DE10255180A1

DE10255180A1 - Verfahren zur Steuerung des Anfahrens eines aufgeladenen Motors

Info

Publication number: DE10255180A1
Application number: DE10255180A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl.-Ing. Beck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2022-11-28
Also published as: DE10255180B4

Abstract

Das Verfahren zur Steuerung des Anfahrens eines aufgeladenen Motors besteht darin, dass nach dem Starten des Motors und nach dem Durchschalten des Getriebes in den ersten Gang bei Leerlaufdrehzahl sowie bei Beaufschlagung des Motors in Richtung Volllast der Innendruck des Wandlers auf einen Wert abgesenkt wird, bei dem im Wandler gezielt Kavitation auftritt, sodass in diesem Zustand die Kennung des Wandlers zu einem niedrigeren Pumpenaufnahmemoment verschoben ist und dass bei Erreichen der Drehzahl, bei der ein ausreichender Ladedruck vom Turbolader aufgebaut wird, um nahezu die Drehzahl für die Volllast zu erreichen, der Innendruck des Wandlers wieder auf den normalen Wert erhöht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Anfahrens eines aufgeladenen Motors, insbesondere eines kleinvolumigen hoch aufgeladenen Motors, dem ein automatisches Getriebe mit einem hydrodynamischen Wandler zugeordnet ist.
Hydrodynamische Wandler sind seit der Einführung automatischer Getriebe das Bindeglied zwischen einer Antriebsmaschine und dem eigentlichen Getriebe. Ein Wandler ermöglicht durch den Schlupf ein komfortables ruckfreies Anfahren und dämpft gleichzeitig Drehungleichförmigkeiten des Verbrennungsmotors. Zum anderen stellt die prinzipbedingte Momentüberhöhung ein großes Anfahrmoment zur Verfügung.
Ein hydrodynamischer Wandler besteht nach dem Stand der Technik aus einem Pumpenrad, einem Turbinenrad, dem Reaktionsglied in Form eines Leitrades und dem zur Drehmomentübertragung notwendigen Fluid, üblicherweise ein Ö1.
Das Pumpenrad, welches durch den Motor angetrieben wird, versetzt das Öl im Wandler in eine kreisförmige Strömung. Diese Ölströmung trifft auf das Turbinenrad und wird dort in der Strömungsrichtung umgelenkt. Im Nabenbereich verlässt das Öl die Turbine und gelangt auf das Leitrad, wo es erneut umgelenkt und somit in der passenden Anströmrichtung dem Pumpenrad zugeführt wird. Durch die Umkehr entsteht am Leitrad ein Moment, dessen Reaktionsmoment das Turbinenmoment erhöht, wobei das Verhältnis Turbinenmoment zu Pumpenmoment als Momentenerhöhung bezeichnet wird.
Je größer der Drehzahlunterschied zwischen Pumpe und Turbine ist, desto größer ist die Momentenüberhöhung, welche bei stehender Turbine die maximale Größe hat. Mit zunehmender Turbinendrehzahl sinkt die Momentenüberhöhung ab.
Erreicht die Turbinendrehzahl 75 bis 85 % der Pumpendrehzahl, so wird die Momentenerhöhung zu 1, d. h. das Turbinenmoment ist gleich dem Pumpenmoment.
Das Leitrad, das sich über den Freilauf und die Leitradwelle am Getriebegehäuse abstützt, läuft in diesem Zustand frei in der Strömung mit und der Freilauf wird überrollt. Von diesem Punkt an arbeitet der Wandler als reine Strömungskupplung. Während der Wandlung steht das Leitrad still und wird über den Freilauf am Gehäuse abgestützt.
Hydrodynamische Wandler können ein- oder mehrstufig ausgebildet sein. Die Anzahl der Stufen wird durch die Anzahl der Turbinenräder definiert, denen ein Leitrad zugeordnet ist. Das Leitrad wird hierbei über einen Freilauf in einer Drehrichtung gesperrt und in der anderen Drehrichtung frei überrollt, wobei die Leitraddurchströmung zentrifugal oder zentripetal erfolgen kann.
Des weiteren sind Konstruktionen bekannt, bei denen der Anstellwinkel der Leitradschaufel verändert werden kann, um somit die Wandlerkennung dem Betriebspunkt anzupassen. In Automatgetrieben werden häufig aus Kosten- und Bauraumgründen einstufige Wandler mit zentripetal durchströmten nicht verstellbarem Leitrad eingesetzt.
Eine derartige Ausgestaltung kann im Betrieb noch Nachteile aufweisen. Ein automatisches Getriebe mit hydro dynamischen Wandler zeigt je nach Kennung ein mehr oder minder starkes Kriechmoment bei niedrigen Geschwindigkeiten sowie im Stillstand. Zudem wird bei Stillstand dem Motor ein Moment abverlangt, welches zu einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs führt. Außerdem wirkt bei aufgeladenen Motoren das Getriebeaufnahmemoment dem schnellen Motorhochlauf entgegen, was zu einem trägen Motormomentenaufbau führt. Diesem Zustand kann dadurch Rechnung getragen werden, dass weiche Wandler, d. h. Wandler mit weichen Kennungen, eingesetzt werden, welche den Motorhochlauf etwas begünstigen, jedoch auch einen verschlechterten Betriebswirkungsgrad und eine höhere Verlustleistung zeigen.
Es sind auch Verfahren zur Regelung der Wandlerüberbrückungskupplung eines Automatgetriebes beim Anfahrvorgang eines Fahrzeugs bekannt, die ein elektronisches Getriebesteuergerät mit Berechnungseinheit und einen elektrischen Drucksteller verwenden. Die Wandlerüberbrückungskupplung wird als offen bzw. deaktiviert bezeichnet, wenn kein Moment über die Wandlerüberbrückungskupplung übertragen wird; im aktivierten Zustand dagegen wird der Kolben der Wandlerüberbrückungskupplung mit Druck beaufschlagt, wobei über die resultierende Kolbenkraft eine oder mehrere Reiblamellen angepresst und ein entsprechendes Übertragungsmoment erzeugt wird. Die Regelung der Wandlerüberbrückungskupplung ist jedoch bei bestimmten Fahrsituationen problematisch, zu denen der Anfahrvorgang eines Fahrzeugs mit einem Automatikgetriebe gehört, bei dem ein weicher hydrodynamischer Wandler eingesetzt wird.
Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wurde bereits in der DE 197 05 956 ein Verfahren zur Regelung einer Wandlerüberbrückungskupplung eines Automatgetriebes beim An fahrvorgang eines Fahrzeuges mittels eines elektronischen Getriebesteuergerätes mit Berechnungseinheit und eines elektrischen Druckstellers vorgeschlagen, mit der eine geregelte Wandlerkupplung im gesamten Fahrbereich, insbesondere bei einem Anfahrvorgang, ab 0 km/h im aktivierten bzw. geregelten Zustand betrieben werden kann. Zu diesem Zweck wird eine Überarbeitungsfunktion zur Schlupfbeeinflussung beim Anfahren gestartet, wenn in einer ersten Unterscheidungsfunktion festgestellt wird, dass ein Anfahrgang geschaltet ist und eine zusätzliche vordefinierte Startbedingung erfüllt ist, wobei zur Schlupfbeeinflussung eigene Regelparameter und ein eigenes Sollschlupf-Kennfeld, welches die Abhängigkeit zwischen Sollschlupf, Turbinendrehzahl und Motordrehmoment bestimmt, verwendet werden; die Verarbeitungsfunktion wird so lange abgearbeitet, bis in einer Unterscheidungsfunktion festgestellt wird, dass ein vorgebbares Abbruchkriterium erfüllt ist oder in einer nachgeordneten Unterscheidungsfunktion festgestellt wird, dass ein vorgebbares Endkriterium erfüllt ist.
Wird ein Verbrennungsmotor mit Abgas aufgeladen, so ist die dem Motor durch die Aufladung zugeführte Luftmasse unmittelbar von der Drehzahl der Abgasturbine abhängig. Der Drehzahlhochlauf der Abgasturbine. erfolgt stets mit einem gewissen Zeitversatz zur Leistungsanforderung des Fahrers, wobei dieser den unerwünscht langsamen Aufbau des Abtriebsmomentes des Fahrzeugs als „Turboloch" spürt.
In Verbindung mit Wandler-Automatgetrieben lässt sich die Anfahrschwäche eines Kraftfahrzeugs mit aufgeladenen Motor über die Charakteristik des Drehmomentwandlers positiv beeinflussen. Dies erfolgt dadurch, dass über die im Wandler vorgesehene Überbrückungskupplung die hydraulische Leistungsübertragung mechanisch überbrückt werden kann, um die Schlupfverluste im Betrieb mit höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten zu reduzieren. Die hydrodynamische Drehmomentübertragung bewirkt einen ruckfreien Anfahrvorgang ^mit hohem Komfort. Nachteilig für die Anfahrdynamik ist jedoch, dass die Motordrehzahl gegen das Aufnahmemoment des Drehmomentwandlers hoch laufen muss. Dazu addieren sich die ebenfalls vorhandenen weiteren Schleppmomente des Antriebsstrangs als Verluste. Da das Aufnahmemoment eines Wandlers mit hoher Momentenverstärkung (weiche Wandlerkennung) geringer ist als das bei einem Wandler mit niedriger Momentenverstärkung (harte Wandlerkennung) lässt sich die Anfahrschwäche zum Teil kompensieren, jedoch auf Kosten eines schlechteren Führungsverhaltens der Motordrehzahl aufgrund der weichen Kennung.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde bereits in der DE 100 23 053 ein Steuersystem für ein Getriebe mit einem Drehmomentwandler oder einer hydrodynamischen Kupplung in einem Kraftfahrzeug vorgeschlagen, der mindestens eine im Anfahrvorgang des Kraftfahrzeugs drehmomentführende Kupplung oder Bremse aufweist, wobei die Anfahrleistung des Kraftfahrzeugs über eine im Getriebe angeordnete schlupfende Kupplung oder Bremse als Funktion eines Fahrerwunsches geregelt wird unter Einbeziehung von Kenngrößen des Drehmomentwandlers, bzw. der hydrodynamischen Kupplung.
Die Auslegung eines Wandlers als Anfahrelement hängt im wesentlichen von dem geplanten Verwendungszweck ab. Maßgebliche Größen hierbei sind die Anfahrwandlung, das Pumpenaufnahmemoment und die Drehzahldrückung. Die Auswahl des geeigneten Wandlers wird über ein Wandlerzusammenarbeitsdiagramm, d.h. eine Darstellung der Wandlerparabeln und des statischen Volllast-Motormoments über der Drehzahl durchgeführt. Hierbei ist darauf zu achten, dass das Wandlerkennfeld nicht zu weit von den Bestwerten des Motor-Verbrauchskennfelds entfernt liegt.
Bei kleinvolumigen hochaufgeladenen Motoren funktioniert diese Auswahl jedoch nicht mehr, da das Hochlaufverhalten dieser Motoren auf der Saugkurve derart lange basiert, bis genügend Abgasvolumen und daraus resultierender Ladedruck ansteht und sich das Moment der statischen Motorkennlinie annähert bzw. diese erreicht, d. h. dass der Motor von einer dem maximalen Motormoment entsprechenden Wandlerkennung am Hochlaufen behindert, bzw. festgehalten wird. Aus diesem Grund müssen für derartige kleinvolumige hochaufgeladene Motoren und insbesondere für deren Anfahren Wandler mit geringerem Pumpenaufnahmemoment eingesetzt werden. Diese Wandler sind jedoch im Hauptfahrbereich zu weich, sodass sich große Differenzdrehzahlen ergeben, wodurch der Kraftstoffverbrauch ansteigt, die Verlustleistung größer wird und die Belastung der Wandlerüberbrückungskupplung ebenfalls ansteigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum dynamischen Anfahren auch für kleinvolumige hoch aufgeladene Motoren mit einem harten Wandler zu ermöglichen.
Ausgehend von einem Verfahren der eingangs näher genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmalen.
Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass nach dem Starten des Motors und nach dem Durchschalten des Getriebes in den ersten Gang bei Leerlaufdrehzahl sowie bei Beaufschlagung des Motors in Richtung Volllast der Innendruck des Wandlers auf einen Wert abgesenkt wird, bei dem im Wandler gezielt Kavitation auftritt, sodass in diesem Zustand die Kennung des Wandles zu einem niedrigeren Pumpenaufnahmemoment verschoben ist und dass bei Erreichen der . Drehzahl für die Volllast der Innendruck des Wandlers wieder auf den normalen Wert erhöht wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren erfüllt also die Funktion einer Anfahrhilfe mit härterer Wandlerkennung, mit dem Vorteil, dass das Anfahrverhalten und die Beschleunigung verbessert wird, dass die NBS-Funktion kostengünstig darstellbar ist, dass geringere Verlustleistungen im Wandler sowohl bei dessen Stillstand als auch beim Anfahren auftreten, dass der Wärmeeintrag in das Getriebe verringert ist, dass der Kraftstoffverbrauch verringert wird, dass die Lamellenbelastung in der Wandlerkupplung verringert wird und dass die Anzahl von Wandlerkennungen verringert wird, wodurch auch der Logistikaufwand und schließlich die Kosten verringert werden können.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der das erfindungsgemäße Verfahren schematisch dargestellt ist.
Es zeigen:
1 eine schemtische Darstellung eines hydrodynamischen Wandlers und
2 eine Prinzipskizze der Drehzahl und des Drucks über der Zeit.
1 zeigt rein schematisch einen hydrodynamischen Drehmomentwandler für das Automatgetriebe eines Kraftfahrzeuges, der dem Fachmann gut bekannt ist, sodass hier auf eine nähere Beschreibung nicht eingegangen werden muss. Mit P ist das Pumpenrad, mit T das Turbinenrad und mit L das Leitrad bezeichnet, während p_Zulauf und p_Ablauf ölführende Leitungen zur Versorgung des hydrodynamischen Drehmomentwandlers bezeichnen.
Aus 2 geht das erfindungsgemäße Verfahren hervor. Nach dem Starten eines kleinvolumigen hoch aufgeladenen Motors läuft dieser mit Leerlaufdrehzahl, d. h. im Standgas. Nun wird das Getriebe in den ersten Gang durchgeschaltet, wonach bei der mit Pos. 1 auf der Abszisse t bezeichneten Stellung der Fahrer den Motor in Richtung Volllast beaufschlagt, d. h. das Gaspedal durchtritt. Zu diesem Zeitpunkt wird über eine der beiden ölführenden Leitungen p Zulauf oder p Ablauf der Innendruck des Wandlers p in Richtung eines niedrigeren Pumpenaufnahmemomentes abgesenkt, sodass der Motor nahezu frei hochlaufen kann, wie es durch die Kurve n-An dargestellt ist. Zu dem mit Pos. 2 bezeichneten Zeitpunkt erreicht die Motordrehzahl den Wert, bei der genügend Ladedruck vom Turbolader aufgebaut werden kann, um nahezu die Motormoment-Vollastkurve zu erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird der Innendruck P des Wandlers wieder auf das normale Niveau erhöht, sodass der Anfahrvorgang wie gewohnt fortgesetzt werden kann.
Das gleiche Prinzip kann auch bei Fahrzeugstillstand angewendet werden, um die Motordrückung und somit die Verlust gering zu halten, bzw. eine aufwendige mechanische Darstellung der Funktion „neutral bei Stillstand" zu ersetzen.

n: Drehzahl
p: Innendruck
p_Zulauf: ölführende Leitung
p_Ablauf: ölführende Leitung
n-Tu: Turbinendrehzahl
L: Leitrad
P: Pumpenrad
T: Turbinenrad

Claims

Verfahren zur Steuerung des Anfahrens eines aufgeladenen Motors, insbesondere eines kleinvolumigen hoch aufgeladenen Motors, dem ein Automatikgetriebe mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Starten des Motors und nach dem Durchschalten des Getriebes in den ersten Gang bei Leerlaufdrehzahl sowie bei Beaufschlagung des Motors in Richtung Volllast der Innendruck des Wandlers auf einen Wert abgesenkt wird, bei dem im Wandler gezielt Kavitation auftritt, sodass in diesem Zustand die Kennung des Wandlers zu einem niedrigeren Pumpenaufnahmemoment verschoben ist und dass bei Erreichen der Drehzahl, bei der ein ausreichender Ladedruck vom Turbolader aufgebaut wird, um nahezu die Drehzahl für die Volllast zu erreichen, der Innendruck des Wandlers wieder auf den normalen Wert erhöht wird.