Drosselklappe 40 (bzw. den die Drosselklappe 40 verstellenden Aktuator- z.B: einen Elektromotor) derart an, dass die Drosselklappe 40 für die Dauer des Schaltvorgangs in eine vorbestimmte zumindest teilweise geöffnete Position, insbesondere in eine vollständig geöffnete Position (gestrichelt dargestellt), überführt wird.
Für die Erfassung des Schaltvorgangs wird über ein Fahrpedal- Positionserfassungsmittel 12 die aktuelle Fahrpedalposition P_FP erfasst und ausgewertet. Zusätzlich wird über ein Trennkupplungs-Positionserfassungsmittel 14 ermittelt, ob die Trennkupplung betätigt ist oder nicht (Position der Trennkupplung P_TK). Wird durch das Fahrpedal-Positionserfassungsmittel 12 erkannt, dass das Fahrpedal sich in unbetätigter Position (Leerlaufposition FP_0) befindet, und wird weiter über die Trennkupplungs-Positionserfassungsmittel 14 erkannt, dass die Trennkupplung zur Durchführung eines bevorstehenden Gangwechsels betätigt ist, wird auf das Vorliegen eines Schaltvorgangs geschlossen und die Drosselklappe 40 in den vorbestimmten Öffnungszustand überführt. In einer Weiterbildung der Steuereinheit 8 überwacht diese zur Detektion eines Schaltvorgangs zusätzlich den negativen Gradienten G_FP des Fahrpedals. Diese Überwachung erfolgt über ein Fahrpedalbeschleunigungs-Erfassungsmittel 12a. Hierdurch wird ermittelt wie schnell der Fahrer das Fahrpedal (Gaspedal) zurücknimmt bzw. loslässt. Wird über die Steuereinheit 8 ein Schaltvorgang detektiert, werden zusätzlich zur Überführung der Drosselklappe 40 in eine vorbestimmte Öffnungsposition die Klappen des Wastegate 60 in eine vollständig geschlossene Position W_zu überführt. Hierdurch wird gewährleistet, dass der gesamte Abgasstrom zum Antrieb des Turbinenrads 10T der Abgasturboladereinrichtung 10 genutzt wird.
Anhand der in Figur 2 dargestellten Wegverläufe s über der Zeit t wird die Funktionsweise der erfindungsgemäß ausgebildeten Steuereinheit 8 weiter erläutert. Dabei zeigt der volllinierte Wegverlauf W1 den Wegverlauf des Fahrpedals über der Zeit, der strichpunktierte Wegverlauf W2 den Wegverlauf (bzw. Öffnungsgrad) der Drosselkappe 40 über der Zeit (der strich-zweifach-gepunktete Wegverlauf W2' den Wegverlauf der Drosselklappe 40 gemäß dem Stand der Technik), und der zweifachgestrichelte-einfachgepunktete Wegverlauf W3 den Wegverlauf (bzw. Öffnungsgrad) der Wastegateklappen des Wastegate 60. Gemäß Figur 2 wird das Fahrpedal ausgehend von einem Startzeitpunkt tθ der Betrachtung, bis zum Zeitpunkt t1 konstant um einen Auslenkweg FP X betätigt. Im Zeitpunkt t1 wird das Fahrpedal vom Fahrer zurückgenommen oder losgelassen, so dass es sich kurze Zeit später, im Zeitpunkt t2, in der nicht betätigten Position (Leerlaufposition, Auslenkweg FP_0) befindet. Nach Ablauf einer Zeitdauer T_P, innerhalb derer der manuell vorzunehmende Schaltvorgang durchgeführt wird, wird im Zeitpunkt t3 das Fahrpedal wieder betätigt, bis ein gewünschter Auslänkweg FP_X des Fahrpedals, im Zeitpunkt t4, erreicht ist. Aufgrund des erkannten Schaltvorgangs wird die Drosselklappe 40 - nicht wie gemäß dem Wegverlauf W2' dargestellt in eine geschlossene Position (DK_zu) überführt -, vielmehr wird sie in eine vorzugsweise vollständig geöffnete Position (DK_offen) überführt bzw. in dieser gehalten. Zusätzlich können zur Unterstützung des zugeführten Luftstroms bzw. des Strömungskreislaufs die Bypassklappen des Wastegate 60 verschlossen werden (Überführung der Bypassklappen von der Position WG_offen in die Position WG_zu).

Claims

Patentansprüche
1. Kraftfahrzeug, umfassend:
- eine Handschaltgetriebeeinrichtung,
- eine Brennkraftmaschine (2) die einlassseitig mit einem Ansaugkanal (4) und auslassseitig mit einem Abgaskanal (6) verbunden ist,
- eine im Einlasskanal (4) angeordnete Drosselklappe (40),
- eine Steuereinheit (8) zur Ansteuerung der Drosselklappe (40),
- eine Abgasturboladereinrichtung (10) mit einem in dem Abgaskanal (6) der Brennkraftmaschine (2) angeordneten Turbinenrad (10T) und einem mit diesem über eine Welle (W) verbundenen und in dem Ansaugkanal (4) der Brennkraftmaschine (2) angeordneten Verdichterrad (10V), dadurch gekennzeichnet, dass
- die Steuereinheit (8) derart ausgebildet ist, dass bei detektiertem Schaltvorgang die Drosselklappe (40) derart angesteuert wird, dass diese für die Dauer des Schaltvorgangs in einer um ein vorbestimmtes Maß, zumindest teilweise geöffneten Position gehalten wird.
2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8) derart ausgebildet ist, dass die Drosselklappe (40) für die Dauer des Schaltvorgangs in einer vollständig geöffneten Position (DK_offen) gehalten wird.
3. Kraftfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Detektion des Schaltvorgangs eine Auswertung der Position des Fahrpedals und des Betätigungszustands der Trennkupplung erfolgt.
4. Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Detektion des Schaltvorgangs eine Auswertung des Gradienten des Fahrpedals erfolgt.
5. Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Vorliegen eines Schaltvorgangs geschlossen wird, wenn der negative Gradient des Fahrpedals einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, die Position des Fahrpedals der Leerlaufposition entspricht und die Trennkupplung betätigt ist.
6. Kraftfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8) derart ausgebildet ist, dass das Wastegate (60) der Abgasturboladereinrichtung (10) für die Dauer des Schaltvorgangs in einer vollständig geschlossenen Position (W_zu) gehalten wird.
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