DE10015921A1 - Verfahren zum Zuschalten eines Laders zur Förderung der Ladeluft in einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Zuschalten eines Laders zur Förderung der Ladeluft in einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Vor dem Beschleunigungsvorgang des Laders werden die Zündzeitpunkte für die Brennkraftmaschine nach spät verschoben und zur entsprechenden Drehmomentkompensation der Füllungsgrad erhöht. Während des Beschleunigungsvorgangs des Laders wird der dadurch bewirkte Drehmomenteinbruch an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine durch entsprechende Verstellung der Zündzeitpunkte nach früh kompensiert, und anschließend werden der Füllungsgrad und die Zündzeitpunkte der Brennkraftmaschine auf die ursprünglichen Werte oder auf Werte zurückgeführt, die von der elektronischen Motorsteuereinrichtung entsprechend den dann vorliegenden Parametern vorgegeben werden. Hierdurch kann die Zuschaltung des Laders auch bei höheren Motordrehzahlen praktisch ruckfrei erfolgen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuschalten eines La­ ders zur Förderung der Ladeluft in einer fremdgezündeten Brenn­ kraftmaschine, wobei derartige Lader beispielsweise aus der DE 44 41 164 C2 oder der DE 195 33 333 A1 bekannt sind. Derartige Lader werden üblicherweise von der Brennkraftmaschine über eine Kupplung angetrieben und werden mit Hilfe dieser Kupplung nur dann zugeschaltet, wenn ein entsprechender Leistungsbedarf vor­ liegt. Bei niedriger Last ist der Lader durch die Kupplung von der Brennkraftmaschine antriebsmäßig getrennt und läuft somit nicht mit.

Beim Zuschalten des Laders durch Einrücken bzw. Schließen der Kupplung entsteht ein Drehmomenteneinbruch an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, der sich als unkomfortabler Ruck äu­ ßert. Um diesen Ruck zu vermeiden, ist es bekannt, entweder den Lader nur bei sehr niedrigen Drehzahlen zuzuschalten, bei denen durch entsprechend geringeren Drehmomenteneinbruch der Ruck re­ lativ klein ist, oder aber den Lader ständig anzutreiben, also immer zugeschaltet zu lassen. Die ständige Zuschaltung vermei­ det zwar jeglichen Ruck, führt jedoch zu relativ hohen und un­ erwünschten Leistungsverlusten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zu schaffen, durch das auch bei hohen Drehzahlen der Brennkraftma­ schine eine im Wesentlichen ruckfreie Zuschaltung des Laders erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass vor dem Beschleunigungsvorgang des Laders die Zündzeitpunkte für die Brennkraftmaschine nach spät verschoben und zur entsprechenden Drehmomentkompensation der Füllungsgrad erhöht wird, dass wäh­ rend des Beschleunigungsvorgangs des Laders der dadurch bewirk­ te Drehmomenteinbruch an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine durch entsprechende Verstellung der Zündzeitpunkte nach früh kompensiert wird, und dass anschließend der Füllungsgrad und die Zündzeitpunkte der Brennkraftmaschine auf die ursprüngli­ chen Werte oder auf Werte zurückgeführt werden, die von der Mo­ torsteuerung entsprechend den dann vorliegenden Parametern vor­ gegeben werden.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen insbe­ sondere darin, dass durch die Spätverstellung der Zündzeitpunk­ te ein Reservemoment aufgebaut wird, das durch plötzliche Früh­ verstellung der Zündzeitpunkte sehr schnell zur Wirkung ge­ bracht werden kann, wenn der Lader beschleunigt wird. Der von der Laderzuschaltung hervorgerufene Drehmomenteinbruch an der Kurbelwelle kann dadurch sehr schnell und nahezu vollständig ausgeglichen werden. Dabei wird lediglich das erforderliche Re­ servemoment vorgesteuert, die eigentliche Umsetzung des Drehmo­ ments mittels Zylinderfüllungsgrad (Drosselklappenwinkel) und einer Verschiebung der Zündzeitpunkte wird aus der Momen­ tenstruktur herausgeregelt. Der Komfort beim Zuschalten des me­ chanischen Laders wird dadurch wesentlich verbessert, auch ge­ genüber einem System mit einer Zuschaltung des Laders bei sehr niedrigen Drehzahlen. Durch die Möglichkeit einer komfortablen sehr späten Zuschaltung des mechanischen Laders ohne Komfort­ verlust, also auch bei hohen Drehzahlen, kann ein Ottomotor sehr lange im saugmotorischen Bereich gefahren werden, was zu einer nicht unerheblichen Kraftstoffeinsparung und damit Kos­ teneinsparung führt. Die funktionelle Änderung der Vorgänge beim Zuschalten des Laders betrifft nur Teilbereiche der gesam­ ten Motorsteuerung, so dass alle übrigen Funktionsblöcke unver­ ändert übernommen werden können. Dies bedeutet beispielsweise, dass bei einer softwaremäßigen Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens das Hauptprogramm der Motorsteuerung nur relativ geringfügig geändert werden muss.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich.

Auf ein Laderzuschaltsignal hin wird dieses oder ein Betäti­ gungssignal für eine Laderzuschaltkupplung zeitlich verzögert, damit auch bei ungünstigen Fällen ausreichend Zeit zur Schaf­ fung eines Reservemoments durch Spätverschiebung der Zündzeit­ punkte verbleibt.

Auf ein Laderzuschaltsignal hin wird ein Steuerfenstersignal erzeugt, innerhalb dem der Zuschaltvorgang des Laders und die damit in Verbindung stehenden Eingriffe in die Zündzeitpunkt- und Füllungsgradsteuerung ablaufen, die insbesondere durch die­ ses Signal ausgelöst werden. Durch dieses Steuerfenstersignal werden die Eingriffe in die Motorsteuerung zeitlich begrenzt. Um auch bei unterschiedlichen Verhältnissen ein ausreichend großen Reservemoment zu schaffen, erfolgt die Zündzeitpunktver­ schiebung nach spät und die entsprechende Füllungsgraderhöhung in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit wenigstens der Drehzahl und der Last. Hierzu wird vorzugsweise ein kennfeldabhängiger Wert für das statische Lastmoment des Laders in Abhängigkeit wenigstens der Drehzahl und der Last ermittelt, wobei die Zünd­ zeitpunktverschiebung nach spät und die entsprechende Füllungs­ graderhöhung rampenartig in Abhängigkeit dieses Werts durchge­ führt wird.

Zur optimalen Kompensierung eines durch die Laderzuschaltung hervorgerufenen Drehmomenteinbruchs erfolgt die Zündzeitpunkt­ verstellung nach früh während des Beschleunigungsvorgangs des Laders drehzahlabhängig, wobei in vorteilhafter Weise ein dreh­ zahlabhängiger dynamischer Lastmomentwert gebildet wird, in Ab­ hängigkeit dessen der Wert für die Zündzeitpunktverstellung nach früh bestimmt wird. Zweckmäßigerweise wird dann der dynamische Lastmomentwert und der statische Lastmomentwert überla­ gert, insbesondere addiert, so dass in Abhängigkeit des Summen­ werts auf die Motorsteuerung eingegriffen werden kann.

Zur Ermittlung des dynamischen Lastmomentwerts werden in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wenigstens zwei ge­ speicherte dynamische Lastmomentwerte alternativ in Abhängig­ keit der jeweils vorliegenden Drehzahl vorgegeben. Eine noch exaktere Vorgabe des dynamischen Lastmomentwerts kann kennfeld­ abhängig wenigstens in Abhängigkeit der Drehzahl erfolgen.

Um die Wirkung des Reservemoments zeitlich exakt festzulegen, wird in vorteilhafter Weise ein Beschleunigungszeitsignal als Zeitfenster für die Zündzeitpunktverstellung nach früh gebil­ det, das um ein Totzeitsignal verzögert nach dem Signalbeginn des Laderzuschaltsignals erzeugt wird, und dessen Länge im We­ sentlichen der Beschleunigungszeit des Laders entspricht. Die­ ses Totzeitsignal entsteht zum einen durch die verzögerte Ein­ schaltung beispielsweise der Kupplung und durch die natürliche Totzeit, bis der Lader tatsächlich beschleunigt.

Wenn der Lader seine vorgesehene Drehzahl erreicht hat, also nach dem Beschleunigungszeitsignal wird ab dessen Signalende die Rückführung des Füllungsgrads und der Zündzeitpunkte einge­ leitet, wobei die Rückführung auch hier vorzugsweise rampenar­ tig erfolgt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar­ gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild als Ausführungsbei­ spiel für eine Ladersteuerung zur Einschaltung des La­ ders und

Fig. 2 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Zum Zuschalten eines nicht dargestellten Laders zur Förderung der Ladeluft in einer fremdgezündeten, ebenfalls nicht darge­ stellten Brennkraftmaschine dient eine Kupplung 10, über die der Lader von der Brennkraftmaschine antreibbar ist. Dies ist im eingangs angegebenen Stand der Technik dargestellt und be­ schrieben. Beispielsweise bei erhöhtem Leistungsbedarf der Brennkraftmaschine erzeugt ein nicht dargestelltes elektroni­ sches Motorsteuergerät ein Laderzuschaltsignal Lz, mit dem eine Zeitsteuereinrichtung 11 getriggert wird. Diese erzeugt dann ein Laderkupplungssignal Lk, dessen Einschaltflanke zeitlich versetzt ist, im Ausführungsbeispiel um 40 ms. Durch dieses La­ derkupplungssignal Lk wird die Kupplung 10 eingerückt, so dass der Lader von der Brennkraftmaschine angetrieben wird und nach einer gewissen Totzeit in einer Beschleunigungsphase bis auf eine Drehzahl beschleunigt wird, die in Abhängigkeit des Über­ setzungsverhältnisses des Antriebsstrangs von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängt.

Die Einschaltverzögerung für das Laderkupplungssignal Lk und die Totzeit für das Schalten der Kupplung ergeben eine Zeit­ spanne, die von der Zeitsteuereinrichtung 11 intern als Tot­ zeitsignal aus Tk für die Kupplung gebildet wird und im Ausfüh­ rungsbeispiel 100 ms beträgt. Mit dem Signalende dieses Tot­ zeitsignals Tk wird ein Beschleunigungszeitsignal Bl für den Lader generiert, das ausgangsseitig an der Zeitsteuereinrich­ tung 11 anliegt. Dieses Beschleunigungszeitsignal gibt diejeni­ ge Zeitspanne wieder, die der Lader für seine Beschleunigungs­ phase benötigt, im Ausführungsbeispiel 30 ms. Zusätzlich wird durch die Endflanke des Totzeitsignals Tk ein Restzeitsignal Rs intern ausgelöst, dessen Länge im Ausführungsbeispiel 80 ms be­ trägt, wobei sich das Totzeitsignal Tk und das Restzeitsignal Rs zu einem Steuerfenstersignal Sf aufsummieren, das ausgangs­ seitig an der Zeitsteuereinrichtung abgebeben wird und das die­ jenige Zeitspanne vorgibt in der die nachfolgend beschriebenen Vorgänge beim Zuschalten des Laders ablaufen, im Ausführungs­ beispiel 180 ms.

Die Länge der beschriebenen Zeitsignale und Verzögerungszeiten können empirisch in Abhängigkeit der jeweils eingesetzten Kom­ ponenten und Parameter festgelegt oder auch wenigstens teilwei­ se berechnet werden, wobei auch eine parameterabhängige Beein­ flussung dieser Zeitsignale möglich ist, beispielsweise eine Beeinflussung in Abhängigkeit der Drehzahl, der Temperatur und anderer Parameter, die die zeitlichen Vorgänge beim Zuschalten des Laders beeinflussen.

Der Kern der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Reserve­ moment vorzeitig aufzubauen, damit der bei der Laderzuschaltung hervorgerufene Drehmomenteinbruch an der Kurbelwelle der Brenn­ kraftmaschine ausgeglichen werden kann, was sehr schnell erfol­ gen muss. Hierzu wird mit dem Steuerfenstersignal Sf eine Zünd­ steuereinrichtung 12 und eine Füllungsgradsteuerung 13 für die Brennkraftmaschine angesteuert. Wie aus Fig. 2 erkennbar ist, werden durch die Zündsteuereinrichtung 12 die Zündzeitpunkte für die Brennkraftmaschine rampen- bzw. stufenartig nach spät (s) verstellt, was zu einer Reduzierung des Antriebsmoments der Brennkraftmaschine führt, und gleichzeitig wird durch die Fül­ lungsgradsteuerung 13 der Füllungsgrad, also die Luftzuführung beispielsweise durch Öffnen der Drosselklappe der Brennkraftma­ schine erhöht, was prinzipiell zu einer Drehmomenterhöhung führt. Diese beiden Veränderungen sind so bemessen, dass sie sich bezüglich des Antriebsmoments gegenseitig kompensieren und daher zunächst auf das Gesamtdrehmoment keinerlei Auswirkungen haben. Zur Festlegung der Größe der Zündzeitpunktverschiebung und der Füllungsgraderhöhung wird durch ein Kennfeld 14 ein statisches Lastmoment LMs des Laders in Abhängigkeit der Lader­ drehzahl nl und der Last tl gebildet. Dieses statische Lastmo­ ment LMs wird über eine Addierstufe 15 der Zündsteuereinrich­ tung 12 zugeführt und bestimmt die Größe der Zündzeitpunktver­ schiebung nach spät. Bei der Drehzahl nl handelt es sich um die Laderdrehzahl, jedoch kann es sich selbstverständlich auch um die Drehzahl der Brennkraftmaschine handeln, die sich um einen bestimmten Übersetzungsfaktor von der Laderdrehzahl unterscheidet. Im Ausführungsbeispiel wird die Bildung dieses statischen Lastmoments LMs nur während der Zeitspanne des Laderkupglungs­ signals Lk erzeugt, da auch nach der Zuschaltung des Laders dessen Antrieb eine Drehmomentverringerung bewirken würde, die kompensiert werden muss.

Während des Beschleunigungszeitsignals Bl wird dem Signal für das statische Lastmoment LMs noch ein Signal für ein durch das Einschalten des Laders erzeugtes dynamisches Lastmoment LMd über die Addierstufe 15 überlagert. Dieses Beschleunigungszeit­ signal Bl steuert hierzu eine Umschaltstufe 16, an der außer­ halb des Beschleunigungszeitsignals Bl ein Null-Signal anliegt, d. h., es liegt dann keine Beeinflussung des statischen Lastmo­ ments LMs vor. Während des Beschleunigungszeitsignals Bl er­ folgt eine Umschaltung der Umschaltstufe 16, und mittels einer weiteren Umschaltstufe 17 wird alternativ in Abhängigkeit der Drehzahl nl ein niedrigeres dynamisches Lastmomentsignal LMd1 oder ein höheres dynamisches Lastmomentsignal LMd2 vorgegeben. Hierzu wird die Umschaltstufe 17 in Abhängigkeit einer Dreh­ zahlschaltstufe 18 umgeschaltet, die oberhalb einer Solldreh­ zahl ns von beispielsweise 2000 U/s ein Umschaltsignal erzeugt, durch das auf das höhere dynamische Lastmomentsignal LMd2 umge­ schaltet wird.

Das der Addierstufe 15 zugeführte dynamische Lastmomentsignal LMd bewirkt während der Zeit des Beschleunigungszeitsignals Bl eine plötzliche Zündzeitpunktverstellung in Richtung früh, durch die der von der Laderzuschaltung hervorgerufene Drehmo­ menteinbruch an der Kurbelwelle kompensiert wird, so dass die Zuschaltung des Laders ruckfrei erfolgt.

An Stelle der Umschaltung zwischen zwei dynamischen Lastmoment­ signalen LMd1 und LMd2 kann diese Umschaltung auch in einer größeren Zahl von Stufen oder auch nur in einer einzigen Stufe erfolgen. Weiterhin kann zur noch exakteren Vorgabe des dynami­ schen Lastmomentsignals ein Kennfeld vorgesehen sein, dass die Vorgabe in Abhängigkeit der Drehzahl nl oder auch zusätzliche Parameter vornimmt.

Nach der Beschleunigungsphase des Laders, also am Ende des Be­ schleunigungszeitsignals Bl erfolgt eine Rückführung der Zünd­ zeitpunkte und des Füllungsgrads wiederum stufen- bzw. rampen­ artig auf die ursprünglichen Werte oder auf diejenigen Werte, die von einem elektronischen Motorsteuergerät in Abhängigkeit der dann vorliegenden Parameter optimal vorgegeben werden. We­ nigstens die Zündzeitpunkte werden dann noch während des Be­ triebs des Laders durch das statische Lastmoment LMs geringfü­ gig beeinflusst.

Die in Fig. 1 dargestellten elektronischen Komponenten können selbstverständlich Bestandteil eines zentralen elektronischen Motorsteuergeräts sein, wobei die beschriebenen Funktionen auch softwaremäßig durch den zentralen Prozessor und die damit ver­ bundenen Komponenten realisiert werden können.

Claims (13)

1. Verfahren zum Zuschalten eines Laders zur Förderung der Ladeluft in einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Beschleunigungsvorgang des Laders die Zündzeitpunkte für die Brennkraftmaschine nach spät ver­ schoben und zur entsprechenden Drehmomentkompensation der Fül­ lungsgrad erhöht wird, dass während des Beschleunigungsvorgangs des Laders der dadurch bewirkte Drehmomenteinbruch an der Kur­ belwelle der Brennkraftmaschine durch entsprechende Verstellung der Zündzeitpunkte nach früh kompensiert wird, und dass an­ schließend der Füllungsgrad und die Zündzeitpunkte der Brenn­ kraftmaschine auf die ursprünglichen Werte oder auf Werte zu­ rückgeführt werden, die von der elektronischen Motorsteuerein­ richtung entsprechend den dann vorliegenden Parametern vorgege­ ben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf ein Laderzuschaltsignal (Lz) hin dieses oder ein Betäti­ gungssignal (Lk) für eine Laderzuschaltkupplung (10) zeitlich verzögert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf ein Laderzuschaltsignal (Lz) hin ein Steuerfenstersig­ nal (Sf) erzeugt wird, innerhalb dem der Zuschaltvorgang des Laders und die damit in Verbindung stehenden Eingriffe in die Zündzeitpunkt- und Füllungsgradsteuerung ablaufen, die insbe­ sondere durch dieses Signal (Sf) ausgelöst werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Zündzeitpunktverschiebung nach spät und die Füllungsgraderhöhung in Abhängigkeit wenigstens der Drehzahl (nl) und der Last (Tl) durchgeführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein kennfeldabhängiger Wert für das statische Lastmoment (LMs) des Laders in Abhängigkeit wenigstens der Drehzahl (nl) und der Last (Tl) ermittelt wird und dass die Zündzeitpunktverschiebung nach spät und die Füllungsgraderhöhung vorzugsweise rampenartig in Abhängigkeit dieses Werts durchgeführt werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Zündzeitpunktverstellung nach früh während des Beschleunigungsvorgangs des Laders drehzahlab­ hängig erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein drehzahlabhängiger dynamischer Lastmomentwert (LMd) gebil­ det wird, in Abhängigkeit dessen der Wert für die Zündzeit­ punktverstellung nach früh bestimmt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der dynamische Lastmomentwert (LMd) und der statische Lastmomentwert (LMs) überlagert, insbesondere addiert werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, das wenigstens zwei gespeicherte dynamische Lastmomentwerte (LMd1, LMd2) in Abhängigkeit der jeweils vorliegenden Drehzahl (nl) vorgegeben werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorgabe des dynamischen Lastmomentwerts (LMd) kennfeldab­ hängig wenigstens in Abhängigkeit der Drehzahl erfolgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, dass ein Beschleunigungszeitsignal (Bl) als Zeit­ fenster für die Zündzeitpunktverstellung nach früh gebildet wird, das um ein Totzeitsignal (Tk) verzögert nach dem Signalbeginn des Laderzuschaltsignals (Lz) erzeugt wird, und dessen Länge im Wesentlichen der Beschleunigungszeit des Laders ent­ spricht.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Signalende des Beschleunigungszeitsignals (Bl) die Rückführung des Füllungsgrads und der Zündzeitpunkte eingelei­ tet wird, wobei die Rückführung vorzugsweise rampenartig er­ folgt.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass es in einer zentralen Motorsteuer­ einrichtung durchgeführt wird.