DE102005036440A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), insbesondere in einem unbefeuerten Zustand, vorgeschlagen, die eine weitgehend ruckfreie Umschaltung zwischen zwei Betriebszuständen der Brennkraftmaschine (1) mit unterschiedlicher Anzahl von im Hinblick auf den Ladungswechsel aktivierten Zylindern (11, 12, ..., 18) ermöglichen. Dabei wird der Brennkraftmaschine über ein Stellglied (5) in einer Luftzufuhr (10) Luft zugeführt und die der Brennkraftmaschine (1) zugeführte Luftmenge durch die Stellung des Stellgliedes (5) beeinflusst. Ein Ladungswechselzustand mindestens eines Zylinders (11, 12, ..., 18) der Brennkraftmaschine (1) wird verändert. Mit Veränderung des Ladungswechselzustandes des mindestens einen Zylinders (11, 12, ..., 18) wird die Stellung des Stellgliedes (5) in der Luftzufuhr (10) verändert.

Description

  • Die Erfindung geht von einem Verfahren und von einer Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem unbefeuerten Zustand, nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
  • Es ist bereits bekannt, der Brennkraftmaschine über ein beispielsweise als Drosselklappe ausgebildetes Stellglied in einer Luftzufuhr Luft zuzuführen, wobei die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge durch die Stellung der Drosselklappe beeinflusst wird. Dabei ist es weiterhin bekannt, während des unbefeuerten Zustandes der Brennkraftmaschine, der beispielsweise durch Schubabschaltung erreicht wird, den Ladungswechselzustand mindestens eines Zylinders der Brennkraftmaschine zu verändern, indem beispielsweise dessen Einlass- und Auslassventile dauerhaft geschlossen werden, sodass über diesen Zylinder kein Ladungswechsel mehr stattfindet. Vorzugweise wird der Ladungswechsel bei der Hälfte der Zylinder ausgesetzt.
    •
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem unbefeuerten Zustand, mit den Merkmalen der unabhängigen Anspruche haben demgegenüber den Vorteil, dass mit Veränderung des Ladungswechselzustands des mindestens einen Zylinders die Stellung des Stellgliedes in der Luftzufuhr verändert wird. Auf diese Weise lässt sich bei geeigneter Veränderung der Stellung des Stellgliedes die Veränderung des Ladungswechselzustandes des mindestens einen Zylinders mit reduziertem Druck und somit komfortabler durchführen. Eine Veränderung des Ladungswechselzustandes mindestens eines Zylinders der Brennkraftmaschine wird somit im Falle des Antriebs eines Fahrzeugs durch die Brennkraftmaschine vom Fahrer des Fahrzeugs weniger bemerkt.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
  • Die beschriebene Veränderung des Ladungswechselzustandes mindestens eines Zylinders der Brennkraftmaschine kann im Falle der Aussetzung eines zuvor aktivierten Ladungswechsels über den mindestens einen Zylinder in einfacher Weise komfortabler gemacht werden, wenn die Stellung des Stellgliedes in der Luftzufuhr im Sinne einer Reduzierung der der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge verändert wird.
  • Die Veränderung des Ladungswechselzustandes mindestens eines Zylinders der Brennkraftmaschine kann im Falle der Aktivierung eines zuvor ausgesetzten Ladungswechsels über den mindestens einen Zylinder besonders einfach dadurch komfortabler gemacht werden, indem die Stellung des Stellgliedes in der Luftzufuhr im Sinne einer Erhöhung der der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge verändert wird.
  • Eine definierte Komfortverbesserung ergibt sich, wenn die Stellung des Stellgliedes in der Luftzufuhr um einen vorgegebenen Wert verändert wird.
  • Ein Maximum an Komfort und ein Minimum an Ruck bei Veränderung des Ladungswechselzustandes mindestens eines Zylinders der Brennkraftmaschine ergibt sich dann, wenn der vorgegebene Wert derart ermittelt wird, dass nach der Veränderung des Ladungswechselzustandes des mindestens einen Zylinders und der gleichzeitig dazu erfolgenden Veränderung der Stellung des Stellgliedes das Kupplungsmoment konstant bleibt.
  • Dabei kann der vorgegebene Wert einfach durch Applikation oder Modellierung ermittelt werden.
  • Von Vorteil ist auch, wenn der Ladungswechsel bei der Hälfte der Zylinder, insbesondere bei jedem zweiten Zylinder der Zündreihenfolge, verändert wird. Auf diese Weise lässt sich eine Veränderung des Ladungswechselzustandes besonders einfach durch Abschaltung bzw. Aussetzung des Ladungswechsels beispielsweise für eine komplette Zylinderbank der Brennkraftmaschine realisieren, im Falle dass die Brennkraftmaschine zwei solcher Zylinderbänke aufweist. Allgemein lassen sich bei einer geradzahligen Anzahl von Zylinderbänken in einfacher Weise die Hälfte der Zylinderbänke komplett hinsichtlich des Ladungswechsels ihrer Zylinder abschalten.
  • Durch die Veränderung oder Aussetzung des Ladungswechsels bei jedem zweiten Zylinder der Zündreihenfolge wird außerdem ein ruhiger Motorlauf gewährleistet.
  • Der Ladungswechsel über den mindestens einen Zylinder kann besonders einfach durch Deaktivierung dessen Ventiltriebs auf Einlass- und/oder Auslassseite ausgesetzt oder durch Aktivierung dessen Ventiltriebs auf Einlass- und/oder Auslassseite aktiviert werden.
    •
  • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
  • 1 ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken,
  • 2 ein Funktionsdiagramm zur Veränderung des Ladungswechselzustandes mindestens eines Zylinders der Brennkraftmaschine abhängig von einer Anforderung,
  • 3 ein Funktionsdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Veränderung der Stellung eines Stellgliedes in einer Luftzufuhr der Brennkraftmaschine abhängig von der Veränderung des Ladungswechselzustandes des mindestens einen Zylinders und
  • 4a) bis 4i) den zeitlichen Verlauf verschiedener Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine vor und nach Veränderung des Ladungswechselzustandes mindestens eines Zylinders der Brennkraftmaschine.
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • In 1 kennzeichnet 1 eine Brennkraftmaschine, die beispielsweise ein Fahrzeug antreibt. Die Brennkraftmaschine 1 kann beispielsweise als Ottomotor oder als Dieselmotor ausgebildet sein. Die Brennkraftmaschine 1 umfasst in diesem Beispiel eine geradzahlige Anzahl n an Zylinderbänken, wobei im Beispiel nach 1 n gleich 2 ist. Alternativ lässt sich die Erfindung aber auch mit einer ungeradzahligen Anzahl an Zylinderbänken realisieren, beispielsweise auch nur mit einer einzigen. Jede Zylinderbank im vorliegenden Beispiel umfasst die gleiche Anzahl an Zylindern. So umfasst die Brennkraftmaschine 1 gemäß dem Beispiel nach 1 eine erste Zylinderbank 55 mit einem ersten Zylinder 11, einem zweiten Zylinder 12, einem dritten Zylinder 13 und einem vierten Zylinder 14. Ferner umfasst die Brennkraftmaschine 1 gemäß 1 eine zweite Zylinderbank 60 mit einem fünften Zylinder 15, einem sechsten Zylinder 16, einem siebten Zylinder 17 und einem achten Zylinder 18. Den Zylindern 11, ..., 18 der beiden Zylinderbänke 55, 60 wird über eine Luftzufuhr 10 Frischluft zugeführt. In der Luftzufuhr 10 ist ein Stellglied 5 zur Beeinflussung der den Zylindern 11, ..., 18 zugeführten Luftmenge angeordnet. Diese Luftmenge variiert dabei abhängig von der Stellung oder Position oder dem Öffnungswinkel oder Öffnungsgrad des Stellgliedes 5. Im Folgenden wird beispielhaft angenommen, dass das Stellglied 5 als Drosselklappe ausgebildet ist. Die Strömungsrichtung der Luft in der Luftzufuhr 10 ist in 1 durch Pfeile gekennzeichnet. Die Position der Drosselklappe bzw. der am Öffnungswinkel wird von einer Steuerung 25 in dem Fachmann bekannter Weise beispielsweise abhängig von der Betätigung eines in 1 nicht dargestellten Fahrpedals oder abhängig von der Anforderung eines anderen in 1 nicht dargestellten Fahrzeugsystems, wie beispielsweise eines Antiblockiersystems, einer Antriebschlupfregelung, einer Fahrdynamikregelung, einem Fahrgeschwindigkeitsregler oder dergleichen angesteuert. Stromab der Drosselklappe 5 wird über ein Einspritzventil 50 Kraftstoff in die Luftzufuhr 10 eingespritzt, wobei die Ansteuerung des Einspritzventils 50 und damit die Kraftstoffzumessung ebenfalls von der Steuerung 25 in dem Fachmann bekannter Weise beispielsweise zur Einstellung eines vorgegebenen Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses eingestellt wird. Alternativ kann die Kraftstoffeinspritzung auch stromauf der Drosselklappe 5 in die Luftzufuhr 10 oder direkt in die Brennräume der Zylinder 11, ..., 18 erfolgen. Ferner ist es gemäß 1 vorgesehen, den Ventiltrieb der Zylinder 11, ..., 18 und damit deren Einlass- und Auslassventile seitens der Motorsteuerung 25 in dem Fachmann bekannter Weise mittels einer vollvariablen Ventilsteuerung anzusteuern. Alternativ kann dieser Ventiltrieb auch unter Verwendung von Nockenwellen in dem Fachmann bekannter Weise eingestellt werden. Das bei der Verbrennung des Luft-/Kraftstoffgemisches in den Brennräumen der Zylindern 11, ..., 18 gebildete Abgas wird über die Auslassventile der Zylinder 11, ..., 18 in einen Abgasstrang 65 ausgestoßen. Die Strömungsrichtung des Abgases im Abgasstrang 65 ist in 1 ebenfalls durch Pfeile gekennzeichnet. Dabei ist im Abgasstrang 65 optional eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung 45 angeordnet, beispielsweise in Form eines Katalysators, um die Emission unerwünschter Schadstoffe durch Konversion möglichst zu vermeiden.
  • In 2 ist ein Funktionsdiagramm dargestellt und mit dem Bezugszeichen 70 gekennzeichnet, mit dessen Hilfe der Ladungswechselzustand mindestens eines der Zylinder 11, 12, ..., 18 der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von einer empfangenen Anforderung verändert wird. Das Funktionsdiagramm 70 kann dabei beispielsweise software- und/oder hardwaremäßig in der Motorsteuerung 25 implementiert sein. Das Funktionsdiagramm 70 umfasst eine Empfangseinheit 40 zum Empfang einer Anforderung von einer außerhalb des Funktionsdiagramms 70 gelegenen Anforderungserzeugungseinheit 80. Eine solche Anforderung kann beispielsweise eine Anforderung zur Veränderung des Temperaturgradienten der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 45 sein. Eine solche Anforderung kann dabei von der Motorsteuerung 25 erzeugt werden. Zu diesem Zweck vergleicht die Motorsteuerung 25 beispielsweise eine Isttemperatur des Katalysators 45 mit einer Solltemperatur des Katalysators 45 und leitet aus dieser Abweichung eine Anforderung zur Veränderung des zeitlichen Temperaturgradienten des Katalysators 45 ab. So kann beispielsweise bei einer Unterschreitung der Solltemperatur des Katalysators um mehr als einen vorgegebenen Wert durch die Isttemperatur des Katalysators von der Motorsteuerung 25 eine Erhöhung des Temperaturgradienten angefordert werden. Bei Überschreiten der Solltemperatur des Katalysators um mehr als einen vorgegebenen Wert durch die Isttemperatur des Katalysators kann die Motorsteuerung 25 umgekehrt eine Verringerung des Temperaturgradienten des Katalysators 45 anfordern. Die Anforderung an die Veränderung des Temperaturgradienten wird dabei von der Anforderungserzeugungseinheit 80 vorgegeben, die ebenfalls in der Motorsteuerung 25 software- und/oder hardwaremäßig implementiert sein kann. Ein anderes Beispiel für eine Anforderung ist eine Verzögerungsanforderung zur Verzögerung des von der Brennkraftmaschine 1 angetriebenen Fahrzeugs. Eine solche Verzögerungsanforderung empfängt die Steuerung 25 beispielsweise aufgrund einer Betätigung eines Bremspedals durch den Fahrer oder als Verzögerungsanforderung eines Fahrzeugsystems, wie beispielsweise eines Antiblockiersystems, einer Antriebschlupfregelung, einer Fahrdynamikregelung, usw. In diesem Fall stellt die Anforderungserzeugungseinheit 80 das entsprechende Fahrzeugsystem oder das Bremspedalmodul dar.
  • Die Empfangseinheit 40 empfängt von der Anforderungserzeugungseinheit 80 die beschriebene Anforderung und leitet sie an eine Umsetzeinheit 85 im Funktionsdiagramm weiter. Die Umsetzeinheit 85 setzt die empfangene Anforderung in eine Anforderung an den Ladungswechselzustand der Zylinder 11, 12, ..., 18 um und leitet diese Anforderung an Mittel 30 zur Veränderung des Ladungswechselzustandes der Zylinder 11, 12, ..., 18 weiter. Die Mittel 30 umfassen dabei eine Aktuatorik, die den Ventiltrieb der Einlass- und/oder Auslassventile jedes Zylinders 11, 12, ..., 18 gemäß der von der Umsetzeinheit 85 gelieferten Anforderung einstellen. Dabei können die Einlass- und/oder Auslassventile jedes Zylinders 11, 12, ..., 18 durch die Mittel 30 individuell eingestellt, d. h. geöffnet oder geschlossen werden. Dabei umfasst jeder Zylinder 11, ..., 18 ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile. Durch die Mittel 30 können sämtliche Einlassventile und/oder sämtliche Auslassventile eines jeden Zylinders 11, 12, ..., 18 dauerhaft geschlossen werden, sodass der Ladungswechsel über den entsprechenden Zylinder für diese Dauer ausgesetzt bzw. deaktiviert ist. Da jeder Zylinder 11, ..., 18 individuell in der beschriebenen Weise angesteuert werden kann, zeigt die 2 acht Ausgänge der Mittel 30. Eine Veränderung des Ladungswechselzustandes mindestens eines der Zylinder 11, ..., 18 ergibt sich somit dadurch, dass der Ladungswechsel über den mindestens einen Zylinder 11, ..., 18 ausgehend von einem aktivierten Zustand durch dauerhaftes Schließen sämtlicher seiner Einlassventile und/oder sämtlicher seiner Auslassventile ausgesetzt wird. Umgekehrt lässt sich der Ladungswechselzustand des mindestens einen Zylinders 11, ..., 18 dadurch verändern, dass der Ladungswechsel über den mindestens einen Zylinder 11, ..., 18 ausgehend vom ausgesetzten Zustand wieder aktiviert wird, indem die Einlass- und/oder Auslassventile des mindestens einen Zylinders 11, ..., 18 zur Durchführung des Ladungswechsels in herkömmlicher Weise abwechselnd je nach Zylindertakt geöffnet und geschlossen werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform werden hinsichtlich des Ladungswechselzustandes der Zylinder 11, ..., 18 zwei Betriebszustände der Brennkraftmaschine 1 unterschieden. In einem ersten Betriebszustand wird der Ladungswechsel über die Hälfte der Zylinder 11, ..., 18 durch dauerhaftes Schließen ihrer Einlass- und/oder Auslassventile ausgesetzt. Dabei kann entweder der Ladungswechsel über sämtliche Zylinder einer der beiden Zylinderbänke 55, 60a ausgesetzt werden, wohingegen der Ladungswechsel über sämtliche Zylinder der anderen beiden Zylinderbänke 55, 60 aktiviert ist. Alternativ kann auch die Hälfte der Zylinder der ersten Zylinderbank 55 und die Hälfte der Zylinder der zweiten Zylinderbank 60 oder generell die Hälfte der Zylinder unabhängig davon, auf welcher Zylinderbank sie sich befinden hinsichtlich des Ladungswechsel deaktiviert sein, wohingegen der Ladungswechsel über die übrigen Zylinder aktiviert ist. Generell und auch im Falle einer ungeraden Anzahl an Zylinderbänken kommt es lediglich darauf an, dass ein Teil, beispielsweise die Hälfte, aller Zylinder der Brennkraftmaschine 1 hinsichtlich des Ladungswechsels deaktiviert wird und der andere Teil aller Zylinder der Brennkraftmaschine 1 hinsichtlich des Ladungswechsels aktiviert ist. Ist die Zündreihenfolge der Zylinder 11, ..., 18 beispielsweise wie folgt:
    Erster Zylinder 11, fünfter Zylinder 16, zweiter Zylinder 12, sechster Zylinder 16, dritter Zylinder 13, siebter Zylinder 17, vierter Zylinder 14, achter Zylinder 18.
  • Dabei kann es auch vorgesehen sein, jeden zweiten Zylinder der Zündreihenfolge vom Ladungswechsel auszuschließen, unabhängig davon, auf welcher Zylinderbank er sich befindet, und den Ladungswechsel über die übrigen Zylinder zu aktivieren. Im beschriebenen Beispiel würde beispielsweise für den Fall, dass sämtliche Zylinder 11, 12, 13, 14 der ersten Zylinderbank 55 vom Ladungswechsel ausgeschlossen werden und der Ladungswechsel über sämtliche Zylinder 15, 16, 17, 18 der zweiten Zylinderbank 60 aktiviert ist genau dazu führen, dass jeder zweite Zylinder in der Zündreihenfolge vom Ladungswechsel ausgeschlossen ist, wohingegen die übrigen Zylinder in der Zündreihenfolge einen Ladungswechsel aufweisen. Auf diese Weise wird ein möglichst ruhiger Motorbetrieb trotz des bei der Hälfte der Zylinder ausgesetzten Ladungswechsels bewirkt.
  • In einem zweiten Betriebszustand sollen alle Zylinder 11, ..., 18 hinsichtlich des Ladungswechsels aktiviert sein.
  • Die Veränderung des Ladungswechselzustandes der Zylinder 11, ..., 18 erfolgt nun einfach durch Umschaltung zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand. Der erste Betriebszustand wird dabei auch als Halbmotorbetrieb und der zweite Betriebszustand auch als Vollmotorbetrieb bezeichnet. Diese Umschaltung zwischen den beiden Betriebszuständen kann sowohl im befeuerten wie auch im unbefeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine 1 erfolgen. Im unbefeuerten Betrieb ist dabei die Kraftstoffeinspritzung über das Einspritzventil 50 dauerhaft ausgeblendet im Gegensatz zum befeuerten Betrieb, während dem regelmäßig Kraftstoff eingespritzt wird. Der befeuerte Betrieb der Brennkraftmaschine 1 kennzeichnet beispielsweise einen Zugbetrieb und der unbefeuerte Betrieb liegt beispielsweise in einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine 1 vor. Der unbefeuerte Schubbetrieb der Brennkraftmaschine 1 wird auch als Schubabschaltung bezeichnet, d. h. die betroffenen Einspritzventile aller Zylinder sind geschlossen.
  • Im Folgenden soll beispielhaft davon ausgegangen werden, dass die Umschaltung zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand im unbefeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine 1, also beispielsweise während Schubabschaltung erfolgt.
  • Es ist nun vorgesehen, mit der Veränderung des Ladungswechselzustandes des mindestens einen Zylinders 11, ..., 18 die Stellung der Drosselklappe 5 zu verändern, wobei wie beschrieben in diesem Ausführungsbeispiel die Veränderung des Ladungswechselzustandes des mindestens einen Zylinders 11, ..., 18 durch die Umschaltung zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand repräsentiert ist. Diese Maßnahme hat zum Ziel, einen Ruck der Brennkraftmaschine 1 bzw. des von ihr angetriebenen Fahrzeugs bei der Umschaltung zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand möglichst weitgehend zu vermeiden und damit den Betrieb der Brennkraftmaschine komfortabler zu machen. Zu diesem Zweck ist es vorgesehen, mit Aussetzung eines zuvor aktivierten Ladungswechsels über mindestens einen Zylinder 11, ..., 18 die Stellung der Drosselklappe 5 im Sinne einer Reduzierung der der Brennkraftmaschine 1 zugeführten Luftmenge zu verändern. Das bedeutet, dass bei Umschaltung vom zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand die Drosselklappe in Schließrichtung betätigt wird.
  • Entsprechend wird mit Aktivierung eines zuvor ausgesetzten Ladungswechsels über mindestens einen Zylinder 11, ..., 18 die Stellung der Drosselklappe 5 im Sinne einer Erhöhung der der Brennkraftmaschine 1 zugeführten Luftmenge verändert. Dies bedeutet, dass beim Umschalten vom ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand die Drosselklappe 5 in Öffnungsrichtung betätigt wird.
  • Als vorteilhaft hat sich dabei herausgestellt, die Stellung der Drosselklappe 5 um einen vorgegeben Wert zu verändern. Dabei wird der vorgegebene Wert derart ermittelt, dass nach der Veränderung des Ladungswechselzustandes des mindestens einen Zylinders 11, 12, ..., 18 und der gleichzeitig zur Veränderung des Ladungswechselzustandes erfolgenden Veränderung der Stellung der Drosselklappe 5 das Kupplungsmoment der Brennkraftmaschine 1 im Vergleich vor der Veränderung des Ladungswechselzustandes des mindestens einen Zylinders 11, ..., 18 konstant bleibt. Auf diese Weise wird nämlich der Ruck der Brennkraftmaschine 1 bzw. des Fahrzeugs bei der Veränderung des Ladungswechselzustandes des mindestens einen Zylinders 11, ..., 18 idealer Weise vollständig vermieden. Der vorgegebene Wert für die Änderung der Stellung der Drosselklappe 5 kann durch Applikation beispielsweise auf einem Prüfstand abhängig vom aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1, insbesondere abhängig von der Motordrehzahl und der Motorlast der Brennkraftmaschine 1 ermittelt werden. Der vorgegebene Wert kann alternativ durch Modellierung ermittelt werden. Ein Beispiel für eine solche Modellierung des vorgegebenen Wertes für die Änderung der Stellung der Drosselklappe 5 ist anhand des Funktionsdiagramms 75 in 3 erläutert.
  • Am Ausgang der Brennkraftmaschine 1 bildet sich ein Verlustmoment aufgrund der Motorreibung und der Ladungswechselverluste. Das Verlustmoment entspricht daher der Summe aus dem Reibmoment und dem Ladungswechselverlustmoment. In einer ersten Momentenermittlungseinheit 90 des zweiten Funktionsdiagramms 75 wird in dem Fachmann bekannter Weise der aktuelle Ladungswechselverlustmomentenwert ermittelt. Im Ziel muss der aktuelle Ladungswechselverlustmomentenwert im ersten Betriebszustand demjenigen im zweiten Betriebszustand entsprechen. Da das Ladungswechselverlustmoment im ersten Betriebszustand nur halb so groß wie im zweiten Betriebszustand ist, muss der aktuelle Ladungswechselverlustmomentenwert in einem Multiplikationsglied 95 mit dem Faktor Zwei multipliziert werden. Von dem auf diese Weise gebildeten Produkt wird in einem Subtraktionsglied 105 des Funktionsdiagramms 75 der Ladungswechselverlustmomentenwert subtrahiert, der sich für die Zylinder ergibt, bei denen der Ladungswechsel ausgesetzt ist. Dieser Wert wird in einer zweiten Momentenermittlungseinheit 92 ermittelt und ist im ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 gleich Null, weil bei den Zylindern, bei denen der Ladungswechsel ausgesetzt ist, auch keine Ladungswechselverluste und damit auch kein Ladungswechselverlustmoment auftreten können. Die Differenz am Ausgang des Subtraktionsgliedes 105 entspricht somit dem Ladungswechselverlustmomentenwert derjenigen Zylinder, deren Ladungswechsel aktiviert ist. Dieser Ladungswechselverlustmomentenwert der Zylinder mit aktiviertem Ladungswechsel wird beispielsweise einer inversen Integralfunktion
    Figure 00100001
    des pV-Diagramms der Brennkraftmaschine 1 als Eingangsgröße zugeführt, wobei ps der Saugrohrdruck stromab der Drosselklappe 5 und pu der Umgebungsdruck ist. Am Ausgang der inversen Integralfunktion ergibt sich dann der dem Ladungswechselverlustmomentenwert der Zylinder mit aktiviertem Ladungswechsel zugeordnete Saugrohrdruck ps. Der Umgebungsdruck pu kann beispielsweise mittels eines in 1 nicht dargestellten Drucksensors in dem Fachmann bekannter Weise ermittelt werden. Anstelle der inversen Integralfunktion kann auch ein Kennfeld oder eine Kennlinie verwendet werden, die beispielsweise auf einem Prüfstand appliziert wurde. Die inverse Integralfunktion ist in 3 mit dem Bezugszeichen 110 gekennzeichnet. Der Saugrohrdruck ps am Ausgang der inversen Integralfunktion 110 wird einer Kennlinie 115 zugeführt, die den Saugrohrdruck ps in den zugeordneten Wert für die Zylinderfüllung rl umrechnet. Im einfachsten Fall kann statt der Kennlinie 115 ein Multiplikationsglied verwendet werden, dass den Saugrohrdruck ps mit einem Umrechnungsfaktor fupsrl multipliziert, um den Wert für die Füllung rl zu erhalten. Der Umrechnungsfaktor bzw. die Kennlinie 115 können ebenfalls beispielsweise auf einem Prüfstand abhängig vom Betriebzustand der Brennkraftmaschine 1, also insbesondere von Motordrehzahl und Motorlast appliziert werden. Die aus der Kennlinie 115 bzw. mittels der Umrechnung ermittelte Füllung rl wird einer Betätigungseinheit 35 des Funktionsdiagramms 75 zugeführt, die dem der Füllung rl zugeordneten Öffnungswinkel der Drosselklappe 5 ermittelt. Die Betätigungseinheit 35 veranlasst dann eine Einstellung des Öffnungswinkels der Drosselklappe 5 auf den ermittelten Öffnungswinkel und damit eine Änderung des Öffnungswinkels der Drosselklappe 5 um einen durch den von der Betätigungseinheit 35 ermittelten Öffnungswinkel und den vor der Umschaltung zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebszustand vorliegenden Öffnungswinkel vorgegebenen Wert. Dabei veranlasst die Betätigungseinheit 35 eine Betätigung der Drosselklappe 5 in Schließrichtung auf den ermittelten Öffnungswinkel, wenn eine Umschaltung vom zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand detektiert wurde. Wurde jedoch vom ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand umgeschaltet, so veranlasst die Betätigungseinheit 35 ein Betätigen der Drosselklappe 5 in Öffnungsrichtung auf den ermittelten Öffnungswinkel. Die Detektion der Betätigungseinheit 35, ob vom ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand oder vom zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand umgeschaltet wurde erfolgt durch Zuführung eines entsprechenden Signals B_hmb, das in 4h) dargestellt ist. Dieses Signal ist im ersten Betriebszustand gesetzt und im zweiten Betriebszustand zurückgesetzt und wird von den Mitteln 30 je nach Anforderung an den Ladungswechselzustand der Zylinder erzeugt und abgegeben. Dieses Signal wird dann der Betätigungseinheit 35 zugeführt.
  • Durch die Veränderung der Position der Drosselklappe 5 durch die Betätigungseinheit 35 wird eine Veränderung des Kupplungsmomentes der Brennkraftmaschine 1 aufgrund der Umschaltung zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand idealer Weise vollständig kompensiert. Der Ladungswechselverlustmomentenwert am Ausgang der ersten Momentenermittlungseinheit 90 ist mit MdLW gekennzeichnet. Der Ausgang der zweiten Momentenermittlungseinheit 92 als Ladungsverlustmomentenwert der hinsichtlich des Ladungswechsels nicht aktivierten Zylinder mit MdLWHMB, der Ausgang des Subtraktionsgliedes 105 als Ladungswechselverlustmomentenwert der hinsichtlich des Ladungswechsels aktivierten Zylinder mit MdLWVMB, der Ausgang der inversen Integralfunktion 110 als Saugrohrdruck ps, der Ausgang der Kennlinie 115 als Füllung mit rl und der Wert am Ausgang der Betätigungseinheit 35 mit wdk. Bei der Umschaltung vom zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand ist wie beschrieben der von der zweiten Momentenermittlungseinheit 92 ermittelte Ladungswechselverlustmomentenwert MdLWHMB gleich Null und somit MdLWVMB gleich 2·MdLW. Bei der Umschaltung vom ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand ist der von der zweiten Momentenermittlungseinheit 92 ermittelte Ladungswechselverlustmomentenwert MdLWHMB der Ladungswechselverlustmomentenwert derjenigen Zylinder die zuvor hinsichtlich des Ladungswechsel abgeschaltet und nun aktiviert sind. Insofern ist MdLWHMB = 0,5·MdLW = MdLWVMB.
  • Die Funktionsweise des Funktionsdiagramms 75 nach 3 wird nun anhand der Zeitdiagramme verschiedener Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 gemäß den 4a) bis 4i) an einem Beispiel der Umschaltung vom zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand erläutert.
  • Gemäß 4i) ist ein Signal B_SU über den betrachteten Zeitraum ständig gesetzt und zeigt somit an, dass Schubabschaltung vorliegt. Ist das Signal B_SU zurückgesetzt, so liegt keine Schubabschaltung vor. Das Signal B_SU wird von der Motorsteuerung 25 erzeugt. Ferner zeigt 4h) den Verlauf des Signals B_hmb, dass wie beschrieben von den Mitteln 30 erzeugt wird. Dieses Signal B_hmb ist bis zu einem ersten Zeitpunkt t1 zurückgesetzt und wird zum Zeitpunkt t1 gesetzt, um anschließend im gesetzten Zustand zu verbleiben. Das bedeutet, dass die Brennkraftmaschine 1 sich bis zum ersten Zeitpunkt t1 im zweiten Betriebszustand und anschließend im ersten Betriebszustand befindet. Zum ersten Zeitpunkt t1 wird also vom Vollmotorbetrieb in den Halbmotorbetrieb umgeschaltet. Gemäß 4a) beträgt der Öffnungsgrad der Drosselklappe 5 bis zum ersten Zeitpunkt t1 den Wert wdk1. Ohne die beschriebene Funktion des zweiten Funktionsdiagramms 75 würde auch nach dem ersten Zeitpunkt t1 der Öffnungsgrad der Drosselklappe 5 den Wert wdk1 einnehmen, also unverändert konstant bleiben, vorausgesetzt, es liegen konstante Randbedingungen insbesondere in Form eines konstanten Fahrerwunsches oder konstanter Anforderungen von anderen Fahrzeugsystemen, wie beispielsweise Antiblockiersystem, Antriebschlupfregelung, Fahrdynamikregelung, Fahrgeschwindigkeitsregler oder dergleichen vor. Aufgrund der nach dem ersten Zeitpunkt t1 abgeschalteten Zylinder im Halbmotorbetrieb und der dort fehlenden Ladungswechsel ändert sich der Abfluss im Saugrohr, das den Teil der Luftzufuhr stromab der Drosselklappe 5 kennzeichnet, im Sinne einer Verringerung dieses Abflusses. Somit steigt der Saugrohrdruck ps vom ersten Zeitpunkt t1 ausgehend von einem ersten Wert ps1 asymptotisch bis auf einen zweiten Wert ps2 gemäß 4c) an, weil der Öffnungsgrad der Drosselklappe 5 konstant bleibt. Der Verlauf des Saugrohrdruckes ps ist deshalb nicht sprunghaft sondern stetig, weil sich der Saugrohrdruck ps stromab der Drosselklappe 5 erst mit der Zeit aufbauen muss. Die Ladungswechselverluste sind bedingt durch das Druckverhältnis des Saugrohrdruckes ps zum Umgebungsdruck pu gemäß dem p-V-Diagramm der Brennkraftmaschine 1. Mit steigendem Saugrohrdruck ps fällt dabei das Ladungswechselverlustmoment. Zusätzlich werden die Ladungswechselverluste über die Einlass- und Auslassventile der Zylinder 11, ..., 18 kleiner, da nur noch die Hälfte der Zylinder 11, ..., 18 hinsichtlich des Ladungswechsels aktiv sind. Bis zum ersten Zeitpunkt t1 beträgt dabei das gesamte Ladungswechselverlustmoment MdLWg gemäß 4b) einen Wert Md1. Dabei entspricht das gesamte Ladungswechselverlustmoment MdLWg bis zum ersten Zeitpunkt t1 dem Ladungswechselverlustmoment sowohl der ersten Zylinderbank 55 als auch der zweiten Zylinderbank 60. Das gesamte Ladungswechselverlustmoment MdLWg ist immer der Mittelwert der Ladungswechselverlustmomente der beiden Zylinderbänke 55, 60. Zum ersten Zeitpunkt t1 springt das Ladungswechselverlustmoment MdLWHMB der zum ersten Zeitpunkt t1 hinsichtlich des Ladungswechsels deaktivierten Zylinderbank auf den Wert Null. Aufgrund des steigenden Saugrohrdruckes ps vom ersten Zeitpunkt t1 an fällt auch das Ladungswechselverlustmoment MdLWVMB der Zylinderbank, deren Zylinder auch nach dem ersten Zeitpunkt t1 hinsichtlich des Ladungswechsels noch aktiviert sind asymptotisch bis auf einen Wert Md3. Somit ergibt sich der Verlauf des gesamten Ladungswechselverlustmomentes MdLWg als Mittelwert zwischen den Ladungswechselverlustmomenten MdLWHMB, MdLWVMB der beiden Zylinderbänke wie in 4b) dargestellt. Das gesamte Ladungswechselverlustmoment MdLWg springt deshalb zum ersten Zeitpunkt t1 auf einen Wert Md2 = ½ Md1 und sinkt von dort asymptotisch gegen einen Wert Md3/2, wobei im Beispiel nach 4b) Md3 kleiner Md2 ist. Mit dem Ladedruck ps steigt auch die Füllung rl gemäß 4d) vom ersten Zeitpunkt t1 ausgehend von einem ersten Wert rl1 asymptotisch auf einen zweiten Wert rl2 an. Der Luftmassenstrom msdk über die Drosselklappe 5 bleibt gemäß 4e) über die ganze betrachtete Zeitdauer konstant unter der Voraussetzung, dass die Brennkraftmaschine 1 im überkritischen Betriebsbereich betrieben wird, in dem sich die Luft in der Luftzufuhr 10 mit Schallgeschwindigkeit bewegt.
  • Auch das Reibmoment MdR gemäß 4f) wird als über der gesamten Zeitdauer konstant angenommen. Das Kupplungsmoment MdK als Differenz zwischen dem inneren Moment Mi und dem gesamten Verlustmoment Mv der Brennkraftmaschine 1 springt zum ersten Zeitpunkt t1 von einem Wert Md6 auf einen Wert Md7 > Md6 und steigt vom Wert Md7 für Zeiten t > t1 auf einen Wert Md4 gemäß der gestrichelten Linie in 4g) an. Dabei ist das Verlustmoment Mv der Brennkraftmaschine 1 gleich der Summe aus dem Reibmoment MdR und dem gesamten Ladungswechselverlustmoment MdLWg. Insofern ist bei angenommenem konstanten inneren Moment Mi = O der Brennkraftmaschine 1 der Verlauf des Kupplungsmomentes MdK invers zum Verlauf des gesamten Ladungswechselverlustmomentes MdLWg.
  • Mittels des erfindungsgemäßen Funktionsdiagramms 75 nach 3 wird insbesondere beginnend mit dem ersten Zeitpunkt t1 das Ladungswechselverlustmoment MdLWVMB in der beschriebenen Weise erfasst und daraus mit Hilfe des pV-Diagramms der zugehörige Saugrohrdruck ps und daraus die zugehörige Füllung rl und daraus die erforderliche Stellung der Drosselklappe 5 zur Kompensation der genannten Änderungen der Füllung rl, des Saugrohrruckes ps und des Ladungswechselverlustmomentes MdLWVMB ermittelt. Diese Stellung der Drosselklappe 5 wird zum ersten Zeitpunkt t1 durch die Betätigungsmittel 35 eingestellt, was sich in einer Änderung vom Öffnungsgrad wdk1 zum Öffnungsgrad wdk2 < wdk1 zum ersten Zeitpunkt t1 gemäß dem durchgezogenen Verlauf des Öffnungsgrades wdk nach 4a) äußert. Dies führt letztlich dazu, dass die Füllung rl gemäß dem gestrichelten Verlauf in 4d) nach dem ersten Zeitpunkt t1 im Vergleich zu vor dem ersten Zeitpunkt t1 konstant verläuft genauso wie der Saugrohrdruck ps. Für den Verlauf des gesamten Ladungswechselverlustmomentes MdLWg gemäß der durchgezogenen Linie in 4b) bedeutet dies, dass das gesamte Ladungswechselverlustmoment MdLWg nach dem Sprung auf den Wert Md2 = 0,5·Md1 zum ersten Zeitpunkt t1 anschließend asymptotisch wieder gegen den Wert Md1 ansteigt. In entsprechender Weise springt das Kupplungsmoment MdK zum ersten Zeitpunkt t1 vom Wert Md6 auf den Wert Md7 > Md6 an, um anschließend asymptotisch gegen den Wert Md6 zurückzugehen. Insoweit kann das Kupplungsmoment MdK beim erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zum gestrichelten Verlauf bis auf den genannten Sprung weitgehend konstant am Wert Md6 gehalten werden. Dies führt dazu, dass der Fahrer des von der Brennkraftmaschine 1 angetriebenen Kraftfahrzeugs die Umschaltung vom zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand zum ersten Zeitpunkt t1 möglichst wenig (verursacht durch den genannten Sprung) oder gar nicht wahrnimmt.
  • Somit wird also durch die beschriebene erfindungsgemäße Maßnahme der Saugrohrdruckanstieg vom ersten Zeitpunkt t1 an annähernd vollständig kompensiert. Folglich bleibt der Saugrohrdruck ps wie beschrieben annähernd konstant. Bleibt der Saugrohrdruck ps annähernd konstant, so wird auch das Druckverhältnis Saugrohrdruck ps zum Umgebungsdruck pu konstant bleiben. Dies führt wie beschrieben dazu, dass das gesamte Ladungswechselverlustmoment MdLWg nach dem Sprung zum Zeitpunkt t1 wieder auf den ursprünglichen Wert Md1 asymptotisch zurückkehrt wie infolge dazu das Kupplungsmoment MdK nach dem Sprung zum ersten Zeitpunkt t1 asymptotisch auf den Ursprungswert Md6 zurückkehrt.
  • Wird vom Halbmotorbetrieb in den Vollmotorbetrieb umgeschaltet, so kann in entsprechender Weise ein Ruck der Brennkraftmaschine 1 durch diese Umschaltung weitgehend dadurch vermieden werden, dass analog z. B. nach 4 der Öffnungsgrad der Drosselklappe 5 mit der Umschaltung in den Vollmotorbetrieb geeignet erhöht wird, um das gesamte Ladungswechselverlustmoment MdLWg und damit das Kupplungsmoment MdK nach dem durch das Umschalten bedingten Sprung asymptotisch auf den Wert zurückzuführen, der unmittelbar vor dem Sprung und damit vor der Umschaltung in den Vollmotorbetrieb vorlag. In entsprechender Weise verhalten sich auch der Saugrohrdruck ps und die Füllung rl bei der Umschaltung vom Halbmotorbetrieb in den Vollmotorbetrieb annähernd konstant.
  • Die Aussetzung des Ladungswechsels über den mindestens einen Zylinder 11, 12, ..., 18 erfolgt durch dauerhaftes Schließen seiner Einlass- und/oder Auslassventile oder mit anderen Worten durch Deaktivierung seines Ventiltriebs auf Einlass- und/oder Auslassseite. Die Aktivierung des Ladungswechsels über den mindestens einen Zylinder 11, 12, ..., 18 erfolgt durch Betrieb der Einlass- und/oder Auslassventile dieses mindestens einen Zylinders 11, 12, ..., 18 in herkömmlicher und oben beschriebener Weise, die mit anderen Worten auch als Aktivierung des Ventiltriebs dieses mindestens einen Zylinders auf Einlass- und/oder Auslassseite bezeichnet wird.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine 1 wird es ermöglicht, insbesondere in einem unbefeuerten Zustand der Brennkraftmaschine 1, eine weitgehend ruckfreie Umschaltung zwischen zwei Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 1 durchzuführen, die sich hinsichtlich der Anzahl der Zylinder unterscheiden, die hinsichtlich des Ladungswechsels aktiviert sind.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), insbesondere in einem unbefeuerten Zustand, wobei der Brennkraftmaschine (1) über ein Stellglied (5) in einer Luftzufuhr (10) Luft zugeführt wird und die der Brennkraftmaschine (1) zugeführte Luftmenge durch die Stellung des Stellgliedes (5) beeinflusst wird und wobei ein Ladungswechselzustand mindestens eines Zylinders (11, 12, ..., 18) der Brennkraftmaschine (1) verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit Veränderung des Ladungswechselzustands des mindestens einen Zylinders (11, 12, ..., 18) die Stellung des Stellgliedes (5) in der Luftzufuhr (10) verändert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit Aussetzung eines zuvor aktivierten Ladungswechsels über mindestens einen Zylinder (11, 12, ..., 18) die Stellung des Stellgliedes (5) in der Luftzufuhr (10) im Sinne einer Reduzierung der der Brennkraftmaschine (1) zugeführten Luftmenge verändert wird.
  3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit Aktivierung eines zuvor ausgesetzten Ladungswechsels über mindestens einen Zylinder (11, 12, ..., 18) die Stellung des Stellgliedes (5) in der Luftzufuhr (10) im Sinne einer Erhöhung der der Brennkraftmaschine (1) zugeführten Luftmenge verändert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung des Stellgliedes (5) in der Luftzufuhr (10) um einen vorgegebenen Wert verändert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Wert derart ermittelt wird, dass nach der Veränderung des Ladungswechselzustands des mindestens einen Zylinders (11, 12, ..., 18) und der gleichzeitig dazu erfolgenden Veränderung der Stellung des Stellgliedes (5) das Kupplungsmoment konstant bleibt.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Wert durch Applikation oder Modellierung ermittelt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladungswechsel bei der Hälfte der Zylinder (11, 12, ..., 18), insbesondere bei jedem zweiten Zylinder (11, 12, ..., 18) der Zündreihenfolge, verändert wird.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladungswechsel über den mindestens einen Zylinder (11, 12, ..., 18) durch Deaktivierung dessen Ventiltriebs auf Einlass- und/oder Auslassseite ausgesetzt oder durch Aktivierung dessen Ventiltriebs auf Einlass- und/oder Auslassseite aktiviert wird.
  9. Vorrichtung (25) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1), insbesondere in einem unbefeuerten Zustand, wobei die Brennkraftmaschine (1) ein Stellglied (5) in einer Luftzufuhr (10) der Brennkraftmaschine (1) zur Beeinflussung der der Brennkraftmaschine (1) zugeführten Luftmenge umfasst, mit Mitteln (30), die einen Ladungswechselzustand mindestens eines Zylinders (11, 12, ..., 18) der Brennkraftmaschine (1) verändern, dadurch gekennzeichnet, dass Betätigungsmittel (35) vorgesehen sind, die mit Veränderung des Ladungswechselzustands des mindestens einen Zylinders (11, 12, ..., 18) die Stellung des Stellgliedes (5) in der Luftzufuhr (10) verändern.
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