WO2010043494A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer antriebseinheit - Google Patents

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WO2010043494A1
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torque
range
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trqdeseng
drive unit
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PCT/EP2009/062590
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Jens-Werner Falkenstein
Markus Vogelgesang
Martin Lang
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
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    • F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3064—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion with special control during transition between modes

Definitions

  • the invention relates to the operation of drive units with a stationary non-permissible operating range, in particular internal combustion engines and its operation, in particular operating modes with Einspritzblblendun- conditions are available.
  • Modern internal combustion engines include an air supply system to control the mass air flow supplied to the cylinders of the internal combustion engine.
  • a throttle valve is usually arranged, which regulates the flow of air into the intake manifold.
  • the throttle valve is set electrically. The finite speed of the throttle valve as well as dynamic filling effects in the intake manifold do not allow a highly dynamic adjustment of a given air mass flow. Thus, quick adjustments of the torque supplied by the engine via this adjustment mechanism are not possible.
  • a preset target torque is provided which, in the static operating state, results in an increased air charge in can provide the cylinders, so that an increased torque can be accessed quickly by adjusting the ignition angle. Therefore, an engagement with the ignition angle can be used for a rapid change of the torque of the internal combustion engine.
  • Reducing the torque of the engine based on a lower target torque setting is accomplished by retarding the spark angle from a base ignition angle, thereby degrading the efficiency of the internal combustion engine, but adversely affecting fuel economy.
  • the actual torque of the internal combustion engine is reduced compared to the base torque and follows the predetermined (decreasing) target torque.
  • a torque reduction by means of retardation of the ignition angle is possible up to the minimum base torque, which is given by the flammability limit as well as by component protection limits and depends inter alia on the current base torque (that is to say on the current charge).
  • a further torque reduction with a correspondingly small desired torque can then be effected only by the injection suppression of individual cylinders.
  • Injection shutdowns are associated with higher exhaust emissions, increased engine smoothness, and noise issues. Operation with injection suppression is technically possible stationary, but should only be set temporarily. A quasi-stationary operation with injection suppression of individual cylinders is therefore to be avoided.
  • the actual torque of the internal combustion engine can be reduced by injecting suppression of all cylinders except for the minimum torque which corresponds to the loss torque of the internal combustion engine.
  • the overrun fuel cutoff can therefore be adjusted over a longer period of time and thus quasi-stationary become. This results in torque ranges for the desired torque, which can be used quasi-stationary in normal operation:
  • a second torque range which is defined by the fuel cut of the engine and corresponds to a minimum engine torque representing the loss torque of the internal combustion engine.
  • the torque range permitted or usable in normal operation is additionally limited, e.g. if, for emission reasons, only one injection operation of all cylinders is permitted because of too low a temperature of a catalytic converter and the injection suppression of individual cylinders and the overrun fuel cutoff are not permitted.
  • one for operating an internal combustion engine.
  • the method comprises the following steps:
  • a change in the default size for the drive unit requires traversing the stationary non-permissible output range, driving the drive unit based on a guided default quantity, wherein the guided default quantity is determined by guiding the default size, so that the duration during which the drive unit to provide the guided default size is controlled within the stationary non-permissible output range, is limited to a predetermined maximum duration.
  • One idea of the above method is to limit the period of time during which the drive unit is to provide an output in a stationary non-permissible output range by passing the bias variable in a transient mode between the steady state output ranges.
  • provision may be made for the preselected quantity to be guided by limiting the preselected quantity with respect to one or more limit values in order to obtain the guided preselected quantity, wherein the limit value or limits consist of one or more predetermined limit values between a first one of the output size ranges and a second of the output ranges.
  • One idea of the above method is to determine current limit values valid for the current operating point, which are determined for a given default quantity, and to determine the output ranges in which a permanent operation of the drive unit is permitted.
  • the current limit values are dynamically adjusted so that they only temporarily allow a default value that is within a stationary non-permissible output variable range, for example to achieve comfortable LJ transitions between the stationary permissible output variable ranges.
  • the current limit values continue to be dynamic adjusted in such a way that no additional jumps (ie jumps caused otherwise by the driver, for example the driver's desired torque) are produced due to the guided (limited) default variable.
  • a default amount that is within the steady-state allowable output range can be allowed or not limited.
  • An immediate response to a change in the driver's desired torque within the steady-state allowable output range is thus e.g. possible.
  • a rapid traversal of a stationary non-permissible output variable range with a corresponding course of the default size is also allowed.
  • too slow a crossing of the output range which can cause increased exhaust emissions, increased engine noise and / or excessive noise, is not permitted.
  • control of the default magnitude may be performed by limiting the bias magnitude with respect to one or more thresholds to obtain the guided default magnitude, wherein the threshold or thresholds are one or more predetermined thresholds between a first one of the output size ranges second of the output size ranges.
  • the default size may be limited to the first or second output range when there is no transient mode.
  • the first and second output magnitude ranges may each be defined by a lower output range limit and an upper output range limit, wherein the upper output range limit of the second output range is less than the lower output range limit of first output range, the threshold being monotone and continuous between the upper output range limit of the second output range and the lower output range limit of the first output range within the predetermined maximum duration.
  • the default variable of a desired torque specification or the output variable range can correspond to torque ranges.
  • the first torque range as the torque range between a minimum base torque, the minimum in the existing air filling in the cylinders by engaging in the
  • Ignition angle providable drive torque indicates, and an optimal base torque, which indicates the maximum in the existing air filling in the cylinders, the maximum, provided by engagement in the firing angle drive torque defined, and / or represent the second torque range a réellemo- ment ment, by that of Internal combustion engine at the current operating point provided torque is determined in the overrun fuel cutoff.
  • the torque ranges (in particular the first torque range) by varying the injected fuel quantity and / or by varying the injection start and / or by varying the Injection pattern and / or variation of the exhaust gas recirculation rate and / or by variation of the exhaust back pressure etc. are clamped.
  • the target torque may be limited to an upper limit value predetermined by a first limit value profile if the nominal torque lies within the stationary impermissible torque range.
  • the target torque may be limited to a lower limit value specified by a second limit value profile if the nominal torque is within the stationary impermissible torque range.
  • the setpoint torque in the presence of the transition mode when the operating point of the internal combustion engine changes from the second torque range to the first torque range, the setpoint torque can be limited to an upper limit value defined by a third limit value profile if the setpoint torque lies within the stationary impermissible torque range.
  • the target torque in the presence of the transition mode in a change of the operating point of the internal combustion engine from the first torque range to the second torque range, the target torque can be limited to a predetermined by a fourth limit value lower limit, if the target torque is within the stationary non-permissible torque range.
  • the limiting of the desired torque with respect to one or more limit values may be performed in response to a mode signal indicating whether a normal mode or an exceptional mode is present.
  • the exception mode it may be permitted to use a torque range which is not stationary in normal operation for a longer period of time and / or to disregard additional restrictions, e.g. safety-critical interventions or protective interventions (for example ESP, emergency operation, maximum speed control, monitoring, component protection, speed limitation and the like) or interventions of an automatic transmission have a higher priority.
  • safety-critical interventions or protective interventions for example ESP, emergency operation, maximum speed control, monitoring, component protection, speed limitation and the like
  • interventions of an automatic transmission have a higher priority.
  • the torque range limits defining the stationary allowable torque ranges are transmitted to the requester.
  • the requestor can e.g. For hybrid vehicles, which have one degree of freedom in operating point selection, select optimal operating points for the combustion engine and the electric motor and thus optimize a driving strategy.
  • the communication of the instantaneous torque range limits from the internal combustion engine to the requester can be implemented more simply via a bus system, since the dynamics of changes of the torque range limits at the current operating point are less than the dynamics the internal combustion engine and the requestor, so that signal delays of the communication are not critical.
  • the stationary not permitted torque range and a torque range in which, for example, a shoe Baby circuit operation is, at least temporarily not allow in one mode, for example because of too low a temperature of a catalyst.
  • a corresponding blocking signal can be generated which requests a change from a steady-state permissible torque range in normal operation to another in stationary operation permissible range, due to the above-mentioned additional restrictions does not allow or prevent.
  • the transient mode may be determined in response to an intervention signal, the intervention signal indicating the change in the operating point of the internal combustion engine requiring traversing the stationary non-permissible torque range.
  • the guidance of the default variable may be performed according to a predetermined time profile.
  • the predefined time profile can be dimensioned such that the guided default variable reaches the following steady-state permissible operating range when the predefined maximum duration has elapsed.
  • an apparatus for operating an internal combustion engine comprises:
  • a default size guide means for guiding the default size
  • Output of the drive unit is provided according to the guided default size
  • the guided default quantity being determined by passing the default magnitude such that the duration during which the drive unit is driven to provide the guided default quantity within the stationary non-permissible output range, is limited to a predetermined maximum duration.
  • the requester can correspond to a torque requester, the guide unit of a delimiter unit and the default size guide device to a setpoint torque limiter.
  • an engine system having the above apparatus and a motor control unit that drives a drive unit depending on the guided default amount is provided.
  • 1 is a schematic block diagram of an engine system for realizing a method for avoiding stationary torque ranges which are not permissible; 2 shows a signal-time diagram which indicates the curves of the limit values for a limitation of the setpoint torque, of the limited setpoint torque as well as of a torque request signal and a mode signal.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an engine system 1 with an internal combustion engine 2.
  • the internal combustion engine 2 is controlled via an engine control unit 3 by means of engine control signals, for example a position of a throttle valve, a fuel injection quantity to be injected into a cylinder before each combustion event, ignition timings for the ignition an in-cylinder air / fuel mixture and the like pretend.
  • the engine control unit 3 receives a Vorhaltesollmoment trqLeadEng of a torque requestor 4.
  • the torque requestor 4 is a target torque available that indicates the to be provided by the engine 2 unlimited target torque trqDesEng.
  • the unlimited setpoint torque trqDesEng is fed to a setpoint torque limiter 5, which forwards the motor control unit 3 a limited setpoint torque trqDesEngLtd.
  • the limiting unit 5 receives, as further input variables, information on an upper instantaneous limit value trqMax and a lower instantaneous limit value trqMin, which define the range to which the current unlimited nominal torque is to be limited.
  • the engine control unit 3 determines the base torque Eng_trqBs and the minimum base torque Eng_trqBsMin, which react to a delay in the setpoint torque lag Vorhaltesollmoment trqLeadEng due to the air path dynamics. Furthermore, the engine control unit 3 determines a minimum torque Eng_trqMin, which is dependent on the current engine speed, the engine temperature and other parameters and corresponds to a loss torque of the internal combustion engine, which occurs when no drive torque is generated by the internal combustion engine 2. In other words, the minimum torque Eng_trqMin represents the torque of the internal combustion engine 2 in fuel cut-off operation.
  • the basic torque Eng_trqBs, the minimum base torque Eng_trqBsMin and the minimum torque Eng_trqMin are supplied to a limiting unit 6, which determines the lower instantaneous limit value trqMin and the upper instantaneous limit value trqMax, which are provided to the nominal torque limiter 5. Furthermore, the lower and the upper instantaneous limit values trqMin, trqMax are also made available to the torque requester 4, where they serve, e.g. to initialize a filter that filters the infinite set torque trqDesEng.
  • the lower and upper instantaneous limit values trqMin, trqMax are used to initialize the filter when the setpoint torque trqDesEng to be provided triggers on one of the limits defined by the lower and the upper instantaneous limit values trqMin, trqMax.
  • the limiting unit 6 receives the limited setpoint torque trqDe- sEngLtd from the setpoint torque limiter 5.
  • the torque requestor 4 also provides an intervention signal bCtOff, which indicates a change from an injection operation of all cylinders into the overrun fuel cutoff or generally the change from a stationary permissible during normal operation ie usable, first torque range in another stationary during normal operation permissible, i. indicates usable torque range.
  • the torque requester 4 provides a mode signal bNorm, with which it can be displayed whether the internal combustion engine is in should be operated in normal operation or in an exceptional mode.
  • the exception mode stipulates that the restriction of the stationary impermissible torque range is to be canceled, so that all torque ranges can be called up by the torque requester 4 even for a longer period of time. As a result, it may happen, for example, that the internal combustion engine 2 is also operated for a long time with the injection suppression of individual cylinders.
  • the information about the base torque Eng_trqBs and / or the minimum base torque Eng_trqBsMin and / or the minimum torque Eng_trqMin be provided to the torque requester 4, e.g. in hybrid vehicles having one degree of freedom in operating point selection, i. can provide different target torques depending on the operating point to select optimal operating points for the internal combustion engine 2 and / or one or more electric motors or hydraulic motors and thus to optimize a driving strategy.
  • the base torque Eng_trqBs, the minimum base torque Eng_trqBsMin and the minimum torque Eng_trqMin are shown as dashed horizontal lines.
  • the base torque Eng_trqBs and the minimum base torque Eng_trqBsMin are operating point-dependent, they depend in particular on the air filling of the cylinders and the currently adjustable ignition angle values.
  • the minimum torque Eng_trqMin depends primarily on the speed of the internal combustion engine 2. Between the base torque Eng_trqBs and the minimum base torque Eng_trqBsMin lies a first steady-state permissible torque range.
  • the minimum torque Eng_trqMin determines the second steady-state permissible torque range, which in this case corresponds only to a specific torque, namely the moment of the internal combustion engine 2 in fuel cut-off operation. Between the minimum base torque Eng_trqBsMin and the minimum torque Eng_trqMin, a stationary impermissible torque range is defined.
  • the lower instantaneous limit trqMin and upper instantaneous limit trqMax, to which the unlimited target torque trqDesEng is limited, are shown as solid lines.
  • a simple solid line indicates the course of the set torque trqDesEng.
  • the course of the limited set torque trqDesEngLtd is shown by the dashed line.
  • the intervention signal bCtOff and the mode signal bNorm are displayed over time so that the corresponding changes in the lower and upper instantaneous limit values trqMin, trqMax become recognizable as a result of these signals. Since, before a time point T1, the low level input signal bCtOff indicates that there is no request to change from one injection operation of all the cylinders to the overrun cutoff, the upper current limit value trqMax corresponds to the base torque Eng_trqBs and the lower current limit value trqMin corresponds to the minimum base torque Eng_trqBsMin.
  • the setpoint torque trqDesEng runs briefly below the lower instantaneous limit value trqMin before time T1, so that the setpoint torque limiter 5 is actively limited and the limited setpoint torque trqDesEngLtd deviates from the provided setpoint torque trqDesEng for a short time (see section A) and instead assumes the value of the lower instantaneous limit value trqMin.
  • a short-term injection suppression which the engine control unit 3 would make at a desired torque trqDesEng below the minimum base torque Eng_trqBsMin, can be avoided.
  • the torque requester 4 issues a change to the input with a change in the level of the intervention signal bCtOff Throttle shutdown, so that the lower instantaneous limit trqMin jumps to the minimum torque Eng_trqMin.
  • the limited setpoint torque trqDesEngLtd reaches the minimum base torque Eng_trqBsMin and thus the unlimited setpoint torque trqDesEng or the limited setpoint torque trqDesEngLtd enters a torque range that is not permissible stationary.
  • the upper instantaneous limit value trqMax jumps to the minimum base torque Eng_trqBsMin (time T2) and in the further course of time runs in the form of a ramp in the direction of the minimum torque Eng_trqMin.
  • the ramp-shaped time course is defined.
  • the lower instantaneous limit value trqMin would continue to be the minimum Base torque Eng_trqBsMin and the upper current limit value trqMax correspond to the base torque eng_trqBs.
  • the moment requester 4 by changing the intervention signal bCtOff to a low level, prescribes a request to change to the injection mode of all cylinders.
  • the upper instantaneous limit value trqMax jumps to the base torque Eng_trqBs and the lower instantaneous limit value trqMin is ramped to the minimum base torque Eng_trqBsMin.
  • the limited setpoint torque trqDesEngLtd then jumps to the value of the setpoint torque trqDesEng and, if the value of the setpoint torque trqDesEng falls below the ramping curve of the lower instantaneous limit value trqMin, then trqMin is increased up to the value of the minimum according to the ramping of the lower instantaneous limit value Basic torque Eng_trqBsMin led.
  • the lower instantaneous limit value trqMin can first jump to the value of the unlimited setpoint torque trqDesEng and, starting there, be ramped to the minimum base torque Eng_trqBsMin in order to shorten the dwell time in the stationary, non-permitted range. This ensures that no additional jumps in the limited nominal torque trqDesEngLtd occur.
  • the jump of the limited setpoint moment trqDesEngLtd at the time T3 can be avoided if, starting from the point in time T3, the upper instantaneous limit value trqMax passes without jumps, ie, for example, also runs in ramp form to the base torque Eng_trqBs.
  • the limited setpoint torque trqDesEngLtd within the torque range that is not stationary in normal operation is only temporary when switching to the injection mode of all cylinders from the push-pull mode.
  • the ramped waveforms of the lower and upper instantaneous limit values trqMin, trqMax, the slope of which can be adjusted to the current operating points such as speed, temperature, and the like, are not stationary from the lower instantaneous limit trqMin and the upper instantaneous limit trqMax, respectively, when passing through in normal operation permissible torque range are only examples.
  • Other temporal courses or dependencies of other parameters are also conceivable.
  • exponential or smoothed curves of the upper and lower instantaneous limits can be provided.
  • a rapid change of the lower instantaneous limit trqMin and the upper instantaneous limit trqMax between the minimum torque Eng_trqMin and the minimum base torque Eng_trqBsMin are e.g. However, with regard to exhaust emissions, they result in a rapidly changing limited target torque, trqDesEngLtd, which can affect ride comfort. If it is possible for hybrid drives to compensate for the rapidly changing limited set torque trqDesEngLtd by one or more electric motors or hydraulic motors, rapid changes should be aimed at.
  • the courses of the lower instantaneous limit value trqMin or of the upper instantaneous limit value trqMax are advantageously dependent on the operating points of one or more of the electric motors or hydraulic motors or an electrical on-board network or a hydraulic supply.
  • the torque requester 4 terminates the normal operation by changing the level of the mode signal bNorm to a low level, for example because a safety-critical ESP intervention with high priority is present.
  • the limited setpoint torque trqDesEngLtd corresponds to the setpoint torque trqDesEng, that of a torque requestor of high priority (eg an ESP block).
  • the intervention signal bCtOff is subordinate to the mode signal bNorm.
  • the steady-state permissible torque ranges correspond to the torque range between the base torque Eng_trqBs and the minimum base torque Eng_trqBsMin and the torque loss eng_trqMin in the overrun fuel cutoff operation of the internal combustion engine 2.
  • other torque ranges that can be used stationary or admissible are also defined. which are spaced from each other by a range of moments in which a stationary use in normal operation is not permitted.
  • the duration of the ramp i.
  • the duration during which the upper instantaneous limit value trqMax extends from the minimum base torque Eng_trqBsMin to the minimum torque Eng_trqMin may be, for example, between 100 ms and 500 ms depending on operating parameters of the internal combustion engine 2.
  • the ramp-shaped curve of the lower instantaneous limit value trqMin can be the same magnitude of the gradient of the Ramp the course of the upper instantaneous limit trqMax have or have a different amount of the gradient.
  • the default value ie the limited setpoint torque trqDesEngLtd
  • the time course which may correspond, for example, to a ramp function or another monotonous function, determines that the limited (guided) setpoint torque trqDesEngLtd does not remain within the stationary, non-permissible torque range for more than a predetermined maximum duration.
  • the predetermined maximum duration is selected such that on the one hand it avoids a transition affecting the driving comfort between the stationary permissible torque ranges and on the other hand the time duration during which the stationary non-permissible torque range exists remains as low as possible for the reasons of the motor protection described above.
  • the maximum time duration should also correspond to at least one time duration, during which it is ensured that during the transition between the steady-state permissible torque ranges, no acceleration or no torque change takes place whose magnitude is above a certain, predetermined threshold value.
  • the time duration could thus be defined by the size of the stationary impermissible torque range divided by the maximum desired torque change.
  • the predetermined maximum duration is preferably between 0.1 and 5 seconds, in particular between 0.5 and 2 seconds.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinheit (2), insbesondere eines Verbrennungsmotors, mit folgenden Schritten: - Bereitstellen einer Sollleistungsangabe (trqDesEng) zum Ansteuern der Antriebseinheit (2) mit einer Sollleistung; - Bereitstellen einer Angabe von betriebspunktabhängigen Leistungsbereichen für die bereitgestellte Sollleistungsangabe (trqDesEng), in denen ein stationärer Betrieb der Antriebseinheit (2) zulässig ist, wodurch zwischen den betriebspunktabhängigen Leistungsbereichen ein stationär nicht-zulässiger Leistungsbereich definiert ist; - wenn in einer Übergangsbetriebsart eine Änderung der Sollleistungsangabe (trqDesEng) für die Antriebseinheit (2) ein Durchqueren des stationär nichtzulässigen Leistungsbereichs erfordert, Ansteuern der Antriebseinheit (2) anhand einer Angabe über eine geführte Sollleistung (trqDesEngLtd), wobei die geführte Sollleistungsangabe (trqDesEngLtd) durch ein Führen der Sollleistungsangabe (trqDesEng) bestimmt wird, so dass die maximale Dauer, während der die Antriebseinheit (2) zum Bereitstellen der geführten Sollleistung (trqDesEngLtd) innerhalb des stationär nicht-zulässigen Leistungsbereichs angesteuert wird, auf eine vorgegebene Maximaldauer begrenzt ist.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Antriebseinheit
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft den Betrieb von Antriebseinheiten mit einem stationär nicht-zulässigen Betriebsbereich, insbesondere Verbrennungsmotoren und dessen Betrieb, wobei insbesondere Betriebsarten mit Einspritzausblendun- gen nutzbar sind.
Stand der Technik
Moderne Verbrennungsmotoren weisen ein Luftzuführungssystem auf, um den Luftmassenstrom, der den Zylindern des Verbrennungsmotors zugeführt wird, zu steuern. In dem Luftzuführungssystem ist zumeist eine Drosselklappe angeordnet, die den Luftstrom in das Saugrohr reguliert. Bei modernen Verbrennungsmotoren wird die Drosselklappe elektrisch eingestellt. Die endliche Einstellgeschwindigkeit der Drosselklappe sowie dynamische Füllungs- effekte im Saugrohr lassen eine hoch dynamische Einstellung eines vorgegebenen Luftmassenstroms nicht zu. Somit sind schnelle Einstellungen des vom Verbrennungsmotor gelieferten Drehmoments über diesen Einstellmechanismus nicht möglich.
Daher wird beim Betrieb des Verbrennungsmotors ein Vorhalte-Sollmoment vorgesehen, das im statischen Betriebszustand eine erhöhte Luftfüllung in den Zylindern vorsehen kann, so dass durch eine Verstellung des Zündwinkels ein erhöhtes Drehmoment schnell abgerufen werden kann. Daher kann ein Eingriff mit dem Zündwinkel zu einer schnellen Änderung des Drehmoments des Verbrennungsmotors genutzt werden.
Eine Reduzierung des Drehmoments des Motors basierend auf einer geringeren Sollmomentvorgabe wird mithilfe einer Spätverstellung des Zündwinkels gegenüber einem Basiszündwinkel erreicht, wodurch der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors verschlechtert wird, was sich jedoch negativ aus den Kraftstoffverbrauch auswirkt. Das Istmoment des Verbrennungsmotors verringert sich dabei gegenüber dem Basismoment und folgt dem vorgegebenen (sich verringerndem) Sollmoment. Eine Momentenreduktion mittels einer Spätverstellung des Zündwinkels ist bis zum minimalen Basismoment möglich, das durch die Brennbarkeitsgrenze sowie durch Bauteileschutz- grenzen gegeben ist und unter anderem vom aktuellen Basismoment (d.h. von der aktuellen Füllung) abhängt.
Eine weitere Momentenreduktion bei entsprechend kleinem Sollmoment kann dann nur durch die Einspritzausblendung einzelner Zylinder erfolgen. Einspritzausblendungen sind jedoch mit höheren Abgasemissionen, verstärkter Laufunruhe des Verbrennungsmotors und Geräuschproblemen verbunden. Ein Betrieb mit Einspritzausblendung ist zwar technisch stationär möglich, sollte aber nur temporär eingestellt werden. Ein quasi-stationärer Betrieb mit Einspritzausblendung einzelner Zylinder ist daher zu vermeiden.
Das Istmoment des Verbrennungsmotors lässt sich durch Einspritzausblendung aller Zylinder bis auf das Minimalmoment, das dem Verlustmoment des Verbrennungsmotors entspricht, reduzieren. In diesem Fall liegt eine Schubabschaltung vor, bei der die Nachteile des Betriebs mit einer Einspritzaus- blendung nur eines Teils der Zylinder nicht mehr vorliegen. Die Schubabschaltung kann daher über längere Zeit und somit quasi-stationär eingestellt werden. Dadurch ergeben sich Momentenbereiche für das Sollmoment, die im Normalbetrieb quasi-stationär genutzt werden können:
- ein erster Momentenbereich, der abhängig von der aktuellen Füllung dem Momentenbereich zwischen dem Basismoment und dem minimalen Basis- moment entspricht; und
- ein zweiter Momentenbereich, der durch die Schubabschaltung des Verbrennungsmotors definiert ist und einem minimalen Motormoment entspricht, das das Verlustmoment des Verbrennungsmotors darstellt.
Dazwischen liegt ein Momentenbereich für das Sollmoment vor, der im Normalbetrieb wegen der oben beschriebenen Nachteile bezüglich Laufunruhe und Abgasemissionen quasi-stationär nicht genutzt werden sollte, d.h. nicht zugelassen ist. Je nach angefordertem Sollmoment kann dies jedoch zum schnellen Wechsel zwischen dem ersten und zweiten Momentenbereich füh- ren, um ein Moment bereitzustellen, das im zwischen dem ersten und zweiten Momentenbereich liegenden Momentenbereich liegt. Ein solcher schneller Wechsel führt zu Drehmomentsprüngen, die sich in einem Fahrbetrieb als unkomfortables Ruckein bemerkbar machen können.
Unter bestimmten Umständen ist der im Normalbetrieb zulässigen bzw. nutzbare Momentenbereich zusätzlich eingeschränkt, z.B. wenn aus Emissionsgründen wegen zu geringer Temperatur eines Katalysators nur ein Einspritzbetrieb aller Zylinder erlaubt ist und die Einspritzausblendung einzelner Zylinder sowie die Schubabschaltung nicht zugelassen werden.
Weiterhin ist es möglich, dass bei sicherheitskritischen Eingriffen oder Schutzeingriffen, wie z.B. ESP, Notlauf, Maximaldrehzahlabregelung, Überwachung, Bauteileschutz, Geschwindigkeitsbegrenzung und dgl. der Normalbetrieb verlassen wird und auch die im Normalbetrieb stationär nicht zu- lässigen Momentenbereiche für längere Zeit eingestellt werden können. Daneben können unter anderem Eingriffe eines Automatikgetriebes in das Sollmonnent, z.B. während Schaltvorgängen, ein Abweichen vom Normalbe- trieb erforderlich machen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Verbren- nungsmotors zur Verfügung zu stellen, bei dem vorgesehen ist, einen im Normalbetrieb stationär nicht nutzbaren bzw. nicht zulässigen Momentenbereich, wie z.B. der Momentenbereich, der nur durch eine Zylinderausblendung einzelner Zylinder erreicht werden kann, nur temporär zuzulassen, wobei bei Übergängen zwischen Sollmomenten, die in verschiedenen stationär zulässigen Momentenbereichen liegen, keine bei einem Betrieb eines Fahrzeugs unkomfortablen Sprünge des vom Verbrennungsmotor bereitgestellten Drehmoments auftreten sollen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein zum Betreiben eines Verbrennungsmotors vorgesehen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- Bereitstellen einer Vorgabegröße zum Ansteuern der Antriebseinheit, um eine Ausgangsgröße bereitzustellen;
- Bereitstellen einer Angabe von betriebspunktabhängigen Ausgangsgrößen- Bereichen für die bereitgestellte Vorgabegröße, in denen ein stationärer Betrieb der Antriebseinheit zulässig ist, wobei zwischen den betriebspunktabhängigen Ausgangsgrößen-Bereichen ein stationär nicht-zulässiger Aus- gangsgrößen-Bereich definiert ist;
- wenn in einer Übergangsbetriebsart eine Änderung der Vorgabegröße für die Antriebseinheit ein Durchqueren des stationär nicht-zulässigen Ausgangsgrößen-Bereichs erfordert, Ansteuern der Antriebseinheit anhand einer geführten Vorgabegröße, wobei die geführte Vorgabegröße durch ein Führen der Vorgabegröße be- stimmt wird, so dass die Dauer, während der die Antriebseinheit zum Bereitstellen der geführten Vorgabegröße innerhalb des stationär nicht-zulässigen Ausgangsgrößen-Bereichs angesteuert wird, auf eine vorgegebene Maximaldauer begrenzt ist.
Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, die Zeitdauer während der die Antriebseinheit zum Bereitstellen einer Ausgangsgröße in einem stationär nicht-zulässigen Ausgangsgrößen-Bereich zu begrenzen, indem die Vorgabegröße in einer Übergangsbetriebsart zwischen den stationär zulässigen Ausgangsgrößen-Bereichen geführt wird.
Insbesondere kann vorgesehen, dass das Führen der Vorgabegröße durch Begrenzen der Vorgabegröße bezüglich einem oder mehreren Grenzwerten durchgeführt wird, um die geführte Vorgabegröße zu erhalten, wobei sich der Grenzwert bzw. die Grenzwerte aus einem oder mehreren vorgegebenen Grenzwerteverläufen zwischen einem ersten der Ausgangsgrößen-Bereiche und einem zweiten der Ausgangsgrößen-Bereiche ergeben.
Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, momentane, für den aktuellen Betriebspunkt gültige Grenzwerte zu ermitteln, die für eine vorgegebene Vorgabegröße bestimmt werden, und die Ausgangsgrößen-Bereiche zu ermitteln, in denen ein dauerhafter Betrieb der Antriebseinheit zugelassen ist. Dabei werden die momentanen Grenzwerte dynamisch so angepasst, dass sie eine Vorgabegröße, die innerhalb eines stationär nicht-zulässigen Ausgangsgrößen-Bereich liegt, nur temporär zulassen, um z.B. komfortable LJ- bergänge zwischen den stationär zulässigen Ausgangsgrößen-Bereichen zu erreichen. Dazu werden die momentanen Grenzwerte weiterhin dynamisch so angepasst, dass dadurch keine zusätzlichen (d.h. abgesehen von anderweitig verursachten Sprüngen, z.B. des Fahrerwunschmoments) Sprünge der geführten (begrenzten) Vorgabegröße erzeugt werden.
Bei dem obigen Verfahren kann insbesondere eine Vorgabegröße, die sich innerhalb der stationär zulässigen Ausgangsgrößen-Bereiche befindet, zugelassen bzw. nicht begrenzt werden. Eine sofortige Reaktion auf eine Änderung des Fahrerwunschmoments innerhalb des stationär zulässigen Ausgangsgrößen-Bereichs ist somit z.B. möglich. Weiterhin wird ein schnelles Durchqueren eines stationär nicht zulässigen Ausgangsgrößen-Bereichs bei entsprechendem Verlauf der Vorgabegröße ebenfalls zugelassen. Ein zu langsames Durchqueren des Ausgangsgrößen-Bereichs, das erhöhte Abgasemission, verstärkte Laufunruhe des Verbrennungsmotors und/oder zu hohe Geräuschentwicklung verursachen kann, wird dagegen nicht zugelas- sen.
Insbesondere bei Hybridfahrzeugen ist ein schnelles Durchqueren des stationär nicht zulässigen Ausgangsgrößen-Bereichs ermöglicht, wenn eine Kompensation einer sich schnell ändernden Vorgabegröße durch einen oder mehrere Elektromotoren oder Hydraulikmotoren möglich ist. Schnelle Änderungen z.B. in der Gesamtantriebsleistung können damit vermieden werden, wodurch ein hoher Fahrkomfort sichergestellt ist.
Weiterhin kann das Führen der Vorgabegröße durch Begrenzen der Vorga- begröße bezüglich einem oder mehreren Grenzwerten durchgeführt werden, um die geführte Vorgabegröße zu erhalten, wobei sich der Grenzwert bzw. die Grenzwerte aus einem oder mehreren vorgegebenen Grenzwerteverläufen zwischen einem ersten der Ausgangsgrößen-Bereiche und einem zweiten der Ausgangsgrößen-Bereiche ergeben. Weiterhin kann die Vorgabegröße auf den ersten oder zweiten Ausgangsgrößen-Bereich begrenzt werden, wenn keine Übergangsbetriebsart vorliegt.
Gemäß einer Ausführungsform können der erste und der zweite Ausgangs- größen-Bereich jeweils durch eine untere Ausgangsgrößen-Bereichsgrenze und eine obere Ausgangsgrößen-Bereichsgrenze definiert sein, wobei die obere Ausgangsgrößen-Bereichsgrenze des zweiten Ausgangsgrößen- Bereich kleiner ist als die untere Ausgangsgrößen-Bereichsgrenze des ersten Ausgangsgrößen-Bereich, wobei der Grenzwerteverlauf monoton und stetig zwischen der oberen Ausgangsgrößen-Bereichsgrenze des zweiten Ausgangsgrößen-Bereich und der unteren Ausgangsgrößen-Bereichsgrenze des ersten Ausgangsgrößen-Bereich innerhalb der vorgegebenen Maximaldauer definiert ist.
Gemäß einer Ausführungsform können die Vorgabegröße einer Sollmomentangabe bzw. die Ausgangsgrößen-Bereich Momentbereichen entsprechen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der erste Momentenbereich als der Momentenbereich zwischen einem minimalen Basismoment, das bei der be- stehenden Luftfüllung in den Zylindern das minimal durch Eingriff in den
Zündwinkel bereitstellbare Antriebsmoment angibt, und einem optimalen Basismoment, das das bei der bestehenden Luftfüllung in den Zylindern das maximale, durch Eingriff in den Zündwinkel bereitstellbare Antriebsmoment angibt, definiert sein und/oder der zweite Momentenbereich ein Minimalmo- ment darstellen, das durch das von dem Verbrennungsmotor bei dem momentanen Betriebspunkt bereitgestellte Moment in der Schubabschaltung bestimmt ist.
Alternativ oder zusätzlich können die Momentenbereiche (insbesondere der erste Momentenbereich) durch Variation der eingespritzten Kraftstoffmenge und/oder durch Variation des Einspritzbeginns und/oder durch Variation des Einspritzmusters und/oder Variation der Abgasrückführungsrate und/oder durch Variation des Abgasgegendrucks etc. aufgespannt werden.
Insbesondere kann bei Vorliegen der Übergangsbetriebsart bei einer Ände- rung des Betriebspunktes des Verbrennungsmotors von dem ersten Momentenbereich zu dem zweiten Momentenbereich das Sollmoment auf einen durch einen ersten Grenzwerteverlauf vorgegebenen oberen Grenzwert begrenzt werden, wenn das Sollmoment innerhalb des stationär nichtzulässigen Momentenbereichs liegt.
Insbesondere kann bei Vorliegen der Übergangsbetriebsart bei einer Änderung des Betriebspunktes des Verbrennungsmotors von dem zweiten Momentenbereich zu dem ersten Momentenbereich das Sollmoment auf einen durch einen zweiten Grenzwerteverlauf vorgegebenen unteren Grenzwert begrenzt werden, wenn das Sollmoment innerhalb des stationär nichtzulässigen Momentenbereichs liegt.
Insbesondere kann bei Vorliegen der Übergangsbetriebsart bei einer Änderung des Betriebspunktes des Verbrennungsmotors von dem zweiten Mo- mentenbereich zu dem ersten Momentenbereich das Sollmoment auf einen durch einen dritten Grenzwerteverlauf vorgegebenen oberen Grenzwert begrenzt werden, wenn das Sollmoment innerhalb des stationär nichtzulässigen Momentenbereichs liegt.
Insbesondere kann bei Vorliegen der Übergangsbetriebsart bei einer Änderung des Betriebspunktes des Verbrennungsmotors von dem ersten Momentenbereich zu dem zweiten Momentenbereich das Sollmoment auf einen durch einen vierten Grenzwerteverlauf vorgegebenen unteren Grenzwert begrenzt werden, wenn das Sollmoment innerhalb des stationär nicht- zulässigen Momentenbereichs liegt. Gemäß einer Ausführungsform kann das Begrenzen des Sollmomentes bezüglich einen oder mehreren Grenzwerten abhängig von einem Betriebsartsignal durchgeführt werden, das angibt, ob ein Normalbetrieb oder ein Ausnahmebetrieb vorliegt.
Insbesondere kann in der Ausnahmebetriebsart zugelassen werden, einen im Normalbetrieb stationär nicht zulässigen Momentenbereich für längere Zeitdauer zu nutzen und/oder zusätzliche Einschränkungen nicht zu berücksichtigen, wenn z.B. sicherheitskritische Eingriffe oder Schutzeingriffe (z.B. ESP, Notlauf, Maximaldrehzahlabregelung, Überwachung, Bauteileschutz, Geschwindigkeitsbegrenzung und dgl.) oder Eingriffe eines automatischen Getriebes eine höhere Priorität haben.
Weiterhin werden in einem Motorsystem, bei dem ein Verbrennungsmotor abhängig von einem aus einem Fahrerwunschmoment und einem von einem Anforderer bereitgestellten Momenteneingriff gebildeten Sollmoment betrieben wird, die Momentenbereichsgrenzen, die die stationär zulässigen Momentenbereiche definieren, an den Anforderer übermittelt. Damit kann der Anforderer z.B. bei Hybridfahrzeugen, die über einen Freiheitsgrad in der Betriebspunktwahl verfügen, optimale Betriebspunkte für den Verbrennungsmotor und den Elektromotor wählen und damit eine Fahrstrategie optimieren. Sind das Motorsteuergerät und der Anforderer in verschiedenen Einheiten realisiert, kann die Kommunikation der momentanen Momentenbereichsgrenzen von dem Verbrennungsmotor an den Anforderer in einfa- eher Weise über ein Bussystem realisiert werden, da die Dynamik von Änderungen der Momentenbereichsgrenzen bei dem aktuellen Betriebspunkt geringer ist als die Dynamik des Verbrennungsmotors und des Anforderers, so dass Signalverzögerungen der Kommunikation unkritisch sind.
Weiterhin kann vorgesehen sein, den stationär nicht zulässigen Momentenbereich sowie einen Momentenbereich, in dem sich beispielsweise ein Schu- babschaltungsbetrieb befindet, in einer Betriebsart zumindest zeitweilig nicht zuzulassen, z.B. wegen zu geringer Temperatur eines Katalysators. Dazu kann ein entsprechendes Sperrsignal generiert werden, das einen Wechsel von einem im Normalbetrieb stationär zulässigen Momentenbereich zu einen anderen im Normalbetrieb stationär zulässigen Bereich anfordert, aufgrund der oben angegebenen zusätzlichen Einschränkungen nicht zulässt bzw. verhindert.
Weiterhin kann die Übergangsbetriebsart abhängig von einem Eingriffsignal bestimmt werden, wobei das Eingriffsignal die Änderung des Betriebspunktes des Verbrennungsmotors, die ein Durchqueren des stationär nicht-zulässigen Momentenbereichs erfordert, anzeigt.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Führen der Vorgabegröße gemäß einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf durchgeführt werden. Insbesondere kann der vorgegebene zeitliche Verlauf so bemessen sein, dass die geführte Vorgabegröße mit Ablauf der vorgegebenen Maximaldauer den nachfolgenden stationär zulässigen Betriebsbereich erreicht.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst:
- einen Anforderer zum Bereitstellen einer Vorgabegröße zum Ansteuern der Antriebseinheit, um eine Ausgangsgröße bereitzustellen;
- eine Vorgabegrößeführungseinrichtung zum Führen der Vorgabegröße; - eine Motorsteuereinheit, um die Antriebseinheit zu betreiben, so dass eine
Ausgangsgröße der Antriebseinheit entsprechend der geführten Vorgabegröße bereitgestellt wird;
- eine Führungseinheit, die ausgebildet ist,
- um eine Angabe von betriebspunktabhängigen Ausgangsgrößen- Bereichen für die bereitgestellte Vorgabegröße, in denen ein stationärer Betrieb der Antriebseinheit zulässig ist, bereitzustellen, wobei zwischen den betriebspunktabhängigen Ausgangsgrößen-Bereichen ein stationär nichtzulässiger Ausgangsgrößen-Bereich definiert ist; und
- um, wenn in einer Übergangsbetriebsart eine Änderung der Vorgabegröße für die Antriebseinheit ein Durchqueren des stationär nicht- zulässigen Ausgangsgrößen-Bereichs erfordert, die Antriebseinheit anhand der geführten Vorgabegröße anzusteuern, wobei die geführte Vorgabegröße durch ein Führen der Vorgabegröße bestimmt wird, so dass die Dauer, während der die Antriebseinheit zum Bereitstellen der geführten Vorgabegröße innerhalb des stationär nicht-zulässigen Ausgangsgrößen-Bereichs angesteuert wird, auf eine vorgegebene Maximaldauer begrenzt ist.
Insbesondere können der Anforderer einem Momentenanforderer, die Führungseinheit einer Begrenzungseinheit und die Vorgabegrößeführungsein- richtung einem Sollmomentenbegrenzer entsprechen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Motorsystem mit der obigen Vorrichtung und einer Motorsteuereinheit, die abhängig von der geführten Vorgabegröße eine Antriebseinheit ansteuert, vorgesehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Computerprogramm vorgesehen, das, wenn es auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird, das obige Verfahren ausführt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Blockdarstellung eines Motorsystems zur Realisie- rung eines Verfahrens zum Vermeiden stationär nicht zulässiger Momentenbereiche; Fig. 2 ein Signal-Zeit-Diagramm, das die Verläufe der Grenzwerte für eine Begrenzung des Sollmoments, des begrenzten Sollmoments sowie eines Momentenanforderungssignals und eines Betriebsartsignals angibt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motorsystems 1 mit einem Verbrennungsmotor 2. Der Verbrennungsmotor 2 wird über eine Motorsteuereinheit 3 mit Hilfe von Motorsteuersignalen angesteuert, die beispielsweise eine Stellung einer Drosselklappe, eine vor jedem Verbrennungsvorgang in einen Zylinder einzuspritzende Kraftstoffeinspritzmenge, Zündzeitpunkte für das Zünden eines im Zylinder befindlichen Luft-/Kraftstoffgemisch und dgl. vorgeben. Zur Generierung der Motorsteuersignale erhält die Motorsteuereinheit 3 ein Vorhaltesollmoment trqLeadEng von einem Momentenanforde- rer 4. Weiterhin stellt der Momentenanforderer 4 ein Sollmoment zur Verfügung, das das von dem Verbrennungsmotor 2 bereitzustellende unbegrenzte Sollmoment trqDesEng angibt.
Das unbegrenzte Sollmoment trqDesEng wird einem Sollmomentenbegren- zer 5 zugeführt, der der Motorsteuereinheit 3 ein begrenztes Sollmoment trqDesEngLtd weitergibt. Die Begrenzungseinheit 5 erhält als weitere Eingangsgrößen Angaben zu einem oberen momentanen Grenzwert trqMax und einem unteren momentanen Grenzwert trqMin, die den Bereich definieren, auf den das aktuelle unbegrenzte Sollmoment begrenzt werden soll.
Die Motorsteuereinheit 3 ermittelt das Basismoment Eng_trqBs sowie das minimale Basismoment Eng_trqBsMin, die bei einer Änderung des Sollmoments dem Vorhaltesollmoment trqLeadEng aufgrund der Luftpfaddynamik verzögert reagieren. Weiterhin bestimmt die Motorsteuereinheit 3 ein Minimalmoment Eng_trqMin, das von der momentanen Drehzahl, der Verbrennungsmotortemperatur und weiteren Parametern abhängig ist und einem Verlustmoment des Verbrennungsmotors entspricht, das sich einstellt, wenn kein Antriebsmoment durch den Verbrennungsmotor 2 erzeugt wird. Mit anderen Worten das Minimalmoment Eng_trqMin stellt das Moment des Verbrennungsmotors 2 im Schubabschaltungsbetrieb dar.
Das Basismoment Eng_trqBs, das minimale Basismoment Eng_trqBsMin und das Minimalmoment Eng_trqMin werden einer Begrenzungseinheit 6 zugeführt, die daraus den unteren momentanen Grenzwert trqMin und den oberen momentanen Grenzwert trqMax bestimmt, die dem Sollmomenten- begrenzer 5 bereitgestellt werden. Weiterhin werden der untere und der obere momentane Grenzwert trqMin, trqMax auch dem Momentenanforderer 4 zur Verfügung gestellt, und dienen dort dazu, z.B. einen Filter zu initialisieren, der das unbegrenzte Sollmoment trqDesEng filtert. Der untere und der obere momentane Grenzwert trqMin, trqMax dienen zum Initialisieren des Filters, wenn das bereitzustellende Sollmoment trqDesEng an eine der durch den unteren und den oberen momentanen Grenzwert trqMin, trqMax definier- ten Grenzen anstößt.
Weiterhin erhält die Begrenzungseinheit 6 das begrenzte Sollmoment trqDe- sEngLtd aus dem Sollmomentenbegrenzer 5. Der Momentenanforderer 4 stellt weiterhin ein Eingriffssignal bCtOff zur Verfügung, das einen Wechsel von einem Einspritzbetrieb aller Zylinder in die Schubabschaltung angibt bzw. allgemein den Wechsel von einem im Normalbetrieb stationär zulässigen, d.h. nutzbaren, ersten Momentenbereich in einen weiteren im Normalbetrieb stationär zulässigen, d.h. nutzbaren Momentenbereich angibt.
Weiterhin stellt der Momentenanforderer 4 ein Betriebsartsignal bNorm zur Verfügung, mit dem angezeigt werden kann, ob der Verbrennungsmotor in einem Normalbetrieb oder in einer Ausnahmebetriebsart betrieben werden soll. Die Ausnahmebetriebsart legt fest, dass die Beschränkung des stationär nicht zulässigen Momentenbereichs aufgehoben werden soll, so dass alle Momentenbereiche auch für längere Zeitdauer von dem Momentenanforde- rer 4 abgerufen werden können. Dadurch kann es z.B. vorkommen, dass der Verbrennungsmotor 2 auch auf längere Zeit mit Einspritzausblendung einzelner Zylinder betrieben wird.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass dem Momentenanforderer 4 auch die Angaben über das Basismoment Eng_trqBs und/oder das minimale Basismoment Eng_trqBsMin und/oder das Minimalmoment Eng_trqMin bereitgestellt werden, z.B. bei Hybridfahrzeugen, die über einen Freiheitsgrad in der Betriebspunktwahl verfügen, d.h. verschiedene Sollmomente abhängig von dem Betriebspunkt bereitstellen können, um optimale Betriebspunkte für den Verbrennungsmotor 2 und/oder einen oder mehrere Elektromotoren oder Hydraulikmotoren zu wählen und damit eine Fahrstrategie zu optimieren.
Die Funktionsweise der Begrenzungseinheit 6 wird aus dem Signal-Zeit- Diagramm der Fig. 2 deutlich. In dem Signal-Zeit-Diagramm der Fig. 2 sind das Basismoment Eng_trqBs, das minimale Basismoment Eng_trqBsMin und das Minimalmoment Eng_trqMin als gestrichelte horizontale Linien dargestellt. Das Basismoment Eng_trqBs und das minimale Basismoment Eng_trqBsMin sind betriebspunktabhängig, sie sind insbesondere abhängig von der Luftfüllung der Zylinder und den momentan einstellbaren Zündwin- kelwerten. Das Minimalmoment Eng_trqMin hängt in erster Linie von der Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 ab. Zwischen dem Basismoment Eng_trqBs und dem minimalen Basismoment Eng_trqBsMin liegt ein erster stationär zulässiger Momentenbereich. Das Minimalmoment Eng_trqMin bestimmt in diesem Beispiel den zweiten stationär zulässigen Momentenbe- reich, der in diesem Fall nur einem bestimmten Moment, nämlich dem Moment des Verbrennungsmotors 2 im Schubabschaltungsbetrieb entspricht. Zwischen dem minimalen Basismoment Eng_trqBsMin und dem Minimalmoment Eng_trqMin ist ein stationär nicht zulässiger Momentenbereich definiert.
Der untere momentane Grenzwert trqMin und obere momentane Grenzwert trqMax, auf die das unbegrenzte Sollmoment trqDesEng begrenzt wird, sind als durchgezogene Linien gezeigt. Eine einfach durchgezogene Linie gibt den Verlauf des Sollmoments trqDesEng an. Der Verlauf des begrenzten Sollmoments trqDesEngLtd ist durch die gestrichelte Linie dargestellt.
Des Weiteren wird das Eingriffssignal bCtOff sowie das Betriebsartsignal bNorm im zeitlichen Verlauf dargestellt, so dass die entsprechenden Änderungen des unteren und oberen momentanen Grenzwertes trqMin, trqMax infolge dieser Signale erkennbar werden. Da vor einem Zeitpunkt T1 das Eingriffssignal bCtOff mit einem Low-Pegel angibt, dass keine Anforderung zum Wechsel von einem Einspritzbetrieb aller Zylinder in die Schubabschaltung vorliegt, entspricht der obere momentane Grenzwert trqMax dem Basismoment Eng_trqBs und der untere momentane Grenzwert trqMin dem minimalen Basismoment Eng_trqBsMin. Das Sollmoment trqDesEng verläuft vor dem Zeitpunkt T1 kurzzeitig unterhalb des unteren momentanen Grenzwertes trqMin, so dass der Sollmomentenbegrenzer 5 aktiv begrenzt und das begrenzte Sollmoment trqDesEngLtd kurzzeitig vom bereitgestellten Sollmoment trqDesEng abweicht (siehe Bereich A) und stattdessen den Wert des unteren momentanen Grenzwertes trqMin annimmt. Dadurch kann eine kurzzeitige Einspritzausblendung, die die Motorsteuereinheit 3 bei einem Sollmoment trqDesEng unterhalb des minimalen Basismoments Eng_trqBsMin vornehmen würde, vermieden werden.
Zum Zeitpunkt T1 gibt der Momentenanforderer 4 mit einem Wechsel des Pegels des Eingriffssignals bCtOff eine Anforderung zum Wechsel in die Schubabschaltung vor, so dass der untere momentane Grenzwert trqMin auf das Minimalmoment Eng_trqMin springt.
Zum Zeitpunkt T2 erreicht das begrenzte Sollmoment trqDesEngLtd das mi- nimale Basismoment Eng_trqBsMin und somit tritt das unbegrenzte Sollmoment trqDesEng bzw. das begrenzte Sollmoment trqDesEngLtd in einen Momentenbereich ein, der stationär nicht zulässig ist. Als Folge springt der obere momentane Grenzwert trqMax auf das minimale Basismoment Eng_trqBsMin (Zeitpunkt T2) und verläuft im weiteren zeitlichen Verlauf ram- penförmig in Richtung zu dem Minimalmoment Eng_trqMin. Der rampenför- mige zeitlichen Verlauf ist definiert vorgegeben.
Das Sollmoment trqDesEng verläuft oberhalb des rampenförmigen Verlaufs des oberen momentanen Grenzwertes trqMax, so dass das Sollmoment trqDesEng auf den Verlauf des oberen momentanen Grenzwertes trqMax begrenzt wird, d.h. das limitierte Sollmoment trqDesEngLtd verläuft entlang des oberen momentanen Grenzwertes trqMax und entspricht dann bei trqMax = trqMin = Eng_trqMin dem Minimalmoment Eng_trqMin, sobald der rampenförmige Verlauf des oberen momentanen Grenzwertes trqMax den unteren momentanen Grenzwert erreicht hat. Durch den definierten rampenförmigen Verlauf des oberen momentanen Grenzwertes trqMax in dem stationär nicht zulässigen Momentenbereich zwischen dem minimalen Basismoment Eng_trqBsMin und dem Minimalmoment Eng_trqMin wird erreicht, dass ein begrenztes Sollmoment trqDesEngLtd innerhalb des im Normalbetrieb stationär nicht zulässigen Momentenbereichs nur temporär vorliegt.
Wäre zum Zeitpunkt T1 ein Wechsel in die Schubabschaltung aufgrund einer zusätzlichen Einschränkung, z.B. aufgrund zu geringer Temperatur eines Katalysators, die zu einer internen Sperrung einer Schubabschaltung bzw. einer Einspritzausblendung des Verbrennungsmotors führen würde, gesperrt, würde weiterhin der untere momentane Grenzwert trqMin dem minimalen Basismoment Eng_trqBsMin und der obere momentane Grenzwert trqMax dem Basismoment Eng_trqBs entsprechen.
Zum Zeitpunkt T3 gibt der Momentenanforderer 4 durch Wechsel des Ein- griffssignals bCtOff auf einen Low-Pegel eine Anforderung zum Wechsel in den Einspritzbetrieb aller Zylinder vor. Als Folge springt der obere momentane Grenzwert trqMax auf das Basismoment Eng_trqBs und der untere momentane Grenzwert trqMin wird rampenförmig an das minimale Basismoment Eng_trqBsMin geführt. Zum Zeitpunkt T3 springt dann das begrenzte Sollmoment trqDesEngLtd auf den Wert des Sollmoments trqDesEng und, wenn der Wert des Sollmoments trqDesEng den rampenförmigen Verlauf des unteren momentanen Grenzwert trqMin unterschreitet, wird dann entsprechend des rampenförmigen Verlaufs des unteren momentanen Grenzwertes trqMin bis zu dem Wert des minimalen Basismoments Eng_trqBsMin geführt.
Alternativ kann zum Zeitpunkt T3 der untere momentane Grenzwert trqMin zunächst auf den Wert des unbegrenzten Sollmoments trqDesEng springen und von dort beginnend rampenförmig an das minimale Basismoment Eng_trqBsMin geführt werden, um die Verweildauer im stationär nicht zulässigen Bereich zu verkürzen. Dadurch wird erreicht, dass keine zusätzlichen Sprünge im begrenzten Sollmoment trqDesEngLtd auftreten.
Alternativ kann der Sprung des begrenzten Sollmoments trqDesEngLtd zum Zeitpunkt T3 vermieden werden, wenn ab dem Zeitpunkt T3 der obere momentane Grenzwert trqMax sprungfrei, d.h. z.B. auch rampenförmig zum Basismoment Eng_trqBs verläuft. Das begrenzte Sollmoment trqDesEngLtd innerhalb des im Normalbetrieb stationär nicht zulässigen Momentenbereichs liegt auch beim Wechsel in den Einspritzbetrieb aller Zylinder aus dem Schu- babschaltungsbetrieb nur temporär vor. Die rampenförmigen Verläufe des unteren und oberen momentanen Grenzwertes trqMin, trqMax, deren Steigung an die aktuellen Betriebspunkte wie Drehzahl, Temperatur und dgl. angepasst werden können, von dem unteren momentanen Grenzwert trqMin bzw. dem oberen momentanen Grenzwert trqMax beim Durchqueren des im Normalbetrieb stationär nicht zulässigen Momentenbereichs sind nur beispielhaft. Andere zeitliche Verläufe oder Abhängigkeiten von weiteren Parametern sind ebenso denkbar. Beispielsweise können exponentielle oder geglättete Verläufe der oberen bzw. unteren momentanen Grenzwerte vorgesehen werden.
Eine schnelle Änderung des unteren momentanen Grenzwertes trqMin bzw. des oberen momentanen Grenzwertes trqMax zwischen dem Minimalmoment Eng_trqMin und dem minimalen Basismoment Eng_trqBsMin sind z.B. bezüglich der Abgasemissionen optimal, führen jedoch zu einem sich schnell ändernden begrenzten Sollmoment trqDesEngLtd, das den Fahrkomfort beeinträchtigen kann. Wenn bei Hybridantrieben eine Kompensation des sich schnell ändernden begrenzten Sollmoments trqDesEngLtd durch einen oder mehrere Elektromotoren oder Hydraulikmotoren möglich ist, sind schnelle Wechsel anzustreben. Bei Hybridfahrzeugen sind die Verläufe des unteren momentanen Grenzwertes trqMin bzw. des oberen momentanen Grenzwertes trqMax vorteilhaft von den Betriebspunkten einer oder mehrerer der E- lektromotoren oder Hydraulikmotoren bzw. eines elektrischen Bordnetzes oder einer Hydraulikversorgung abhängig.
Zum Zeitpunkt T4 beendet der Momentenanforderer 4 durch Ändern des Pegels des Betriebsartsignals bNorm auf einen Low-Pegel den Normalbetrieb, z.B. weil ein sicherheitskritischer ESP-Eingriff mit hoher Priorität vorliegt. Die momentanen Grenzwerte werden dann mit trqMin = Eng_trqMin und trqMax = Eng_trqBs für den gesamten Momentenstellbereich des Verbrennungsmo- tors 2 freigegeben. Das begrenzte Sollmoment trqDesEngLtd entspricht dem Sollmoment trqDesEng, das von einem Momentenanforderer hoher Priorität (z.B. einem ESP-Block) vorgegeben wird. Das Eingriffssignal bCtOff ist dem Betriebsartsignal bNorm untergeordnet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechen die stationär zulässigen Momentenbereiche dem Momentenbereich zwischen dem Basismoment Eng_trqBs und dem minimalen Basismoment Eng_trqBsMin sowie dem Verlustmoment Eng_trqMin im Schubabschaltungsbetrieb des Verbrennungsmotors 2. Es können alternativ oder zusätzlich weiterhin auch andere Momentenbereiche, die stationär nutzbar bzw. zulässig sind, definiert werden, die voneinander durch einen Momentenbereich beabstandet sind, in dem eine stationäre Nutzung im Normalbetrieb nicht zulässig ist.
Die Dauer des rampenförmigen Verlaufs, d.h. die Dauer, während der der obere momentane Grenzwert trqMax vom minimalen Basismoment Eng_trqBsMin zum Minimalmoment Eng_trqMin verläuft, kann beispielsweise zwischen 100 ms und 500 ms liegen abhängig von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors 2. Der rampenförmige Verlauf des unteren momentanen Grenzwertes trqMin kann den gleichen Betrag des Gradienten der Rampe des Verlaufs des oberen momentanen Grenzwertes trqMax aufweisen oder einen davon verschiedenen Betrag des Gradienten aufweisen.
Anstelle der Vorgabe des unteren und oberen Grenzwertes trqMin, trqMax kann die Vorgabegröße, d.h. das begrenzte Sollmoments trqDesEngLtd, entsprechend einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf durch den stationär nicht- zulässigen Momentenbereich geführt werden. Der zeitliche Verlauf, der beispielsweise einer Rampenfunktion oder einer sonstigen monotonen Funktion entsprechen kann, bestimmt, dass das begrenzte (geführte) Sollmoment trqDesEngLtd nicht länger als eine vorgegebene Maximaldauer innerhalb des stationär nicht-zulässigen Momentenbereichs verbleibt. Durch das Vorsehen des zeitlichen Verlaufs, mit dem das begrenzte (geführte) Sollmoment trqDesEngLtd geführt wird, kann einerseits ein abrupter Übergang zwischen den Momentenbereichen vermieden werden und andererseits ein zu langes, unerwünschtes Verweilen im stationär nicht-zulässigen Momentenbereich vermieden werden.
Die vorgegebene Maximaldauer ist so gewählt, dass sie einerseits einen den Fahrkomfort beeinträchtigenden Übergang zwischen den stationär zulässigen Momentenbereichen vermeidet und andererseits die Zeitdauer, während der der stationär nicht-zulässige Momentenbereich vorliegt, aus den oben beschriebenen Gründen des Motorschutzes möglichst gering hält. Beispiels- weise sollte die Maximalzeitdauer zudem mindestens einer Zeitdauer entsprechen, bei der gewährleistet ist, dass während des Übergangs zwischen den stationär zulässigen Momentenbereichen keine Beschleunigung bzw. keine Drehmomentenänderung stattfindet, dessen Betrag über einem bestimmten, vorgegebenen Schwellenwert liegt. Die Zeitdauer könnte also durch die Größe des stationär nichtzulässigen Momentenbereichs dividiert durch die maximal gewünschte Drehmomentenänderung definiert werden. Vorzugsweise beträgt bei herkömmlichen Fahrzeugen bzw. Motorsystemen die vorgegebene Maximaldauer zwischen 0,1 und 5 Sekunden, insbesondere zwischen 0,5 und 2 Sekunden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinheit (2), insbesondere eines
Verbrennungsmotors, mit folgenden Schritten: - Bereitstellen einer Vorgabegröße (trqDesEng) zum Ansteuern der
Antriebseinheit (2), um eine Ausgangsgröße bereitzustellen;
- Bereitstellen einer Angabe von betriebspunktabhängigen Ausgangsgrößen-Bereichen für die bereitgestellte Vorgabegröße (trqDesEng), in denen ein stationärer Betrieb der Antriebseinheit (2) zulässig ist, wo- bei zwischen den betriebspunktabhängigen Ausgangsgrößen-
Bereichen ein stationär nicht-zulässiger Ausgangsgrößen-Bereich definiert ist;
- wenn in einer Übergangsbetriebsart eine Änderung der Vorgabegröße (trqDesEng) für die Antriebseinheit (2) ein Durchqueren des statio- när nicht-zulässigen Ausgangsgrößen-Bereichs erfordert, Ansteuern der Antriebseinheit (2) anhand einer geführten Vorgabegröße (trqDe- sEngLtd), wobei die geführte Vorgabegröße (trqDesEngLtd) durch ein Führen der Vorgabegröße (trqDesEng) bestimmt wird, so dass die Dauer, während der die Antriebseinheit (2) zum Bereitstellen der geführten
Vorgabegröße (trqDesEngLtd) innerhalb des stationär nichtzulässigen Ausgangsgrößen-Bereichs angesteuert wird, auf eine vorgegebene Maximaldauer begrenzt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Führen der Vorgabegröße
(trqDesEng) durch Begrenzen der Vorgabegröße (trqDesEng) bezüglich einem oder mehreren Grenzwerten (trqMax, trqMin) durchgeführt wird, um die geführte Vorgabegröße (trqDesEngLtd) zu erhalten, wobei sich der Grenzwert bzw. die Grenzwerte (trqMax, trqMin) aus einem oder mehreren vorgegebenen Grenzwerteverläufen zwischen einem ersten der Ausgangsgrößen-Bereiche und einem zweiten der Ausgangsgrößen-Bereiche ergeben.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Vorgabegröße (trqDesEngLtd) auf den ersten oder zweiten Ausgangsgrößen-Bereich begrenzt wird, wenn keine Übergangsbetriebsart vorliegt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei der erste und der zweite Ausgangsgrößen-Bereich jeweils durch eine untere Ausgangsgrößen-Bereichsgrenze und eine obere
Ausgangsgrößen-Bereichsgrenze definiert sind, wobei die obere Ausgangsgrößen-Bereichsgrenze des zweiten Ausgangsgrößen-Bereich kleiner ist als die untere Ausgangsgrößen-Bereichsgrenze des ersten Ausgangsgrößen-Bereich, wobei der Grenzwerteverlauf monoton und stetig zwischen der oberen
Ausgangsgrößen-Bereichsgrenze des zweiten Ausgangsgrößen- Bereich und der unteren Ausgangsgrößen-Bereichsgrenze des ersten Ausgangsgrößen-Bereich innerhalb der vorgegebenen Maximaldauer definiert ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Vorgabegröße (trqDesEng) einer Sollmomentangabe bzw. die Ausgangsgrößen-Bereiche Momentbereichen entsprechen.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der erste Momentenbereich als der Momentenbereich zwischen einem minimalen Basismoment, das bei der bestehenden Luftfüllung in den Zylindern das minimal durch Eingriff in den Zündwinkel bereitstellbare Antriebsmoment angibt, und einem optimalen Basismoment, das das bei der bestehenden Luftfüllung in den Zylindern das maximale, durch Eingriff in den Zündwinkel bereitstellbare Antriebsmoment angibt, definiert ist und/oder wobei der zweite Momentenbereich ein Minimalmonnent darstellt, das durch das von der Antriebseinheit (2) bei dem momentanen Betriebspunkt bereitgestellte Moment in einem Schubabschaltungsbetrieb bestimmt ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei bei Vorliegen der Übergangsbetriebsart bei einer Änderung des Betriebspunktes der Antriebseinheit (2) von dem ersten Momentenbereich zu dem zweiten Momentenbereich die Sollmomentangabe (trqDesEng) auf einen durch einen ersten Grenzwerteverlauf vorgegebenen oberen Grenz- wert (trqMax) begrenzt wird, wenn die Sollmomentangabe (trqDesEng) innerhalb des stationär nicht-zulässigen Momentenbereichs liegt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei bei Vorliegen der Übergangsbetriebsart bei einer Änderung des Betriebspunktes der Antriebseinheit (2) von dem zweiten Momentenbereich zu dem ersten Momentenbereich die Sollmomentangabe (trqDesEng) auf einen durch einen zweiten Grenzwerteverlauf vorgegebenen unteren Grenzwert (trqMin) begrenzt wird, wenn die Sollmomentangabe (trqDesEng) innerhalb des stationär nicht-zulässigen Momentenbereichs liegt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei bei Vorliegen der Übergangsbetriebsart bei einer Änderung des Betriebspunktes der An- triebseinheit (2) von dem zweiten Momentenbereich zu dem ersten
Momentenbereich die Sollmomentangabe (trqDesEng) auf einen durch einen dritten Grenzwerteverlauf vorgegebenen oberen Grenzwert (trqMax) begrenzt wird, wenn die Sollmomentangabe (trqDesEng) innerhalb des stationär nicht-zulässigen Momentenbereichs liegt.
10.Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei bei Vorliegen der Übergangsbetriebsart bei einer Änderung des Betriebspunktes der Antriebseinheit (2) von dem ersten Momentenbereich zu dem zweiten Momentenbereich die Sollmomentangabe (trqDesEng) auf einen durch einen vierten Grenzwerteverlauf vorgegebenen unteren Grenzwert (trqMin) begrenzt wird, wenn die Sollmomentangabe (trqDesEng) innerhalb des stationär nicht-zulässigen Momentenbereichs liegt.
11.Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei das Begrenzen der Sollmomentangabe bezüglich einem oder mehreren Grenzwerten
(trqMax, trqMin) abhängig von einem Betriebsartsignal durchgeführt wird, das angibt, ob ein Normalbetrieb oder ein Ausnahmebetrieb vorliegt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei die Übergangsbetriebsart abhängig von einem Eingriffsignal bestimmt wird, wobei das Eingriffsignal die Änderung des Betriebspunktes der Antriebseinheit (2), die ein Durchqueren des stationär nicht-zulässigen Ausgangsgrößen-Bereich erfordert, anzeigt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, das Führen der Vorgabegröße (trqDesEng) so durchgeführt wird, dass die Vorgabegröße trqDesEng innerhalb des stationär nicht-zulässigen Ausgangsgrößen- Bereichs einen vorgegebenen zeitlichen Verlauf aufweist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der vorgegebene zeitliche Verlauf so bemessen ist, dass die geführte Vorgabegröße mit Ablauf der vorgegebenen Maximaldauer den nachfolgenden stationär zulässigen Betriebsbereich erreicht.
15. Vorrichtung zum Betreiben einer Antriebseinheit (2), umfassend:
- einen Anforderer zum Bereitstellen einer Vorgabegröße (trqDesEng) zum Ansteuern der Antriebseinheit (2), um eine Ausgangsgröße bereitzustellen;
- eine Vorgabegrößeführungseinrichtung (5) zum Führen der Vorgabegröße (trqDesEng); - eine Motorsteuereinheit (3), um die Antriebseinheit (2) zu betreiben, so dass eine Ausgangsgröße der Antriebseinheit (2) entsprechend der geführten Vorgabegröße (trqDesEngLtd) bereitgestellt wird;
- eine Führungseinheit (6), die ausgebildet ist,
- um eine Angabe von betriebspunktabhängigen Ausgangsgrö- ßen-Bereichen für die bereitgestellte Vorgabegröße (trqDesEng), in denen ein stationärer Betrieb der Antriebseinheit (2) zulässig ist, bereitzustellen, wobei zwischen den betriebspunktabhängigen Ausgangsgrößen-Bereichen ein stationär nicht-zulässiger Ausgangsgrößen-Bereich definiert ist; und - um, wenn in einer Übergangsbetriebsart eine Änderung der
Vorgabegröße (trqDesEng) für die Antriebseinheit (2) ein Durchqueren des stationär nicht-zulässigen Ausgangsgrößen-Bereichs erfordert, die Antriebseinheit (2) anhand der geführten Vorgabegröße (trqDesEngLtd) anzusteuern, wobei die geführte Vorgabegröße (trqDesEngLtd) durch ein Führen der Vorgabegröße (trqDesEng) bestimmt wird, so dass die Dauer, während der die Antriebseinheit (2) zum Bereitstellen der geführten Vorgabegröße (trqDesEngLtd) innerhalb des stationär nichtzulässigen Ausgangsgrößen-Bereichs angesteuert wird, auf eine vor- gegebene Maximaldauer begrenzt ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Anforderer einem Momen- tenanforderer, die Führungseinheit einer Begrenzungseinheit und die Vorgabegrößeführungseinrichtung einem Sollmomentenbegrenzer entsprechen.
17.Motorsystem mit einer Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16 und einer Motorsteuereinheit (3), die abhängig von der geführten Vorgabegröße (trqDesEngLtd) eine Antriebseinheit (2) ansteuert.
i 1 δ.Computerprogramm, das, wenn es auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 ausführt.
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