DE10157104A1

DE10157104A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung von Betriebsübergängen bei Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE10157104A1
Application number: DE10157104A
Authority: DE
Inventors: Ilya V Kolmanovsky; Jeffrey Arthur Cook; Jing Sun
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2000-12-05
Filing date: 2001-11-21
Publication date: 2002-09-26
Anticipated expiration: 2021-11-22
Also published as: DE10157104B4; US6360713B1; GB2372225B; GB2372225A; GB0128388D0

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Drehmoments während eines Betriebsübergangs in einer Brennkraftmaschine (10) beschrieben. Sowohl die Zündzeitsteuerung als auch die unterschiedliche Zufuhr von Kraftstoff zu den Zylindern haben einen Einfluss auf das Drehmoment. Beide werden dazu eingesetzt, während eines Übergangs eine sanfte Drehmomentanpassung zu bewirken.

Description

Die Erfindung betrifft die Drehmomentsteuerung bei Brenn kraftmaschinen mit dem Ziel, einen sanften Drehmomentwechsel bei einer Zylinderdeaktivierung und -reaktivierung, einem Gangwechsel, sowie einer Zu- oder Abnahme des Verdichtungs verhältnisses oder einer vom Fahrer oder einer Antischlupf regelung gewünschten Drehmomentänderung sicherzustellen.

Bei VDE-Motoren (Motoren mit variablem Hubraum) kann ein Teil der Zylinder eines mehrere Zylinder aufweisenden Motors deaktiviert werden, was typischerweise erfolgt, um die Mo torleistung unter bestimmten Betriebsbedingungen zu verbes sern. Der höchste thermische Wirkungsgrad eines Motors wird bei einer Motordrehzahl, deren Drehmoment ca. 75% des Spit zendrehmoments entspricht, erreicht. Das vom Fahrer angefor derte Drehmoment liegt jedoch häufig um einiges unter dem Drehmomentniveau für einen maximalen Wirkungsgrad. Bei VDE- Motoren ist der Wirkungsgrad dadurch erhöht, dass nur ein Teil der Zylinder eingesetzt und näher an den Punkt des höchsten Wirkungsgrades herangebracht wird.

Ein Problem bei der Entwicklung von Fahrzeugen mit VDE-Motor zur Produktionsreife liegt in der Gestaltung der Übergänge vom Betrieb aller Zylinder auf den Betrieb mit nur einem Teil der Zylinder und umgekehrt. Wenn z. B. vier Zylinder ei nes Achtzylindermotors im Einsatz sind und der Fahrer des Fahrzeugs ein größeres Drehmoment verlangt, als diese vier Zylinder leisten können, werden die deaktivierten vier Zy linder in Betrieb genommen. Unmittelbar bei der Reaktivie rung der Zylinder verdoppelt sich der Luftstrom zu dem Motor nahezu, da nun statt von vier Zylindern von acht Zylindern Luft aus dem unter hohem Druck stehenden Ansaugkrümmer ange saugt wird, was zu einer Drehmomentstörung führt.

Um bei VDE-Motoren sanfte Übergänge bei raschen Drehmoment änderungen sicherzustellen, könnte gleichzeitig mit der Re aktivierung der Zylinder die Drosselklappe schnell geschlos sen werden, um die Luftzufuhr zu begrenzen. Der Schließvor gang der Drosselklappe erfolgt jedoch erst nach einer Reihe von Vorgängen im Motor, d. h. nicht unverzüglich. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass eine unver zügliche Änderung erfolgen muss, um Drehmomentschwankungen während Betriebsübergängen in VDE-Motoren oder bei Übergän gen anderer Art in Brennkraftmaschinen, die mit Drehmoment schwankungen einhergehen, abzufedern.

Aus der US 54 37 253, der US 53 74 224 und der US 54 81 461 ist zur Bereitstellung eines sanften Übergangs eine Zün dungsverzögerung bekannt, wobei unter einem Übergang eine Zylinderdeaktivierung oder -reaktivierung verstanden wird. Dabei wird die Zündeinstellung von MBT ("minumum spark advance for best torque": spätester Zündzeitpunkt für ein optimales Drehmoment) in Richtung spät verstellt, und es verringert sich das Drehmoment. Eine Steuerung des Zündzeit punkts ist ein brauchbares Mittel, um unmittelbar auf das Drehmoment einzuwirken, da eine Änderung beim nächsten Ver brennungsvorgang herbeigeführt werden kann. Durch die Zündeinstellung allein lässt sich jedoch das Drehmoment nicht ausreichend verringern, um eine sanfte Drehmomentkurve während eines Übergangs zu erreichen. Darüber hinaus ist ab hängig von dem durch die Motorsteuerung zugelassenen Zünd verstellbereich bei einigen Betriebsbedingungen möglicher weise keine ausreichende Zündverzögerung verfügbar. Im Rah men der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass ein Be darf für eine alternative oder zusätzliche Maßnahme besteht, um das Drehmoment im Fall eines Übergangs zu reduzieren.

Aus der EP 0 937 880 ist ein Verfahren bekannt, mittels des sen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis dahingehend verändert wird, dass das Drehmoment bei einem Übergang auf das ge wünschte Niveau reguliert wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde jedoch erkannt, dass eine in der Nachbehand lungsvorrichtung auftretende Abweichung des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses vom stöchiometrischen Verhältnis bei einem Mo tor mit einem Dreiwege-Katalysator kein geeigneter Weg ist, da die Katalysatorfunktion davon abhängig ist, dass ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufrechterhal ten bleibt.

Aus der US 40 06 722 ist der Einsatz eines unterschiedlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei den Zylindern bekannt, um den NO_x-Ausstoß des Motors zu reduzieren. Allen Zylindern wird ein fettes Gemisch zugeführt. Einem Teil der Zylinder wird zusätzliche Luft zugeführt, so dass bei diesen ein ma geres Gemisch vorliegt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass bei elektronischer Einlasskanaleinsprit zung (port fuel injection) des Kraftstoffs den Zylindern ein mageres oder fettes Gemisch zugeführt werden kann, ohne dass weitere Hardware für die Zuleitung von zusätzlicher Luft zu den Zylindern notwendig ist. Außerdem wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung erkannt, dass es mit der elektroni schen Einlasskanaleinspritzung möglich ist, auch nur einem einzelnen Zylinder ein fettes oder mageres Gemisch zuzufüh ren, während bei der Vorrichtung gemäß US 40 06 722, bei der ein zentrales Vergasersystem vorgesehen ist, allen Zylindern ein fettes Gemisch zugeleitet wird.

Bei der Vorrichtung gemäß der US 40 06 722 werden alle Zy linder mit zusätzlichem Kraftstoff beaufschlagt, und einem Teil der Zylinder wird zusätzliche Luft zugeführt. Beide Maßnahmen führen zu einem Drehmomentanstieg. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde ein alternatives Verfahren ge schaffen, bei dem einigen Zylindern ein fettes Gemisch und anderen Zylindern ein mageres Gemisch zugeführt wird, was zu einer Drehmomentminderung führt.

Erfindungsgemäß wird ein Betriebsübergangsverfahren bereit gestellt, um das von einer Brennkraftmaschine erzeugte Drehmoment zu steuern. Die Brennkraftmaschine weist mehrere Zylinder, eine Abgasanlage mit einer oder mehreren Vorrich tungen zur Abgasnachbehandlung, sowie eine Motorsteuerung auf, die funktionell mit der Brennkraftmaschine gekoppelt ist, um das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das den Zy lindern bereitgestellt wird, zu regeln. Das Verfahren ent hält die folgenden Schritte: mindestens ein Zylinder wird mit einem mageren relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis be trieben, und mindestens ein Zylinder wird mit einem fetten relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben, um die Emis sionen zu reduzieren, die andernfalls durch den Betrieb min destens eines Zylinders mit einem mageren relativen Luft- Kraftstoff-Verhältnis hervorgerufen würden. Dadurch, dass ein Zylinder mit einem mageren relativen Luft-Kraftstoff- Verhältnis arbeitet und der andere Zylinder mit einem fetten relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wird den nachbehan delnden Vorrichtungen ein geeignetes, möglichst stöchiome trisches, relatives Luft-Kraftstoff-Verhältnis bereitge stellt. Das während des Betriebsübergangs gewünschte Drehmo ment kann berechnet werden. Durch das fette relative Luft- Kraftstoffgemisch und das magere relative Luft- Kraftstoffgemisch in den jeweiligen Zylindern und eine ver zögerte Zündeinstellung wird das gewünschte Drehmoment ge währleistet.

Im Rahmen der Erfindung wird ferner eine Vorrichtung zur Drehmomentsteuerung während eines Betriebsartenübergangs bei einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Die Brennkraftma schine (nachfolgend auch "Motor" genannt), weist mehrere Zy linder, eine Abgasanlage mit einer oder mehreren Einrichtun gen zur Abgasnachbehandlung, ein Drosselventil, das in einem Lufteinlasskanal angeordnet ist, und eine Motorsteuerung, die an den Motor gekoppelt ist, auf, um das den Zylindern zugeführte relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu regeln. Die Motorsteuerung stellt mindestens für einen Zylinder ein mageres relatives Luft-Kraftstoff-Verhältnis und mindestens für einen anderen Zylinder ein fettes relatives Luft- Kraftstoff-Verhältnis bereit, um Emissionen zu reduzieren, die andernfalls durch den Betrieb eines Zylinders mit einem mageren relativen Luft-Kraftstoffgemisch verursacht würden. Von der Motorsteuerung wird außerdem während eines Übergangs in der Betriebsart die gewünschte Drosselklappenposition für das gewünschte Drehmoment berechnet.

Bei Verfahren zur Reduktion des Motordrehmoments nach dem Stand der Technik wird einigen Motorzylindern ein mageres relatives Luft-Kraftstoff-Verhältnis bereitgestellt. Die da bei auftretenden Probleme werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung dadurch behoben, dass einigen Zylindern ein mage res relatives Luft-Kraftstoffgemisch zugeführt wird, während einigen anderen Zylindern ein fettes relatives Luft- Kraftstoffgemisch zugeführt wird. Bei den bekannten Verfah ren wird den Einrichtungen zur Abgasnachbehandlung ein mage res relatives Luft-Kraftstoffgemisch zugeführt, wodurch die Effizienz beträchtlich vermindert wird, wenn es sich bei der nachbehandelnden Einrichtung um einen Dreiwege-Katalysator handelt. Bei der vorliegenden Erfindung ist vorteilhaft, dass den Vorrichtungen zur Abgasnachbehandlung ein geeigne tes, relatives Luft-Kraftstoff-Verhältnis zugeleitet wird, bei dem es sich um ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff- Verhältnis handeln kann.

Der erfindungsgemäße Einsatz einer unterschiedlichen Kraft stoffzufuhr zu den Zylindern ist dem Verfahren nach dem Stand der Technik einer Verzögerung der Zündeinstellung überlegen. Der Vorteil liegt darin, dass eine ungleichmäßige Kraftstoffzufuhr mit der Zündeinstellung kombiniert werden kann, um so einen größeren Einfluss auf die Drehmomentsteue rung zu gewinnen, als es mit einer Verzögerung der Zünd punkteinstellung allein möglich ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen bei spielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Motors, mit ei ner Darstellung von Einspritzventilen, von Zündspu len, einer elektronischen Drossel und von Abgassau erstoffsensoren in Verbindung zum Steuercomputer;

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Fahrzeugs, mit einer Dar stellung eines Motors, eines Getriebes, von Rädern und der Motorsteuereinheit zugeordneten Sensoren;

Fig. 3 einen Graphen mit einer Darstellung der Drehmoment minderung bei unterschiedlicher Kraftstoffzufuhr zu den Motorzylindern;

Fig. 4 einen Graphen mit einer Darstellung der Drosselklap penstellung, des Luftstroms zu den Zylindern, der Betriebsart des Motors, des vom Motor erzeugten Drehmoments und des relativen Luft-Kraftstoff- Verhältnisses im ersten und zweiten Zylindersatz in Abhängigkeit von der Zeit während eines Übergangs in der Betriebsart, wobei deaktivierte Zylinder reakti viert werden;

Fig. 5 einen Graphen mit einer Darstellung der Drosselklap penstellung, des Luftstroms zu den Zylindern, der Betriebsart des Motors, des vom Motor erzeugten Drehmoments und des relativen Luft-Kraftstoff- Verhältnisses im ersten und zweiten Zylindersatz in Abhängigkeit von der Zeit während eines Übergangs in der Betriebsart, wobei Zylinder deaktiviert werden, und

Fig. 6 ein Flussdiagramm mit einer Darstellung des Ablaufs der Steuerlogik bei der Nutzung einer unterschiedli chen Kraftstoffzufuhr gemäß einem Aspekt der vorlie genden Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 10, nachfolgend auch Motor genannt, dargestellt, wobei es sich um einen VDE-Motor (Motor mit variablem Hubraum) handeln kann. Die vorliegende Erfindung ist jedoch bei allen Brennkraftmaschinen anwend bar.

Bei dem Motor gemäß Fig. 1 könnte es sich auch um einen VCR-Motor (Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis) han deln. Ein zur Anpassung des Verdichtungsverhältnisses vorge sehener Mechanismus könnte eine in der Länge variable Pleu elstange, einen zweigeteilten, in der Länge ausdehnbaren Kolben oder andere in der Fachwelt bekannte Bauelemente auf weisen, die in Fig. 1 nicht dargestellt sind. Ein Übergang von einem niedrigen auf ein hohes Verdichtungsverhältnis in einem VCR-Motor führt aufgrund der höheren Effizienz bei ei nem höheren Verdichtungsverhältnis zu einem Drehmomentan stieg.

Vorrichtungen zur Deaktivierung der Ventile oder eines Teils der Zylinder, um einen Betrieb mit variablem Hubraum zu er leichtern, sind nicht dargestellt. Der als Vierzylinder- Motor ausgebildeten Brennkraftmaschine 10 wird über einen Ansaugkrümmer 12 mit einer Drosselklappe 14 zur Steuerung der Luftstrommenge zum Motor Luft zugeleitet. In Fig. 1 sind Injektoren 20 dargestellt, die Kraftstoff in das An saugrohr zum Motor 10 einspritzen. Die Erfindung ist auch bei einer Direkteinspritzung, bei der die Kraftstoffein spritzung direkt in die Zylinder erfolgt, oder bei einer Schlitzeinspritzung (port injection) oder bei anderen Formen einer Kraftstoffzufuhr anwendbar. In den Motorzylindern sind Zündkerzen 22 angebracht. Der Vierzylinder-Motor 10 hat zwei Zylinder, die Abgas in einen Abgaskrümmer 16 einleiten, der mit einer Nachbehandlungsvorrichtung 30 mit einem Abgassau erstoffsensor 36 gekoppelt ist. Die entsprechende Ausrüstung für die anderen beiden Zylinder weist auf: Abgaskrümmer 18, Nachbehandlungseinrichtung 32 und Abgassauerstoffsensor 38. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Motor 10 werden die Abgas leitungen, die aus den Einrichtungen 30 und 32 zur Abgas nachbehandlung austreten, zusammengeführt, und die Abgase werden gemeinsam einer Nachbehandlungseinrichtung 34 zuge führt. Bei einer alternativen Konfiguration (nicht darge stellt) könnten die beiden Abgasleitungen separat weiterge führt werden, und jede Abgasleitung könnte eine zusätzliche Nachbehandlungseinrichtung ähnlich der Einrichtung 34 in Fig. 1 enthalten.

Die von jeder Einspritzdüse 20 eingespritzte Kraftstoffmen ge, der Befehl an die Zündkerzen 22 für jeden Zylinder und die Position der Drossel 14 werden von der Motorsteuerung 40 gesteuert. Eine Motorsteuerung 40 empfängt Signale von den Abgassauerstoffsensoren 36 (Verbindung nicht dargestellt) und 38 sowie von anderen Sensoren 50 wie z. B. von Luftmen gensensoren und von Kühlmitteltemperaturfühlern.

In Fig. 2 ist der Motor 10 mit einem damit verbundenen Ge triebe 50 dargestellt. Ein Gangwechsel in dem Getriebe ist ein weiteres Beispiel für eine Drehmomentstörung, die von der Motorsteuerung 40 zusätzlich zu der beschriebenen Drehmomentstörung bei einem Übergang zwischen Zylinderhub raumgrößen in einem VDE-Motor bewältigt werden muss.

Weiterhin sind in Fig. 2 Hardware-Teile dargestellt, die an der Feststellung beteiligt sind, ob die Antriebsräder des Fahrzeugs ihren Kraftschluss verloren haben. Die Motorsteue rung 40 empfängt Signale von einem Raddrehzahlmesser 52, der die Drehzahl von Antriebsrädern 54 misst, und einem Raddreh zahlmesser 56, der die Drehzahl von nicht angetriebenen Rä dern 58 misst. Wenn sich die Antriebsräder 54 schneller dre hen als die nicht angetriebenen Räder 58, wird Radschlupf diagnostiziert. Wenn Radschlupf festgestellt wird, gibt die Motorsteuereinheit dem Motor 10 den Befehl zur Reduktion des Drehmoments. Die Antischlupfregelung ist ein weiteres Bei spiel für eine Drehmomentstörung oder eine von der Motor steuereinheit 40 angeforderte abrupte Drehmomentminderung.

Somit wurden vorstehend mehrere Beispiele erörtert, bei de nen die Motorsteuerung eine Drehmomentstörung zu bewältigen hat. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird einem oder mehre ren Zylindern ein relatives Luft-Kraftstoffgemisch bereitge stellt, dass in Bezug auf den Kraftstoff mager ist. Da die Luftmenge, die den Zylindern zugeführt wird, nicht unmittel bar geändert werden kann, wird das relative Luft- Kraftstoffgemisch dadurch magerer gemacht, dass die Kraft stoffmenge, die diesen Zylindern zugeleitet wird, reduziert wird. Das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird in der Fachwelt gemeinhin mit Lambda bezeichnet und wird definiert als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis dividiert durch das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Es ist auch in der Fachwelt bekannt, dass das relative Luft-Kraftstoff- Verhältnis in den Abgasprodukten des Motors messbar und quantitativ bestimmbar ist, obwohl der größte Teil der Luft und des Kraftstoffs nach der Verbrennung nicht mehr exi stiert. Bei Motorsystemen, die einen Dreiwege-Katalysator enthalten, basiert eine Schadstoffbegrenzung darauf, dass das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei Eins bzw. in ei nem stöchiometrischen Verhältnis gehalten wird. Wenn also der Kraftstoff in einem oder mehreren Zylindern unterhalb des stöchiometrischen Verhältnisses liegt, muss einem oder mehreren Zylindern zusätzlicher Kraftstoff zugeführt werden, um einen Ausgleich zu dem/den mageren Zylinder(n) zu schaf fen. Möglicherweise entwickelt(n) der/die kraftstoffrei che(n) Zylinder ein größeres Drehmoment, als es bei einem stöchiometrischen Kraftstoffverhältnis der Fall wäre, wenn die kraftstoffreichen Zylinder nicht sehr fett sind. Die Drehmomentminderung in den Zylindern mit magerem Gemisch ist jedoch größer als ein Drehmomentanstieg in den Zylindern mit fettem Gemisch; somit wird das Drehmoment insgesamt redu ziert.

In Fig. 3 gibt die durchgezogene Linie das relative Luft- Kraftstoff-Verhältnis eines zweiten Zylindersatzes in Abhän gigkeit von dem relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines ersten Zylindersatzes unter der Voraussetzung wieder, dass das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis des ersten und zwei ten Zylindersatzes zusammen Eins ist. Gemäß Fig. 3 ist die Anzahl der Zylinder in dem ersten und in dem zweiten Zylin dersatz gleich. Dies ist keine Voraussetzung des Verfahrens und wäre bei einem Motor mit drei Zylindern in einer Reihe, wie es bei einem V-6 Motor der Fall ist, nicht möglich. Die Darstellung gemäß Fig. 3 dient zur Erläuterung des Verfah ren, soll jedoch nicht beschränkend sein. Die gestrichelte Linie in Fig. 3 stellt die von dem Motor erzeugte relative Leistung bei einer Änderung des relativen Luft-Kraftstoff- Verhältnisses dar. Die vertikale Achse 60 verläuft durch ein relatives Luft-Kraftstoff-Verhältnis des ersten Zylindersat zes von Eins, was dem relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zweiten Zylindersatzes von Eins und dem relativen Drehmoment von Eins entspricht, d. h. dem Ausgangsfall. Die mit 62 bezeichnete vertikale Achse verläuft durch ein rela tives Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 1.6, was nahe der Ma gergemisch-Brennbarkeitsgrenze für Kohlenwasserstoff-Kraft stoffe, wie etwa Benzin, liegt. Das entsprechende relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis für den zweiten Zylindersatz be trägt ca. 0.75. Der Wert des erzeugten relativen Drehmoments ist 0.82, was einer Drehmomentminderung von fast 20% gegen über dem Ausgangsfall entspricht.

In Fig. 4 ist der Zeitverlauf eines Übergangs in einem VDE- Motor dargestellt. Anfangs läuft der Motor mit zwei aktiven Zylindern, dann folgt die Reaktivierung von zwei Zylindern, so dass vier Zylinder in Betrieb sind (Kurve 72). Zum Zeit punkt der Reaktivierung wird die Drossel weiter geschlossen (Kurve 70). Die Bewegung der Drossel erfolgt sehr schnell, wenn auch nicht unmittelbar, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist. Die Zufuhr von Luft in den Motor erfolgt zeitlich ver zögert zur Drosselbewegung. Dies ist in Fig. 4 durch die strichpunktierte Kurve 74 dargestellt. Würden also keine weiteren Maßnahmen ergriffen, würde das von dem Motor er zeugte Drehmoment zum Zeitpunkt der Reaktivierung der deak tivierten Zylinder sofort ansteigen. Auch dies wird durch die strichpunktierte Kurve 74 wiedergegeben. Das Drehmoment würde dann in Reaktion auf den von der Drossel bereitge stellten zusätzlichen Luftstrom auf das Originalniveau ab fallen. Dieser anfängliche Drehmomentsprung ist nicht wün schenswert und würde vom Fahrzeugführer wahrgenommen. Das gewünschte Ansprechverhalten des Drehmoments ist durch eine Linie 76 wiedergegeben. Um die gewünschte Drehmomentreaktion zu erzielen, wird das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis des ersten Zylindersatzes - Kurve 78 - bei der Zylinderreak tivierung erhöht und dann schrittweise auf den ursprüngli chen Wert gesenkt. Eine entsprechende Änderung in dem zwei ten Zylindersatz - Kurve 80 - erfolgt, indem das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei der Zylinderreaktivierung ge senkt und dann schrittweise auf den anfänglichen Wert her aufgefahren wird.

In Fig. 5 ist der Zeitverlauf eines VDE-Übergangs darge stellt, wobei zwei Zylinder des Vierzylindermotors deakti viert werden; die Deaktivierung ist in einer Kurve 92 darge stellt. Um die Deaktivierung der Zylinder vorzubereiten, wird die Drossel weiter geöffnet (Kurve 90). Wie bereits oben erwähnt wurde, erfolgt die Bewegung der Drossel nicht unmittelbar, und die Luftzufuhr zu dem Motor erfolgt zeit lich verzögert zur Drosselbewegung. Der Luftstrom zu dem Mo tor ist durch die strichpunktierte Kurve 94 in Fig. 5 wie dergegeben. Wenn keine weiteren Maßnahmen ergriffen würden, würde das von dem Motor erzeugte Drehmoment schrittweise an steigen, wenn die Vorbereitungen zur Deaktivierung getroffen werden. Auch dies ist in der Kurve 94 dargestellt. Zum Zeit punkt der Deaktivierung würde das Drehmoment plötzlich ab fallen. Um die gewünschte Drehmomentreaktion, die in einer Linie 96 wiedergegeben ist, zu erzielen, wird das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem ersten Zylindersatz - Kurve 98 - zur Vorbereitung der Zylinderdeaktivierung schrittweise angehoben und zum Zeitpunkt der Zylinderdeakti vierung auf seinen anfänglichen Wert gesenkt. Eine entspre chende Änderung des relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in dem zweiten Zylindersatz - Kurve 100 - erfolgt, um das gewünschte Drehmoment (Linie 96) und ein gewünschtes Gesamt- Luft-Kraftstoffverhältnis der beiden Zylindersätze zu erzie len.

Obwohl die Erfindung anhand eines VDE-Motors detailliert er örtert wurde, ist die Erfindung bei allen Betriebsübergängen in einer Brennkraftmaschine anwendbar, die zu einer Drehmo mentdiskontinuität oder -störung führen, wobei das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis insgesamt im Verlauf des Über gangs konstant bleiben muss. Hierbei kann es sich beispiels weise um eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses in ei nem VCR-Motor, einen Gangwechsel, ein die Antischlupfrege lung betreffendes Ereignis und einen Bremsvorgang handeln.

Ein Drehmomentanstieg wird von einem Anstieg des Verdich tungsverhältnisses begleitet und umgekehrt. Der Anstieg des Verdichtungsverhältnisses in einem VCR-Motor ist dem Drehmo mentanstieg während der Reaktivierung von Zylindern in einem VDE-Motor vergleichbar. Die Fig. 4 und 5 betreffen somit auch einen VCR-Motor, außer dass der Auslöser der Drehmo mentstörung bei dem VCR-Motor eine Änderung des Verdich tungsverhältnisses ist anstelle der Reaktivierung und Deak tivierung von Zylindern in dem VDE-Motor.

Fig. 6 zeigt beispielhaft in einem Flussdiagramm, wie das Verfahren eingesetzt werden kann. Nach dem Beginn der Be rechnungen in einem Schritt 102 wird in einem Schritt 104 die angesaugte Luftmasse bestimmt. Dies kann basierend auf dem Signal eines Luftmassenstromsensors, auf der Drosselpo sition, auf Tabellen des volumetrischen Wirkungsgrads des Motors u. dgl. erfolgen. In einem Schritt 106 wird das ge wünschte Drehmoment bestimmt. Bei dem gewünschten Drehmoment kann es sich um ein vermindertes Drehmoment im Fall eines die Antischlupfregelung betreffenden Ereignisses handeln, um ein konstantes Drehmoment im Fall eines Übergangs zwischen VDE- oder VCR-Betriebsarten oder eines Gangwechsels, oder um ein Drehmoment, das während eines Übergangs einer Kurve folgt. Das gewünschte Drehmoment hängt von der Art des Über gangs ab und dient als Eingabe in das Flussdiagramm gemäß Fig. 6. In einem Schritt 108 wird der Drehmomentwert be rechnet, der erzeugt wird, wenn die Gleichungen 1 bis 4 er füllt werden. Das heißt, dass sowohl das relative Luft- Kraftstoff-Verhältnis λ₁ des ersten Zylindersatzes als auch das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ₂ des zweiten Zylin dersatzes unterhalb der Magergemisch-Brennbarkeitsgrenze λ_LL und oberhalb der Fettgemisch-Brennbarkeitsgrenze λ_RL liegen muss. Zweitens muss λ_overall, das relative Luft-Kraftstoff- Verhältnis insgesamt, Eins sein, was der Fall ist, wenn die Anzahl der Zylinder dividiert durch die Summe der Kehrwerte der relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnisse der einzelnen Zy linder Eins ist (Gleichung 2 in Schritt 108). Drittens führt die maximale Drehmomentreduzierung durch unterschiedliche Kraftstoffzufuhr zu der Gleichung 3, gemäß der der Betrag der Differenz in den relativen Luft-Kraftstoffverhältnissen zwischen dem ersten und zweiten Zylindersatz maximiert wird. Schließlich wird in Schritt 108 mit der Gleichung 4 das Drehmoment berechnet, wobei der Zündzeitpunkt in beiden Zy lindersätzen, SA₁ und SA₂, auf den MBT-Wert eingestellt ist.

In einem Block 112 wird geprüft, ob das erzeugte Mindest drehmoment unterhalb des gewünschten Drehmoments liegt und ob die unterschiedliche Zufuhr von Kraftstoff zu dem ersten und zweiten Zylindersatz ausreichend bemessen ist, um das gewünschte Drehmoment zu erreichen; bei einem positiven Er gebnis dieser Prüfung in Block 112 geht die Steuerung weiter zu einem Block 116. In Block 116 werden λ₁ und λ₂ neu berech net, so dass die Gleichungen 1, 2 und 4 von Block 108 er füllt werden. Die Gleichung 3 wird dahingehend gelockert, dass die Bedingung erfüllt sein muss, dass das Drehmoment gleich dem in Block 116 gewünschten Drehmoment ist. Wenn in Block 112 festgestellt wird, dass das erzeugte Mindest drehmoment größer ist als das gewünschte Drehmoment, ist die unterschiedliche Zufuhr von Kraftstoff zu dem ersten und zweiten Zylindersatz nicht ausreichend genug bemessen, um das gewünschte Drehmoment zu erzielen. Wenn Block 112 nega tiv ist, geht die Steuerung zu einem Block 114, wo mit Hilfe der Zündzeitpunkteinstellung das erzeugte Drehmoment auf den Wert des gewünschten Drehmoments gebracht wird. λ₁ und λ₂ bleiben auf den in Block 108 berechneten Werten. Block 114 und Block 116 münden beide in einen Block 118, wo die Kraft stoffmenge, die dem ersten und dem zweiten Zylindersatz zu geführt werden muss, berechnet wird. Die Ausführungsbefehle für die Zündeinstellung und die Kraftstoffzufuhr zu dem er sten und dem zweiten Zylindersatz erfolgen in einem Block 120. Die Werte von SA₁, SA₂, m_f1 und m_f2 hängen davon ab, welchem Pfad die Steuerung gefolgt ist, über Block 114 oder Block 116.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung des von einer Brennkraftma schine (10) erzeugten Drehmoments bei Betriebsübergän gen, wobei der Motor aufweist: mehrere Zylinder, ein Abgassystem (16, 18) mit einer oder mehreren Einrich tungen (30, 32, 34) zur Abgasnachbehandlung und eine Motorsteuerung (40), die funktionell mit dem Motor verbunden ist, um das den Zylindern zugeführte relati ve Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu steuern, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Betrieb mindestens eines Zylinders mit einem mageren relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Reaktion auf die Anzeige eines gewünschten Drehmoments, und
Betrieb mindestens eines anderen Zylinders mit einem fetten relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, um Emis sionen zu reduzieren, die andernfalls durch den Be trieb des zumindest einen Zylinders mit dem mageren relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis verursacht wür den.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Betrieb des mindestens einen Zylinders mit dem mageren relativen Luft-Kraftstoffgemisch und den Betrieb des mindestens einen anderen Zylinders mit dem relativ fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, um den Einrichtun gen (30, 32, 34) zur Abgasnachbehandlung ein gewünsch tes relatives Luft-Kraftstoff-Verhältnis bereitzustel len.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass das magere relative Luft-Kraftstoff- Verhältnis in dem mindestens einen Zylinder fetter als eine Magergemisch-Brennbarkeitsgrenze ist, und dass das fette relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem mindestens einen anderen Zylinder magerer als eine Fettgemisch-Brennbarkeitsgrenze ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekenn zeichnet durch die folgenden Schritte:
Berechnen des gewünschten Drehmoments während des Be triebsübergangs, und
Betrieb des mindestens einen Zylinders mit dem fetten relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und des minde stens einen anderen Zylinders mit dem mageren relati ven Luft-Kraftstoff-Verhältnis, um das gewünschte Drehmoment während des Betriebsübergangs zu gewährlei sten.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn zeichnet durch die Schritte:
Berechnen des gewünschten Drehmoments während des Be triebsübergangs, und
Betrieb des mindestens einen Zylinders mit dem fetten relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, Betrieb des min destens einen anderen Zylinders mit dem mageren rela tiven Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und Bereitstellen einer Zündzeitsteuerung, die gegenüber einer vorgege benen Zündzeitsteuerung verzögert ist, um das ge wünschte Drehmoment während des Betriebsübergangs zu gewährleisten.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Zündzeitsteuerung so eingestellt ist, dass das maximale Drehmoment bereitgestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das gewünschte relative Luft- Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen einem stöchiome trischen relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ent spricht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsübergang eine Reakti vierung eines Teils der Zylinder bei einem Motor mit variablem Hubraum umfasst.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsübergang eine Deakti vierung eines Teils der Zylinder bei einem Motor mit variablem Hubraum umfasst.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsübergang eine Ände rung des Verdichtungsverhältnisses umfasst, und dass der Motor über Einrichtungen zur Änderung des Verdich tungsverhältnisses verfügt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsübergang einen Wech sel der Gänge eines an den Motor (10) gekoppelten Ge triebes (50) umfasst.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsübergang ein eine An tischlupfregelung betreffendes Ereignis umfasst.

13. Verfahren zur Steuerung des von einer Brennkraftma schine (10) erzeugten Drehmoments bei Betriebsübergän gen, wobei der Motor aufweist: mehrere Zylinder, ein Abgassystem (16, 18) enthaltend eine oder mehrere Ein richtungen (30, 32, 34) zur Abgasnachbehandlung und eine Motorsteuerung (40), die funktionell mit dem Mo tor verbunden ist, um das den Zylindern zugeführte re lative Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu steuern, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Betrieb mindestens eines Zylinders mit einem mageren relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, um das Drehmo ment zu reduzieren, und
Betrieb mindestens eines anderen Zylinders mit einem fetten relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, um den Einrichtungen (30, 32, 34) zur Abgasnachbehandlung ein gewünschtes relatives Luft-Kraftstoff-Verhältnis be reitzustellen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das magere relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem mindestens einen Zylinder fetter als eine Magerge misch-Brennbarkeitsgrenze ist, und dass das fette re lative Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem mindestens einen anderen Zylinder magerer als eine Fettgemisch- Brennbarkeitsgrenze ist.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Berechnen eines gewünschten Drehmoments während des Betriebsübergangs, und
Betrieb des mindestens einen Zylinders mit dem fetten relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und des minde stens einen anderen Zylinders mit dem mageren relati ven Luft-Kraftstoff-Verhältnis, um das gewünschte Drehmoment während des Betriebsübergangs zu gewährlei sten.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, gekenn zeichnet durch die folgenden Schritte:
Berechnen eines gewünschten Drehmoments während des Betriebsübergangs, und
Betrieb des zumindest einen Zylinders mit dem fetten relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, Betrieb des min destens einen anderen Zylinders mit dem mageren rela tiven Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und Bereitstellen einer Zündzeitsteuerung, die gegenüber einer vorgege benen Zündzeitsteuerung verzögert ist, um das ge wünschte Drehmoment während des Betriebsübergangs zu gewährleisten.

17. Vorrichtung zur Steuerung des Drehmoments während ei nes Betriebsübergangs einer Brennkraftmaschine (10), wobei die Brennkraftmaschine mehrere Zylinder, eine in einem Lufteinlasskanal angeordnete Drosselklappe (14), eine Abgasanlage (16, 18), enthaltend eine oder mehre re Einrichtungen (30, 32, 34) zu Abgasnachbehandlung sowie eine Motorsteuereinheit (40) aufweist, die funk tionell mit dem Motor verbunden ist, um das den Zylin dern zugeführte relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu steuern, damit das Drehmoment in das gewünschte Drehmoment gewandelt wird, wobei die Motorsteuerein heit mindestens einem Zylinder ein mageres relatives Luft-Kraftstoff-Verhältnis zuführt und mindestens ei nem anderen Zylinder ein fettes relatives Luft- Kraftstoff-Verhältnis zuführt, um die Emissionen zu reduzieren, die andernfalls durch den Betrieb des min destens einen Zylinders mit einem mageren Luft- Kraftstoff-Verhältnis verursacht würden.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuereinheit (40) die gewünschte Dros selklappenstellung auf der Grundlage des während des Betriebsübergangs gewünschten Drehmoments berechnet und die Drosselklappe (14) anweist, diese gewünschte Drosselklappenstellung einzunehmen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekenn zeichnet, dass die Motorsteuereinheit (40) das ge wünschte Drehmoment während des Betriebsübergangs be rechnet und den mindestens einen Zylinder mit einem fetten relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und den mindestens einen anderen Zylinder mit einem mageren relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis betreibt, um das gewünschte Drehmoment während des Betriebsübergangs zu gewährleisten.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuereinheit (40) ein gewünschtes Drehmoment während des Betriebsübergangs berechnet und den mindestens einen Zylinder mit einem fetten relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis betreibt, den mindestens einen anderen Zylinder mit einem mageren relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis betreibt, und eine Zündzeitsteuerung bereitstellt, die gegenüber einer vorgegebenen Zündzeitsteuerung verzögert ist, um das gewünschte Drehmoment während des Betriebsübergangs zu gewährleisten.