DE10136943A1 - Steuerung der Regeneration der Kraftstoffdampfrückgewinnung bei einem Verbrennungsmotor mit hybrider Ventilsteuerung - Google Patents
Steuerung der Regeneration der Kraftstoffdampfrückgewinnung bei einem Verbrennungsmotor mit hybrider VentilsteuerungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration bzw. Spülung einer Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung für einen Verbrennungsmotor (10) mit einer hybriden Ventilsteuerung, bei dem die Einlassventile (16, 18) mittels unterschiedlicher Einrichtungen betätigt werden, sowie eine entsprechende Anordnung. Normalerweise wird der Spülvorgang bei Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnungen durch einen Unterdruck im Einlasskrümmer bewirkt, wodurch die Spülgase durch die Rückgewinnungsanordnung in den Einlasskrümmer strömen. Da jedoch Motoren mit hybrider Ventilsteuerung über weite Betriebsbereiche ungedrosselt arbeiten, wird im Rahmen der Erfindung der Einlasskrümmerdruck herabgesetzt, um einen Spülmodus zu ermöglichen. Der Übergang zu einem derartigen Zustand mit verringertem Einlassdruck wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Steuerungsverfahren für
die Regeneration von Kraftstoffdämpfen in einer Kraftstoff
dampfrückgewinnungsanordnung bei einem Fahrzeug, das einen
Verbrennungsmotor mit einer hybriden Ventilsteuerung auf
weist, sowie eine entsprechende Kraftstoffdampfrückgewin
nungsanordnung.
Aus der US-PS 60 09 841 ist ein Verbrennungsmotor mit einer
hybriden Ventilsteuerung bekannt, bei dem ein Einlassventil
nicht mittels einer Nockenwelle betätigt wird. Dieses erste
Einlassventil ist wahlfrei ansteuerbar (randomly operable
intake valve, ROIV) in dem Sinne, dass die Ventilöffnungs- und
Ventilschließ-Ereignisse unabhängig von der Kurbelwel
lenrotation sind, so dass die Ventilsteuerung vollständig
variabel ist. Ein zweites Einlassventil wird von einer
Nockenwelle betätigt und weist einen Deaktivator auf. Mit die
sem kann der Betrieb des zweiten Ventils innerhalb eines Mo
torzyklus ausgesetzt oder wiederhergestellt werden. Ein der
artiges Ventil wird nachfolgend als selektierbares Einlass
ventil (selectable intake valve, SIV) bezeichnet. Das Aus
lassventil oder die Auslassventile wird bzw. werden bei ei
ner hybriden Ventilsteuerung in konventioneller Weise mit
tels einer Nockenwelle betätigt. Wie in der US-PS 60 09 841
näher erläutert, zeichnet sich eine derartige Ventil
steuerung gegenüber einer vollständig nockenwellenlosen Ven
tilsteuerung des Verbrennungsmotors durch eine niedrigere
Leistungsaufnahme aus.
In der US-PS 60 09 841 sind jedoch keine Maßnahmen für den
Umgang mit Kraftstoffdämpfen offenbart. Moderne Kraftfahr
zeuge sind mit Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnungen aus
gestattet, die eine Regeneration bzw. ein Ausspülen (pur
ging) der aufgefangenen Dämpfe in regelmäßigen Zeitabständen
erfordern. Da der aus der US-PS 60 09 841 bekannte Verbren
nungsmotor mit hybrider Ventilsteuerung über einen Großteil
seiner Betriebszustände ungedrosselt betrieben wird, ist der
konventionelle Ansatz, zur Förderung der Spülgase durch den
Kraftstoffdampfbehälter den Unterdruck im Einlasskrümmer zu
nutzen, nicht effektiv anwendbar. Deshalb wird im Rahmen der
vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Regeneration bzw.
Spülung einer Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung bei ei
nem Motor mit hybrider Ventilsteuerung vorgeschlagen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Regeneration bzw. Spülung einer Kraftstoffdampfrückgewin
nungsanordnung für einen Motor vorgeschlagen, der wenigstens
einen Zylinder, wenigstens ein wahlfrei ansteuerbares Ein
lassventil sowie wenigstens ein selektierbares Einlassventil
mit einem vorbestimmten Ventilschließzeitpunkt aufweist. Der
Lufteinlass des Verbrennungsmotors weist ein Drosselventil
und einen Einlasskrümmer auf, welcher zwischen dem Drossel
ventil einerseits und sowohl dem wahlfrei ansteuerbaren Ein
lassventil als auch dem selektierbaren Einlassventil ande
rerseits angeordnet ist. Weiterhin ist eine Motorsteuerein
heit vorgesehen, die in Wirkverbindung mit dem Motor steht.
Die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung weist wenigstens
ein Ventil auf, durch welches die Kraftstoffdampfrückgewin
nungsanordnung und der Einlasskrümmer kommunizierend mitein
ander verbindbar sind.
Das Verfahren umfasst die Schritte der Feststellung, dass
die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung nicht arbeitet
und dass ein Spülvorgang erforderlich ist; die Abfrage des
Einlasskrümmerdrucks; den Vergleich des Einlasskrümmerdrucks
mit einem vorbestimmten Schwellwert für den Spüleinlasskrüm
merdruck; und, falls der Einlasskrümmerdruck größer als die
vorherbestimmte Schwelle für den Spüleinlasskrümmerdruck
ist, Erniedrigen des Einlasskrümmerdrucks und Betätigung des
wenigstens einen Ventils der Kraftstoffdampfrückgewinnungs
anordnung, um eine kommunizierende Verbindung zwischen der
Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung und dem Lufteinlass
zu öffnen.
Weiterhin wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Ver
fahren zur Regeneration bzw. Spülung einer Kraftstoffdampf
rückgewinnungsanordnung für einen Motor vorgeschlagen, der
wenigstens einen Zylinder, wenigstens ein wahlfrei ansteuer
bares Einlassventil sowie wenigstens ein selektierbares Ein
lassventil mit einem vorbestimmten Ventilschließzeitpunkt
aufweist. Der Lufteinlass des Verbrennungsmotors weist ein
Drosselventil und einen Einlasskrümmer auf, der zwischen dem
Drosselventil einerseits und sowohl dem wahlfrei ansteuerba
ren Einlassventil als auch dem selektierbaren Einlassventil
andererseits angeordnet ist. Weiterhin steht eine Motor
steuereinheit in Wirkverbindung mit dem Motor. Die Kraft
stoffdampfrückgewinnungsanordnung weist wenigstens ein Ven
til auf, durch welches die Kraftstoffdampfrückgewinnungsan
ordnung und der Einlasskrümmer kommunizierend miteinander
verbindbar sind. Das Verfahren umfasst die Schritte der
Feststellung, dass die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanord
nung in einem Reinigungsmodus arbeitet und bereits hinrei
chend gespült worden ist; die Betätigung wenigstens eines
Ventils der Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung, um die
kommunizierende Verbindung zwischen der Kraftstoffdampfrück
gewinnungsanordnung und dem Lufteinlass zu schließen; und
die Erhöhung des Drucks im Einlasskrümmer.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
ein Verfahren und eine entsprechende Anordnung vorgeschlagen
wird, mit dem bzw. mit der ein Übergang in einen Motorbe
triebszustand mit einem reduzierten Einlassdruck realisiert
werden kann, um einen Spülvorgang der Kraftstoffdampfrückge
winnungsanordnung zu erlauben. Damit wird ein ordnungsgemä
ßer Betrieb der Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung, ins
besondere eine regelmäßige Spülung, sichergestellt, was ent
scheidend für die Bewältigung der in dem Kraftstofftank ent
stehenden Kraftstoffdämpfe ist. Wenn diese Kraftstoffdämpfe
nicht gesammelt und zu dem Lufteinlass weitergeleitet wür
den, würde ein wesentlicher Anteil der Kraftstoffdämpfe
freigesetzt und auf diese Weise zur Luftverschmutzung bei
tragen. Somit wird es im Rahmen der vorliegenden Erfindung
ermöglicht, dass auch ein Fahrzeug mit hybrider Ventilsteue
rung die gesetzlichen Anforderungen hinsichtlich der zuläs
sigen Dampfemissionen erfüllen kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen bei
spielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors
mit hybrider Ventilsteuerung mit einer Schnittdar
stellung eines Zylinderkopfes und einer Darstel
lung der Kraftstoffdampf-Rückgewinnung sowie des
Reinigungssystems, soweit im Zusammenhang mit der
vorliegenden Erfindung von Interesse;
Fig. 1a eine schematische Schnittdarstellung eines Zylin
derkopfes, wobei der Schnitt durch ein selektier
bares Einlassventil gelegt ist;
Fig. 1b eine schematische Querschnittsdarstellung eines
Zylinderkopfes, wobei der Schnitt durch ein wahl
frei ansteuerbares Einlassventil gelegt ist;
Fig. 2 ein typisches Motorbetriebsdiagramm, in dem die
verschiedenen Betriebsbereiche mit verschiedenen
Betriebsarten der hybriden Ventilsteuerung darge
stellt sind;
Fig. 3a ein Diagramm, in dem der Einlassventilhub eines
wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils für vorgezo
gene und verzögerte Schließzeitpunkte gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
Fig. 3b ein Diagramm, in dem die in den Zylinder einge
schlossene Frischluft abhängig von dem Einlassven
tilschließzeitpunkt dargestellt ist;
Fig. 3c ein Diagramm, in dem ein Einlassluft-Reduktions
faktor abhängig von dem Einlassventilschließzeit
punkt gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfin
dung dargestellt ist;
Fig. 3d ein Diagramm, in dem die Temperatur der Einlass
luft gegenüber dem Einlassventilschließzeitpunkt
dargestellt ist;
Fig. 4a ein Diagramm mit Ventilhubprofilen sowohl für
wahlfrei ansteuerbare als auch für selektierbare
Einlassventile;
Fig. 4b ein Diagramm, in dem der Effekt einer Variation
des Schließzeitpunktes des wahlfrei ansteuerbaren
Einlassventils bei gleichzeitig betätigtem selek
tierbaren Einlassventil auf die Menge der einge
lassenen Frischluft dargestellt ist;
Fig. 5a einen Zeitverlauf der Drosselklappenstellung bei
einem Übergang gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 5b einen Zeitverlauf des Schließens eines wahlfrei
ansteuerbaren Einlassventils bei einem Übergang
gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5c einen Zeitverlauf des Absolutdrucks im Einlasska
nal bei einem Übergang gemäß einem Aspekt der vor
liegenden Erfindung;
Fig. 5d einen Zeitverlauf des mechanischen Ventilstatus
bei einem Übergang gemäß einem Aspekt der vorlie
genden Erfindung;
Fig. 6 ein Flussdiagramm, in dem die Schritte für einen
Übergang von einem Betriebsbereich mit niedriger
Motordrehzahl und mit niedrigem Motordrehmoment zu
einem anderen Motorbetriebsbereich gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung aufgeführt wer
den;
Fig. 7 ein Flussdiagramm, in dem die Schritte für einen
Übergang von einem Betriebsbereich mit höherer Mo
tordrehzahl und niedrigem Motordrehmoment zu einem
anderen Motorbetriebsbereich gemäß einem Aspekt
der vorliegenden Erfindung dargestellt sind;
Fig. 8a ein Flussdiagramm mit den Schritten, die für einen
Übergang von einem Betriebsbereich mit höherem Mo
tordrehmoment zu anderen Motorbetriebsbedingungen
gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung aus
geführt werden;
Fig. 8b ein Flussdiagramm mit den Schritten, die für einen
Übergang von einem Betriebsbereich mit höherem Mo
tordrehmoment zu anderen Motorbetriebsbedingungen
gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung aus
geführt werden;
Fig. 9 ein Flussdiagramm mit den Schritten, die für einen
Übergang zwischen einem Betriebsbereich mit mitt
lerer Last bzw. Motordrehmoment zu anderen Motor
betriebsbedingungen gemäß einem Aspekt der vorlie
genden Erfindung ausgeführt werden; und
Fig. 10 ein Flussdiagramm eines Verfahrens, bei dem die
Eingangswerte des gewünschten Motordrehmoments und
der Drehzahl zur Berechnung des Einlassventil
schließzeitpunktes und der Drosselventilstellung
als Funktionen der Zeit herangezogen werden, um
die Aktuatoren gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung anzusteuern.
Gemäß Fig. 1 weist ein Verbrennungsmotor 10 wenigstens ei
nen Zylinder 4 auf. Der Zylinderkopf des Verbrennungsmo
tors 10 enthält ein selektierbares Einlassventil 18 (SIV),
ein wahlfrei ansteuerbares Einlassventil 16 (ROIV) sowie
Auslassventile 20. Im Einlass des Verbrennungsmotors 10 ist
weiterhin ein Drosselventil 14 vorgesehen. Die Verbrennungs
gase werden über einen Auslasskanal 24 abgeführt. Eine Mo
torsteuereinheit 26 führt u. a. folgende Funktionen aus: Ak
tivieren und Deaktivieren des selektierbaren Einlassven
tils 18, Betätigen des wahlfrei ansteuerbaren Einlassven
tils 16 sowie Steuerung der Stellung des elektronisch ge
steuerten Drosselventils 14. Die Motorsteuereinheit 26 er
hält verschiedene Eingangssignale von Motorsensoren 28, wie
z. B. einem Abgassauerstoffsensor, einem Luftmassenstromsen
sor oder einem Motordrehzahlsensor.
Wie aus der Querschnittsdarstellung gemäß Fig. 1a ersicht
lich, werden das selektierbare Einlassventil 18 und die Aus
lassventile 20 jeweils von Nockenwellen 2 und 3 betätigt.
Dementsprechend basiert die Zeitsteuerung dieser Betätigun
gen auf der jeweiligen Motorrotationsstellung. Gemäß der
Querschnittsdarstellung in Fig. 1b wird das wahlfrei an
steuerbare Einlassventil 16 durch einen elektromechanischen
Aktuator betätigt. Alternativ kann auch ein elektrohydrauli
scher Aktuator verwendet werden. Die Ventilereignisse des
wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 sind somit voll
ständig flexibel und werden von der Motorsteuereinheit 26
gesteuert. Das Auslassventil 20 wird von der Nockenwelle 3
betätigt. Weiterhin ist in den Fig. 1a und 1b ein Kol
ben 5, der sich in dem Zylinder 4 hin- und herbewegt, eine
Einlassöffnung 6 und eine Auslassöffnung 8 dargestellt. Die
Einlassöffnung 6 und die Auslassöffnung 8 sind jeweils mit
Einlass- bzw. Auslasskrümmern (nicht dargestellt) verbunden,
um jeweils einen Einlasskanal 12 und einen Abgaskanal 24 zu
bilden.
In Fig. 1 ist weiterhin ein konventionelles Kraftstoff
dampfrückgewinnungs- und Reinigungssystem für einen Auto
mobilverbrennungsmotor dargestellt. Der Verbrennungsmotor 10
steht mit einem Einlasskanal 12 und einem Abgaskanal 24 in
Verbindung. Der Kraftstoff wird dem Einlassluftstrom mittels
einer Kraftstoffeinspritzdüse 42 zugemessen. In dem Einlass
kanal 12 ist weiterhin ein Drosselventil 14 angeordnet. In
einem Kraftstofftank 48 ist eine in dem Tank angeordnete
Kraftstoffpumpe 50 vorgesehen, die Kraftstoff durch eine
Kraftstoffleitung 54 der Kraftstoffeinspritzdüse 42 zuführt.
Der Kraftstofftank 48 kann über ein Kraftstoffeinfüllrohr 46
aufgefüllt werden; hierzu wird ein Kraftstofftankdeckel 68
entfernt. Die flüssigen Bestandteile des Kraftstoffes flie
ßen durch die Leitung 62, während die gasförmigen Bestand
teile durch die Dampfrückgewinnungsleitung 66 fließen kön
nen. Während der Befüllung des Tanks 48 werden die gasförmi
gen Bestandteile in dem Teil des Tanks, der keinen flüssigen
Kraftstoff enthält, durch den einfließenden Kraftstoff in
Kraftstoffrückgewinnungsleitungen 64 und 66 verdrängt. Die
Kraftstoffrückgewinnungsleitungen 64, 66 sind mit einem Ak
tivkohlebehälter 52 verbunden, der Aktivkohle enthält, um
die Kraftstoffdämpfe zu absorbieren. Der Aktivkohlebehäl
ter 52 wird regelmäßig gereinigt bzw. gespült. Diese Reini
gung wird durch Öffnung der Ventile 54, 58 durchgeführt, wo
durch Frischluft durch eine Reinigungslufteinlassleitung 56
einfließen kann. Die den Aktivkohlebehälter 52 verlassenden
Gase enthalten sowohl Frischluft als auch Kraftstoffdämpfe,
die durch das Ventil 58 und eine Leitung 60 fließen. Die
Leitung 60 führt in den Einlasskanal 12 unterhalb des Dros
selventils 14. Die Strömung durch den Aktivkohlebehälter
kreislauf durch die Elemente 56, 54, 52, 58 und 60 in den
Einlasskanal 12 und schließlich zur Verbrennung in den Ver
brennungsmotor 10 erfolgt aufgrund eines Unterdrucks in dem
Einlasskanal im Strömungsweg unterhalb des Drosselven
tils 14.
In Fig. 2 ist ein Betriebsdiagramm eines typischen funken
gezündeten Verbrennungsmotors dargestellt. Die obere Kurve
40 stellt das maximale Drehmoment dar, das der Verbrennungs
motor abhängig von der Drehzahl liefern kann. Weiterhin sind
die Betriebsbereiche dargestellt, in denen ausschließlich
das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil, ausschließlich das
selektierbare Einlassventil oder beide Ventile gemeinsam ak
tiviert sind. Bei höheren Drehmomenten werden in einem Be
triebsbereich 30 bei sämtlichen Drehzahlen beide Ventile
eingesetzt. Durch den Einsatz beider Einlassventile wird so
viel Luft wie möglich eingelassen, wodurch der Verbrennungs
motor sein maximales Drehmoment entwickeln kann. Wenn die
Einlassluft nur durch ein Ventil eingelassen wird, ist die
Geschwindigkeit durch den Einlass und das Ventil ungefähr
doppelt so hoch im Vergleich zu der Situation, bei der die
Frischluft durch zwei Ventile eingelassen wird, sofern die
Ventile vergleichbare Größen aufweisen. Dies führt zum Zeit
punkt der Verbrennung zu größeren Turbulenzen im Zylinder.
Obwohl derartige höhere Turbulenzen in bestimmten Randbe
triebsbereichen wünschenswert sind, führen diese zu einer
ausgesprochen raschen Verbrennung bzw. einer rauhen Verbren
nung unter den robusten Betriebsbedingungen in dem Betriebs
bereich 30. In einem Betriebsbereich 36 von Fig. 2 wird nur
das selektierbare Einlassventil 18 eingesetzt. In dem Be
triebsbereich 36 wird nicht der maximale Luftfluß benötigt,
da kein maximales Drehmoment gewünscht ist. Der Betriebsbe
reich 30 wird gewählt, wenn in dem Betriebsbereich 36 kein
genügender Luftfluß mehr erreicht werden kann, oder wenn die
Verbrennung bei alleiniger Verwendung des selektierbaren
Einlassventils 18 zu rauh wird.
Erfindungsgemäß sind bestimmte Kriterien vorgesehen, um zu
entscheiden, wann ein Übergang wünschenswert ist. Die Ent
scheidung, wann ein Übergang von dem Betriebsbereich 36 in
den Betriebsbereich 32 oder in den Betriebsbereich 34 durch
geführt wird, hängt davon ab, ob entweder das selektierbare
Einlassventil 18 oder das wahlfrei ansteuerbare Einlassven
til 16 einen effizienteren Betrieb sicherstellen. Die Effi
zienz bestimmt sich aus der Energie, die für die Rotation
der Einlassnockenwelle benötigt wird, aus der Energie, die
für die Betätigung des wahlfrei ansteuerbaren Einlassven
tils 16 benötigt wird, sowie aus den Pumpverlusten, d. h. der
Energie, die für den Ersatz der Abgase mit frischer Einlass
luft benötigt wird.
In dem Betriebsbereich 32 kann der Schließzeitpunkt des
wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 (inlet valve clo
sing, IVC) angepasst werden, um das jeweils gewünschte Mo
tordrehmoment zu erzielen. Die entsprechenden Betätigungs
profile für das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 sind
in Fig. 3a dargestellt. Der Schließzeitpunkt des Einlass
ventils kann vorgezogen (advanced) oder verzögert (retarded)
werden, jeweils in Bezug auf den Zeitpunkt, zu dem die maxi
male eingeschlossene Einlassluftmenge erzielt wird, wie in
Fig. 3b dargestellt. Durch eine derartige Anpassung des
Schließzeitpunktes des Einlassventils kann die jeweils ge
wünschte eingeschlossene Einlassluftmenge erreicht werden.
Wie in Fig. 3b dargestellt, wird sowohl durch einen Verzö
gerung (Spätverstellung) als auch eine Vorverlegung (Früh
verstellung) des Schließzeitpunktes des Einlassventils die
Menge der eingeschlossenen Luft reduziert. Bei einer Verzö
gerung des Schließzeitpunktes wird ein Teil der eingelasse
nen Frischluft aus der Brennkammer ausgestoßen, bevor das
Einlassventil schließt. Die Frischluftmenge, die in dem Zy
linder erhalten bleibt, ist Fig. 3b eingezeichnet. Durch
die Verzögerung des Schließzeitpunktes des Einlassventils
wird die Temperatur der Einlassluft erhöht. Im Gegensatz da
zu hat ein früheres Schließen des Einlassventils einen nur
geringen Effekt auf die Temperatur der Frischluft, wie aus
Fig. 3c ersichtlich. Die jeweiligen Beweggründe für eine
Vorverstellung bzw. eine Verzögerung des Schließzeitpunktes
werden aus der folgenden näheren Beschreibung des Verfahrens
deutlich. Generell wird eine Steuerung des Motordrehmoments
durch eine Anpassung des Schließzeitpunktes des Einlassven
tils gegenüber einer Drosselung bevorzugt, weil dadurch die
Pumpverluste reduziert werden können und somit die Moto
reffizienz insgesamt gesteigert werden kann. Allerdings kann
eine Verstellung des Schließzeitpunktes des wahlfrei ansteu
erbaren Einlassventils 16, wenn das gewünschte Drehmoment
reduziert werden soll, zu einer instabilen Verbrennung füh
ren. Abhängig von der für den jeweiligen Fall jeweils benö
tigten Verbrennungsstabilität kann ein bestimmtes Drehmo
mentniveau vorgegeben werden, unterhalb dessen die Steuerung
des Drehmoments mittels Drosselung durchgeführt wird. Die
Betriebsbereiche 32 und 34 unterscheiden sich dementspre
chend dadurch, dass in dem Betriebsbereich 34 eine Drosse
lung angewendet wird.
Die Verbrennungsstabilität entspricht der Standardabweichung
der Leistung, die innerhalb eines Zylinders zyklisch produ
ziert wird. Eine geringe Standardabweichung, d. h. eine kon
stante Leistung von Zyklus zu Zyklus, entspricht einer sta
bilen Verbrennung und umgekehrt. Somit entspricht eine Ab
nahme der Verbrennungsstabilität einer Zunahme der Standard
abweichung und eine Verbesserung der Verbrennungsstabilität
einer Abnahme der Standardabweichung.
Im Betriebsbereich 34 von Fig. 2 ist es wünschenswert, den
Grad der Drosselung zur Steuerung des Motordrehmoments ge
ring zu halten. Deshalb wird der Schließvorgang des Einlass
ventils soweit vorverstellt oder verzögert - abhängig von
dem Steuerverfahren -, dass eine zufriedenstellende Verbren
nungsstabilität aufrechterhalten bleibt. Wenn das Mo
tordrehmoment reduziert wird (in dem Betriebsbereich 34),
d. h., wenn das Drosselventil geschlossen wird, dann kann es
erforderlich sein, den Schließzeitpunkt des Einlassventils
zu ändern, um eine robuste Verbrennung aufrechtzuerhalten.
Da das gewünschte Drehmoment bzw. die Drehzahl sich während
des Motorbetriebs andauernd ändern, sind Übergänge zwischen
den Betriebsbereichen in Fig. 2 erforderlich. Der Übergang
zwischen verschiedenen Betriebsbereichen sollte dabei vom
Fahrer des Fahrzeuges nicht wahrnehmbar sein.
Ein Übergang von dem Betriebsbereich 32 zum Betriebsbereich
34 findet statt, wenn die Verbrennungsstabilität in dem Be
triebsbereich 32 schlechter als gewünscht wird. Ein sanfter
Übergang zwischen dem Betriebsbereich 32 und dem Betriebsbe
reich 34 wird dadurch erreicht, dass das Drosselventil ge
schlossen wird, um einen bestimmtes Drehmomentniveau auf
rechtzuerhalten.
Der Übergang von dem Betriebsbereich 32 in den Betriebsbe
reich 30 findet statt, wenn die Schließzeit des Ventils des
wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 so eingestellt ist,
dass die maximale eingeschlossene Luftmenge erzielt wird. Es
kann auch wünschenswert sein, dass ein Übergang von dem Be
triebsbereich 32 in den Betriebsbereich 30 dann stattfindet,
wenn ein Grenzwert bezüglich einer tolerierbaren Verbren
nungstraurigkeit erreicht wird, anstelle eines Übergangs
dann, wenn durch den Ventilschließzeitpunkt des wahlfrei an
steuerbaren Ventils kein Einfluss mehr auf die Luftmenge
ausgeübt werden kann. Eine weitere Erhöhung des Motordrehmo
ments wird dann durch Aktivierung des selektierbaren Ein
lassventils 18 erreicht. Gleichzeitig wird der Schließzeit
punkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils spätver
stellt, so dass der Luftstrom vor und nach dem Übergangszy
klus im Wesentlichen konstant bleibt.
Die Steuerung des Motordrehmoments in dem Betriebsbereich 30
wird durch eine Steuerung des Ventilschließzeitpunktes des
wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 verwirklicht. Wie
in Fig. 2b dargestellt, kann das Drehmoment durch ein spä
teres Schließen des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16
beeinflußt werden, wohingegen ein früheres Schließen des
Einlassventils einen nur minimalen Effekt auf die eingelas
sen Luftmenge ausübt.
Ein Übergang aus dem Betriebsbereich 36 in den Betriebsbe
reich 30 ist dann wünschenswert, wenn das selektierbare Ein
lassventil 18 allein nicht genügend Einlassluft liefern
kann. Wenn ein derartiger Übergang gewünscht wird, wird das
wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 mit einem verzögerten
Schließzeitpunkt aktiviert, bei dem die eingeschlossene
Luftmenge unbeeinflußt bleibt. Der Schließzeitpunkt des
wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 wird vorverstellt,
um die eingeschlossene Luftmenge nach Bedarf zu erhöhen. Der
umgekehrte Übergang (von dem Betriebsbereich 30 in den Be
triebsbereich 36) wird veranlasst, wenn die benötigte Luft
menge auch durch das selektierbare Einlassventil 18 allein
bereitgestellt werden kann. Dieser Übergang kann - anstelle
von kapazitätsbasierten Bedingungen - auch abhängig von der
Verbrennungsrauhigkeit durchgeführt werden. Insbesondere
können Betriebsbedingungen vorliegen, unter denen zwar das
selektierbare Einlassventil 18 allein genügend Frischluft
liefern kann, wobei aber die sich ergebende Verbrennungsrau
higkeit über einem gewünschten Niveau liegt. In diesem Falle
wird ein Übergang von dem Betriebsbereich 36 in den Be
triebsbereich 30 basierend auf der Verbrennungsrauhigkeit
durchgeführt.
Die Betriebsbereiche 32 oder 34 werden gegenüber dem Be
triebsbereich 36 bevorzugt, wenn die folgende Beziehung er
füllt ist:
Pwroiv + Wroiv + FW'siv + CLroiv < Pwsiv + FWsiv + CLsiv,
wobei PWroiv die Pumparbeit des Verbrennungsmotors mit einem
wahlfrei ansteuerbaren Einlassventil 16, Wroiv die von dem
Verbrennungsmotor aufgebrachte Arbeit zur Betätigung des
wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16, PWsiv die Pumpar
beit des Verbrennungsmotors bei alleiniger Benutzung des se
lektierbaren Einlassventils 18 darstellt, FWsiv die Rei
bungsverluste, die bei dem Betrieb des selektierbare Ein
lassventils 18 auftreten, und FW'siv die Reibungsverluste,
die durch den Antrieb der Nockenwelle für das Betätigen des
Einlassventils 18 auftreten, wenn das selektierbare Einlass
ventil 18 deaktiviert ist. FW'siv ist zwar wesentlich gerin
ger als Fwsiv, jedoch nicht vernachlässigbar, da Rotations
reibung im Bereich der Nockenwelle auftritt, auch wenn das
selektierbare Einlassventil 18 deaktiviert ist. CLroiv und
CLsiv stellen Zyklusverluste dar, die mit dem Betrieb des
wahlfrei ansteuerbaren und des selektierbaren Einlassventils
jeweils verbunden sind. Die Zyklusverluste stellen die Dif
ferenz zwischen der idealen Zyklusarbeit, die für einen
Otto-Zyklus erhalten werden könnte, und dem tatsächlich er
reichten Betrag dar. Die tatsächlich erzeugte Arbeit ist be
dingt durch Wärmeleitung, Verbrennungszeitverluste (d. h. die
endliche Dauer der Verbrennung), Verbrennungsphasen (combu
stion phasing) usw. geringer als die idealen Zyklusarbeit.
Die Entscheidung zwischen der Verwendung des selektierbaren
Einlassventils 18 - Betriebsbereich 36 - und der Verwendung
des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 - Betriebsbe
reiche 32 und 34 - basiert auf der Minimierung der Verluste
aufgrund der Ventilbetätigung und der Pumparbeit. Wenn die
vorstehende Beziehung nicht erfüllt ist, wird durch das
Steuersystem der Betriebsbereich 36 gewählt, d. h., dass das
selektierbare Einlassventil 18 alleine betätigt wird.
Die vorstehend beschriebenen Größen können wie folgt berech
net oder geschätzt werden: die Pumparbeit (PW) ist primär
eine Funktion des Einlassdrucks, der Motordrehzahl und des
Motorhubraumes und kann in Form eines Tabellenspeichers oder
einer Gleichung in der Motorsteuereinheit abgelegt sein. Der
Energieverlust durch die Betätigung der Einlassnockenwelle
ist primär eine Funktion der Motordrehzahl. Diese Größe kann
an einem stellvertretenden Verbrennungsmotor gemessen wer
den; die so gewonnenen Daten können dann bei allen Verbren
nungsmotoren desselben Typs verwendet werden. Dies kann in
Form eines Tabellenspeichers oder einer Gleichung in der Mo
torsteuereinheit geschehen. Dabei werden bevorzugt zwei ver
schiedene Tabellen oder Gleichungen vorgesehen, eine für den
Fall, dass das selektierbare Einlassventil 18 aktiviert ist,
und eine für den Fall, dass das Ventil 18 deaktiviert ist.
Die Arbeit, die dem Verbrennungsmotoren entnommen wird, um
das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 zu betätigten,
stellt eine Größe dar, die im Verlauf der Entwicklung des
wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils bestimmt werden kann.
Die Kriterien, durch die diese Arbeit bestimmt wird, sind
die Größe des Ventils, das Hubprofil sowie der Antrieb, der
zur Betätigung des Ventils eingesetzt wird. Beispielsweise
ist für einen schnelleren Hub des Ventils mehr Energie er
forderlich. Weiterhin existieren Faktoren außerhalb des Ven
tildesigns, die die Leistungsaufnahme beeinflussen, nämlich
der Wirkungsgrades des Generators zur Erzeugung elektrischer
Energie, Systemverluste bei der Speicherung und Wiedergewin
nung der Energie, Verluste bei der Spannungsumsetzung und
der Druck in dem Zylinder zum Zeitpunkt der Ventilbetäti
gung. Sämtliche der vorgenannten Größen - abgesehen von dem
Zylinderdruck - hängen vom Systemdesign ab. Dementsprechend
hängt bei einem gegebenen Design die Arbeit, die für die Be
tätigung des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 benö
tigt wird, primär von dem Zylinderdruck ab. Weitere Abhän
gigkeiten können im Verlauf des Entwicklungsvorganges be
rücksichtigt werden. Das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil
16 kann alternativ auch elektrohydraulisch oder mittels an
derer Einrichtungen betätigt werden. Im Falle einer elek
trohydraulischen Betätigung wird Leistung benötigt, um eine
Pumpe anzutreiben, die einen hydraulischen Druck erzeugt, um
hydraulische Verluste in dem Systemleitungen zu kompensieren
(diese hängen sehr stark von der Temperatur der Hydraulik
flüssigkeit ab) oder um elektrische Verluste bei der An
steuerung und Kontrolle von Magnetventilen auszugleichen.
Weiterhin wird die Leistung durch das Betätigungsprofil, die
Ventilgröße und dem Zylinderdruck wie vorstehend beschrieben
beeinflusst.
Der Ablauf eines Überganges zwischen den Bereichen 32 oder
34 zu dem Betriebsbereich 36 ist in seinem zeitlichen Ablauf
in Fig. 5 dargestellt. Wenn zum Zeitpunkt des Überganges
das wahlfrei ansteuerbare Ventil 16 mit einem verfrühten
Schließzeitpunkt arbeitet, wird bei dem darauffolgenden Mo
torzyklus ein verspäteter Schließzeitpunkt gewählt, mit dem
die gleiche Einlassluftmenge eingeschlossen werden kann. Ge
mäß Fig. 3b verringert sich die Menge der eingelassenen
Luft zu beiden Seiten des Spitzenwerts. Aus diesem Grund
kann ein spätverstellter Zeitpunkt gefunden werden, bei dem
die eingeschlossene Luftmenge (und dementsprechend das hier
durch entwickelte Motordrehmoment) der der frühverstellten
Zeiteinstellung entspricht. In dem darauffolgenden Motorzy
klus kann das selektierbare Einlassventil dann aktiviert
werden. Die Einlassluftmenge wird durch die Aktivierung des
selektierbaren Einlassventils 18 nicht nennenswert beein
flußt, wenn das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 mit
einem verzögerten Schließzeitpunkt betrieben wird. Im Ver
lauf der folgenden Motorzyklen wird der Schließzeitpunkt des
wahlfrei ansteuerbaren Ventils vorverstellt, während gleich
zeitig das Drosselventil geschlossen wird. Diese Vorgänge
werden derart koordiniert, dass die Menge der eingeschlosse
nen Luft im Wesentlichen konstant bleibt, wodurch im Wesent
lichen ein konstantes Motordrehmoment geliefert wird oder
das Motordrehmoment entsprechend der gewünschten Drehmoment
trajektorie verändert werden kann. Eine Änderung des
Schließzeitpunktes des Einlassventils des wahlfrei ansteuer
baren Einlassventils 16 kann im Verlauf eines einzigen Mo
torzyklus durchgeführt werden. Im Gegensatz dazu reagiert -
unabhängig davon, dass eine Änderung der Drosselklappenstel
lung sehr schnell durchgeführt werden kann - der Einlass
druck aufgrund des zu füllenden Einlassvolumens nur über
mehrere Motorzyklen. Dementsprechend erfolgt der in Fig. 4
dargestellte Übergang innerhalb einiger oder zwei Dutzend
Motorzyklen. Mit zunehmender Frühverstellung des wahlfrei
ansteuerbaren Einlassventils 16 hat dieses gegebenenfalls
keinen weiteren Einfluß auf die Menge der eingelassenen
Luft. An diesem Punkt kann das Ventil abgestellt werden.
Der umgekehrte Übergang (von dem Betriebsbereich 36 in den
Betriebsbereich 32 oder in den Betriebsbereich 34 gemäß
Fig. 2) erfolgt analog: Das wahlfrei ansteuerbare Einlassven
til 16 wird mit einem frühverstellten Schließzeitpunkt akti
viert, derart, dass die eingeschlossene Luftmenge nicht be
einflußt wird. Dann wird der Schließzeitpunkt des wahlfrei
ansteuerbaren Einlassventils 16 verzögert, während gleich
zeitig die Drosselklappe geöffnet wird, so dass die einge
lassene Luftmenge im Wesentlichen konstant bleibt. Wenn der
Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Ventils hinrei
chend verzögert ist, hat das selektierbare Einlassventil 18
keinen weiteren Einfluß auf die eingelassene Luftmenge und
kann abgeschaltet werden.
Die Unterscheidung zwischen der Durchführung eines Übergangs
zwischen dem Betriebsbereich 32 in den Betriebsbereich 36
und einem Übergang zwischen dem Betriebsbereich 34 in den
Betriebsbereich 36 erfolgt abhängig davon, ob die anfängli
che Drosselklappenstellung vollständig offen ist und ob der
anfängliche Einlassdruck atmosphärisch ist im ersteren Falle
bzw., ob die Drosselklappe teilweise geöffnet ist, d. h.,
dass der Einlassdruck unterhalb des Atmosphärendrucks liegt,
im zweiten Falle.
Es ist sinnvoll, die Anzahl der Übergänge, die von der Mo
torsteuereinrichtung bewältigt werden müssen, zu begrenzen.
Unter diesem Gesichtspunkt kann für den Fall, in dem das Mo
tordrehmoment und die Motordrehzahl sich einem neuen Be
triebsbereich annähern (vgl. Fig. 2), der Übergang so lange
verzögert werden, bis das gewünschte Drehmoment und die ge
wünschte Drehzahl die Grenze um einen vorbestimmten Betrag
überschreiten. Die Grenzen in Fig. 2 können in diesem Fall
als Bänder angesehen werden. Wenn eine Grenze erreicht wur
de, wird der Übergang nicht vollzogen, bis der Betriebszu
stand die gegenüberliegende Kante der Grenzbereichs erreicht
hat. D. h., dass z. B. ein Übergang von dem Betriebsbereich 36
in den Betriebsbereich 30 erst an der Kante mit höherem Mo
tordrehmoment des Grenzbereichs zwischen den beiden Be
triebsbereichen stattfinden würde. Umgekehrt würde ein Über
gang zwischen dem Betriebsbereich 30 und dem Betriebsbereich
36 erst an der Kante mit dem niedrigeren Motordrehmoment des
Grenzbereichs zwischen den beiden Betriebsbereichen statt
finden.
Die Übergänge gemäß Fig. 2, bei denen ein Öffnen oder
Schließen des Drosselventils erforderlich ist, benötigen be
dingt durch die Einlassfüllverzögerung minimal ein bis zwan
zig Motorumdrehungen. Das Drosselventil kann innerhalb einer
Größenordnung von 100 ms bewegt werden. Dennoch sind mehrfa
che Motorumdrehungen erforderlich, um den Einlass mit Luft
zu füllen und die Trägheit des Gases zu überwinden.
In diesem Zusammenhang soll ein im Wesentlichen konstantes
Motordrehmoment bedeuten, dass entweder ein konstantes
Drehmoment oder eine Trajektorie bzw. ein Verlauf entlang
eines gewünschten Weges eingehalten wird, d. h., dass die Ab
weichung des Motordrehmoments von der gewünschten Trajekto
rie klein oder jedenfalls für den Fahrer des Fahrzeuges
nicht wahrnehmbar ist.
Eine Frühverstellung oder Spätverstellung des Zündzeitpunk
tes stellt ein leistungsfähiges Mittel dar, um sanfte Über
gänge zu gewährleisten. Der Vorteil einer Zündungsfrühver
stellung besteht darin, dass eine derartige Änderung im Ver
lauf eines Motorzyklus durchgeführt werden kann. Weiterhin
kann mittels des Zündzeitpunktes das Motordrehmoment über
einen weiten Betriebsbereich gesteuert werden. Jedoch hat
eine Zündzeitpunktverstellung üblicherweise negativen Ein
fluss auf die Kraftstoffeffizienz. Aus diesem Grund soll die
Zündungsverstellung nur ein sekundäres Mittel darstellen, um
die Übergänge zu verfeinern.
Eine Größe, die während Entwicklungsvorganges zu bestimmen
ist, ist die Grenzdrehzahl zwischen den Bereichen 32 und 36
rpmt (vgl. Fig. 2). Diese Größe wird nachfolgend näher unter
Bezugnahme auf die Steuerungsstrategie für die Auswahl zwi
schen den verschiedenen Betriebsbereichen erläutert.
In Fig. 3a ist ein Ventilhubprofil für einen frühen und ei
nen späten Schließzeitpunkt eines wahlfrei ansteuerbaren
Einlassventils 16 dargestellt. In Fig. 3b ist die daraus
resultierende eingeschlossene Luftmenge als Funktion des
Schließzeitpunktes des wahlfrei ansteuerbaren Einlassven
tils 16 dargestellt. Die maximale eingeschlossene Luftmenge
wird bei einem bestimmten Ventilschließzeitpunkt erreicht.
Bei einem Ventilschließzeitpunkt vor oder nach dem Maximum
reduziert sich die Menge der eingeschlossenen Luft. Die Men
ge der eingeschlossenen Luft ist der primäre Faktor zur Be
stimmung des Drehmoments, das von dem Verbrennungsmotor je
weils geliefert werden kann. Wenn nur das wahlfrei ansteuer
bare Einlassventil 16 angesteuert wird, kann sowohl eine
verzögerte als auch eine verfrühte Zeiteinstellung gewählt
werden, um jeweils eine gewünschte Einlassmenge zu errei
chen. Eine Normierung der Einlassluftmenge kann erreicht
werden, indem die eingelassene Luftmenge bei einem bestimm
ten Schließzeitpunkt des Einlassventils (IVC) durch die ma
ximale Einlassluftmenge dividiert wird. Diese normierte Grö
ße wird nachfolgend als Einlassluftreduktionsfaktor bezeich
net. Wie in Fig. 3c dargestellt, liegt der Einlassluftre
duktionsfaktor zwischen 0 und 1.
Bei einem Betrieb in dem Betriebsbereich 34 gemäß Fig. 2
wird das Motordrehmoment primär durch Drosselung und nur se
kundär durch den Schließzeitpunkt des Einlassventils be
stimmt. Wie in Fig. 3b dargestellt, kann sowohl ein früh
verstellter als auch ein verspäteter Ventilschließzeitpunkt
genutzt werden, um eine gewünschte Einlassluftmenge zu er
reichen. In Fig. 3d ist die sich ergebende Einlasslufttem
peratur dargestellt. Bei verfrühter Zeiteinstellung ist die
Temperatur der Einlassluft im Wesentlichen konstant, wohin
gegen sich die Temperatur der Einlassluft abhängig von der
Stärke der Verzögerung erhöht. Dies ist dadurch bedingt,
dass bei einem vorverstellten Zeitpunkt das Einlassventil
frühzeitig geschlossen wird, um die Menge der eingeschlosse
ne Luft zu begrenzen. Bei einer verspäteten Zeiteinstellung
wird dagegen der Zylinder mit Frischluft gefüllt, die an
schließend teilweise aus dem Zylinder wieder herausgedrückt
wird, wenn der Kolben sich nach oben bewegt. In diesem Falle
kommt die Frischluft mit den heißen Zylinderoberflächen und
dem heißen Einlassventil mehrfach in Berührung und wird da
durch stärker aufgeheizt als im Falle der vorverstellten
Schließzeit. Eine höhere Einlasslufttemperatur kann im Hin
blick auf eine Verbesserung der Verbrennungsstabilität von
Vorteil sein. Daher ist in dem Betriebsbereich 36, in dem
die Verbrennungsstabilität kritisch ist, eine vorverstellte
Schließzeit des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 im
Hinblick auf eine Verbesserung der Verbrennungsstabilität
vorzuziehen.
In Fig. 4a sind Ventilhubprofile für einen Betrieb sowohl
mit dem selektierbaren Einlassventil 18 und dem wahlfrei an
steuerbaren Einlassventil 16 dargestellt. In Fig. 4b ist
die sich hieraus ergebende Einlassluftmenge als Funktion des
Schließzeitpunktes des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils
16 dargestellt. Eine maximale eingeschlossene Luftmenge er
gibt sich bei einer bestimmten Ventilschließzeit des wahl
frei ansteuerbaren Einlassventils 16. Bei gegenüber dem Ma
ximum vorverstellten Zeiten ergibt sich eine nur sehr leich
te Reduzierung der eingeschlossenen Luftmenge. D. h., dass
das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 im Wesentlichen
keinen Einfluß auf die eingelassenen Luftmenge bei einer
Vorverstellung des Schließzeitpunktes hat. Gemäß Fig. 4b
hat der Schließzeitpunkt des wahlfrei verstellbare Einlass
ventils 16 dagegen dann Einfluß auf die eingeschlossene
Luftmenge, wenn diese hinter die Schließzeit des selektier
baren Ventils verzögert wird, d. h. bei einer Spätverstel
lung.
In Fig. 2 sind die Betriebsbereiche, zwischen denen die Mo
torsteuereinrichtung den Betrieb auszuwählen hat, darge
stellt. Zusätzlich zu einer Steuerung innerhalb des jeweili
gen Betriebsbereiches muss die Motorsteuerung sanfte Über
gänge zwischen den Betriebsbereichen sicherstellen. Ein
Zeitverlauf des Übergangs zwischen dem Betriebsbereich 32
und dem Betriebsbereich 34 ist in den Fig. 5a-d darge
stellt. Wenn das wahlfrei betätigbare Einlassventil 16 mit
einer Vorverstellung 50 arbeitet, muss bei Beginn des Über
gangs dieses zu einer derartigen Spätverstellung umgeschal
tet werden, dass eine identische Luftmenge eingeschlossen
wird, wie in Fig. 5b dargestellt. Die Möglichkeit, dass ei
ne Spätverstellung gefunden werden kann, mit der die gleiche
eingeschlossene Luftmenge wie bei einer Vorverstellung er
zielt werden kann, wurde vorstehend bereits anhand von Fig.
3a erläutert. Wenn das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil
16 mit einer verzögerten Zündzeitpunkteinstellung 52 arbei
tet, sind keine weiteren Schritte erforderlich. Das selek
tierbare Ventil kann dann innerhalb desselben Motorzyklus
oder kurz danach geöffnet werden, vgl. Fig. 5c. Das Dros
selventil ist geschlossen (in Fig. 5a ist die Drosselstel
lung mit TP bezeichnet). Gleichzeitig wird der Schließzeit
punkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 gemäß
Fig. 5d verzögert, so dass die gewünschte Motordrehmoment-Trajektorie
erreicht wird. Sobald der Schließzeitpunkt des
wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils vor einen bestimmten
Punkt vorverstellt wurde, wird die eingelassene Luftmenge
nicht mehr beeinflusst. In diesem Fall (vgl. Fig. 4b) kann
das wahlfrei betätigbare Einlassventil 16 abgeschaltet wer
den.
Für die Beschreibung der Steuerstrategie werden der Be
triebsbereich 30 von Fig. 2 nachfolgend als dritter Be
triebsbereich, der Betriebsbereich 36 von Fig. 2 als zwei
ter Betriebsbereich und die kombinierten Betriebsbereiche 32
und 34 von Fig. 2 als erster Betriebsbereich bezeichnet.
Weiterhin werden für die nachfolgende Erläuterung der Steu
erstrategie anhand von Fig. 9 die Betriebsbereiche 32 und
34 von Fig. 2 als vierter bzw. fünfter Betriebsbereich be
zeichnet.
In Fig. 6 sind die Schritte für eine Entscheidung darge
stellt, ob ein Übergang aus dem ersten Betriebsbereich
durchgeführt werden soll. Weiterhin sind die Schritte darge
stellt, die für den Übergang auszuführen sind. Das System
arbeitet gemäß Schritt 100 im ersten Betriebsbereich. In den
Schritten 102, 104 und 106 werden Abfragen vorgenommen, ob
ein Übergang angezeigt ist. Die Reihenfolge, in der die Ent
scheidungsschritte 102, 104 und 106 abgearbeitet werden, ist
dabei willkürlich. In Schritt 102 werden die Verluste bei
einem Betrieb im ersten Betriebsbereich mit den Verlusten
bei einem Betrieb im zweiten Betriebsbereich verglichen. Die
Verluste setzen sich - wie vorstehend beschrieben - aus
sämtlichen Verlusten zusammen, die mit dem Betrieb des se
lektierbaren Einlassventils 18 im Vergleich zu dem wahlfrei
ansteuerbaren Einlassventil 16 verbunden sind. Das Ziel von
Schritt 102 besteht darin, den jeweils effizienteren Be
triebsbereich zu wählen. Wenn der zweite Betriebsbereich
sich als effizienter erweist, wird ein Übergang von dem er
sten Betriebsbereich in den zweiten Betriebsbereich begin
nend mit Block 108 durchgeführt. Die Zeiteinstellung des
wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 wird in Schritt 110
mit der Einstellung verglichen, die eine maximale Einlass
luftmenge erzielen würde. Wenn die Zeiteinstellungen in Be
zug auf die maximale Einlassluftmenge vorverstellt ist, wird
die Zeiteinstellung des Einlassventils in Schritt 112 in die
verzögerte Zeiteinstellung des Einlassventils verändert, bei
der im Wesentlichen die gleiche eingeschlossene Luftmenge
erzielt wird. Dann wird das selektierbare Einlassventil 18
in Schritt 114 aktiviert. Der Grund für die Änderung von ei
ner Vorverstellung zu einer Spätverstellung in Schritt 112
ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Wenn, wie in Fig. 3
dargestellt, lediglich das wahlfrei ansteuerbare Einlassven
til 16 aktiviert ist, nimmt die Einlassluftmenge zu beiden
Seiten des Maximums hin ab. Wenn allerdings beide Ventile,
wie in Fig. 4 dargestellt, geöffnet sind, bleibt die Ein
lassluftmenge auf der vorverstellten Seite im Wesentlichen
konstant und fällt nur auf der spätverstellten Seite ab. Um
eine Beeinflussung der Einlassluftmenge durch eine Steuerung
des Ventilschließzeitpunktes zu erlauben, muss das wahlfrei
ansteuerbare Einlassventil 16 mit einer Spätverstellung be
trieben werden. In Schritt 116 wird das Drosselventil ge
schlossen, während gleichzeitig der Ventilschließzeitpunkt
des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 vorverstellt
wird. Dies wird so durchgeführt, dass das Motordrehmoment im
Wesentlichen konstant bleibt. In Schritt 118 wird überprüft,
ob der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlass
ventils 16 hinreichend vorverstellt wurde, so dass dieses
keinen Einfluß mehr auf die Einlassluftmenge hat. Falls
nicht, wird Schritt 116 erneut ausgeführt. Wenn die Abfrage
in Schritt 118 negativ ist, kann das wahlfrei ansteuerbare
Einlassventil in Schritt 120 abgestellt werden, weil es das
Motordrehmoment nicht länger beeinflußt. Gemäß Block 122 ar
beitet der Verbrennungsmotor dann im zweiten Betriebsbe
reich.
Gemäß Schritt 102 gemäß Fig. 6 werden, wenn die Verluste in
dem ersten Betriebsbereich geringer sind als in dem zweiten
Betriebsbereich, die Abfragen 104 und 106 durchgeführt. In
Schritt 104 wird eine Abfrage durchgeführt, um zu bestimmen,
ob das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 eine genügend
große Einlassluftmenge zuläßt, so dass das gewünschte Mo
tordrehmoment realisiert werden kann. Falls nicht, wird ein
Übergang aus dem ersten Betriebsbereich in den dritten Be
triebsbereich in Schritt 124 initiiert. Wenn die Abfrage in
Schritt 104 positiv ist, wird eine weitere Abfrage in
Schritt 106 ausgeführt, um zu bestimmen, ob die Verbren
nungsrauhigkeit akzeptabel ist. Eine zu schnelle oder zu
rauhe Verbrennung kann in diesem Betriebsbereich auftreten,
da das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 größere Turbu
lenzen in den Verbrennungsgasen indiziert als ein Betrieb
mit beiden Ventilen. In Schritt 106 wird bei Erkennung einer
rauhen Verbrennung ein Übergang von dem ersten Betriebsbe
reich in den dritten Betriebsbereich veranlasst. Das selek
tierbare Einlassventil 18 wird dazu in Schritt 126 einge
schaltet, nachdem der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteu
erbaren Einlassventils 16 verzögert wurde. Der Schließzeit
punkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 wird der
art ausgewählt, dass das Drehmoment, das während des Über
gangs in Schritt 126 erzielt wird, im Wesentlichen konstant
bleibt. Der Motor arbeitet gemäß Block 128 nunmehr im drit
ten Betriebsbereich.
In Fig. 7 sind die Schritte dargestellt, die mit der Abfra
ge für und die Übergänge in den zweiten Betriebsbereich
(Schritt 200) verbunden sind. In den Schritten 202, 204 und
206, die in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden können,
wird entschieden, ob ein Übergang angezeigt ist. In Schritt
202 wird abgefragt, ob der erste Betriebsbereich oder der
zweite Betriebsbereich effizienter ist. Falls sich der erste
Betriebsbereich als effizienter erweist, wird ein Übergang
von dem zweiten Betriebsbereich in den ersten Betriebsbe
reich veranlasst, vgl. Schritt 208. Das wahlfrei ansteuerbare
Einlassventil 16 wird mit einem gegenüber dem Zeitpunkt
der maximalen Einlassluftmenge vorverstellten Schließzeit
punkt in Schritt 210 aktiviert. Bei einem vorverstellten
Schließzeitpunkt hat das wahlfrei ansteuerbare Einlassven
til 16 einen nur minimalen Einfluß auf die Einlassluftmenge.
Der Schließzeitpunkt wird dann gemäß Schritt 212 verzögert,
bis entsprechend Schritt 214 eine weitere Verzögerung keinen
Einfluß auf die eingeschlossene Luftmenge mehr hätte. Wenn
die Abfrage in Block 52 erfüllt ist, wird die Schließzeit
des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 verzögert, wäh
rend gleichzeitig das Drosselventil gemäß Schritt 216 geöff
net wird. Dies wird so durchgeführt, dass das Motordrehmo
ment im Wesentlichen konstant bleibt, bis der gewünschte
Drosselöffnungsgrad erreicht ist. Das selektierbare Einlass
ventil 18 kann dann abgeschaltet werden, vgl. Schritt 218.
Die Schritte 216 und 218 können in beliebiger Reihenfolge
ausgeführt werden. Gemäß Block 220 arbeitet der Motor nun
mehr in dem ersten Betriebsbereich.
Wenn gemäß Schritt 202 von Fig. 7 die Verluste in dem zwei
ten Betriebsbereich geringer sind als die Verluste in dem
ersten Betriebsbereich, dann werden in den Schritten 204 und
206 Abfragen durchgeführt, um zu entscheiden, ob ein ausrei
chendes Motordrehmoment durch eine alleinige Verwendung des
selektierbaren Einlassventils 18 erreicht werden kann, und
ob die Verbrennungsrauhigkeit akzeptabel ist. Wenn das Er
gebnis einer dieser Abfragen negativ ist, wird ein Übergang
von dem zweiten Betriebsbereich in den dritten Betriebsbe
reich veranlasst, vgl. Schritt 222. Weiterhin wird das wahl
frei ansteuerbare Einlassventil mit einem frühverstellten
Schließzeitpunkt angeschaltet. Der Schließzeitpunkt des Ven
tils wird dann in Schritt 226 verzögert und eine Abfrage
durchgeführt, um zu ermitteln, ob eine weitere Verzögerung
die Einlassluftmenge beeinflussen würde, vgl. Schritt 228.
Wenn die Abfrage in Schritt 228 positiv ist, wird die
Zeiteinstellung des Einlassventils weiter verzögert, während
gleichzeitig das Drosselventil in einer derartigen Weise ge
öffnet wird, dass das Motordrehmoment im Wesentlichen kon
stant bleibt, vgl. Schritt 230. Dabei kann die Drossel,
falls zur Unterstützung weiterer Funktionen nötig, stärker
oder schwächer geöffnet werden. Gemäß Block 232 arbeitet der
Motor nunmehr in dem dritten Betriebsbereich.
In Fig. 8a sind die Schritte zur Überprüfung für bzw. zur
Durchführung des Übergangs in den dritten Betriebsbereich
dargestellt (Block 300). In den Schritten 302, 304, 306 und
318 werden Abfragen durchgeführt, um zu bestimmen, ob ein
Übergang durchgeführt werden soll. In Schritt 302 wird die
gegenwärtige Drehzahl rpm mit der Größe rpmt verglichen, die
einen vorbestimmten Drehzahlwert darstellt, der der Grenze
zwischen dem ersten und zweiten Betriebsbereich entspricht
(rpmt ist in Fig. 2 dargestellt). Der Zweck des Schrit
tes 302 liegt darin, zu bestimmen, ob ein Übergang in den
ersten Betriebsbereich oder in den zweiten Betriebsbereich
durchgeführt werden soll. Wenn rpm kleiner ist als rpmt, dann
wird in den Schritten 304 und 306 abgefragt, ob ein ausrei
chendes Motordrehmoment produziert werden kann, und ob die
Verbrennungsrauhigkeit akzeptabel wäre, wenn das wahlfrei
ansteuerbare Einlassventil 16 verwendet wird. Wenn eine der
Abfragen 304 oder 306 zu einem negativen Ergebnis kommt,
geht das Verfahren zu Schritt 300 zurück. Wenn sowohl die
Abfrage 304 als auch die Abfrage 306 positiv beantwortet
werden, wird ein Übergang in den ersten Betriebsbereich ge
mäß Schritt 308 durchgeführt. In Schritt 312 wird das selek
tierbare Einlassventil 18 geschlossen und das wahlfrei an
steuerbare Einlassventil 16 frühverstellt, um das Drehmoment
aufrechtzuerhalten. Wenn rpm größer als rpmt ist, werden in
den Schritten 316 und 318 Abfragen ausgeführt, um zu bestim
men, ob genügend Motordrehmoment produziert werden kann, und
ob die Verbrennungsrauhigkeit bei einem Betrieb mit dem se
lektierbaren Einlassventil 18 akzeptabel wäre. Falls eine
der Abfragen 316 oder 318 negativ ausfällt, wird das Verfah
ren mit Schritt 300 im dritten Betriebsbereich fortgesetzt.
Wenn sowohl die Abfrage 316 als auch die Abfrage 316 positiv
ausfallen, wird in Schritt 320 ein Übergang in den zweiten
Betriebsbereich veranlasst. Das Drosselventil wird geschlos
sen und der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Ein
lassventils 16 gemäß Schritt 322 frühverstellt. Durch eine
Abfrage in Schritt 324 wird festgestellt, ob eine weitere
Frühverstellung der Schließzeit des wahlfrei ansteuerbaren
Einlassventils 16 die Einlassluftmenge beeinflussen würde.
In diesem Fall wird Schritt 322 erneut ausgeführt. Andern
falls wird das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 de
aktiviert (vgl. Schritt 326). Das System arbeitet nunmehr in
dem zweiten Betriebsbereich, vgl. Block 328.
In Fig. 8b ist eine Alternative zu Fig. 8a dargestellt.
Die Schritte 302, 304, 306, 316 und 318 werden durch die
Schritte 350, 352 und 354 gemäß Fig. 8b ersetzt. In Schritt
350 sind vier Fragen mit jeweils binären Antworten aufge
führt. Die erste Frage lautet: "Kann mit dem selektierbaren
Einlassventil 18 ausreichend Drehmoment produziert werden?".
Frage zwei lautet: "Kann mit dem wahlfrei ansteuerbaren Ein
lassventil 16 genügend Motordrehmoment produziert werden?".
Frage drei lautet: "Wäre die Verbrennungsrauhigkeit bei Ein
satz des selektierbaren Einlassventils 18 akzeptabel?". Fra
ge vier lautet: "Wäre die Verbrennungsrauhigkeit bei Einsatz
des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 akzeptabel?".
In Schritt 352 ist der Verlauf der Programmsteuerung in Ab
hängigkeit von den Antworten auf die vier Fragen darge
stellt. Wenn alle Fragen positiv oder mit ja beantwortet
wurden, fährt die Steuerung mit dem Weg A fort. Weg A führt
zu Schritt 354, bei dem eine Abfrage durchgeführt wird, um
zu bestimmen, ob die Verluste in dem ersten Betriebsbereich
geringer sind als die Verluste in dem zweiten Betriebsbe
reich. Bei einem positiven Ergebnis in Block 354 wird ein
Übergang von dem dritten Betriebsbereich in den ersten Be
triebsbereich veranlasst, vgl. Schritt 308. Bei einem nega
tiven Ergebnis wird ein Übergang von dem dritten Betriebsbe
reich in den zweiten Betriebsbereich veranlasst, vgl.
Schritt 320. Wenn die Antworten auf die Fragen 1 und 3 posi
tiv sind und entweder eine oder beide der Antworten auf die
Fragen 2 und 4 negativ ist bzw. sind, wird das Verfahren
entlang des Weges B fortgeführt. Gemäß Weg B wird ein Über
gang von dem dritten Betriebsbereich in den zweiten Be
triebsbereich gemäß Schritt 320 durchgeführt. In ähnlicher
Weise wird bei einer positiven Antwort auf die Fragen 2 und
4 (während eine oder beide der Antworten auf die Fragen 1
und 3 negativ ist bzw. sind) der Programmfluss mit Weg C
fortgesetzt, der zu Schritt 312 führt, bei dem ein Übergang
von dem dritten Betriebsbereich in den ersten Betriebsbe
reich veranlasst wird. Bei allen anderen Ergebnissen als den
vorstehend genannten wird zu D übergegangen, bei dem ein
Rücksprung zu Schritt 300 in den dritten Betriebsbereich er
folgt. Die verbleibenden Schritte von Fig. 8b wurden be
reits anhand von Fig. 8a erläutert.
Gemäß Fig. 9 wird ausgehend von einem Betrieb im vierten
Betriebsbereich (Schritt 400) ein Übergang veranlasst, wenn
die Verbrennungsstabilität nicht akzeptabel ist, vgl.
Schritt 402. Zur Durchführung des Übergangs (Schritt 404)
wird das Drosselventil geschlossen, während die Schließzeit
des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils vorverstellt wird,
wobei ein im Wesentlichen konstantes Motordrehmoment erzeugt
wird, vgl. Schritt 406. Der Motor arbeitet nunmehr in dem
fünften Betriebsbereich, vgl. Schritt 408.
Wenn der Motor in dem fünften Betriebsbereich arbeitet, wird
in Schritt 420 von Fig. 9 eine Abfrage durchgeführt, um zu
entscheiden, ob die Verbrennungsstabilität ohne Drosselung
akzeptabel sein würde, vgl. Schritt 422. In diesem Fall wird
ein Übergang von dem fünften Betriebsbereich in den vierten
Betriebsbereich veranlasst, vgl. Schritt 424. Dazu wird die
Drossel geöffnet, während die Schließzeit des Einlassventils
derart verzögert wird, dass ein im Wesentlichen konstantes
Motordrehmoment während des Übergangs in Schritt 426
entwickelt wird. Der Motor arbeitet nunmehr in dem vierten Be
triebsbereich, vgl. Schritt 428.
Gemäß Fig. 8a werden in den Schritten 316 und 304 Abfragen
durchgeführt, um zu bestimmen, ob mit dem selektierbaren
Einlassventil 18 und dem wahlfrei ansteuerbaren Einlassven
til 16 jeweils ein ausreichendes Motordrehmoment erzeugt
werden kann. Weiterhin werden in den Schritten 306 und 318
Abfragen hinsichtlich der Verbrennungsrauhigkeit durchge
führt. Im Rahmen der Entwicklung kann sich herausstellen,
dass die Verbrennungsrauhigkeit, die Drehmomentproduktion
oder ein anderes Maß als einziges Kriterium für die Auslö
sung eines Übergangs ausreicht. In diesem Falle können die
Strategien, die anhand der Fig. 6 bis 9 erläutert worden
sind, entsprechend vereinfacht werden.
Nachfolgend wird ein Algorithmus zur Berechnung der Drossel
position und der Schließzeit des Einlassventils bei einer
von der Motorsteuerung veranlassten Änderung der Drossel
stellung beschrieben. Derartige Übergänge mit Änderung der
Drosselklappenstellung sind die Übergänge betreffend den Be
triebsbereich 36 und die Übergänge zwischen den Betriebsbe
reichen 32 und 34 gemäß Fig. 2. Die gewünschte Einlaßluft
(des_trp_chg) ist eine Funktion des gewünschten Motordrehmo
ments (des_tq) und der Motor Drehzahl (rpm), d. h.
des_trp_chg = fnc (des_tq, rpm).
In einem Motor mit feststehenden Ventilereignissen sind
des_trp_chg und der gewünschte Einlassdruck (des_MAP) wie
folgt miteinander verknüpft:
des_MAP = a.des_trp_chg + b,
wobei a und b Funktionen der Drehzahl rpm sind.
Bei einem Motor mit flexiblen Ventilereignissen kann der
Einfluß der Ventilzeiten wie folgt berücksichtigt werden:
des_MAP = c.des_trp_chg/trp_chg_rf + d (1),
wobei c und d Funktionen der Drehzahl rpm und trp_chg_rf ei
nen Einlassluftreduktionsfaktor darstellt, definiert als:
trp_chg_rf = trp_chg(IVC)/trp_chg(IVCm),
wobei trp_chg(IVC) die eingeschlossene Luftmenge bei einem
gegebenen Einlassventilschließzeitpunkt IVC und trp_chg(IVCm)
die eingeschlossene Luftmenge bei IVCm darstellt, dem
Schließzeitpunkt, bei dem die maximale eingeschlossene Luft
menge erreicht wird. Wie aus Fig. 3c ersichtlich, variiert
trp_chg_rf in einem Bereich zwischen 0 und 1. Weiterhin gilt
trp_chg_rf = fnc (IVC)
bei einem gegebenen Einlassdruck MAP und einer gegebenen
Drehzahl rpm.
In einer allgemeineren Form gilt trp_chg_rf = fnc (IVC, MAP,
rpm), wobei die detaillierte Gestalt der Gleichung im Ver
lauf des Entwicklungsprozesses bestimmt wird.
Das Auflösen der vorstehenden Gleichung (1) nach trp_chg_rf
ergibt
trp_chg_rf = (c.des_trp_chg)/(des_MAP-d) = fnc (IVC, MAP, rpm).
Wie vorstehend bereits erwähnt, ist die Beziehung zwischen
IVC und trp_chg_rf a priori nicht bekannt. Wenn jedoch eine
derartige Beziehung gegeben ist, kann die Gleichung nach IVC
aufgelöst werden. IVC hängt ab von
IVC = fnc (MAP, des_trp_chg, rpm).
Die gewünschte Drosselstellung (TP) hängt mit dem Einlass
druck MAP über Schall- und Unterschallbeziehungen zusammen.
Diese Beziehungen sind bekannt und werden beispielsweise in
der US-PS 55 26 787 beschrieben, die diesbezüglich zum Be
standteil der vorliegenden Offenbarung gemacht wird. Weiter
hin sei explizit auf "Internal Combustion Engine Fundamen
tals" von J. B. Heywood (McGraw Hill, 1988) verwiesen.
TP = fnc (MAP, rpm).
Die obengenannten Beziehungen gelten für einzelne Betriebs
bedingungen. Jedoch finden Übergänge, bei denen ein öffnen
oder Schließen des Drosselventils (zwischen dem Betriebsbe
reich 36 und anderen Bereichen der Fig. 2) stattfindet
muss, über ein Zeitintervall statt und erfordern daher eine
gegenläufige rampenförmige Anpassung der IVC und der Dros
selstellung. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein
rampenförmiger Verlauf des Einlassdrucks MAP zur Definition
der Rampen von IVC und TP herangezogen. Der rampenförmige
Verlauf von MAP basiert auf dem gewünschten Endwert für MAP
(des_MAP) und dem aktuellen oder anfänglichen MAP (MAPi). Ei
ne Änderung der Drosselstellung - üblicherweise eine elek
tronisch gesteuerte Drosselventil - kann wesentlich schnel
ler erfolgen, als der Einlassdruck aufgrund der Trägheit des
Gases reagieren könnte. Abhängig von der Größe der gewünsch
ten Änderung und der jeweiligen Motordrehzahl kann dies etwa
ein bis zwanzig Motorzyklen dauern, bis der Einlassdruck
sein Gleichgewichtsniveau erreicht hat. Aus dem Wunsch nach
sanften Übergängen zwischen den Bereichen von Fig. 2 folgt,
dass der rampenförmige Anstieg von MAP hinreichend langsam
sein muss, so dass die Verzögerung bei der Füllung des Ein
lasskrümmers minimal ist. Bevorzugt wird eine lineare Rampe
von MAP mit den Endpunkten MAPi und des_MAP und einer Stei
gung verwendet, die durch die Fülleigenschaften des Einlass
krümmers bestimmt ist. Der rampenförmige Verlauf von MAP
wird als MAP(t) bezeichnet. Sowohl die rampenförmigen Ver
läufe IVC(t) als auch TP(t) basieren auf dem rampenförmigen
Verlauf von MAP mit der zusätzlichen Randbedingung durch
des_trp_chg. Dementsprechend können IVC(t) und TP(t) basie
rend auf der Einlassdruckrampe und der gewünschten Einlass
luftmenge wie folgt berechnet werden:
IVC (t) = fnc (MAP(t), des_trp_chg, rpm) und
TP(t) = fnc (MAP(t), des_trp_chg, rpm)
bei gegebener Drehzahl rpm.
In Fig. 10 sind die Schritte zur Berechnung von IVC (t) und
TP(t) beschrieben. Die Eingangsgrößen zu Schritt 500 sind
das gewünschte bzw. verlangte Drehmoment, des_tq und die Mo
tordrehzahl rpm. In Schritt 500 wird die gewünschte Einlass
luftmenge (des_trp_chg) berechnet. In Schritt 502 wird der
gewünschte Einlassdruck (des_MAP), d. h. der Zielwert des
Einlassdrucks nach Abschluß des Übergangs unter Verwendung
von des_trp_chg, rpm und des Betriebszustandes der Einlass
ventile am Ende des Übergangs berechnet. Der Betriebszustand
der Einlassventile ist für einen Übergang aus dem Betriebs
bereich 36 in den Betriebsbereich 30 (vgl. Fig. 2) sowohl
für das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 als auch das
selektierbare Einlassventil 18 "aktiviert". In Schritt 504
werden die Rampen von MAP, des_MAP(t) anhand der Eingabewer
te des Anfangswertes für MAP, MAPi und des_MAP berechnet. Wie
vorstehend erläutert, ist der Verlauf von MAP bevorzugt li
near (vgl. Schritt 512), wobei die Fülleigenschaften des
Einlasskrümmers berücksichtigt werden. Bevorzugt werden die
Charakteristiken des Verlaufs von MAP in einen Algorithmus
gefasst, der in der Motorsteuerung abgelegt ist. Der Aus
gangswert von Schritt 504, des_MAP(t) zusammen mit
des_trp_chg dienen als Eingangswert für die Schritte 506 und
508, in denen jeweils IVC(t) und TP(t) berechnet werden. In
Automobilsteuersystemen wird üblicherweise ein Maß für die
zugeführte Frischluft berechnet, wie bei Schritt 510 darge
stellt. Basierend auf dem Maß für die zugeführte Frischluft
wird in Schritt 510 die eingeschlossene Frischluft berech
net. Diese tatsächliche eingeschlossene Frischluft dient als
Eingangswert für Schritt 508 und kann dort zur Fehlerprüfung
und zur Aktualisierung der Gleichungen für die Drosselstel
lung oder der Tabellenspeicher herangezogen werden.
Moderne Kraftfahrzeuge sind gemäß Fig. 1 mit einem Kraft
stoffdampfrückgewinnungs- und Reinigungssystem versehen, um
die Kraftstoffdämpfe zu behandeln, die aus dem Flüssigkraft
stoff in dem Kraftstofftank 48 durch Temperaturschwankungen
und durch die Verdrängung von Kraftstoffdämpfen bei der Be
füllung des Tanks auftreten. Das System weist einen Aktiv
kohlebehälter 52 auf, mittels dessen Kraftstoffdämpfe absor
biert werden. Wenn ein Reinigungsvorgang durch die elektro
nische Motorsteuerungseinheit 26 veranlasst wird, wird
Frischluft durch den Aktivkohlebehälter 52 geleitet. Die
Frischluft und die desorbierten Dämpfe werden in den Motor
in Strömungsrichtung unterhalb des Drosselventils 14 einge
lassen. Die Kraftstoffdämpfe fließen dann aufgrund des Un
terdrucks in dem Einlasskanal 12 durch den Motor.
Bei konventionellen funkengezündeten Verbrennungsmotoren,
die in den häufigsten Betriebsbedingungen gedrosselt arbei
ten, stellt eine regelmäßige Reinigung des Aktivkohlebehäl
ters kein Problem dar. Jedoch müssen bei einem Verbrennungs
motor mit hybrider Ventilsteuerung zusätzliche Maßnahmen zur
Reinigung getroffen werden. Denn in dem Betriebsbereich 32
(vgl. Fig. 2) eines Verbrennungsmotors 10 mit einer hybri
den Ventilsteuerung ist die Drosselklappe 14 vollständig ge
öffnet. Aus diesem Grund herrscht in dem Einlasskanal 12
(vgl. Fig. 1) kein Unterdruck. Wenn die Motorsteuerung ei
nen Reinigungsvorgang veranlasst, dann muss die Drossel 14
geschlossen werden, um eine Reinigung des Aktivkohlebehäl
ters 52 zu ermöglichen. Um die Drehmomentreduktion, die
durch das Schließen der Drossel 14 verursacht wird, auszu
gleichen, wird die Schließzeit das wahlfrei ansteuerbaren
Einlassventils 16 derart geändert, dass diese einen ausrei
chend Lufteinlass zur Aufrechterhaltung des Motordrehmoments
sicherstellt. Wenn durch die Motorsteuerungseinheit ent
schieden wird, dass der Aktivkohlebehälter gereinigt ist,
kann das Drosselventil wieder geöffnet werden, während im
Gegenzug die Schließzeit das wahlfrei ansteuerbaren Einlass
ventils im Hinblick auf das gewünschte Motordrehmoment geän
dert wird. Eine Reinigungsanforderung im Betriebsbereich 32
von Fig. 2 kann in derselben Weise wie ein Übergang von dem
Betriebsbereich 32 in den Betriebsbereich 34 - wie vorste
hend bereits erläutert - behandelt werden. Der Unterschied
bei diesen Übergang besteht darin, dass dieser nicht durch
die Verbrennungsstabilität, sondern durch die Notwendigkeit
einer Reinigung des Kraftstoffrückgewinnungssystems ausge
löst wird. Analog wird ein Übergang aus einem Reinigungsvor
gang genau wie ein Übergang von dem Betriebsbereich 34 in
den Betriebsbereich 32 durchgeführt, wie vorstehend be
schrieben.
Auch bei einem Betrieb mit hohem Drehmoment in dem Betriebs
bereich 30 von Fig. 2 findet keine Drosselung statt. Bevor
zugt kann die Reinigung des Kraftstoffrückgewinnungssystems
so gelegt werden, dass ausreichend Reinigungszeit außerhalb
des Betriebsbereichs 30 liegt, da bei normalem Betrieb des
Motors der Betriebsbereich 30 selten erreicht wird. Wenn ei
ne Reinigung in dem Betriebsbereich 30 benötigt wird, kann
ähnlich verfahren werden, wie vorstehend für eine Reinigung
im Betriebsbereich 32 beschrieben, mit dem Unterschied, dass
in dem Betriebsbereich 30 keine starke Drosselung toleriert
werden kann, damit ein hohes Drehmoment verfügbar ist.
Claims (25)
1. Verfahren zur Spülung einer Kraftstoffdampfrückgewin
nungsanordnung für einen Verbrennungsmotor (10), der
wenigstens einen Zylinder, in dem wenigstens ein wahl
frei ansteuerbares Einlassventil (16) und wenigstens
ein selektierbares Einlassventil (18) mit einem vorbe
stimmten Ventilschließzeitpunkt vorgesehen sind, einen
Lufteinlass mit einem darin angeordneten Drosselven
til (14) sowie einen Einlasskrümmer aufweist, der zwi
schen dem Drosselventil (14) einerseits und sowohl dem
wahlfrei ansteuerbaren Einlassventil (16) als auch dem
selektierbaren Einlassventil (18) andererseits angeord
net ist, wobei eine Motorsteuereinheit (26) in Wirkver
bindung mit dem Motor (10) steht und die Kraftstoff
dampfrückgewinnungsanordnung wenigstens ein Ventil (54,
58) aufweist, durch welches die Kraftstoffdampfrückge
winnungsanordnung und der Einlasskrümmer kommunizierend
miteinander verbindbar sind, gekennzeichnet durch die
folgenden Schritte:
Feststellung, dass die Kraftstoffdampfrückgewin nungsanordnung nicht in einem Spülmodus arbeitet, und dass die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanord nung gespült werden soll;
Abfrage des Einlasskrümmerdrucks;
Vergleich des Einlasskrümmerdrucks mit einem vor bestimmten Spülschwellwert für den Einlasskrümmer druck; und,
falls der Einlasskrümmerdruck größer als der vor bestimmte Spülschwellwert für den Einlasskrümmer druck ist, Erniedrigen des Einlasskrümmerdrucks und Betätigung des wenigstens einen Ventils (54, 58) der Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung, um die kommunizierende Verbindung zwischen der Kraft stoffdampfrückgewinnungsanordnung und dem Luftein lass zu öffnen.
Feststellung, dass die Kraftstoffdampfrückgewin nungsanordnung nicht in einem Spülmodus arbeitet, und dass die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanord nung gespült werden soll;
Abfrage des Einlasskrümmerdrucks;
Vergleich des Einlasskrümmerdrucks mit einem vor bestimmten Spülschwellwert für den Einlasskrümmer druck; und,
falls der Einlasskrümmerdruck größer als der vor bestimmte Spülschwellwert für den Einlasskrümmer druck ist, Erniedrigen des Einlasskrümmerdrucks und Betätigung des wenigstens einen Ventils (54, 58) der Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung, um die kommunizierende Verbindung zwischen der Kraft stoffdampfrückgewinnungsanordnung und dem Luftein lass zu öffnen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Einlasskrümmerdruck solange verringert wird, bis
dieser unterhalb des Spülschwellwerts für den Einlass
krümmerdruck liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, dass die Erniedrigung des Einlasskrümmerdrucks
durch eine Einstellung des Drosselventils (14) erreicht
wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekenn
zeichnet durch den Schritt der Anpassung des Schließ
zeitpunktes des wahlfrei ansteuerbaren Einlassven
tils (16) basierend auf dem Motordrehmoment.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Ein
lassventils (16) derart gewählt wird, dass bei der An
passung der Stellung des Drosselventils (14) das Dreh
moment im Wesentlichen konstant gehalten wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Ein
lassventils (16) vorverstellt wird, falls der Ventil
schließzeitpunkt gegenüber dem vorbestimmten Ventil
schließzeitpunkt verzögert ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich
net, dass der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerba
ren Einlassventils (16) verzögert wird, falls der Ven
tilschließzeitpunkt gegenüber dem vorbestimmten Ventil
schließzeitpunkt vorverstellt worden war.
8. Verfahren zur Spülung einer Kraftstoffdampfrückgewin
nungsanordnung für einen Verbrennungsmotor (10), der
wenigstens einen Zylinder (4), in dem wenigstens ein
wahlfrei ansteuerbares Einlassventil (16) und wenig
stens ein selektierbares Einlassventil (18) mit einem
vorbestimmten Ventilschließzeitpunkt vorgesehen sind,
einen Lufteinlass mit einem darin angeordneten Drossel
ventil (14) sowie einen Einlasskrümmer aufweist, der
zwischen dem Drosselventil (14) einerseits und sowohl
dem wahlfrei ansteuerbaren Einlassventil (16) als auch
dem selektierbaren Einlassventil (18) andererseits an
geordnet ist, wobei eine Motorsteuereinheit (26) in
Wirkverbindung mit dem Motor steht, und die Kraftstoff
dampfrückgewinnungsanordnung wenigstens ein Ventil
(54, 58) aufweist, durch welches die Kraftstoffdampf
rückgewinnungsanordnung und der Einlasskrümmer kommuni
zierend miteinander verbindbar sind, gekennzeichnet
durch die folgenden Schritte:
Feststellung, dass die Kraftstoffdampfrückgewin nungsanordnung in einem Spülmodus arbeitet, und dass die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung ausreichend gespült wurde;
Betätigung des wenigstens einen Ventils (54, 58) der Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung, um die kommunizierende Verbindung zwischen der Kraft stoffdampfrückgewinnungsanordnung und dem Luftein lass zu schließen; und
Erhöhung des Einlasskrümmerdrucks.
Feststellung, dass die Kraftstoffdampfrückgewin nungsanordnung in einem Spülmodus arbeitet, und dass die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung ausreichend gespült wurde;
Betätigung des wenigstens einen Ventils (54, 58) der Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung, um die kommunizierende Verbindung zwischen der Kraft stoffdampfrückgewinnungsanordnung und dem Luftein lass zu schließen; und
Erhöhung des Einlasskrümmerdrucks.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die Erhöhung des Einlasskrümmerdrucks durch Öffnung des
Drosselventils (14) erreicht wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch
den Schritt der Erhöhung des Einlasskrümmerdrucks, bis
ein gewünschter Einlasskrümmerdruck erreicht wurde.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass der gewünschte Einlasskrümmerdruck
durch eine vollständige Öffnung des Drosselventils (14)
erreicht wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, gekenn
zeichnet durch den Schritt der Anpassung des Schließ
zeitpunktes des wahlfrei ansteuerbaren Einlassven
tils (16) basierend auf dem Motordrehmoment.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
dass der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren
Einlassventils (16) derart gewählt wird, dass bei der
Anpassung der Stellung des Drosselventils (14) das
Drehmoment im Wesentlichen konstant gehalten wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
dass der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren
Einlassventils verzögert wird, falls der Schließzeit
punkt gegenüber dem vorbestimmten Ventilschließzeit
punkt verzögert ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
dass der vorbestimmte Ventilschließzeitpunkt ein Ven
tilschließzeitpunkt ist, bei dem die maximale Einlass
luftmenge nach dem Schließen des variabel ansteuerbaren
Einlassventils (16) in dem Zylinder (4) verbleibt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, dass der Schließzeitpunkt des wahlfrei
ansteuerbaren Einlassventils (16) vorverstellt wird,
falls der Schließzeitpunkt gegenüber dem vorbestimmten
Ventilschließzeitpunkt vorverstellt ist.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
dass der vorbestimmte Ventilschließzeitpunkt ein Ven
tilschließzeitpunkt ist, bei dem die maximale Einlass
luftmenge nach dem Schließen des variabel ansteuerbaren
Einlassventils (16) in dem Zylinder (4) verbleibt.
18. Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung für einen Ver
brennungsmotor mit mehreren Zylindern (4), in denen je
weils ein wahlfrei ansteuerbares Einlassventil (16) und
ein selektierbares Einlassventil (18) vorgesehen ist,
die stromabwärts von einem Lufteinlass mit einem Dros
selventil (14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
dass die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung auf
weist:
einen Behälter (52) zur Aufnahme der Kraftstoffdämpfe;
ein erstes Ventil (58), das in einer Leitung (60) zwi schen dem Lufteinlass des Motors (10) und dem Behäl ter (52) angeordnet ist;
ein zweites Ventil (54), das in einer Leitung zwischen dem Behälter (52) und der Atmosphäre angeordnet ist; und
eine Steuereinheit (26), die sowohl mit dem Motor (10) als auch mit der Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung in Wirkverbindung steht, und die
zur Durchführung eines Übergangs in einen Spülmo dus ausgebildet ist, falls die Kraftstoffdampf rückgewinnungsanordnung nicht in dem Spülmodus be trieben wird und gespült werden sollte; und die
zur Durchführung eines Übergangs aus dem Spülmodus ausgebildet ist, falls die Kraftstoffdampfrückge winnungsanordnung in dem Spülmodus arbeitet und festgestellt wird, dass die Anordnung ausreichend gespült ist.
einen Behälter (52) zur Aufnahme der Kraftstoffdämpfe;
ein erstes Ventil (58), das in einer Leitung (60) zwi schen dem Lufteinlass des Motors (10) und dem Behäl ter (52) angeordnet ist;
ein zweites Ventil (54), das in einer Leitung zwischen dem Behälter (52) und der Atmosphäre angeordnet ist; und
eine Steuereinheit (26), die sowohl mit dem Motor (10) als auch mit der Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung in Wirkverbindung steht, und die
zur Durchführung eines Übergangs in einen Spülmo dus ausgebildet ist, falls die Kraftstoffdampf rückgewinnungsanordnung nicht in dem Spülmodus be trieben wird und gespült werden sollte; und die
zur Durchführung eines Übergangs aus dem Spülmodus ausgebildet ist, falls die Kraftstoffdampfrückge winnungsanordnung in dem Spülmodus arbeitet und festgestellt wird, dass die Anordnung ausreichend gespült ist.
19. Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung nach Anspruch
18, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (26)
einen Einlasskrümmerdruck bestimmt, diesen mit einem
vorbestimmten Spülschwellwert für den Einlasskrümmer
druck vergleicht und den Einlasskrümmerdruck ernied
rigt, wenn der Einlasskrümmerdruck größer als der vor
bestimmte Spülschwellwert für den Einlasskrümmerdruck
ist.
20. Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung nach Anspruch 18
oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit
(26) das erste und das zweite Ventil (58, 54) öffnet,
wenn die Steuereinheit entscheidet, dass die Kraft
stoffdampfrückgewinnungsanordnung gespült werden soll.
21. Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung nach Anspruch 19
oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerein
heit (26) den Einlasskrümmerdruck durch Schließen des
Drosselventils (14) erniedrigt.
22. Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung nach Anspruch
21, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (26)
den Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Ein
lassventils (16) abhängig von dem Schließvorgang des
Drosselventils (14) verändert, um ein im Wesentlichen
konstantes Motordrehmoment aufrechtzuerhalten.
23. Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung nach einem der
Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die
Steuereinheit (26) das erste und das zweite Ventil (58,
54) schließt, wenn entschieden wurde, dass die Kraft
stoffdampfrückgewinnungsanordnung ausreichend gespült
worden ist.
24. Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung nach Anspruch
23, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (26)
die Erhöhung des Einlasskrümmerdrucks durch Öffnung des
Drosselventils (14) erreicht.
25. Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung nach Anspruch
24, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (26)
den Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Ein
lassventils (16) abhängig von dem Öffnungsvorgang des
Drosselventils (14) verändert, um ein im Wesentlichen
konstantes Motordrehmoment aufrechtzuerhalten.
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