DE102005003668B4

DE102005003668B4 - Verfahren und Steuerung zur Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit

Info

Publication number: DE102005003668B4
Application number: DE102005003668.6A
Authority: DE
Inventors: William C. Albertson; Gary J. Patterson
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2005-01-26
Publication date: 2020-12-24
Anticipated expiration: 2025-01-27
Also published as: US20050161023A1; US6928982B1; DE102005003668A1

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors (16) mit den Schritten:
- Bestimmen, ob der Motor (16) in einer Zylinderdeaktivierungs-Betriebsart arbeitet;
- Bestimmen, ob der Druck in einem Saugrohr (28) des Motors (16) niedriger als ein Schwellwert ist, wenn der Motor (16) in einer Zylinderdeaktivierungs-Betriebsart arbeitet;
- Bestimmen, ob zusätzliches Drehmoment verlangt wird, wenn der Druck in dem Saugrohr (28) niedriger als der Schwellwert ist;
- Bestimmen, ob eine magere Verbrennung durchgeführt werden kann, wenn kein zusätzliches Drehmoment verlangt wird;
- Erhöhen der Luftzufuhr zu dem Saugrohr (28) über eine Drosselklappe (26) im Saugrohr (28), ohne die Menge von an den Motor (16) abgegebenem Kraftstoff zu erhöhen, bis der Saugrohrdruck den Schwellwert erreicht, wenn eine magere Verbrennung durchgeführt werden kann; und
- Erhöhen einer Abgasrückführung zu dem Saugrohr (28) über ein Abgasrückführventil (64) bis der Saugrohrdruck den Schwellwert erreicht, wenn keine magere Verbrennung durchgeführt werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugmotors mit Zylinderdeaktivierung zur Verbesserung dessen Kraftstoffverbrauchs sowie ein zur Ausführung des Verfahrens geeignetes Motorsteuerungssystem.
In einem Motor mit Zylinderdeaktivierung nimmt die Kraftstoffwirtschaftlichkeit leicht zu, wenn weniger als alle Zylinder zugeschaltet sind. Pumparbeit, die von einem abgeschalteten Zylinder beim Einlasstakt eines Viertaktzyklus geleistet werden müsste, wird zeitweilig wesentlich reduziert, wodurch bei niedrigen Motorlasten und/oder -drehzahlen der Kraftstoffverbrauch verringert und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert wird. Wenn die Betriebsbedingungen derart sind, dass ein höheres Motordrehmoment verlangt wird, werden alle Zylinder zugeschaltet, um dem Bedarf nachzukommen.
In einem Fahrzeug, in dem eine Zylinderabschaltung eingesetzt wird, wird typischerweise die Hälfte der Gesamtzahl von Motorzylindern, z.B. jeder zweite Zylinder in einer Zündreihenfolge des Fahrzeugs, abgeschaltet. Es gibt jedoch Grenzen für die Abschaltung von Zylindern, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern. Beispielsweise nehmen das Fahrzeuggeräusch und Fahrzeugvibrationen leicht zu, wenn mehr als die Hälfte der Gesamtzahl von Motorzylindern abgeschaltet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Kraftstoffwirtschaftlichkeit eines Verbrennungsmotors zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich in einer Ausführungsform auf ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
In einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf ein Fahrzeugmotorsteuerungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 2.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehend angegebenen ausführlichen Beschreibung deutlich werden.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen ist:

1 ein Schaubild eines Motorsteuerungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ein Schaubild einer Ausführungsform eines Motorzylinders; und
3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern des Kraftstoffverbrauchs in einem Motor mit Zylinderdeaktivierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

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

Claims

Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors (16) mit den Schritten: - Bestimmen, ob der Motor (16) in einer Zylinderdeaktivierungs-Betriebsart arbeitet; - Bestimmen, ob der Druck in einem Saugrohr (28) des Motors (16) niedriger als ein Schwellwert ist, wenn der Motor (16) in einer Zylinderdeaktivierungs-Betriebsart arbeitet; - Bestimmen, ob zusätzliches Drehmoment verlangt wird, wenn der Druck in dem Saugrohr (28) niedriger als der Schwellwert ist; - Bestimmen, ob eine magere Verbrennung durchgeführt werden kann, wenn kein zusätzliches Drehmoment verlangt wird; - Erhöhen der Luftzufuhr zu dem Saugrohr (28) über eine Drosselklappe (26) im Saugrohr (28), ohne die Menge von an den Motor (16) abgegebenem Kraftstoff zu erhöhen, bis der Saugrohrdruck den Schwellwert erreicht, wenn eine magere Verbrennung durchgeführt werden kann; und - Erhöhen einer Abgasrückführung zu dem Saugrohr (28) über ein Abgasrückführventil (64) bis der Saugrohrdruck den Schwellwert erreicht, wenn keine magere Verbrennung durchgeführt werden kann.
Fahrzeugmotorsteuerungssystem mit einem Controller (12), der zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 eingerichtet ist.