DE10000216A1 - Steuerung eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors mit individuell ansteuerbaren Einlaßventilen - Google Patents

Steuerung eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors mit individuell ansteuerbaren Einlaßventilen

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Abstract

Steuerung eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors mit individueller ansteuerbaren Einlaßventilen, wobei jedem Zylinder des Mehrzylinder-Verbrennungsmotors zumindest ein Einlaßventil zugeordnet ist, wobei die Einlaßventile von zumindest zwei Zylindern derart angesteuert werden, daß die zumindest zwei Zylinder eine unterschiedliche Leistung abgeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Mehr­ zylinder-Verbrennungsmotors mit individuell ansteuerbaren Einlaßventilen, wobei jedem Zylinder des Mehrzylinder- Verbrennungsmotors zumindest ein Einlaßventil zugeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner einen entsprechenden Mehrzylin­ der-Verbrennungsmotor sowie eine Motorsteuerung für einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor.
Es ist Aufgabe der Erfindung, den Betrieb eines Mehrzylinder- Verbrennungsmotors mit individuell ansteuerbaren Einlaßventi­ len zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betrieb eines Mehr­ zylinder-Verbrennungsmotors mit individuell ansteuerbaren Einlaßventilen gemäß Anspruch 1 gelöst, wobei jedem Zylinder des Mehrzylinder-Verbrennungsmotors zumindest ein Einlaßven­ til zugeordnet ist. Dabei werden die Einlaßventile von zumin­ dest zwei Zylindern derart angesteuert, daß die zumindest zwei Zylinder eine unterschiedliche Leistung abgeben. Die Aufgabe wird ferner durch einen Mehrzylinder- Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 14 sowie eine Motorsteuerung gemäß Anspruch 15 gelöst.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird den zumin­ dest zwei Zylindern eine unterschiedliche Menge an Kraftstoff zugeführt.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung er­ folgt bei zumindest einem der zumindest zwei Zylinder keine Zündung.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung bleibt das Einlaßventil zumindest eines Zylinders geschlossen, wenn das mittels der übrigen Zylinder aufgebrachte Drehmoment aus­ reicht, das gewünschte Drehmoment zu erbringen.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung bleibt das Einlaßventil zumindest eines Zylinders geschlossen, wenn die mittels der übrigen Zylinder aufgebrachte Leistung aus­ reicht, die gewünschte Leistung zu erbringen.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung bleibt das Einlaßventil zumindest eines Zylinders geschlossen, wenn das mittels der übrigen Zylinder aufgebrachte Drehmoment aus­ reicht, das von einer Antriebschlupfregelung vorgegebene Drehmoment für den Mehrzylinder-Verbrennungsmotor zu erbrin­ gen.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden die Abgase des Mehrzylinder-Verbrennungsmotors mittels eines Katalysators gereinigt, wobei bei zumindest einem der zumin­ dest zwei Zylinder keine Zündung erfolgt, wenn die Temperatur des Katalysators kleiner ist als ein unterer Toleranzwert für die Temperatur des Katalysators.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird dem zumindest einem der zumindest zwei Zylinder Kraftstoff zugeführt.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird dem zumindest einem der zumindest zwei Zylinder kein Kraft­ stoff zugeführt, wenn die Temperatur des Katalysators größer ist als ein oberer Toleranzwert für die Temperatur des Kata­ lysators.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird das Einlaßventil des zumindest einen der zumindest zwei Zy­ linder derart gesteuert, daß es eine maximal mögliche Menge Luft in den zumindest einen der zumindest zwei Zylinder ein­ läßt.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden die Einlaßventile der Zylinder des Mehrzylinder- Verbrennungsmotors bei Verringerung eines Leistungssollwertes für den Mehrzylinder-Verbrennungsmotor nicht gleichzeitig ge­ schlossen.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden die Einlaßventile der Zylinder des Mehrzylinder- Verbrennungsmotors bei Verringerung des Leistungssollwertes für den Mehrzylinder-Verbrennungsmotor mit einer vorgegebenen Verzögerung nacheinander geschlossen.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die geschlossenen Einlaßventile der Zylinder des Mehrzylinder- Verbrennungsmotors so lange geschlossen bleiben wie die Lei­ stungsabgabe des Mehrzylinder-Verbrennungsmotors größer oder gleich dem Leistungssollwert für den Mehrzylinder- Verbrennungsmotor ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus nachfol­ gender Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor
Fig. 2 einen Ablaufplan zur Verbesserung des Wirkungsgrades eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors
Fig. 3 einen Ablaufplan zur Verbesserung des Wirkungsgrades eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors bei Vorgabe eines Motormomentes durch eine Antriebsschlupfrege­ lung
Fig. 4 einen Ablaufplan zur Beeinflussung der Temperatur eines Katalysators
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Mehrzylinder- Verbrennungsmotor 1 mit individuell steuerbaren Einlaßventi­ len 21, 22, 23, 24. Der Mehrzylinder-Verbrennungsmotor 1 weist ein Ansaugrohr 2 auf, über das Luft in die, in bei­ spielhafter Ausgestaltung vier, Zylinder 61, 62, 63, 64 des Mehrzylinder-Verbrennungsmotors 1 zuführbar ist. Am Ansaug­ rohr 2 sind ein Lastsensor 9, der den Lastzustand Q des Mehr­ zylinder-Verbrennungsmotors 1 anzeigt, sowie ein Temperatur­ sensor 10 zum Messen der Temperatur ϑAir der Luft, die über das Ansaugrohr 2 angesaugt wird, angeordnet. Der Mehrzylin­ der-Verbrennungsmotor 1 weist zudem (Kraftstoff- )Einspritzdüsen 11, 12, 13, 14 auf, mittels der Kraftstoff für die Zylinder 61, 62, 63, 64 individuell zuführbar ist. Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase sammeln sich in einem Abgasrohr 4 und werden in einem Katalysator 5 gerei­ nigt. Im Abgasrohr 4 ist eine Lambdasonde 7 angeordnet. Dem Katalysator 5 ist ein Temperatursensor 3 zur Messung der Tem­ peratur ϑK des Katalysators 5 zugeordnet. Zudem weist der Mehrzylinder-Verbrennungsmotor 1 im vorliegendem Ausführungs­ beispiel dinen Temperatursensor 8 zur Messung der Temperatur ϑm des Kühlmittels des Mehrzylinder-Verbrennungsmotors 1 auf. Die Signale ϑk, ϑm, ϑAir, Q sowie λ der Temperatursensoren 3, 8 und 10, des Lastsensors 9 sowie der Lambdasonde 7 werden ei­ ner Motorsteuerung 6 zugeführt.
Mittels der Motorsteuerung 6 wird der Mehrzylinder- Verbrennungsmotor 1 gesteuert bzw. geregelt. Die Motorsteue­ rung 6 gibt ein Einspritzsignal ti mit i = 1, 2, 3, 4 zur indivi­ duellen Ansteuerung der Einspritzdüsen 11, 12, 13, 14 aus. Dabei steuert das Signal t1 die Einspritzdüse 11, das Signal t2 die Einspritzdüse 12, das Signal t3 die Einspritzdüse 13 und das Einspritzsignal t4 die Einspritzdüse 14. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die datentechnischen Verbindungen zwischen der Motorsteuerung 6 und den Einspritzdüsen 11, 12, 13, 14 nicht dargestellt.
Die Motorsteuerung 6 gibt zudem ein Ventilsignal Vi mit i = 1, 2, 3, 4 zur individuellen Ansteuerung der Einlaßventile 21, 22, 23, 24 aus. Dabei steuert das Signal v1 das Einlaßventil 21, das Signal v2 das Einlaßventil 22, das Signal v3 das Ein­ laßventil 23 und das Signal v4 das Einlaßventil 24. Die da­ tentechnischen Verbindungen zwischen der Motorsteuerung 6 und den Einlaßventilen 21, 22, 23, 24 sind aus Gründen der Über­ sichtlichkeit nicht dargestellt. Die Einlaßventile 21, 22, 23, 24 sind z. B. entsprechend den Einlaßventilen gemäß der DE 195 11 320 2 ausgeführt. In Fig. 1 ist jedem Zylindern 61, 62, 63, 64 ein Einlaßventil 21, 22, 23, 24 zugeordnet. Es können den Zylinder 61, 62, 63, 64 jedoch je mehr als ein Einlaßventil zugeordnet sein.
Bei Vorgabe eines kleinen Motormomentes können somit ein oder mehrere Zylinder mittels der Steuerung der Einlaßventile be­ trieben werden. Die Einlaßventile sind zu. Diese Zylinder nehmen nicht an der Verbrennung teil. Die restlichen Zylinder übernehmen die Lieferung des Momentes und werden bei einem ungedrosselten Arbeitspunkt betrieben. Es ergibt sich somit ein verbesserter Gesamtwirkungsgrad. Beim Betrieb ohne Momen­ tenwunsch können die Einlaßventile geschlossen werden um ein Auskühlen des Katalysators zu verringern, da der Luftstrom unterbrochen ist.
Optional ist vorgesehen, daß die Motorsteuerung 6 eine Schnittstelle zu einer Antriebsschlupfreglung (ASR) aufweist. Dabei wird der Motorsteuerung von der Antriebsschlupfreglung ein Sollmoment M* zugeführt. Nähere Einzelheiten zu einer An­ triebsschlupfreglung können z. B. dem Artikel "FDR - die Fahrdynamikreglung von Bosch", von A. von Zanten, R. Erhardt und G. Pfaff, ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 96 (1994) 11 Seiten 674 bis 689 entnommen werden.
Fig. 2 zeigt einen Ablaufplan, der in beispielhafter Ausge­ staltung auf der Motorsteuerung 6 in Fig. 1 implementiert ist. Dabei wird in einem ersten Schritt 30 die Stellung des Gaspedals ermittelt und in ein Sollmoment M* umgerechnet.
In einem zweiten Schritt 31 wird die Anzahl nopt der Zylinder ermittelt, die notwendig ist, um das gewünschte Sollmoment M* zu erreichen, wenn die Zylinder in ihrem optimalen Be­ triebspunkt betrieben werden. Dabei ist unter optimalem Be­ triebspunkt der Betriebspunkt zu verstehen, an dem der Wir­ kungsgrad des Mehrzylinder-Verbrennungsmotors 1 am größten ist.
In einem dritten Schritt 32 erfolgt eine Auswahl der naus Zylinder, die nicht zur Leistung des Mehrzylinder- Verbrennungsmotors 1 beitragen sollen, mit naus = n - nopt. Dabei ist n die Anzahl der Zylinder 61, 62, 63, 64.
Es folgt ein Schritt 33, in dem nopt der Zylinder des Mehrzy­ linder-Verbrennungsmotors 1 in herkömmlicher Weise derart be­ trieben werden, daß der Mehrzylinder-Verbrennungsmotor 1 das Sollmoment M* erreicht.
Dem Schritt 33 folgt ein Schritt 34, in dem die Enlaßventile von (naus) Zylindern des Mehrzylinder-Verbrennungsmotors 1 ge­ schlossen werden und in dem für die übrigen (naus) Zylinder keine Einspritzung von Kraftstoff erfolgt.
Fig. 3 zeigt einen Ablaufplan, der in beispielhafter Ausge­ staltung auf der Motorsteuerung 6 in Fig. 1 implementiert ist. Dabei wird in einem ersten Schritt 35 ein Sollmoment M* von einer Antriebsschlupfregelung eingelesen. Es folgen Schritte 31, 32, 33 und 34, die den Schritten 31, 32, 33 und 34 in Fig. 2 entsprechen.
Fig. 4 zeigt einen Ablaufplan zur Beeinflussung der Tempera­ tur des Katalysators 5. Dieser Ablaufplan ist in beispielhaf­ ter Ausgestaltung auf der Motorsteuerung 6 implementiert. In einem Schritt 40 wird dabei die Temperatur ϑK des Katalysa­ tors 5 eingelesen. In alternativer Ausgestaltung ist kein Temperatursensor 3 zur Messung der Temperatur ϑK des Kataly­ sators 5 vorgesehen. In diesem Fall wird im Schritt 40 die Temperatur ϑK des Katalysators 5 mittels eines Temperaturmo­ dells berechnet.
Dem Schritt 40 folgt eine Abfrage 41, in der abgefragt wird, ob
ϑK < ϑKmin
wobei ϑKmin ein unterer Toleranzwert für die Temperatur ϑK des Katalysators 5 ist. Gilt
ϑK < ϑKmin,
dann folgt ein Schritt 43. Im Schritt 43 wird ein Zylinder, z. B. Zylinder 61, ausgewählt, bei dem keine Zündung erfolgt. Dem ausgewählten Zylinder 61 wird jedoch mittels einer Ein­ spritzdüse 11 Kraftstoff zugefügt. Ferner wird das Einlaßven­ til 21 des ausgewählten Zylinders 61 derart gesteuert, daß es Luft, insbesondere eine maximal mögliche Menge Luft in den ausgewählten Zylinder 61 einläßt. Zur optimalen Steuerung kann das Verhältnis Luft (Öffnung des Einlaßventils) und Ein­ spritzzeit den Bedürfnissen angepaßt werden. Als Ausführungs­ beispiel kann dies mit der Lambdasonde 7 geregelt werden.
Weiterhin kann der Zylinder zur Luft/Kraftstoff-Steuerung ro­ tierend ausgetauscht werden, um eine bessere Durchmischung zu erzielen. Dieses Vorgehen wird vorzugsweise nach einem Kalt­ start angewandt.
Ist
ϑK < ϑKmin,
so folgt eine weitere Abfrage 42, in der abgefragt wird, ob
ϑK < ϑKmax
ist, wobei ϑKmax ein oberer Toleranzwert für die Temperatur ϑK des Katalysators 5 ist. Ist
ϑK < ϑKmax
so folgt ein Schritt 44. Im Schritt 44 wird ein Zylinder, z. B. Zylinder 61, ausgewählt, bei dem keine Zündung erfolgt. Dem ausgewählten Zylinder 61 wird kein Kraftstoff zugefügt. Das Einlaßventil 21 des ausgewählten Zylinders 61 wird derart gesteuert, daß es Luft, insbesondere eine maximal mögliche Menge Luft in den ausgewählten Zylinder 61 einläßt.
Ist dagegen
ϑK ≦ ϑKmax
so folgt ein Schritt 46, in dem der Mehrzylinder- Verbrennungsmotor 1 in herkömmlicher Weise betrieben wird. In vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß im Schritt 46 die Schritte 30, 31, 32, 33 und 34 gemäß Figur. 2 oder die Schritte 35, 31, 32, 33 und 34 gemäß Fig. 3 ablaufen.
Den Schritten 43 und 44 folgt ein Schritt 45, in dem die nicht ausgewählten Zylinder 62, 63, 64 normal betrieben werden. In vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die nicht ausgewählten Zylinder 62, 63, 64 im Schritt 45 in ana­ loger Weise zu den Schritten 30, 31, 32, 33 und 34 gemäß Fig. 2 oder den Schritten 35, 31, 32, 33 und 34 gemäß Fig. 3 be­ trieben werden.
Mittels des Vorgehens gemäß dem Ablaufplan gemäß Fig. 4 ist es möglich, eine Sekundärluftpumpe, wie sie z. B. in der. DE 41 41 946 A1 offenbart ist, einzusparen.

Claims (15)

1. Verfahren zum Betrieb eines Mehrzylinder- Verbrennungsmotors (1) mit individuell ansteuerbaren Einlaß­ ventilen (21, 22, 22, 24), wobei jedem Zylinder (61, 62, 63, 64) des Mehrzylinder-Verbrennungsmotors (1) zumindest ein Einlaßventil (21, 22, 23, 24) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßventile (21, 22, 23, 24) von zumindest zwei Zy­ lindern (61, 62, 63, 64) derart angesteuert werden, daß die zumindest zwei Zylinder (61, 62, 63, 64) eine unterschiedli­ che Leistung abgeben.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den zumindest zwei Zylindern (61, 62, 63, 64) eine unter­ schiedliche Menge an Kraftstoff zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei zumindest einem der zumindest zwei Zylinder (61, 62, 63, 64) keine Zündung erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil (21, 22, 23, 24) zumindest eines Zylin­ ders geschlossen bleibt, wenn das mittels der übrigen Zylin­ der (61, 62, 63, 64) aufgebrachte Drehmoment ausreicht, ein gewünschtes Drehmoment (M*) zu erbringen.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil (21, 22, 23, 24) zumindest eines Zylin­ ders (61, 62, 63, 64) geschlossen bleibt, wenn die mittels der übrigen Zylinder (61, 62, 63, 64) aufgebrachte Leistung ausreicht, eine gewünschte Leistung zu erbringen.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil (21, 22, 23, 24) zumindest eines Zylin­ ders geschlossen bleibt, wenn das mittels der übrigen Zylin­ der (61, 62, 63, 64) aufgebrachte Drehmoment ausreicht, das von einer Antriebschlupfregelung vorgegebene Drehmoment (M*) für den Mehrzylinder-Verbrennungsmotor (1) zu erbringen.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abgase des Mehrzylinder-Verbrennungsmotors (1) mittels eines Katalysators (5) gereinigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei zumindest einem der zumindest zwei Zylinder (61, 62, 63, 64) keine Zündung erfolgt, wenn die Temperatur (ϑK) des Katalysators (5) kleiner ist als ein unterer Toleranzwert (ϑKmin) für die Temperatur (ϑK) des Katalysators (5).
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem zumindest einem der zumindest zwei Zylinder (61, 62, 63, 64) Kraftstoff zugeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abgase des Mehrzylinder-Verbrennungsmotors (1) mittels eines Katalysator (5) gereinigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß dem zumindest einem der zumindest zwei Zylinder (61, 62, 63, 64) kein Kraftstoff zugeführt wird, wenn die Temperatur (ϑK) des Katalysators (5) größer ist als ein oberer Tole­ ranzwert (ϑKmax) für die Temperatur (ϑK) des Katalysators (5).
10. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil (21, 22, 23, 24) des zumindest einen der zumindest zwei Zylinder (61, 62, 63, 64) derart gesteuert wird, daß es eine maximal mögliche Menge Luft in den zumin­ dest einen der zumindest zwei Zylinder (61, 62, 63, 64) ein­ läßt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßventile (21, 22, 23, 24) der Zylinder (61, 62, 63, 64) des Mehrzylinder-Verbrennungsmotors (1) bei Verringe­ rung eines Leistungssollwertes (B*) für den Mehrzylinder- Verbrennungsmotor (1) nicht gleichzeitig geschlossen werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßventile (21, 22, 23, 24) der Zylinder (61, 62, 63, 64) des Mehrzylinder-Verbrennungsmotors (1) bei Verringe­ rung des Leistungssollwertes (B*) für den Mehrzylinder- Verbrennungsmotor (1) mit einer vorgegebenen Verzögerung nacheinander geschlossen werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossenen Einlaßventile (21, 22, 23, 24) der Zy­ linder (61, 62, 63, 64) des Mehrzylinder-Verbrennungsmotors (1) so lange geschlossen bleiben wie die Leistungsabgabe des Mehrzylinder-Verbrennungsmotors (1) größer oder gleich dem Leistungssollwert (B*) für den Mehrzylinder-Verbrennungsmotor (1) ist.
14. Mehrzylinder-Verbrennungsmotor (1), insbesondere gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche be­ treibbarer Mehrzylinder-Verbrennungsmotor (1), mit individu­ ell ansteuerbaren Einlaßventilen (21, 22, 23, 24), wobei je­ dem Zylinder (61, 62, 63, 64) des Mehrzylinder- Verbrennungsmotors (1) zumindest ein Einlaßventil (21, 22, 23, 24) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßventile (21, 22, 23, 24) von zumindest zwei Zy­ lindern (61, 62, 63, 64) derart ansteuerbar sind, daß die zu­ mindest zwei Zylinder (61, 62, 63, 64) eine unterschiedliche Leistung abgeben.
15. Motorsteuerung (6) für einen Mehrzylinder- Verbrennungsmotor, insbesondere für einen gemäß einem Verfah­ ren nach einem der vorhergehenden Ansprüche betreibbaren Mehrzylinder-Verbrennungsmotor, mit individuell ansteuerbaren Einlaßventilen (21, 22, 23, 24), wobei jedem Zylinder (61, 62, 63, 64) des Mehrzylinder-Verbrennungsmotors (1) zumindest ein Einlaßventil (21, 22, 23, 24) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßventile (21, 22, 23, 24) von zumindest zwei Zy­ lindern (61, 62, 63, 64) mittels der Motorsteuerung (6) der­ art ansteuerbar sind, daß die zumindest zwei Zylinder (61, 62, 63, 64) eine unterschiedliche Leistung abgeben.
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