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Die Erfindung betrifft die Drehmomentsteuerung bei Brennkraftmaschinen mit dem Ziel, einen sanften Drehmomentwechsel bei einer Zylinderdeaktivierung und -reaktivierung, einem Gangwechsel, sowie einer Zu- oder Abnahme des Verdichtungsverhältnisses oder einer vom Fahrer oder einer Antischlupfregelung gewünschten Drehmomentänderung sicherzustellen.
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Bei VDE-Motoren (Motoren mit variablem Hubraum) kann ein Teil der Zylinder eines mehrere Zylinder aufweisenden Motors deaktiviert werden, was typischerweise erfolgt, um die Motorleistung unter bestimmten Betriebsbedingungen zu verbessern. Der höchste thermische Wirkungsgrad eines Motors wird bei einer Motordrehzahl, deren Drehmoment ca. 75% des Spitzendrehmoments entspricht, erreicht. Das vom Fahrer angeforderte 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.
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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 eines Achtzylindermotors im Einsatz sind und der Fahrer des Fahrzeugs ein größeres Drehmoment verlangt, als diese vier zylinder leisten können, werden die deaktivierten vier Zylinder in Betrieb genommen. Unmittelbar bei der Reaktivierung 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 angesaugt wird, was zu einer Drehmomentstörung führt.
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Um bei VDE-Motoren sanfte Übergänge bei raschen Drehmomentänderungen sicherzustellen, könnte gleichzeitig mit der Reaktivierung der Zylinder die Drosselklappe schnell geschlossen werden, um die Luftzufuhr zu begrenzen. Der Schließvorgang 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 unverzügliche Änderung erfolgen muss, um Drehmomentschwankungen während Betriebsübergängen in VDE-Motoren oder bei Übergängen anderer Art in Brennkraftmaschinen, die mit Drehmomentschwankungen einhergehen, abzufedern.
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Aus der
US 5 437 253 A , der
US 5 374 224 A und der
US 5 481 461 A ist zur Bereitstellung eines sanften Übergangs eine Zündungsverzögerung 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 Zündzeitpunkts ist ein brauchbares Mittel, um unmittelbar auf das Drehmoment einzuwirken, da eine Änderung beim nächsten Verbrennungsvorgang 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 abhängig von dem durch die Motorsteuerung zugelassenen Zündverstellbereich bei einigen Betriebsbedingungen möglicherweise keine ausreichende Zündverzögerung verfügbar. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass ein Bedarf für eine alternative oder zusätzliche Maßnahme besteht, um das Drehmoment im Fall eines Übergangs zu reduzieren.
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Aus der
EP 0 937 880 A2 ist ein Verfahren bekannt, mittels dessen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis dahingehend verändert wird, dass das Drehmoment bei einem Übergang auf das gewünschte Niveau reguliert wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde jedoch erkannt, dass eine in der Nachbehandlungsvorrichtung auftretende Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vom stöchiometrischen Verhältnis bei einem Motor mit einem Dreiwege-Katalysator kein geeigneter Weg ist, da die Katalysatorfunktion davon abhängig ist, dass ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufrechterhalten bleibt.
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Aus der
US 4 006 722 A 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 mageres Gemisch vorliegt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass bei elektronischer Einlasskanaleinspritzung (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 elektronischen Einlasskanaleinspritzung möglich ist, auch nur einem einzelnen Zylinder ein fettes oder mageres Gemisch zuzuführen, während bei der Vorrichtung gemäß
US 40 06 722 , bei der ein zentrales Vergasersystem vorgesehen ist, allen Zylindern ein fettes Gemisch zugeleitet wird.
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Bei der Vorrichtung gemäß der
US 4 006 722 A werden alle Zylinder 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 geschaffen, bei dem einigen Zylindern ein fettes Gemisch und anderen Zylindern ein mageres Gemisch zugeführt wird, was zu einer Drehmomentminderung führt.
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Aus der
DE 195 10 642 C2 ist ein Verfahren zur Verringerung der Schadstoffemissionen einer Brennkraftmaschine bekannt, das insbesondere bei einem Kaltstart oder bei geringen Motordrehzahlen wirken und Nachteile bekannter Verfahren wie beispielsweise Drehmomenteinbrüche bei der Abschaltung von Zylindern vermeiden soll. Das Verfahren beinhaltet den Betrieb von einem Teil der Zylinder mit einem mageren und der übrigen Zylinder mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wobei die resultierende Gesamtzusammensetzung des Abgases bei einem im Abgasweg vorgesehenen Katalysator stöchiometrisch sein soll.
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Aus der
DE 197 58 018 A1 ist es bekannt, einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor, dessen Abgasbehandlungssystem eine NOx-Falle und optional eine SOx-Falle aufweist, je nach Fahrzeugbetriebsbedingungen in verschiedenen Modi dahingehend zu betreiben, dass die regelmäßige Regeneration der Stickoxidfalle ohne ungewollte Leistungserhöhung gewährleistet ist. Dazu wird vorgeschlagen, im stationären Betrieb im unteren Lastbereich das ansonsten magere Luft/Kraftstoffverhältnis λ bei 1,0 oder sogar leicht oberhalb von 1,0 einzustellen. Um dies drehmomentneutral zu bewerkstelligen, wird vorgeschlagen, das Luft/Kraftstoffverhältnis zylinderindividuell einzustellen, und zwar in einem Teil der Zylinder das Gemisch durch entsprechende Kraftstoffzufuhr anzufetten, wohingegen das Gemisch in den übrigen Zylindern mager bleiben soll.
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Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel zu effizienten Kontrolle von Betriebsübergängen einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, die mit einem Drehmomentwechsel verbunden sind.
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Erfindungsgemäß wird ein Betriebsübergangsverfahren bereitgestellt, um das von einer Brennkraftmaschine erzeugte Drehmoment zu steuern. Die Brennkraftmaschine weist mehrere Zylinder, eine Abgasanlage mit einer oder mehreren Vorrichtungen zur Abgasnachbehandlung, sowie eine Motorsteuerung auf, die funktionell mit der Brennkraftmaschine gekoppelt ist, um das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das den Zylindern bereitgestellt wird, zu regeln. Das Verfahren enthält die folgenden Schritte: mindestens ein Zylinder wird mit einem mageren relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben, und mindestens ein Zylinder wird mit einem fetten relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben, um die Emissionen zu reduzieren, die andernfalls durch den Betrieb mindestens 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 nachbehandelnden Vorrichtungen ein geeignetes, möglichst stöchiometrisches, relatives Luft-Kraftstoff-Verhältnis bereitgestellt. Das während des Betriebsübergangs gewünschte Drehmoment kann berechnet werden. Durch das fette relative Luft-Kraftstoffgemisch und das magere relative Luft-Kraftstoffgemisch in den jeweiligen Zylindern und eine verzögerte Zündeinstellung wird das gewünschte Drehmoment gewährleistet.
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Im Rahmen der Erfindung wird ferner eine Vorrichtung zur Drehmomentsteuerung während eines Betriebsartenübergangs bei einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Die Brennkraftmaschine (nachfolgend auch ”Motor” genannt), weist mehrere Zylinder, eine Abgasanlage mit einer oder mehreren Einrichtungen 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.
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Bei Verfahren zur Reduktion des Motordrehmoments nach dem Stand der Technik wird einigen Motorzylindern ein mageres relatives Luft-Kraftstoff-Verhältnis bereitgestellt. Die dabei auftretenden Probleme werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung dadurch behoben, dass einigen Zylindern ein mageres relatives Luft-Kraftstoffgemisch zugeführt wird, während einigen anderen Zylindern ein fettes relatives Luft-Kraftstoffgemisch zugeführt wird. Bei den bekannten Verfahren wird den Einrichtungen zur Abgasnachbehandlung ein mageres 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 geeignetes, relatives Luft-Kraftstoff-Verhältnis zugeleitet wird, bei dem es sich um ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis handeln kann.
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Der erfindungsgemäße Einsatz einer unterschiedlichen Kraftstoffzufuhr 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 Drehmomentsteuerung zu gewinnen, als es mit einer Verzögerung der Zündpunkteinstellung allein möglich ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Motors, mit einer Darstellung von Einspritzventilen, von Zündspulen, einer elektronischen Drossel und von Abgassauerstoffsensoren in Verbindung zum Steuercomputer;
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2 ein Blockdiagramm eines Fahrzeugs, mit einer Darstellung eines Motors, eines Getriebes, von Rädern und der Motorsteuereinheit zugeordneten Sensoren;
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3 einen Graphen mit einer Darstellung der Drehmomentminderung bei unterschiedlicher Kraftstoffzufuhr zu den Motorzylindern;
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4 einen Graphen mit einer Darstellung der Drosselklappenstellung, 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 reaktiviert werden;
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5 einen Graphen mit einer Darstellung der Drosselklappenstellung, 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
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6 ein Flussdiagramm mit einer Darstellung des Ablaufs der Steuerlogik bei der Nutzung einer unterschiedlichen Kraftstoffzufuhr gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
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In 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 anwendbar.
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Bei dem Motor gemäß 1 könnte es sich auch um einen VCR-Motor (Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis) handeln. Ein zur Anpassung des Verdichtungsverhältnisses vorgesehener Mechanismus könnte eine in der Länge variable Pleuelstange, einen zweigeteilten, in der Länge ausdehnbaren Kolben oder andere in der Fachwelt bekannte Bauelemente aufweisen, die in 1 nicht dargestellt sind. Ein Übergang von einem niedrigen auf ein hohes Verdichtungsverhältnis in einem VCR-Motor führt aufgrund der höheren Effizienz bei einem höheren Verdichtungsverhältnis zu einem Drehmomentanstieg.
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Vorrichtungen zur Deaktivierung der Ventile oder eines Teils der Zylinder, um einen Betrieb mit variablem Hubraum zu erleichtern, 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 1 sind Injektoren 20 dargestellt, die Kraftstoff in das Ansaugrohr zum Motor 10 einspritzen. Die Erfindung ist auch bei einer Direkteinspritzung, bei der die Kraftstoffeinspritzung 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 Abgassauerstoffsensor 36 gekoppelt ist. Die entsprechende Ausrüstung für die anderen beiden Zylinder weist auf: Abgaskrümmer 18, Nachbehandlungseinrichtung 32 und Abgassauerstoffsensor 38. Sei dem in 1 dargestellten Motor 10 werden die Abgasleitungen, die aus den Einrichtungen 30 und 32 zur Abgasnachbehandlung austreten, zusammengeführt, und die Abgase werden gemeinsam einer Nachbehandlungseinrichtung 34 zugeführt. Bei einer alternativen Konfiguration (nicht dargestellt) könnten die beiden Abgasleitungen separat weitergeführt werden, und jede Abgasleitung könnte eine zusätzliche Nachbehandlungseinrichtung ähnlich der Einrichtung 34 in 1 enthalten.
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Die von jeder Einspritzdüse 20 eingespritzte Kraftstoffmenge, 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 Luftmengensensoren und von Kühlmitteltemperaturfühlern.
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In 2 ist der Motor 10 mit einem damit verbundenen Getriebe 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 Zylinderhubraumgrößen in einem VDE-Motor bewältigt werden muss.
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Weiterhin sind in 2 Hardware-Teile dargestellt, die an der Feststellung beteiligt sind, ob die Antriebsräder des Fahrzeugs ihren Kraftschluss verloren haben. Die Motorsteuerung 40 empfängt Signale von einem Raddrehzahlmesser 52, der die Drehzahl von Antriebsrädern 54 misst, und einem Raddrehzahlmesser 56, der die Drehzahl von nicht angetriebenen Rädern 58 misst. Wenn sich die Antriebsräder 54 schneller drehen 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 Beispiel für eine Drehmomentstörung oder eine von der Motorsteuereinheit 40 angeforderte abrupte Drehmomentminderung.
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Somit wurden vorstehend mehrere Beispiele erörtert, bei denen die Motorsteuerung eine Drehmomentstörung zu bewältigen hat. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird einem oder mehreren Zylindern ein relatives Luft-Kraftstoffgemisch bereitgestellt, dass in Bezug auf den Kraftstoff mager ist. Da die Luftmenge, die den Zylindern zugeführt wird, nicht unmittelbar geändert werden kann, wird das relative Luft-Kraftstoffgemisch dadurch magerer gemacht, dass die Kraftstoffmenge, 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 existiert. Bei Motorsystemen, die einen Dreiwege-Katalysator enthalten, basiert eine Schadstoffbegrenzung darauf, dass das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei Eins bzw. in einem 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 schaffen. Möglicherweise entwickelt(n) der/die kraftstoffreiche(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 reduziert.
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In 3 gibt die durchgezogene Linie das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines zweiten Zylindersatzes in Abhängigkeit von dem relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines ersten Zylindersatzes unter der Voraussetzung wieder, dass das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis des ersten und zweiten Zylindersatzes zusammen Eins ist. Gemäß 3 ist die Anzahl der Zylinder in dem ersten und in dem zweiten Zylindersatz 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 3 dient zur Erläuterung des Verfahren, soll jedoch nicht beschränkend sein. Die gestrichelte Linie in 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 Zylindersatzes 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 relatives Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 1.6, was nahe der Magergemisch-Brennbarkeitsgrenze für Kohlenwasserstoff-Kraftstoffe, wie etwa Benzin, liegt. Das entsprechende relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis für den zweiten Zylindersatz beträgt ca. 0.75. Der Wert des erzeugten relativen Drehmoments ist 0.82, was einer Drehmomentminderung von fast 20% gegenüber dem Ausgangsfall entspricht.
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In 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 Zeitpunkt der Reaktivierung wird die Drossel weiter geschlossen (Kurve 70). Die Bewegung der Drossel erfolgt sehr schnell, wenn auch nicht unmittelbar, wie aus 4 ersichtlich ist. Die Zufuhr von Luft in den Motor erfolgt zeitlich verzögert zur Drosselbewegung. Dies ist in 4 durch die strichpunktierte Kurve 74 dargestellt. Würden also keine weiteren Maßnahmen ergriffen, würde das von dem Motor erzeugte Drehmoment zum Zeitpunkt der Reaktivierung der deaktivierten Zylinder sofort ansteigen. Auch dies wird durch die strichpunktierte Kurve 74 wiedergegeben. Das Drehmoment würde dann in Reaktion auf den von der Drossel bereitgestellten zusätzlichen Luftstrom auf das Originalniveau abfallen. Dieser anfängliche Drehmomentsprung ist nicht wünschenswert 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 Zylinderreaktivierung erhöht und dann schrittweise auf den ursprünglichen Wert gesenkt. Eine entsprechende Änderung in dem zweiten Zylindersatz – Kurve 80 – erfolgt, indem das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei der Zylinderreaktivierung gesenkt und dann schrittweise auf den anfänglichen Wert heraufgefahren wird.
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In 5 ist der Zeitverlauf eines VDE-Übergangs dargestellt, wobei zwei Zylinder des Vierzylindermotors deaktiviert werden; die Deaktivierung ist in einer Kurve 92 dargestellt. 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 zeitlich verzögert zur Drosselbewegung. Der Luftstrom zu dem Motor ist durch die strichpunktierte Kurve 94 in 5 wiedergegeben. Wenn keine weiteren Maßnahmen ergriffen würden, würde das von dem Motor erzeugte Drehmoment schrittweise ansteigen, wenn die Vorbereitungen zur Deaktivierung getroffen werden. Auch dies ist in der Kurve 94 dargestellt. Zum Zeitpunkt der Deaktivierung würde das Drehmoment plötzlich abfallen. 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 Zylinderdeaktivierung auf seinen anfänglichen Wert gesenkt. Eine entsprechende 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 erzielen.
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Obwohl die Erfindung anhand eines VDE-Motors detailliert erörtert wurde, ist die Erfindung bei allen Betriebsübergängen in einer Brennkraftmaschine anwendbar, die zu einer Drehmomentdiskontinuität oder -störung führen, wobei das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis insgesamt im Verlauf des Übergangs konstant bleiben muss. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses in einem VCR-Motor, einen Gangwechsel, ein die Antischlupfregelung betreffendes Ereignis und einen Bremsvorgang handeln.
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Ein Drehmomentanstieg wird von einem Anstieg des Verdichtungsverhältnisses begleitet und umgekehrt. Der Anstieg des Verdichtungsverhältnisses in einem VCR-Motor ist dem Drehmomentanstieg während der Reaktivierung von Zylindern in einem VDE-Motor vergleichbar. Die 4 und 5 betreffen somit auch einen VCR-Motor, außer dass der Auslöser der Drehmomentstörung bei dem VCR-Motor eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses ist anstelle der Reaktivierung und Deaktivierung von Zylindern in dem VDE-Motor.
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6 zeigt beispielhaft in einem Flussdiagramm, wie das Verfahren eingesetzt werden kann. Nach dem Beginn der Berechnungen in einem Schritt 102 wird in einem Schritt 104 die angesaugte Luftmasse bestimmt. Dies kann basierend auf dem Signal eines Luftmassenstromsensors, auf der Drosselposition, auf Tabellen des volumetrischen Wirkungsgrads des Motors u. dgl. erfolgen. In einem Schritt 106 wird das gewünschte 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 Übergangs ab und dient als Eingabe in das Flussdiagramm gemäß 6. In einem Schritt 108 wird der Drehmomentwert berechnet, der erzeugt wird, wenn die Gleichungen 1 bis 4 erfüllt werden. Das heißt, dass sowohl das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ1 des ersten Zylindersatzes als auch das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ2 des zweiten Zylindersatzes unterhalb der Magergemisch-Brennbarkeitsgrenze λLL und oberhalb der Fettgemisch-Brennbarkeitsgrenze λRL liegen muss. Zweitens muss λoverall, 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 Zylinder 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 Zylindersätzen, SA1 und SA2, auf den MBT-Wert eingestellt ist.
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In einem Block 112 wird geprüft, ob das erzeugte Mindestdrehmoment 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 Ergebnis dieser Prüfung in Block 112 geht die Steuerung weiter zu einem Block 116. In Block 116 werden λ1 und λ2 neu berechnet, so dass die Gleichungen 1, 2 und 4 von Block 108 erfüllt 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 Mindestdrehmoment 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 negativ 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 Kraftstoffmenge, die dem ersten und dem zweiten Zylindersatz zugeführt werden muss, berechnet wird. Die Ausführungsbefehle für die Zündeinstellung und die Kraftstoffzufuhr zu dem ersten und dem zweiten Zylindersatz erfolgen in einem Block 120. Die Werte von SA1, SA2, mf1 und mf2 hängen davon ab, welchem Pfad die Steuerung gefolgt ist, über Block 114 oder Block 116.
