DE102005003668A1

DE102005003668A1 - Steuerung der Motorfüllungsverdünnung zur Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit

Info

Publication number: DE102005003668A1
Application number: DE200510003668
Authority: DE
Inventors: William C. Clinton Township Albertson; Gary J. Utica Patterson
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2005-01-26
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2025-01-27
Also published as: US6928982B1; DE102005003668B4; US20050161023A1

Abstract

Der Kraftverbrauch in einem Fahrzeugmotor wird verringert, indem eine Füllungsverdünnung in einem Saugrohr des Motors verändert wird, um einen Druck in dem Saugrohr in einem vorbestimmten Bereich zu halten. Die von Motorzylindern geleistete Pumparbeit wird verringert, was den Kraftstoffverbrauch reduziert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Fahrzeugmotorsteuerungssysteme, und im Besonderen das Steuern des Kraftstoffverbrauchs in einem Fahrzeugmotor.

In einem Motor mit variablem Hubraum nimmt die Kraftstoffwirtschaftlichkeit leicht zu, wenn weniger als alle Zylinder zugeschaltet sind. Pumparbeit, die von einem abgeschalteten Zylinder beim Einlasstakt eines Viertaktzyklus geleistet werden müsste, wird zeitweilig wesentlich reduziert, wodurch bei niedrigen Motorlasten und/oder -drehzahlen der Kraftstoffverbrauch verringert und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert wird. Wenn die Betriebsbedingungen derart sind, dass ein höheres Motordrehmoment verlangt wird, werden alle Zylinder zugeschaltet, um dem Bedarf nachzukommen.

In einem Fahrzeug, in dem eine Zylinderabschaltung eingesetzt wird, wird typischerweise die Hälfte der Gesamtzahl von Motorzylindern, z.B. jeder zweite Zylinder in einer Zündreihenfolge des Fahrzeugs, abgeschaltet. Es gibt jedoch Grenzen für die Abschaltung von Zylindern, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern. Beispielsweise nehmen das Fahrzeuggeräusch und Fahrzeugvibrationen leicht zu, wenn mehr als die Hälfte der Gesamtzahl von Motorzylindern abgeschaltet ist.

Die vorliegende Erfindung ist in einer Ausführungsform auf ein Verfahren zum Steuern des Kraftstoffverbrauchs in einem Fahrzeugmotor gerichtet. Das Verfahren umfasst das Verändern einer Füllungsverdünnung in einem Saugrohr des Motors, um einen Druck in dem Saugrohr in einem vorbestimmten Bereich zu halten.

In einer anderen Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Steuern des Kraftstoffverbrauchs in einem Motor mit variablem Hubraum gerichtet, bei dem zumindest ein Zylinder abgeschaltet wird. Das Verfahren umfasst das Verändern einer Füllungsverdünnung in einem Saugrohr des Fahrzeugs, um Pumparbeit von zumindest einem zugeschalteten Zylinder zu verringern.

In einer noch weiteren Ausführungsform ist die Erfindung auf ein Fahrzeugmotorsteuerungssystem gerichtet. Das Steuerungssystem umfasst ein Saugrohr, durch das Kraftstoff und Luft an zumindest einen Zylinder des Motors abgegeben werden, und einen Controller, der eine Füllungsverdünnung in dem Saugrohr verändert, um einen Druck in dem Saugrohr in einem vorbestimmten Bereich zu halten.

Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehend angegebenen ausführlichen Beschreibung deutlich werden. Es ist einzusehen, dass die ausführliche Beschreibung und die besonderen Beispiele, obgleich sie beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung angeben, lediglich zu Darstellungszwecken dienen und den Umfang der Erfindung nicht einschränken sollen.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen ist:
1 ein Schaubild eines Motorsteuerungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ein Schaubild einer Ausführungsform eines Motorzylinders; und
3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern des Kraftstoffverbrauchs in einem Motor mit variablem Hubraum gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die folgende Beschreibung von verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder ihren Nutzen in keinster Weise einschränken. Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Bezug auf einen Motor mit variablem Hubraum beschrieben werden, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in Verbindung mit einer breiten Vielfalt von Motoren, die Motoren ohne variablen Hubraum umfassen, praktisch umgesetzt werden.
Nach 1 umfasst ein Motorsteuerungssystem 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Controller 12 und einen Motor 16. Der Motor 16 ist beispielsweise ein Motor mit variablem Hubraum, der mehrere Zylinder 18, ein Kraftstoffeinspritzsystem 20 und ein Zündsystem 24 umfasst. Ein elektronischer Drosselklappen-Controller (ETC) 12 stellt eine Drosselklappe 26 in einem Saugrohr 28 auf der Grundlage einer Stellung eines Gaspedals 31 und eines von dem Controller 12 ausgeführten Drosselklappensteueralgorithmus ein. Ein Saugrohrdrucksensor 30 und ein Saugrohrtemperatursensor 32 erfassen den Druck und die Temperatur in dem Saugrohr 28. Ein Luftmassendurchsatzsensor (MAFS) 34 erfasst die in den Motor 16 einströmende Luftmenge.
Eine Stellung des Gaspedals 31 wird von einem Gaspedalsensor 40 erfasst, der ein Pedalstellungssignal erzeugt, das an den Controller 12 ausgegeben wird. Eine Stellung eines Bremspedals 44 wird von einem Bremspedalsensor 48 erfasst, der ein Bremspedalstellungssignal erzeugt, das an den Controller 12 ausgegeben wird. Sensoren 52, wie etwa ein Temperatursensor, ein Luftdrucksensor und andere Signale herkömmlicher Sensoren und/oder Controller werden von dem Controller 12 dazu verwendet, den Motor 16 zu steuern. Die Leistungsabgabe von dem Motor 16 wird durch einen Drehmomentwandler und ein Getriebe (nicht gezeigt) an Vorder- und/oder Hinterräder übertragen.
Von dem Motor 16 ausgestoßenes Abgas tritt durch einen Auspuffkrümmer 56 und einen katalytischen Wandler 60 hindurch. Abgas kann auch durch ein Abgasrückführventil (AGR-Ventil) 64 zu dem Saugrohr 28 gelangen, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Ein oder mehrere Emissionssystemsensoren 68 werden von dem Controller 12 dazu verwendet, den Motor 16 zu steuern.
Ein Zylinder 18 ist in 2 detaillierter gezeigt. Ein Einlass 102 bringt das Saugrohr 28 (in 1 gezeigt) mit einem Brennraum 106 in Fluidverbindung. Ein Abgasauslass 110 ist mit dem Auspuffkrümmer 56 (in 1 gezeigt) verbunden. Eine Kurbelwelle 114, die in einem Kurbelgehäuse 118 montiert ist, wie es in der Technik bekannt ist, dient dazu, zu bewirken, dass ein Kolben 122 sich relativ zu dem Brennraum 106 hin- und herbewegt. Ein Einlassventil 126 dient dazu, den Einlass 102 zu öffnen und/oder zu schließen, und ein Auslassventil 130 dient dazu, den Abgasauslass 110 zu öffnen und/oder zu schließen.
Wenn die Drosselklappe 26 (in 1 gezeigt) während des Einlasstaktes des Kolbens 122 teilweise offen ist, liegt der Druck in dem Einlass 102 unter dem Luftdruck. Der Druck in dem Kurbelgehäuse 118 neigt jedoch dazu, immer auf nahezu Luftdruck zu liegen. Somit arbeitet der relativ niedrige Druck oberhalb des Kolbens 122 während des Einlasstaktes gegen die Kurbelwelle 114. Ein Betrieb des Motors mit weniger als allen Zylindern 18, beispielsweise bei relativ niedrigen Motorlasten, führt zu einem höheren Druck in dem Saugrohr 28, als er beobachtbar wäre, wenn alle Zylinder 18 zugeschaltet wären. Der Saugrohrdruck nimmt zu, da keine Luft in oder aus einem abgeschalteten Zylinder 18 strömt. Der relativ höhere Saugrohrdruck verringert die Pumparbeit bei dem Einlasstakt eines zugeschalteten Zylinders 18 und erhöht dadurch die Kraftstoffwirtschaftlichkeit.
Obwohl der Saugrohrdruck dazu neigt, während Zeiträumen einer Zylinderabschaltung in einem Motor mit variablem Hubraum zuzunehmen, können dennoch relativ hohe Pumpverluste auftreten, insbesondere bei relativ niedrigen Lasten. Ein Erhöhen einer Füllungsverdünnung in einem Saugrohr kann den Saugrohrdruck erhöhen. Indem der Saugrohrdruck gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhöht wird, kann die Pumparbeit von den Zylindern 18 unter verschiedenen Betriebsbedingungen reduziert werden. Bei einer Ausführungsform wird beispielsweise der Saugrohrdruck erhöht, und die Pumparbeit wird reduziert, indem eine Füllungsverdünnung bei niedrigen Motorlasten erhöht wird. Eine "niedrige" Last bezieht sich beispielsweise auf einen Fahrzeugbetrieb bei einer Motordrehzahl, die bewirkt, dass der Saugrohrdruck in einem Bereich zwischen ungefähr 20 kPa und ungefähr 82 kPa liegt, bevor gemäß einer Ausführungsform die Füllungsverdünnung erhöht wird. Es sind auch Ausführungsformen zum Einsatz in Fahrzeugen mit einem negativen Saugrohrdruck, z.B. einem Unterdruck zwischen ungefähr 5 und 7 kPa, in Betracht zu ziehen.
Bei einer Ausführungsform wird die Motorfüllungsverdünnung durch eine magere Verbrennung erhöht, wenn der Saugrohrdruck ansonsten niedrig wäre. Bei einer anderen Ausführungsform wird die Füllungsverdünnung über eine Abgasrückführung (AGR) erhöht, wenn der Saugrohrdruck ansonsten niedrig wäre. Ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern des Kraftstoffverbrauchs in einem Motor mit variablem Hubraum ist in 3 allgemein durch Bezugszeichen 200 angegeben. Das Verfahren 200 kann beispielsweise von dem Controller 12 (der in 1 gezeigt ist) durchgeführt werden und wird anhand von 1 beschrieben.
Bei Schritt 204 wird bestimmt, ob der Motor 16 in einer Zylinderabschaltungs-Betriebsart arbeitet. Wenn ja, wird bei Schritt 208 bestimmt, ob eine oder mehrere Bedingungen zur Durchführung einer Füllungsverdünnung vorliegen, wie es nachstehend weiter beschrieben wird. Derartige Bedingungen können beispielsweise umfassen, ob der Druck in dem Saugrohr 28 niedriger ist als ein Schwellenwert, z.B. 80 kPa. Wenn die Bedingungen) bei Schritt 208 erfüllt ist/sind, wird bei Schritt 212 bestimmt, ob nach zusätzlichem Drehmoment verlangt wird. Wenn nicht, wird bei Schritt 216 bestimmt, ob eine magere Verbrennung durchgeführt werden kann. Wenn ja, wird bei Schritt 220 die Luftzufuhr zu dem Saugrohr 28 über die Drosselklappe 26 erhöht. Wenn bei Schritt 216 bestimmt wird, dass keine magere Verbrennung durchgeführt werden soll, wird dann bei Schritt 224 die Abgasrückführung zu dem Saugrohr 28 über das AGR-Ventil 64 erhöht. Bei Schritt 228 wird festgestellt, ob der Druck an dem Saugrohr 28 einen vorbestimmten Bereich, z.B. zwischen 80 und 97 kPa auf Meereshöhe, erreicht hat. Wenn nicht, kehrt die Steuerung zu Schritt 212 zurück. Somit erhöht der Controller 12 die Menge von an den Motor 16 abgegebener Luft, ohne die Menge von abgegebenem Kraftstoff zu erhöhen, oder er erhöht die Abgasrückführung zu dem Motor 16, bis der Saugrohrdruck in dem vorbestimmten Druckbereich liegt. Wenn bei Schritt 228 der Saugrohrdruck den vorbestimmten Druckbereich erreicht hat, wird die Steuerung zu Schritt 208 zurückgeführt.
Wenn bei Schritt 212 bestimmt wird, dass mehr Drehmoment angefordert wird, wird dann bei Schritt 232 bestimmt, ob zusätzliche Zylinder 18 zugeschaltet werden sollen. Wenn ja, verlässt die Steuerung das vorliegende Verfahren bei Schritt 236, und eine Zylinderzuschaltungsprozedur (nicht gezeigt) wird durchgeführt. Wenn keine zusätzlichen Zylinder 18 zugeschaltet werden sollen, wird dann bei Schritt 240 bestimmt, ob eine magere Verbrennung oder eine AGR-Verdünnung in dem Motor 16 eingesetzt wird. Wenn eine magere Verbrennung eingesetzt wird, wird dann bei Schritt 244 die Kraftstoffzufuhr zu dem Saugrohr 28 erhöht, und die Steuerung wird zu Schritt 212 zurückgeführt. Wenn eine AGR-Verdünnung eingesetzt wird, wird dann bei Schritt 248 die Abgasrückführung zu dem Saugrohr 28 reduziert, und die Luft- und Kraftstoffzufuhr zu dem Saugrohr 28 wird erhöht, und die Steuerung wird anschließend zu Schritt 212 zurückgeführt.
Wenn ein Motor in einer Zylinderabschaltungs-Betriebsart betrieben wird, sind im Allgemeinen die Zylinderinnendrücke höher, als wenn alle Zylinder zugeschaltet sind. In einem solchen Fall können diesbezüglich höhere Niveaus an Füllungsverdünnung und diesbezüglich höhere Niveaus an AGR-Verdünnung oder Magerverbrennungsverdünnung toleriert werden. In dem Fall einer AGR-Verdünnung kann unter Betriebsbedingungen, wenn der Saugrohrdruck normalerweise relativ niedrig wäre, Abgas hinzugefügt werden, um den Saugrohrdruck zu erhöhen. Wenn ein Fahrer über eine Bewegung des Gaspedals 31 mehr Drehmoment anfordert, kann die Abgaszufuhr zu dem Saugrohr 28 reduziert werden, und die Luft- und/oder Kraftstoffabgabe kann dementsprechend erhöht werden. In dem Fall einer Magerverbrennungsverdünnung kann unter Betriebsbedingungen, wenn der Saugrohrdruck normalerweise relativ niedrig wäre, eine erhöhte Luftströmung durch Öffnen der Drosselklappe 26 hinzugefügt werden, um den Saugrohrdruck anzuheben. Dies führt zu einer verdünnten mageren Verbrennung. Wenn der Fahrer über eine Bewegung des Gaspedals 31 mehr Drehmoment anfordert, kann die Kraftstoffabgabe an dem Saugrohr 28 dementsprechend erhöht werden. In einem Fahrzeug, in dem eine Magerverbrennungsverdünnung eingesetzt wird, wird empfohlen, einen Katalysator für einen Mager-Betrieb zu verwenden.
Ausführungsformen der vorstehenden Verfahren und Systeme können die Pumparbeit in einem Motor reduzieren, wodurch der Kraftstoffverbrauch verringert wird. Wenn ein Motor in einer Zylinderabschaltungs-Betriebsart arbeitet, werden Kraftstoffeinsparungen aufgrund einer Zylinderabschaltung weiter erhöht, falls eine Füllungsverdünnung eingesetzt wird, wie es oben beschrieben ist. Eine Füllungsverdünnung führt zu höheren Saugrohrdrücken und kann im Allgemeinen mit einem hohen Feinheitsgrad eingestellt werden.
Zusammengefasst wird der Kraftstoffverbrauch in einem Fahrzeugmotor verringert, indem eine Füllungsverdünnung in einem Saugrohr des Motors verändert wird, um einen Druck in dem Saugrohr in einem vorbestimmten Bereich zu halten. Die von Motorzylindern geleistete Pumparbeit wird verringert, was den Kraftstoffverbrauch reduziert.

Claims

Verfahren zum Steuern des Kraftstoffverbrauchs in einem Fahrzeugmotor mit den Schritten: Verändern einer Füllungsverdünnung in einem Saugrohr (28) des Motors (16), und Halten eines Drucks in dem Saugrohr (28) in einem vorbestimmten Bereich unter Verwendung des Veränderungsschritts.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt: Vorbestimmen des Bereiches, um Pumparbeit von zumindest einem Motorzylinder (18) zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Veränderns der Füllungsverdünnung das Erhöhen der Füllungsverdünnung, bis der Saugrohrdruck den vorbestimmten Bereich erreicht, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Veränderns der Füllungsverdünnung das Verändern der Luftabgabe an das Saugrohr (28) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Veränderns der Luftabgabe entweder das Öffnen oder das Schließen einer Drosselklappe (26) des Fahrzeugs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt: Erhöhen der Kraftstoffzufuhr zu dem Saugrohr (28) gemäß einer Anforderung nach zusätzlichem Drehmoment.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Veränderns der Füllungsverdünnung das Verändern der Abgasrückführung in das Saugrohr (28) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die Schritte: Verringern der Abgasrückführung und Erhöhen der Luft- und Kraftstoffzufuhr zu dem Saugrohr (28) gemäß einer Anforderung nach zusätzlichem Drehmoment.
Verfahren zum Steuern des Kraftstoffverbrauchs in einem Motor mit variablem Hubraum mit den Schritten: Abschalten von zumindest einem Zylinder (18), und Verändern einer Füllungsverdünnung in einem Saugrohr (28) des Fahrzeugs, um Pumparbeit von zumindest einem zugeschalteten Zylinder (18) zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Veränderns der Füllungsverdünnung das Erhöhen der Füllungsverdünnung, bis ein vorbestimmter Saugrohrdruck erreicht ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Veränderns der Füllungsverdünnung das Verändern der Luftabgabe an das Saugrohr (28) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Veränderns der Luftabgabe das Öffnen oder Schließen einer Drosselklappe (26) des Fahrzeugs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch: Erhöhen der Kraftstoffzufuhr zu dem Saugrohr (28) gemäß einer Anforderung nach zusätzlichem Drehmoment.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Veränderns der Füllungsverdünnung das Verändern der Abgasrückführung zu dem Saugrohr (28) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch die Schritte Verringern der Abgasrückführung und Erhöhen der Luft- und Kraftstoffzufuhr zu dem Saugrohr (28) gemäß einer Anforderung nach zusätzlichem Drehmoment.
Fahrzeugmotorsteuerungssystem, umfassend: ein Saugrohr (28), durch das Luft und Kraftstoff an mindestens einen Zylinder (18) des Motors (16) abgegeben wird, und einen Controller (12), der eine Füllungsverdünnung in dem Saugrohr (28) verändert, um einen Druck in dem Saugrohr (28) in einem vorbestimmten Bereich zu halten.
Steuerungssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich derart vorbestimmt ist, dass Pumparbeit von zumindest einem der Zylinder (18) reduziert wird.
Steuerungssystem nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch einen Auspuffkrümmer (56), der Abgas von dem Motor (16) aufnimmt, wobei der Controller (12) eine Füllungsverdünnung in dem Saugrohr (28) verändert, indem die Abgasrückführung zu dem Saugrohr (28) verändert wird.
Steuerungssystem nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Drosselklappe (26), die eine Luftangabe an das Saugrohr (28) steuert, wobei der Controller (12) die Drosselklappe (26) entweder öffnet oder schließt, um die Füllungsverdünnung zu verändern.