DE102009028108A1 - Verfahren für den Schubbetrieb eines Kraftfahrzeuges und Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug zur Durchführung eines derartigen Verfahrens - Google Patents

Verfahren für den Schubbetrieb eines Kraftfahrzeuges und Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug zur Durchführung eines derartigen Verfahrens Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für den Schubbetrieb eines mit einer Antriebseinheit ausgestatteten Kraftfahrzeuges mit einer mittels Bremspedal betätigbaren Bremse, wobei die Antriebseinheit eine Brennkraftmaschine umfasst, welche mit einer Kraftstoffversorgung und mit mindestens einer Ansaugleitung zur Versorgung mit Frischluft ausgestattet ist, wobei in der mindestens einen Ansaugleitung eine Drosselklappe angeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug zur Durchführung eines derartigen Verfahrens. Es soll ein Verfahren der oben genannten Art aufgezeigt werden, mit dem der Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges reduziert werden kann und welches keine automatisch betätigbare Kupplung erfordert. Erreicht wird dies durch ein Verfahren der genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass im Schubbetrieb die Verzögerung des Kraftfahrzeuges mittels elektronischer Steuerung reduziert wird, indem die Drosselklappe in Richtung Offenstellung verstellt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren für den Schubbetrieb eines mit einer Antriebseinheit ausgestatteten Kraftfahrzeuges mit einer mittels Bremspedal betätigbaren Bremse, wobei die Antriebseinheit eine Brennkraftmaschine umfaßt, welche mit einer Kraftstoffversorgung und mit mindestens einer Ansaugleitung zur Versorgung mit Frischluft ausgestattet ist, wobei in der mindestens einen Ansaugleitung eine Drosselklappe angeordnet ist.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
  • Aufgrund der begrenzten Ressourcen an fossilen Energieträgern, insbesondere aufgrund der begrenzten Vorkommen an Mineralöl als Rohstoff für die Gewinnung von Brennstoffen für den Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen, ist man bei der Entwicklung von Verbrennungsmotoren ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Dabei steht einerseits die verbesserte, d. h. effektivere Verbrennung im Vordergrund der Bemühungen. Andererseits können aber auch bestimmte Strategien im Hinblick auf den grundsätzlichen Betrieb der Brennkraftmaschine zielführend sein.
  • Ein Konzept zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs eines Fahrzeuges besteht beispielsweise darin, die Brennkraftmaschine – statt sie im Leelauf weiter zu betreiben – abzuschalten, wenn kein momentaner Leistungsbedarf besteht. In der Praxis bedeutet dies, dass zumindest bei Fahrzeugstillstand die Brennkraftmaschine ausgeschaltet wird. Ein Anwendungsfall ist der Stopp-and-Go-Verkehr, wie er sich beispielsweise im Stau auf Autobahnen und Landstraßen einstellt. Im innerstädtischen Verkehr ist der Stopp-and-Go-Verkehr infolge der vorhandenen und nicht aufeinander abgestimmten Ampelanlagen nicht mehr die Ausnahme, sondern sogar die Regel. Weitere Anwendungsfälle bieten beschrankte Bahnübergänge und dergleichen.
  • Einen ähnlichen Ansatzpunkt haben Strategien, die darauf abzielen, den Kraftstoffverbrauch im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine, in welchem ebenfalls kein momentaner Leistungsbedarf besteht, zu reduzieren, und die auch mit Konzepten der vorstehend beschriebenen Art kombiniert werden können.
  • Sämtlichen Strategien zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs im Schubbetrieb liegt der allgemeine Ansatz zugrunde, das Bremsmoment, welches im Schubbetrieb von der Brennkraftmaschine auf den Antriebsstrang übertragen wird, zu reduzieren, dadurch die Verzögerung zu vermindern und damit die Wegstrecke, die ausgehend von einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit ν aufgrund der Bewegungsenergie des Fahrzeuges zurückgelegt werden kann, zu verlängern. Da im Schubbetrieb üblicherweise die Kraftstoffversorgung abgeschaltet, d. h. deaktiviert wird, vermindert sich der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeuges in der Gesamtbilanz mit zunehmender im Schubbetrieb zurücklegbarer Wegstrecke, da sich der Kraftstoffverbrauch aus der eingesetzten Kraftstoffmenge und der mit dieser Kraftstoffmenge zurückgelegten Wegstrecke berechnet. Im Gegensatz zu den vorstehend genannten Konzepten wird die Brennkraftmaschine aber nicht abgeschaltet, sondern weiter betrieben, beispielsweise im Leerlauf.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einem konventionellen Schubbetrieb der Betriebszustand der Brennkraftmaschine bzw. des Fahrzeuges zu verstehen, in welchem bei geschlossener Kupplung, d. h. bei in Eingriff befindlicher Kupplung keine Lastanforderung vorliegt, d. h. der Fahrer das Gaspedal nicht betätigt. Sämtlichen im Rahmen der vorliegenden Erfindung erwähnten Schubbetriebsarten ist gemeinsam, dass keine Lastanforderung besteht.
  • Nach dem Stand der Technik ist die in einer Ansaugleitung angeordnete Drosselklappe im Schubbetrieb vollständig geschlossen, weshalb stromabwärts der Drosselklappe bei weiter oszillierenden Kolben ein Unterdruck generiert wird, der zu dem sogenannten Pumpen der Brennkraftmaschine führt. Dadurch ist zusätzliche Ladungswechselarbeit zu leisten. Die Ladungswechselarbeit bildet einen wesentlichen Anteil des Bremsmoments, welches im Schubbetrieb von der Brennkraftmaschine auf den Antriebsstrang übertragen wird.
  • Eine Strategie zur Minderung des Kraftstoffverbrauchs im Schubbetrieb, welche auch in der ATZ von 1999, Heft 9, Seite 438ff. beschrieben wird, sieht vor, die Kupplung im Schubbetrieb zu öffnen und damit die Brennkraftmaschine vom übrigen Antriebsstrang zu trennen. Auf diese Weise wird die Verzögerung des Kraftfahrzeuges reduziert, weil dadurch das üblicherweise im Schubbetrieb von der Brennkraftmaschine auf das Fahrzeug übertragene Bremsmoment als verzögernder Faktor eliminiert wird. Die Fahrzeugverzögerung wird dann bei geöffneter Kupplung maßgeblich durch den Rollwiderstand und den Luftwiderstand bestimmt. Eine Voraussetzung für die Anwendbarkeit dieser Strategie ist allerdings eine automatisch betätigbare Kupplung, d. h. eine Kupplung die mittels elektronischer Steuerung betätigbar ist, ohne dass der Fahrer handeln, d. h. aktiv werden muß. Insofern ist diese Strategie bei sämtlichen Kraftfahrzeugen, die mit einer manuell betätigbaren Kupplung ausgestattet sind, nicht einsetzbar.
  • Auch wenn die zur Ermittlung des Kraftstoffverbrauchs vorgeschriebenen Fahrzyklen in der Regel Verzögerungsphasen umfassen, die aufgrund der vergleichsweise großen Verzögerungsgradienten eine Betätigung der Fahrzeugbremse erfordern und daher für Strategien ungeeignet sind, bei welchen der Kraftstoffverbrauch im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine durch Reduzierung des Bremsmoments vermindert wird, treten im realen Straßenverkehr immer häufiger Verzögerungsphasen auf, die durch kleine Verzögerungsgradienten gekennzeichnet sind und in denen mittels Strategien der in Rede stehenden Art Kraftstoff eingespart werden kann.
  • Vor dem Hintergrund des zuvor Gesagten ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für den Schubbetrieb eines mit einer Antriebseinheit ausgestatteten Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, mit dem der Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges reduziert werden kann und welches keine automatisch betätigbare Kupplung erfordert.
  • Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bereitzustellen.
  • Gelöst wird die erste Aufgabe durch ein Verfahren für den Schubbetrieb eines mit einer Antriebseinheit ausgestatteten Kraftfahrzeuges mit einer mittels Bremspedal betätigbaren Bremse, wobei die Antriebseinheit eine Brennkraftmaschine umfaßt, welche mit einer Kraftstoffversorgung und mit mindestens einer Ansaugleitung zur Versorgung mit Frischluft ausgestattet ist, wobei in der mindestens einen Ansaugleitung eine Drosselklappe angeordnet ist, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass im Schubbetrieb die Verzögerung des Kraftfahrzeuges mittels elektronischer Steuerung reduziert wird, indem die Drosselklappe in Richtung Offenstellung verstellt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, die Drosselklappe zur Reduzierung der im Schubbetrieb auftretenden Verzögerung in Richtung Offenstellung zu verstellen.
  • Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird die in der Ansaugleitung angeordnete Drosselklappe bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Schubbetrieb nicht vollständig geschlossen bzw. geschlossen gehalten, sondern mehr oder weniger weit geöffnet. Das Öffnen der Drosselklappe wirkt dem Aufbau eines Unterdrucks stromabwärts der Drosselklappe bei weiter oszillierenden Kolben entgegen, wodurch die von der Brennkraftmaschine im Rahmen des Ladungswechsels dissipierte Energie vermindert wird. Als Folge dieser Maßnahme nimmt das Bremsmoment, welches im Schubbetrieb von der Brennkraftmaschine auf den Antriebsstrang bzw. das Fahrzeug übertragen wird, ab. Dadurch wird die Verzögerung des Kraftfahrzeuges reduziert, weshalb das Kraftfahrzeug – gleich große Fahrzeuggeschwindigkeiten vorausgesetzt – eine längere Wegstrecke zurücklegen kann. Der Kraftstoffverbrauch nimmt ab.
  • Während ein Öffnen der Kupplung im Schubbetrieb das von der Brennkraftmaschine ausgeübte Bremsmoment als verzögernden Faktor vollständig eliminiert, wird bei dem erfindungsgemäßen Öffnen der Drosselklappe das von der Brennkraftmaschine im Schubbetrieb auf den Antriebsstrang bzw. das Fahrzeug ausgeübte Bremsmoment lediglich reduziert.
  • Da die im Schubbetrieb auftretende Fahrzeugverzögerung erfindungsgemäß nicht durch Öffnen der Kupplung reduziert wird bzw. reduziert werden muß, erfordert das erfindungsgemäße Verfahren auch keine automatisch betätigbare Kupplung. Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich auf keine bestimmte Ausführungsform bzw. Bauweise einer Kupplung beschränkt und damit insbesondere auch für Fahrzeuge mit manuell betätigbarer Kupplung geeignet.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich ein Verfahren für den Schubbetrieb eines mit einer Antriebseinheit ausgestatteten Kraftfahrzeuges aufzuzeigen, mit dem der Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges reduziert werden kann und welches keine automatisch betätigbare Kupplung erfordert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht nicht nur ganz allgemein die Reduzierung der Fahrzeugverzögerung im Schubbetrieb, sondern darüber hinaus eine stufenlose Einstellung des von der Brennkraftmaschine ausgeübten Bremsmomentes durch ein mehr oder weniger starkes Schließen bzw. Öffnen der Drosselklappe und damit ein bedarfsgerechtes situationsangepaßtes Verzögern.
  • Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
    • – das von der Brennkraftmaschine auf das Fahrzeug ausgeübte Bremsmoment über die Stellung der Drosselklappe eingestellt wird.
  • Weitere vorteilhafte Verfahrensvarianten werden im Folgenden erörtert.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
    • – die Drosselklappe vollständig geöffnet wird.
  • Gemäß dieser Verfahrensvariante wird das von der Brennkraftmaschine auf das Fahrzeug ausgeübte Bremsmoment minimiert, wodurch eine weitestgehend mögliche Reduzierung der Fahrzeugverzögerung im Schubbetrieb erfolgt.
  • Die im Schubbetrieb ausgehend von einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit und einem gewählten Getriebegang zurücklegbare Wegstrecke wird maximiert, wodurch der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeuges minimiert wird.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
    • – die Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine bei geöffneter Drosselklappe deaktiviert wird.
  • Es ist vorteilhaft, die Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine abzuschalten, da im Schubbetrieb kein Leistungsbedarf besteht. Die Abschaltung der Kraftstoffzufuhr ist nicht nur hinsichtlich der Minimierung des Kraftstoffverbrauchs zielführend, sondern auch vorteilhaft hinsichtlich der Reduzierung der emittierten Schadstoffe, da mit der Einstellung der Verbrennung von Kraftstoff auch die Bildung von Schadstoffen unterbunden wird.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
    • – die Drosselklappe bei Betätigung des Bremspedals geschlossen wird, d. h. in Richtung Schließstellung verstellt wird bzw. geschlossen gehalten wird.
  • Eine Betätigung des Bremspedals wird gemäß der vorstehenden Verfahrensvariante dahingehend interpretiert, dass der Fahrer die bei geöffneter Drosselklappe generierte Fahrzeugverzögerung als unzureichend erachtet. D. h. die Betätigung des Bremspedals wird als Anforderung für eine erhöhte Fahrzeugverzögerung gewertet.
  • Folgerichtig wird das Fahrzeug unter Verwendung der elektronischen Steuerung automatisch, d. h. ohne dass der Fahrer aktiv handeln muß, in den konventionellen Schubbetrieb überführt, in welchem die Drosselklappe geschlossen ist. Wird das Fahrzeug bereits bei Betätigung des Bremspedals im konventionellen Schubbetrieb betrieben, wird dieser Betriebsmodus beibehalten.
  • Vorteilhaft sind dabei wiederum Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen
    • – die Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine deaktiviert wird.
  • Es wird Bezug genommen auf die hinsichtlich der Kraftstoffabschaltung bereits weiter oben gemachten Ausführungen.
  • Die zweite Teilaufgabe, nämlich eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einer der zuvor genannten Varianten bereitzustellen, wird gelöst durch eine Antriebseinheit, welche eine Brennkraftmaschine umfaßt, die mit einer Kraftstoffversorgung und mit mindestens einer Ansaugleitung zur Versorgung mit Frischluft ausgestattet ist, wobei in der mindestens einen Ansaugleitung eine Drosselklappe angeordnet ist, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Drosselklappe automatisch mittels elektronischer Steuerung betätigbar ist.
  • Das für das erfindungsgemäße Verfahren Gesagte gilt auch für die erfindungsgemäße Antriebseinheit.
  • Die Reduzierung der Verzögerung des Kraftfahrzeuges während des Schubbetriebs soll mittels elektronischer Steuerung automatisch erfolgen, ohne dass der Fahrer aktiv werden muß, d. h. ohne dass der Fahrer in den Betrieb eingreifen muß. Dies kann erfindungsgemäß nur dann realisiert werden, wenn die Drosselklappe automatisch mittels elektronischer Steuerung betätigbar ist.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß der 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
  • 1 schematisch in Gestalt eines Flußdiagramms die Verfahrensschritte einer ersten Ausführungsform des Verfahrens.
  • 1 zeigt schematisch in Gestalt eines Flußdiagramms die Verfahrensschritte einer ersten Ausführungsform des Verfahrens.
  • Da die Anwendung des Verfahrens einen Schubbetrieb erfordert, wird in einem ersten Verfahrensschritt diese Voraussetzung geprüft. Befindet sich das Fahrzeug nicht im konventionellen Schubbetrieb, ist das Verfahren beendet.
  • Ausgehend von einem konventionellen Schubbetrieb des Kraftfahrzeuges wird überprüft, ob das Bremspedal betätigt wird oder nicht. Eine Betätigung des Bremspedals wird als Anforderung für eine erhöhte Fahrzeugverzögerung gewertet, weshalb ein Öffnen der Drosselklappe unterbleibt, da dieses Öffnen eine Reduzierung der Fahrzeugverzögerung zur Folge hätte, was der Fahreranforderung entgegensteht. Vielmehr wird das Fahrzeug bei Betätigung des Bremspedals in den konventionellen Schubbetrieb überführt bzw. im konventionellen Schubbetrieb, von welchem eingangs des Verfahrens ausgegangen wird und in welchem die Drosselklappe geschlossen ist, weiter betrieben.
  • Wird hingegen das Bremspedal nicht betätigt, wird davon ausgegangen, dass die Fahrzeugverzögerung zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs reduziert werden kann.
  • Folgerichtig wird die Verzögerung des Kraftfahrzeuges unter Verwendung der elektronischen Steuerung automatisch, d. h. ohne dass der Fahrer aktiv handeln muß, reduziert und zwar indem die Drosselklappe in Richtung Offenstellung verstellt wird. Der dadurch generierte Betriebsmodus ist folglich durch eine geöffnete Drosselklappe gekennzeichnet.
  • Ausgehend von diesem modifizierten Schubbetrieb wird das Kraftfahrzeug in den konventionellen Schubbetrieb überführt, sobald das Bremspedal betätigt wird. Im konventionellen Schubbetrieb kann kontinuierlich eine erneute Überprüfung der Betätigung des Bremspedals erfolgen, wobei eine Überführung des Fahrzeuges in den modifizierten Betriebsmodus stattfindet, sobald die Betätigung des Bremspedals eingestellt wird.
  • Bezugszeichen
    • ν
      Fahrzeuggeschwindigkeit
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - ATZ von 1999, Heft 9, Seite 438ff [0009]

Claims (7)

  1. Verfahren für den Schubbetrieb eines mit einer Antriebseinheit ausgestatteten Kraftfahrzeuges mit einer mittels Bremspedal betätigbaren Bremse, wobei die Antriebseinheit eine Brennkraftmaschine umfaßt, welche mit einer Kraftstoffversorgung und mit mindestens einer Ansaugleitung zur Versorgung mit Frischluft ausgestattet ist, wobei in der mindestens einen Ansaugleitung eine Drosselklappe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Schubbetrieb die Verzögerung des Kraftfahrzeuges mittels elektronischer Steuerung reduziert wird, indem die Drosselklappe in Richtung Offenstellung verstellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das von der Brennkraftmaschine auf das Fahrzeug ausgeübte Bremsmoment über die Stellung der Drosselklappe eingestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die Drosselklappe vollständig geöffnet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine bei geöffneter Drosselklappe deaktiviert wird.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Drosselklappe bei Betätigung des Bremspedals geschlossen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine deaktiviert wird.
  7. Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, welche eine Brennkraftmaschine umfaßt, die mit einer Kraftstoffversorgung und mit mindestens einer Ansaugleitung zur Versorgung mit Frischluft ausgestattet ist, wobei in der mindestens einen Ansaugleitung eine Drosselklappe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe automatisch mittels elektronischer Steuerung betätigbar ist.
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