DE19815712A1 - Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Motorbremse eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung oder Rege­ lung der Motorbremse eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der Druckschrift US 5 088 348 ist ein Motorbremssystem für ein Kraftfahrzeug bekannt, das aus einem verschließbaren Ventil im Abgasstrang der Brennkraftmaschine und einem zugehörigen Ventil im Ansaugtrakt besteht. Um im Schubbetrieb Bremsleistung zu erzeugen und das Fahrzeug abzubremsen, kann das Ventil im Abgasstrang über ein elektrisch betätigbares Stellglied ge­ schlossen werden kann, so daß im Abgasstrang ein Überdruck auf­ gebaut wird, der der Kolbenbewegung entgegenwirkt.

In dem Kraftfahrzeug ist ein Automatikgetriebe eingesetzt, das automatisch einen Schaltwechsel auslöst, sobald die Fahrzeugge­ schwindigkeit einen vorgegebenen Wert unterschreitet und zu­ gleich das Gaspedal unbeaufschlagt ist. Während des Schaltwech­ sels ist das Getriebe vom Motor entkoppelt, so daß über das Ge­ triebe kein äußeres Abtriebsmoment auf den Motor übertragen wird und der Motor ohne entgegenstehendes Abtriebsmoment nur von der Bremsleistung der Motorbremse beaufschlagt wird. Um zu vermeiden, daß die Motordrehzahl der Brennkraftmaschine durch die Bremsleistung stark abfällt und ein Rückstoß auf das Ge­ triebe erfolgt, wird in einer Steuerungsvorrichtung ein Steue­ rungssignal erzeugt, das dem Stellglied des Ventils im Ab­ gasstrang zugeführt wird, woraufhin die Motorbremse während ei­ nes Schaltwechsels außer Betrieb gesetzt wird. Dadurch wird ein Abfallen der Motordrehzahl durch die Motorbremse verhindert, so daß beide Schaufeln des Wandlers des Automatikgetriebes etwa mit gleicher Drehzahl umlaufen.

Dieses System hat den Nachteil, daß aufgrund des eigendynami­ schen Verhaltens der Komponenten der Motorbremse eine präzise Einstellung des Zeitraums, während dem die Motorbremse außer Kraft gesetzt wird, nur unzureichend erreicht werden kann. Ein verfrühtes oder verspätetes Abschalten bzw. Wiederzuschalten der Motorbremse führt entweder zu einem unnötigen Bremslei­ stungsverlust oder zu einem unerwünschten starken Abfallen der Motordrehzahl.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, mit geringem Aufwand die auf die Brennkraftmaschine wirkenden Momente im Motorbrems­ betrieb des Fahrzeugs während eines Getriebe-Schaltvorgangs möglichst exakt beeinflussen zu können.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An­ spruches 1 gelöst.

Die variable, den Querschnitt veränderlich einstellende Turbi­ nengeometrie nimmt im Motorbremsbetrieb eine Staustellung ein, in der der Strömungsquerschnitt der Turbine bzw. des Abgaska­ nals reduziert ist und ein hoher Abgasgegendruck im Leitungsab­ schnitt zwischen den Zylindern und dem Abgasturbolader aufge­ baut wird. Je nach Bauart des eingesetzten Abgasturboladers be­ steht die variable Turbinengeometrie aus Drehschaufeln, einem axial verschieblichen Turbinenleitgitter oder Klappenturbinen, die mehrere zum Turbinenrad führende Abgas fluten aufweisen, welche mittels Klappen versperrt werden können. Das Abgas strömt mit hoher Geschwindigkeit durch die Kanäle zwischen den Leitschaufeln der Turbine und beaufschlagt das Turbinenrad, woraufhin der Verdichter im Ansaugtrakt einen Überdruck auf­ baut. Dadurch wird der Zylinder eingangsseitig mit erhöhtem La­ dedruck beaufschlagt, ausgangsseitig liegt zwischen dem Zylin­ derauslaß und dem Abgasturbolader ein Überdruck an, der dem Ab­ blasen der im Zylinder verdichteten Luft über Bremsventile in den Abgasstrang hinein entgegenwirkt. Im Bremsbetrieb muß der Kolben im Verdichtungshub Kompressionsarbeit gegen den hohen Überdruck im Abgasstrang verrichten, wodurch eine starke Brems­ wirkung erreicht wird.

Während des Schaltvorgangs wird der maßgebende Querschnitt vor dem Turbinenrad durch Verstellen der Turbinengeometrie und/oder einer Abblasevorrichtung mit einem Abblaseventil erweitert, wo­ durch der Überdruck im Leitungsabschnitt zwischen dem Zylinder­ auslaß und der Turbine abgebaut wird. Die vom Kolben zu ver­ richtende Kompressionsarbeit ist im Zeitpunkt des Schaltens herabgesetzt, die Motorbremsleistung und das auf die Kurbelwel­ le wirkende Bremsmoment sind stark reduziert. Die Motordrehzahl wird nicht bzw. nur in geringem Maße gedrosselt, wodurch die Drehzahldifferenz zwischen Motor und Getriebe so klein wie mög­ lich gehalten wird und ein problemloses Einkuppeln am Ende des Schaltvorgangs möglich ist. Im Zeitpunkt des Schaltvorgangs, in dem dem auf die Kurbelwelle wirkenden Bremsmoment kein Drehmo­ ment des Getriebes entgegensteht, bleibt die Motordrehzahl durch die Reduzierung des Bremsmoments im wesentlichen auf ih­ rem Ausgangsniveau.

Das Verfahren kann sowohl bei Handschaltgetrieben als auch bei Automatikgetrieben eingesetzt werden. Bei Handschaltgetrieben werden die Drehzahlen der Kurbelwelle und der Getriebeantriebs­ welle und in der Folge die Drehzahlen der beiden zusammenwir­ kenden Kupplungsscheiben der Kupplung synchronisiert. Bei Auto­ matikgetrieben werden die Drehzahlen der beiden Schaufeln des Drehmomentwandlers etwa gleich hoch gehalten.

Zweckmäßig wird während des Schaltvorgangs zusätzlich Kraft­ stoff in den Brennraum eingespritzt und dadurch zusätzliche Mo­ torleistung erzeugt, die die Motorbremsleistung, insbesondere eine Rest-Bremsleistung, die trotz Öffnens des Turbinenquer­ schnitts und/oder der Abblasevorrichtung ,noch auf den Motor wirken kann, zumindest teilweise kompensiert, so daß ein Abfal­ len der Motordrehzahl während eines Schaltvorgangs weitgehend vermieden wird. In Kombination mit der zusätzlich eingespritz­ ten Kraftstoffmenge wird einerseits durch den Abbau des Abgas­ gegendrucks eine aktive Rücknahme des auf den Motor wirkenden Bremsmoments und andererseits durch die zusätzliche Motorlei­ stung ein zusätzliches Antriebsmoment erzeugt.

Der Motoreinspritzung ist vorteilhaft eine Differenzdrehzahlre­ gelung unterlegt, die die zusätzlich eingespritzte Kraftstoff­ menge vollelektronisch in Abhängigkeit der Drehzahldifferenz zwischen Motor und Getriebe festlegt. Die Differenzdrehzahlre­ gelung kann sowohl bei Handschaltgetrieben als auch bei Automa­ tikgetrieben eingesetzt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch mit einer Betätigung von Bremsventilen am Zylinderausgang kombiniert werden, die üb­ licherweise im Motorbremsbetrieb während der Kompressionsphase und/oder der Expansionsphase offen sind, um ein Abblasen des verdichteten Brennrauminhalts in den Abgastrakt hinein zu er­ möglichen. Die Bremsventile werden während des Schaltvorgangs geschlossen, wodurch ein Abblasen und damit verbundene Strö­ mungsverluste unterbunden werden. Durch das Schließen der Bremsventile wirkt auf den Motor nur noch das Schleppmoment des aktuell herrschenden Aufladungsgrads, verbunden mit einem deut­ lich reduzierten Abbremsmoment auf die Kurbelwelle.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, die eine schematische Darstellung einer Regelung und Steuerung einer Brennkraftmaschine mit Handschaltgetriebe und Abgasturbolader zeigt.

Die Brennkraftmaschine 1 in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise eine Diesel-Brennkraftmaschine in einem Nutzfahrzeug, weist ei­ nen Abgasturbolader 3 auf, der mit einer variablen, verstellba­ ren Turbinengeometrie ausgestattet ist. Bei Axialschieber- oder Klappenturbinen ist eine Abblasevorrichtung 25 mit einem regel­ baren Ventil vorgesehen. Der Abgasturbolader 3 besteht aus ei­ nem im Ansaugtrakt 8 der Brennkraftmaschine angeordneten Ver­ dichter 10 zur Erzeugung eines erhöhten Ladedrucks am Zylinder­ einlaß und einer Turbine 11 im Abgasstrang 9, die vom Abgass­ trom der Brennkraftmaschine angetrieben wird und mit variabler Turbinengeometrie und gegebenenfalls mit der Abblasevorrichtung 25 zur veränderlichen Einstellung des Strömungsquerschnitts versehen ist. Die variable Turbinengeometrie kann durch Dreh­ schaufeln, durch ein axial verschiebliches Leitgitter oder durch sonstige Varioturbinentypen realisiert sein, beispiels­ weise durch mehrere zum Turbinenrad weisende Fluten, die über Klappen abgesperrt werden können. Die variable Turbinengeome­ trie und/oder die Abblasevorrichtung 25 werden über ein Stelle­ lement 12 auf den gewünschten Strömungsquerschnitt eingestellt.

Der Brennkraftmaschine 1 ist ein Getriebe 2 nachgeschaltet, das als Handschaltgetriebe ausgelegt ist und über eine Kupplung 13 mit der Kurbelwelle 16 der Brennkraftmaschine verbunden ist. Eine erste Kupplungsscheibe 14 der Kupplung 13 ist drehfest mit der Kurbelwelle 16 verbunden, eine zweite Kupplungsscheibe 15 ist drehfest an eine Getriebeantriebswelle 17 des Getriebes 2 gekoppelt. Das im Motorbetrieb erzeugte Antriebsmoment wird über die Kurbelwelle 16 und die Getriebeantriebswelle 17 auf eine Getriebeabtriebswelle 18 übertragen. Umgekehrt wirkt im Motorbremsbetrieb das Bremsmoment des Motors dem Getriebeab­ triebsmoment an der Getriebeabtriebswelle 18 entgegen.

Dem Fahrzeug ist eine Motorregelung und -steuerung 4 zur Rege­ lung und Steuerung der Fahr- und Betriebszustände der Brenn­ kraftmaschine 1, des Abgasturboladers 3 und gegebenenfalls des Getriebes 2 unterlagert. Der Motorregelung und -steuerung 4 sind mehrere Verarbeitungseinheiten 5, 6, 7 zugeordnet, jeweils eine für die Regelung und Steuerung von Einspritzdüsen 19, für Bremsventile 20, über die die Zylinder der Brennkraftmaschine zusätzlich zu den Auslaßventilen mit dem Abgasstrang 9 kommuni­ zieren, und für das Stellelement 12 des Abgasturboladers 3. In der Motorregelung und -steuerung 4 mit den Verarbeitungseinhei­ ten 5, 6, 7 werden in Abhängigkeit von Eingangssignalen, die Parameter oder Betriebszustände des Fahrzeugs repräsentieren, Steuersignale erzeugt, die über Signalleitungen 21, 23, 24 zur Beaufschlagung der jeweiligen Fahrzeugkomponenten bzw. ihrer zugehörigen Stellelemente übertragen werden. Die Verarbeitungs­ einheit 5 der Motorregelung und -steuerung 4 beinhaltet eine Differenzdrehzahlregelung für eine in Abhängigkeit der Diffe­ renzdrehzahl zwischen Motor und Getriebe geregelte Kraftstoffe­ inspritzung.

Bei Betätigung des Kupplungspedals werden die Kupplungsscheiben 14, 15 der Kupplung 13 getrennt. Im Motorbremsbetrieb erhält die Motorregelung und -steuerung 4 über eine Signalleitung 23, die das Getriebe 2 mit der Motorregelung und -steuerung 4 ver­ bindet, als Eingangssignal die Information, daß ein Schaltwech­ sel eingeleitet wurde, woraufhin die Differenzdrehzahlregelung in der Verarbeitungseinheit 5 aktiviert wird. Ebenfalls über die Signalleitung 23 oder auch über weitere, nicht dargestellte Signalleitungen werden als Eingangssignale die Drehzahlen der Kurbelwelle 16 und der Getriebeantriebswelle 17 der Motorrege­ lung und -steuerung 4 zugeführt. Aus der Differenz der Drehzah­ len ermittelt die Verarbeitungseinheit 5 gemäß einem unterleg­ ten Regelgesetz und gegebenenfalls in Abhängigkeit weiterer Pa­ rameter und Betriebszustände ein Steuersignal, das über die Si­ gnalleitung 21 den Einspritzdüsen 19 zugeführt wird und die Menge einzuspritzenden Kraftstoffs während des Gangwechsels in der Art und Weise festlegt, daß die Drehzahlen der Kurbelwelle 16 und der Getriebeantriebswelle 17 schnell angeglichen werden. Nach ausgeführtem Gangwechsel wird die Kupplung 13 wieder ver­ riegelt.

Die Kraftstoffeinspritzung während eines Gangwechsels kann zu­ sätzlich zu einer auch im Motorbremsbetrieb eingespritzten mi­ nimalen Kraftstoffmenge erfolgen. Es kann aber auch zweckmäßig sein, im Motorbremsbetrieb bei eingelegtem Gang keinen Kraft­ stoff zuzuführen und lediglich während der Dauer des Schaltvor­ ganges Kraftstoff zur Kompensation des Bremsmoments einzusprit­ zen.

Durch die Drehzahlangleichung wird erreicht, daß auch bei hohen Motorbremsleistungen bei einer Entkopplung des Motors vom Ge­ triebe und einem damit verbundenen Wegfall der Übertragung des äußeren Getriebeabtriebsmoments auf den Motor die Kurbelwellen­ drehzahl auf dem Niveau der Getriebedrehzahl gehalten bzw. auf dieses Niveau gebracht wird, so daß nach Beendigung des Schalt­ wechsels ein problemloses Ankuppeln möglich ist.

Gemäß einer weiteren Ausführung wird nach dem Einleiten des Schaltvorgangs in der zweiten Verarbeitungseinheit 6 ein Steu­ ersignal erzeugt, das über die Signalleitung 22 Stellgliedern der Bremsventile 20 zugeführt wird und die Bremsventile 20 schließt. In Schließstellung der Bremsventile 20 wird ein Ab­ blasen des Brennrauminhalts in den Abgasstrang 9 unterbunden; die Motorbremsleistung ist reduziert. Nach Beendigung des Schaltvorgangs werden die Bremsventile 20 wieder geschlossen.

Als Bremsventile können von den Auslaßventilen getrennt ausge­ bildete Dekompressionsventile verwendet werden, über die die Zylinder mit dem Abgasstrang kommunizieren. Es kann aber auch zweckmäßig sein, als Bremsventile die Auslaßventile selbst zu verwenden, indem abweichend vom Öffnungszyklus des befeuerten Betriebs die Auslaßventile kontinuierlich während des Schalt­ vorgangs im Motorbremsbetrieb geöffnet werden.

In der dritten Verarbeitungseinheit 7 wird ein Steuersignal er­ zeugt, das herangezogen wird, um beim Schaltvorgang den maßge­ benden Strömungsquerschnitt vor dem Turbinenrad zu erweitern, so daß der Abgasgegendruck reduziert wird. Das Steuersignal wird über die Signalleitung 24 dem Stellelement 12 zur Einstel­ lung des Strömungsquerschnitts in der Turbine 11 und/oder der Abblasevorrichtung 25 des Abgasturbolader 3 zugeführt. Die va­ riable Turbinengeometrie des Abgasturboladers 3 wird, ausgehend vom engsten Turbinenquerschnitt, in eine Öffnungsstellung mit erweitertem Querschnitt verstellt bzw. es wird der Abblasequer­ schnitt geöffnet, woraufhin der Abgasgegendruck und der Lade­ druck reduziert werden und die Bremsleistung abnimmt. Nach Ab­ schluß des Schaltvorgangs wird die variable Turbinengeometrie wieder in eine Stellung mit reduziertem Turbinenquerschnitt zu­ rückversetzt bzw. die Abblasevorrichtung geschlossen, um eine höhere Bremsleistung zu ermöglichen.

Die drei im Motorbremsbetrieb einsetzbaren Methoden Kraftstof­ feinspritzung, Betätigung der Bremsventile und Öffnung des Tur­ binenquerschnitts und/oder der Abblasevorrichtung im Abgastur­ bolader können unabhängig voneinander jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination ausgeführt werden. Es ist insbesondere möglich, jeweils zwei oder alle drei Methoden zu kombinieren.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung gestaltet sich der Ablauf in der Schaltphase unter Verwendung aller drei Methoden wie folgt:
Im Motorbremsbetrieb werden mit Betätigung des Kupplungspedals die Kupplungsscheiben 14, 15 getrennt. Simultan zur Trennung der Kupplungsscheiben wird der maßgebende Querschnitt vor dem Turbinenrad durch Verstellen der variablen Turbinengeometrie erweitert und/oder die Abblasevorrichtung geöffnet, beispiels­ weise durch Öffnen der Turbinenleitgitter bzw. des Abblasequer­ schnitts, und es werden gleichzeitig die Bremsventile geschlos­ sen. Zudem erfolgt über die differenzdrehzahlgeregelte Kraft­ stoffeinspritzung eine schnelle Angleichung der Motordrehzahl an die Drehzahl des Getriebes. Nach ausgeführtem Gangwechsel wird die variable Turbinengeometrie und gegebenenfalls die Ab­ blasevorrichtung geregelt wieder geschlossen, die Bremsventile werden in den dafür vorgesehenen Kurbelwinkelphasen wieder ge­ öffnet. Nach Verriegelung der Kupplung kann im Motorbremsbe­ trieb zunächst weiterhin zusätzlich Kraftstoff eingespritzt werden, damit über die zusätzlich erzeugte Motorleistung der Abgasgegendruck und der Ladedruck über den Abgasturbolader so weit erhöht werden, bis die Soll-Bremsleistung erreicht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann im Motorbremsbetrieb auch bei Verwendung von Automatikgetrieben eingesetzt werden. In diesem Fall werden über die Kraftstoffeinspritzung die Drehzah­ len der beiden Schaufeln des Drehmomentwandlers angeglichen.

Die Einstellung und Festlegung der Kraftstoffeinspritzung, der Betätigung der Bremsventile und der Erweiterung des Turbinen­ querschnitts bzw. des Querschnitts des Abblaseventils können mittels einer Regelung und/oder einer Steuerung erfolgen. Die Differenzdrehzahlregelung kann für alle drei Methoden einge­ setzt werden.

Bezugszeichenliste

1

Brennkraftmaschine

2

Getriebe

3

Abgasturbolader

4

Motorregelung und -steuerung

5

Verarbeitungseinheit Kraftstoff

6

Verarbeitungseinheit Bremsventile

7

Verarbeitungseinheit variable Turbinengeometrie

8

Ansaugtrakt

9

Abgasstrang

10

Verdichter

11

Turbine

12

Stellelement

13

Kupplung

14

Kupplungsscheibe

15

Kupplungsscheibe

16

Kurbelwelle

17

Getriebeantriebswelle

18

Getriebeabtriebswelle

19

Einspritzdüse

20

Bremsventil

21

Signalleitung

22

Signalleitung

23

Signalleitung

24

Signalleitung

25

Abblasevorrichtung.

Claims (8)

1. Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Motorbremse eines Kraftfahrzeugs, bei dem während eines Getriebe-Schaltvorgangs die auf das Fahrzeug wirkende Motorbremsleistung reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abgasturbolader (3) eingesetzt wird und während des Schaltvorgangs der maßgebende Querschnitt vor dem Turbinenrad erweitert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasturbolader (3) eine variable, den Turbinenquer­ schnitt veränderlich einstellende Turbinengeometrie aufweist, die während des Schaltvorgangs in Öffnungsstellung versetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abblasevorrichtung (25) vorgesehen ist, die während des Schaltvorgangs einen Abblasequerschnitt öffnet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß während des Schaltvorgangs die eingespritzte Kraftstoffmen­ ge erhöht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Differenzdrehzahlregelung zur Synchronisierung der Mo­ tordrehzahl und der Getriebedrehzahl eingesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Handschaltgetriebes eine Differenz­ drehzahlregelung zur Angleichung der Kurbelwellendrehzahl an die Drehzahl der Getriebeantriebswelle eingesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Automatikgetriebes eine Differenzdreh­ zahlregelung zur Angleichung der Drehzahlen der beiden Schau­ feln des Wandlers des Automatikgetriebes eingesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß während des Schaltvorgangs Bremsventile (20) am Zylinder­ ausgang der Brennkraftmaschine geschlossen werden.