DE102005049777A1

DE102005049777A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005049777A1
Application number: DE102005049777A
Authority: DE
Inventors: Dirk Hartmann; Werner Mezger; Oliver Krannich; Ingo Fecht
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2025-10-19
Also published as: GB0620528D0; GB2431482A; KR20070042462A; DE102005049777B4; GB2431482B; US20070089709A1

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung (15) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, die ein definiertes und zuverlässiges Einschalten oder Abschalten eines Gaswechselventils (1) eines Zylinders ermöglichen. Dabei wird in mindestens einem Betriebszustand mindestens ein Einlass- oder Auslassventil (1) eines Zylinder abgeschaltet oder mindestens ein abgeschaltetes Einlass- oder Auslassventil (1) des Zylinders wieder eingeschaltet, wobei das mindestens eine Einlass- oder Auslassventil (1) mittels eines Betätigungselementes (5) geöffnet und/oder geschlossen wird und wobei das Betätigungselement (5) mittels eines Kupplungselementes (10) abgeschaltet oder wieder eingeschaltet wird. Es wird eine Verzugszeit (V1) ermittelt, die zur Betätigung des Kupplungselementes (10) beim Abschalten oder wieder Einschalten des Betätigungselementes erforderlich ist. Weiterhin wird ein Schaltzeitfenster (SF, SF1, SF2, SF3) ermittelt, innerhalb dessen die Betätigung des Kupplungselementes (10) erwünscht ist. Weiterhin wird geprüft, ob das Schaltzeitfenster (SF, SF1, SF2, SF3) größer als die Verzugszeit (V1) ist. In diesem Fall wird ein Beginn des Schaltvorgangs zum Abschalten oder wieder Einschalten des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils (1) so festgelegt, dass die Verzugszeit (V1) vollständig im Schaltzeitfenster (SF, SF1, SF2, SF3) liegt.

Description

Die Erfindung geht von einem Verfahren und von einer Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.

Es sind bereits Verfahren und Vorrichtungen zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt, bei denen in mindestens einem Betriebszustand mindestens ein Einlass- oder Auslassventil eines Zylinders abgeschaltet oder mindestens ein abgeschaltetes Einlass- oder Auslassventil des Zylinders wieder eingeschaltet wird, wobei das mindestens eine Einlass- oder Auslassventil mittels eines Betätigungselementes geöffnet und/oder geschlossen wird und wobei das Betätigungselement mittels eines Kupplungelementes abgeschaltet oder wieder eingeschaltet wird.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben dem gegenüber den Vorteil, dass eine Verzugszeit ermittelt wird, die zur Betätigung des Kupplungselementes bei Abschalten oder wieder Einschalten des Betätigungselementes erforderlich ist, dass ein Schaltzeitfenster ermittelt wird, innerhalb dessen die Betätigung des Kupplungselementes erwünscht ist, dass geprüft wird, ob das Schaltzeitfenster größer als die Verzugszeit ist, und dass in diesem Fall ein Beginn des Schaltvorgangs zum Abschalten oder wieder Einschalten des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils so fest gelegt wird, dass die Verzugszeit vollständig im Schaltzeitfenster liegt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass zum einen die Betätigung des Kupplungselementes nicht vor Beginn des Schaltzeitfensters anfängt und nicht nach Ende des Schaltzeitfensters aufhört. Damit lassen sich Fehlschaltungen des Kupplungselementes, die zu einer potentiellen Beschädigung der Schaltmechanik, insbesondere des Kupplungselementes und des Betätigungselementes, oder des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils führen können, bei geeigneter Wahl des Schaltzeitfensters vermeiden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn geprüft wird, ob das Schaltzeitfenster größer oder gleich der Verzugszeit inklusive mindestens eines Sicherheitszeitabstandes ist und dass der Beginn des Schaltvorgangs so festgelegt wird, dass ein erster vorgegebener Sicherheitsabstand zwischen der Verzugszeit und dem Beginn des Schaltzeitfensters und/oder ein zweiter vorgegebener Sicherheitsabstand zwischen der Verzugszeit und dem Ende des Schaltzeitfensters eingehalten wird. Auf diese Weise lässt sich zwischen mindestens einer Grenze des Schaltzeitfensters und der Verzugszeit ein Toleranzzeitbereich einrichten, sodass die Betätigung des Kupplungselementes mit ausreichendem Abstand zu mindestens einer der Schaltzeitfenstergrenzen erfolgen kann. Damit lassen sich Fehlbetätigungen des Kupplungselementes, die zu einer potentiellen Beschädigung des Kupplungselementes, des Betätigungselementes und/oder des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils führen können, noch sicherer vermeiden. Zum anderen kann eine maximale Drehzahlgrenze, bei der das mindestens eine Einlass- oder Auslassventil noch ohne Beschädigung des Kupplungselementes, des Betätigungselementes und/oder des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils noch abgeschaltet oder wieder eingeschaltet werden kann, erhöht werden, da diese maximale Drehzahlgrenze durch geeignet gewählte Lage der Verzugszeit innerhalb des Schaltzeitfensters, d. h. mit entsprechenden Sicherheitszeitabständen zu den Grenzen des Schaltzeitfensters bestimmt ist.

Vorteilhaft ist dabei, wenn der erste vorgegebene Sicherheitsabstand und der zweite vorgegebene Sicherheitszeitabstand gleich groß gewählt werden. Auf diese Weise lässt sich der Schutz vor Beschädigungen des Kupplungselementes, des Betätigungselementes und/oder des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils bei der Betätigung des Kupplungselementes weitestgehend vermeiden und die maximale Drehzahlgrenze für das Abschalten oder wieder Einschalten des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils maximieren. Die Verzugszeit für die Betätigung des Kupplungselementes liegt dann mittig im Schaltzeitfenster, sodass die benötigten Sicherheiten bezüglich der Toleranzen zu den Grenzen des Schaltzeitfensters gleichmäßig verteilt sind.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn eine Verzögerungszeit ermittelt wird, die der Zeitdauer von Beginn einer elektrischen Ansteuerung des Schaltvorgangs bis zum Zeitpunkt des Einsetzens der Betätigung des Kupplungselementes entspricht, und wenn der Beginn des Schaltvorgangs, um die Verzögerungszeit vor Beginn der Verzugszeit festgelegt werden. Auf diese Weise wird die zur Betätigung des Kupplungselementes erforderliche Verzögerungszeit ebenfalls berücksichtigt und damit sichergestellt, dass die Betätigung des Kupplungselementes auch tatsächlich in dem dafür vorgesehenen Bereich der Verzugszeit innerhalb des Schaltzeitfensters erfolgen kann.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn das Schaltzeitfenster so ermittelt wird, dass es bei dem Öffnen des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils beginnt und bei dem nächstmaligen Öffnen des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils endet. Auf diese Weise wird sicher vermieden, dass das Einlass- oder Auslassventil aufgrund der Betätigung des Kupplungselementes beschädigt wird oder in einer geöffneten Stellung hängen bleibt. Dies besonders dann, wenn für das Öffnen des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils variable Steuerzeiten vorgesehen sind.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn das Betätigungselement mindestens eines Einlassventils und das Betätigungselement mindestens eines Auslassventils durch ein gemeinsames Kupplungselement abgeschaltet oder wieder eingeschaltet werden und wenn das Schaltzeitfenster so ermittelt wird, dass es nach dem Öffnen sowohl des mindestens einen Einlassventils als auch des mindestens einen Auslassventils beginnt, und dass es vor dem nächstmaligen Öffnen sowohl des mindestens einen Einlassventils als auch des mindestens einen Auslassventils endet. Auf diese Weise wird auch im Falle der Verwendung eines solchen gemeinsamen Kupplungselementes sicher vermieden, dass bei einer Betätigung des gemeinsamen Kupplungselementes das mindestens eine Einlass- oder das mindestens eine Auslassventil beschädigt wird oder in einer geöffneten Stellung hängen bleibt.

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Abschalten oder wieder Einschalten eines Einlass- oder Auslassventils eines Zylinders einer Brennkraftmaschine,
2 ein Funktionsdiagramm zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßes Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 einen Zeitstrahl zur Veranschaulichung der Festlegung eines Ansteuerzeitpunktes zum Abschalten oder wieder Einschalten des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils,
4 ein erstes Beispiel für die Festlegung eines Schaltzeitfensters,
5 ein zweites Beispiel für die Festlegung eines Schaltzeitfensters,
6 ein drittes Beispiel für die Festlegung eines Schaltzeitfensters,
7 ein Betätigungselement zum Öffnen und Schließen des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils samt Kupplungselement zum Abschalten oder wieder Einschalten des Betätigungselementes,
8a das Betätigungselement mit eingeschaltetem Einlass- oder Auslassventil und
8b das Betätigungselement mit ausgeschaltetem Einlass- oder Auslassventil.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die beispielsweise als Otto-Motor oder als Diesel-Motor ausgebildet sein kann. Dabei wird in mindestens einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine mindestens ein Einlass- oder Auslassventil 1 eines Zylinders der Brennkraftmaschine abgeschaltet oder mindestens ein abgeschaltetes Einlass- oder Auslassventil 1 des Zylinders wieder eingeschaltet. So kann beispielsweise ein erster Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorgesehen sein, in dem die Hälfte der Zylinder durch Abschaltung der Einlass- oder Auslassventile sowie der Kraftstoffeinspritzung abgeschaltet wird. Dieser erste Betriebszustand wird auch als Halbmotorbetrieb bezeichnet. Er kann durch Bankabschaltung oder durch Zylinderabschaltung eingestellt werden. Im Falle der Bankabschaltung umfasst die Brennkraftmaschine eine geradzahlige Anzahl an Zylinderbänken, von denen die Hälfte mit sämtlichen Zylindern in der beschriebenen Weise, also durch Abschaltung der Einlass- und Auslassventile sowie der Kraftstoffeinspritzung, abgeschaltet werden. Im Falle der Zylinderabschaltung wird beim Halbmotorbetrieb die Hälfte der Zylinder durch Abschaltung der Einlass- und Auslassventile sowie der Kraftstoffeinspritzung abgeschaltet und zwar unabhängig davon, auf welcher Zylinderbank sich die Zylinder befinden, und auch unabhängig davon, wie viel Zylinderbänke die Brennkraftmaschine überhaupt aufweist. Als vorteilhaft hat sich dabei erwiesen, beim Halbmotorbetrieb jeden zweiten Zylinder in der Zündreihenfolge abzuschalten, um einen möglichst ruhigen Motorlauf zu gewährleisten. In einem zweiten Betriebszustand der Brennkraftmaschine sind dann beispielsweise alle Zylinder wieder eingeschaltet, d. h. deren Einlass- und Auslassventile sowie die Kraftstoffeinspritzung sind wieder eingeschaltet. Der zweite Betriebszustand wird auch als Vollmotorbetrieb bezeichnet. Aufgrund der Bank- oder Zylinderabschaltung ermöglicht der Halbmotorbetrieb gegenüber dem Vollmotorbetrieb eine Kraftstoffeinsparung.
Der Zeitpunkt, zu dem eine Deaktivierung oder Aktivierung, d. h. also ein Abschalten oder ein wieder Einschalten eines auch als Gaswechselventil bezeichneten Einlass- oder Auslassventils erfolgen kann, ist durch den Grundkreis der Nockenwelle beschränkt, da nur dann das entsprechende Gaswechselventil im kraftlosen Ruhezustand und geschlossen ist.
Der Halbmotorbetrieb ist nur in einem eingeschränkten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine hinsichtlich des Motordrehmoments und der Motordrehzahl möglich. So gibt es für den Halbmotorbetrieb eine Obergrenze Md1 des möglichen Motordrehmoments sowie eine Untergrenze nmot1 und eine Obergrenze nmot2 der Motordrehzahl. Für Motordrehmomente Md < Md1 und für Motordrehzahlen nmot1 < nmot < nmot2 ist der Halbmotorbetrieb möglich, andernfalls wird die Brennkraftmaschine in diesem Beispiel im Vollmotorbetrieb betrieben. Wird ausgehend vom Vollmotorbetrieb der Betriebsbereich des Halbmotorbetriebs erreicht, so wird die Hälfte der Zylinder der Brennkraftmaschine in der oben beschriebenen Weise durch Bankabschaltung oder Zylinderabschaltung durch entsprechende Abschaltung der Einlass- und Auslassventile sowie der Kraftstoffeinspritzung abgeschaltet. Wird ausgehend vom Halbmotorbetrieb der Betriebsbereich des Vollmotorbetriebs erreicht, so werden die abgeschalteten Zylinder durch wieder Einschalten der Einlass- und Auslassventile sowie der Kraftstoffeinspritzung wieder eingeschaltet.
Der Kurbelwellenwinkel, an dem sich die Gaswechselventile öffnen und schließen, kann durch eine Nockenwellenverstellung verändert werden. Dabei kann für Einlass- und Aus lassventil jeweils eine separate Nockenwelle und eine separate Verstellung dieser Nockenwellen vorgesehen sein.
Zwischen der elektrischen Ausgabe eines Schaltsignals zum Abschalten eines Gaswechselventils oder zum wieder Einschalten eines abgeschalteten Gaswechselventils und der resultierenden mechanischen Umschaltung des Gaswechselventils tritt ein Verzug auf.
In 1 ist in Form eines Blockschaltbildes schematisch eine Vorrichtung zum Abschalten oder wieder Einschalten eines Gaswechselventils dargestellt. Das Gaswechselventil, das beispielsweise ein Einlassventil oder eine Auslassventil eines Zylinders der Brennkraftmaschine sein kann, ist in 1 durch das Bezugszeichen 1 dargestellt. Es wird durch ein Betätigungselement 5 betätigt und zwar entweder geöffnet oder geschlossen. Ferner ist eine Schalteinheit 20 vorgesehen, die das Betätigungselement 5 und damit auch das Gaswechselventil 1 abschaltet oder wieder einschaltet. Die Schalteinheit 20 umfasst dazu beispielsweise ein Kupplungselement 10, das im Falle des Abschaltens des Gaswechselventils 1 das Betätigungselement 5 vom Gaswechselventil 1 entkoppelt und im Falle des wieder Einschaltens des Gaswechselventils 1 das Betätigungselement 5 wieder mit dem Gaswechselventil 1 koppelt. Die Schalteinheit 20 umfasst in diesem Beispiel weiterhin ein Dreiwegeventil 45, das einen für das Abschalten oder wieder Einschalten des Betätigungselementes 5 erforderlichen Öldruck auf das Kupplungselement 10 beaufschlagt. Die Schalteinheit 20 und dort das Dreiwegeventil 45 wird elektrisch von einer beispielsweise in einem Steuergerät software- und/oder hardwaremäßig implementierten Steuereinheit 15 angesteuert.
Anstelle der beschriebenen Ansteuerung des Kupplungselementes 10 mit Öl- oder allgemeinen Flüssigkeitsdruck ist auch eine Ansteuerung des Kupplungselementes 10 mit Luftdruck oder allgemein mit Gasdruck oder eine magnetische oder Piezo-elektrische Ansteuerung des Kupplungselementes 10 oder dergleichen in dem Fachmann bekannter Weise möglich.
Im Folgenden soll jedoch beispielhaft der Fall der Ansteuerung des Kupplungselementes 10 mittels Öldruck betrachtet werden.
In 7 ist eine beispielhafte Ausbildung des Betätigungselementes 5 in Form eines zweiteiligen Hebelelementes dargestellt. Auf einen zweiten Teil 75 des Betätigungsele mentes 5 wirkt eine Nockenwelle 95 ein. Über das in diesem Beispiel als Bolzen ausgebildete Kupplungselement 10 ist der zweite Teil 75 mit einem ersten Teil 70 des Betätigungselementes 5 verbunden, wobei das Gaswechselventil 1 an den ersten Teil 70 gekoppelt ist. Ist der erste Teil 70 und der zweite Teil 75 des Betätigungselementes 5 über den Bolzen 10 gekoppelt, so führt eine Bewegung des zweiten Teils 75, veranlasst durch die Nockenwelle 95, zu einer entsprechenden Bewegung des ersten Teils 70 und damit des Gaswechselventils 1 zum Öffnen oder Schließen der zugeordneten Öffnung des Brennraums des zugeordneten Zylinders. Dieser Sachverhalt ist auch in 8a dargestellt, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente kennzeichnen wie in 7 und in der der erste Teil 70 und der zweite Teil 75 des Betätigungselementes 5 miteinander gekoppelt sind. Dabei befindet sich der Bolzen 10 in seiner Ruheposition, wie sie beispielsweise im hier beschriebenen Vollmotorbetriebszustand vorliegt. Diese Ruheposition des Bolzens 10 wird durch die Rückstellkraft einer Rückstellfeder 85 gewährleistet. Wie in 8a zu erkennen, ist die Rückstellfeder 85 dabei weniger zusammengedrückt als in der nachfolgend beschriebenen 8b. Der erste Teil 70 umfasst ein Lager 90 mit Öldruckversorgung. Bei ausreichendem Öldruck im Lager 90, beispielsweise im Halbmotorbetrieb, fährt der Bolzen 10 gegen die Rückstellkraft der Feder 85 und wie durch den Pfeil 105 angedeutet nach links, sodass der erste Teil 70 und der zweite Teil 75 entkoppelt werden. In diesem Fall führt die Betätigung des zweiten Teils 75 durch die Nockenwelle 95 nicht mehr zu einer Betätigung des ersten Teils 70 und damit nicht mehr zu einer Betätigung des Gaswechselventils 1, das in diesem Fall abgeschaltet ist. Erst wenn der Öldruck im Lager 90 wieder geringer wird, wird der Bolzen 10 aufgrund der Rückstellkraft der Rückstellfeder 85 wieder nach rechts gedrückt, um den ersten Teil 70 und den zweiten Teil 75 wieder in Kopplung zu bringen und damit das Gaswechselventil 1 wieder einzuschalten. Das Entkoppeln des ersten Teils 70 und des zweiten Teils 75 und das wieder Einkoppeln des ersten Teils 70 und des zweiten Teils 75 mittels des Bolzens 10 ist dabei nur möglich, wenn die Nockenwelle 95 mit ihrem Grundkreis gegen den zweiten Teil 75 drückt. In 8b ist der Fall dargestellt, in dem der erste Teil 70 und der zweite Teil 75 entkoppelt sind, sodass die Betätigung des zweiten Teils 75 durch die Nockenwelle 95 nicht mehr zu einer Betätigung des Gaswechselventils 1 führt. In 8b ist dabei erkennbar, dass die Rückstellfeder 85 aufgrund der Bewegung des Bolzens 10 nach links weniger ausgelenkt ist als in 8a.
Auch in 8b kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente wie in den 7 und 8a. Die Betätigung des Bolzens 10 zum Entkoppeln des ersten Teils 70 und des zweiten Teils 75 bzw. zum wieder Einkoppeln des ersten Teils 70 und des zweiten Teils 75 weist aufgrund des Trägheitsmomentes einen Verzug auf. Dabei sind die Kräfte, die auf den Bolzen 10 wirken und damit der Verzug für das Entkoppeln des ersten Teils 70 und des zweiten Teils 75 durch Bewegung des Bolzens 10 nach links (Öldruck größer als Federkraft) und für das wieder Einkoppeln des ersten Teils 70 und des zweiten Teils 75 durch Bewegung des Bolzens 10 nach rechts (Federkraft größer als Öldruck) unterschiedlich sein.
In 2 ist nun ein Funktionsdiagramm der Steuereinheit 15 dargestellt, das software- und/oder hardwaremäßig beispielsweise in einer Motorsteuerung der Brennkraftmaschine implementiert sein kann. Die Steuereinheit 15 umfasst eine Verzugszeitermittlungseinheit 25, die den Verzug bzw. die damit verknüpfte Verzugszeit bei der Betätigung des Bolzens 10 im Falle der Entkopplung des ersten Teils 70 und des zweiten Teils 75 und im Falle des wieder Einkoppelns des ersten Teils 70 und des zweiten Teils 75 bei den aktuellen Bedingungen ermittelt. Diese Bedatung der Zeiten kann beispielsweise einmalig auf einem Prüfstand vorgenommen werden. Dabei wird dann eine erste Verzugszeit für die Bewegung des Bolzens 10 nach links zum Entkoppeln des ersten Teils 70 und des zweiten Teils 75 ermittelt und in der Einheit 25 abgespeichert. Ferner wird eine zweite Verzugszeit für die Bewegung des Bolzens 10 nach rechts zum wieder Einkoppeln des ersten Teils 70 und des zweiten Teils 75 ermittelt und in der Einheit 25 abgespeichert. Die unterschiedlichen Verzugszeiten beim Entkoppeln und wieder Einkoppeln des ersten Teils 70 und des zweiten Teils 75 rühren daher, dass beim Entkoppeln die Rückstellfeder 85 mit Hilfe des Öldrucks zusammengedrückt und beim wieder Einkoppeln die Rückstellfeder 85 aufgrund des nachlassenden Öldrucks wieder ausgedehnt wird. Die beiden Vorgänge sind dabei durch unterschiedliche Kräfte wie beschrieben und damit unterschiedliche Verzugszeiten gekennzeichnet.
Ferner umfasst die Steuereinheit 15 eine Schaltzeitfensterermittlungseinheit 30, die abhängig von den aktuellen Steuerzeiten der Gaswechselventile, ein Schaltzeitfenster ermittelt, innerhalb dessen die Betätigung des Kupplungselementes, in diesem Beispiel des Bolzens 10, erwünscht bzw. möglich ist. Die Ermittlung des Schaltzeitfensters wird nachfolgend anhand der 4, 5 und 6 beschrieben.
Die Steuereinheit 15 umfasst ferner eine Prüfeinheit 35, die von der Verzugszeitermittlungseinheit 25 die erste Verzugszeit abruft, wenn ein Gaswechselventil 1 abgeschaltet werden soll, und die von der Verzugszeitermittlungseinheit 25 die zweite Verzugszeit abruft, wenn ein abgeschaltetes Gaswechselventil 1 wieder eingeschaltet werden soll. Ferner ruft die Prüfeinheit 35 von der Schaltzeitfensterermittlungseinheit 30 das aktuell ermittelte Schaltzeitfenster ab. Die Prüfeinheit 35 prüft, ob das aktuelle Schaltzeitfenster größer als die aktuell von der Verzugszeitermittlungseinheit 25 angerufene Verzugszeit ist. Ist dies der Fall, so wird ein Ausgang der Prüfeinheit 35 gesetzt und der so erzeugte Setzimpuls an eine Festlegungseinheit 40 weitergeleitet, der außerdem die von der Prüfeinheit 35 abgerufene Verzugszeit der Verzugszeitermittlungseinheit 25 und das von der Prüfeinheit 35 abgerufene aktuelle Schaltzeitfenster der Schaltzeitfensterermittlungseinheit 30 zugeführt ist. Der Festlegungseinheit 40 ist außerdem von einem ersten Sicherheitszeitabstandsspeicher 55 ein erster vorgegebener Sicherheitszeitabstand S1 und von einem zweiten Sicherheitszeitabstandsspeicher 60 ein zweiter vorgegebener Sicherheitszeitabstand S2 zugeführt. Die Verzugszeit ist in 2 durch V1 und das Schaltzeitfenster durch SF gekennzeichnet. Von einer Verzögerungszeitermittlungseinheit 50 ist der Festlegungseinheit 40 außerdem eine Verzögerungszeit V2 zugeführt. Die Verzögerungszeit V2 kennzeichnet dabei die Zeitdauer von Beginn einer elektrischen Ansteuerung des Schaltvorgangs durch die Steuereinheit 15 bis zum Zeitpunkt des Einsetzens der Betätigung des Kupplungselementes 10. Im vorliegenden Beispiel des als Öldruck gesteuerten Bolzens ausgebildeten Kupplungselementes 10 entspricht die Verzögerungszeit der Zeitdauer vom Beginn der elektrischen Ansteuerung des Schaltvorgangs durch die Steuereinheit 15 bis zu einem Zeitpunkt, zu dem der Öldruck im Lager 90 so groß ist, dass der Bolzen 10 beginnt, sich nach links zu bewegen. Die Verzugszeit V1 entspricht dann der Zeit, die der Bolzen 10 benötigt, um aus seiner Ruheposition gemäß 7 soweit nach links bewegt wurde, dass der erste Teil 70 vom zweiten Teil 75 entkoppelt und das Gaswechselventil 1 damit abgeschaltet wurde. Dies gilt für den Vorgang des Abschaltens des Gaswechselventils 1. Für den Vorgang des wieder Einschaltens eines abgeschalteten Gaswechselventils 1 stellt die Verzögerungszeit V2 im vorliegenden Beispiel die Zeitdauer vom Beginn der elektrischen Ansteuerung des Schaltvorgangs seitens der Steuereinheit 15 bis zu einem Zeitpunkt dar, zu dem der Öldruck im Lager 90 soweit abgebaut ist, dass sich der Bolzen 10 ausgehend vom ausgekoppelten Zustand des ersten Teils 70 und des zweiten Teils 75 wieder nach rechts bewegt. Die Verzugszeit V1 ist dann diejenige Zeit, die vom Beginn der Bewegung des Bolzens 10 nach rechts bis zu dem Zeitpunkt andauert, zu dem der erste Teil 70 und der zweite Teil 75 miteinander gekoppelt sind und der Bolzen 10 seine Ruheposition wieder erreicht hat. Die Verzugszeiten für das Entkoppeln und das wieder Einkoppeln der beiden Teile 70, 75 des Betätigungselementes 5 können sich wie beschrieben unterscheiden und werden wie beschrieben beispielsweise auf einem Prüfstand ermittelt und in der Verzugszeitermittlungseinheit 25 wie beschrieben abgelegt. Auch die Verzögerungszeit für das Abschalten des Gaswechselventils 1 und die Verzögerungszeit für das wieder Einschalten des Gaswechselventils 1 können sich voneinander unterscheiden und ebenfalls auf einem Prüfstand ermittelt und in der Verzögerungszeitermittlungseinheit 50 abgelegt werden. Aufgrund von Alterung und Verschleiß des Bolzens 10 kann es optional vorteilhaft sein, die Verzugszeiten V1 in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen neu zu lernen und in der Verzugszeitermittlungseinheit 25 entsprechend zu aktualisieren. Entsprechendes gilt für die Verzögerungszeiten V2, bei denen sich beispielsweise Alterung und Verschleiß der Öldruckversorgung sowie des Dreiwegeventils 45 bemerkbar machen und die somit ebenfalls in regelmäßigen oder unregelmäßigen Zeitabständen neu gelernt und in der Verzögerungszeitermittlungseinheit 50 aktualisiert werden sollten, um einen fehlerfreien Betrieb der Abschaltung und der wieder Einschaltung des entsprechenden Gaswechselventils 1 zu gewährleisten.
Die Festlegungseinheit 40 bestimmt nun im Falle des Empfangs eines Setzimpulses der Prüfeinheit 35 den Zeitpunkt für den Beginn des Schaltvorgangs zum Abschalten oder wieder Einschalten des Gaswechselventils 1 so, dass die mit dem Abschalten bzw. mit dem wieder Einschalten verknüpfte Verzugszeit V1 vollständig im Schaltzeitfenster liegt. Die beschrieben Prüfung durch die Prüfeinheit 35 wird nur dann durchgeführt, wenn die Prüfeinheit 35 ein Umschaltanforderungssignal U von der Motorsteuerung empfängt. Das Umschaltsignal U gibt dabei in diesem Beispiel an, ob vom Halbmotorbetrieb in den Vollmotorbetrieb oder vom Vollmotorbetrieb in den Halbmotorbetrieb umgeschaltet werden soll. Gibt das Umschaltanforderungssignal U an, dass vom Vollmotorbetrieb in den Halbmotorbetrieb umgeschaltet werden soll, so liest die Prüfeinheit 35 von der Verzugszeitermittlungseinheit 25 die Verzugszeit V1 für den Fall des Entkoppelns des ersten Teils 70 und des zweiten Teils 75 aus. Gibt das Umschaltanforderungssignal U an, dass vom Halbmotorbetrieb in den Vollmotorbetrieb umgeschaltet werden soll, so liest die Prüfeinheit 35 von der Verzugszeitermittlungseinheit 25 diejenige Verzugszeit V1, die mit dem wieder Einkoppeln des ersten Teils 70 und des zweiten Teils 75 des Betätigungselementes 5 verknüpft ist. Das Umschaltanforderungssignal U wird auch der Festlegungseinheit 40 zugeführt. Gibt das Umschaltanforderungssignal U eine Umschaltung vom Vollmotorbetrieb in den Halbmotorbetrieb vor, so liest die Festlegungseinheit 40 von der Verzugszeitermittlungseinheit 25 diejenige Verzugszeit V1 aus, die mit dem Ent koppeln des ersten Teils 70 und des zweiten Teils 75 verknüpft ist. Außerdem liest die Festlegungseinheit 40 in diesem Fall von der Verzögerungszeitermittlungseinheit 50 die jenige Verzögerungszeit V2 aus, die mit dem Entkoppeln des ersten Teils 70 und des zweiten Teils 75 des Betätigungselementes 5 verknüpft ist. Für den Fall, dass das Umschaltanforderungssignal U eine Umschaltung vom Halbmotorbetrieb in den Vollmotorbetrieb angibt, liest die Festlegungseinheit 40 von der Verzugszeitermittlungseinheit 25 diejenige Verzugszeit V1 aus, die mit dem wieder Einkoppeln des ersten Teils 70 und des zweiten Teils 75 verknüpft ist. Außerdem ist die Festlegungseinheit 40 in diesem Fall von der Verzögerungszeitermittlungseinheit 50 diejenige Verzögerungszeit V2 aus, die mit dem wieder Einkoppeln des ersten Teils 70 und des zweiten Teils 75 des Betätigungselementes 5 verknüpft ist.
Für den Fall, dass die Festlegungseinheit 40 sowohl das Umschaltanforderungssignal U als auch den Setzimpuls der Prüfeinheit 35 empfängt, gibt sie zum ermittelten Zeitpunkt für den Beginn des Schaltvorgangs ein Steuersignal zur Ansteuerung des Dreiwegeventils 45 ab. Für den Fall, dass das Umschaltanforderungssignal U eine Umschaltung vom Vollmotorbetrieb in den Halbmotorbetrieb fordert, wird das Dreiwegeventil 45 von der Festlegungseinheit 40 derart angesteuert, dass der Öldruck am Kupplungselement 10, in diesem Beispiel am Bolzen 10, zur Entkopplung des ersten Teils 70 und des zweiten Teils 75 erhöht wird. Für den Fall, dass das Umschaltanforderungssignal U eine Umschaltung vom Halbmotorbetrieb in den Vollmotorbetrieb fordert, erfolgt die Ansteuerung des Dreiwegeventils 45 durch die Festlegungseinheit 40 so, dass der Öldruck am Bolzen 10 zur wieder Einkopplung des ersten Teils 70 und des zweiten Teils 75 des Betätigungselementes 5 wieder abgebaut wird.
Für den Fall, dass die Festlegungseinheit 40 während des Empfangs des Umschaltanforderungssignals U den Setzimpuls von der Prüfeinheit 35 empfängt, erfolgt die Ansteuerung des Dreiwegeventils 45 wie beschrieben. Für den Fall, dass die Festlegungseinheit 40 während des Empfangs des Umschaltanforderungssignals U keinen Setzimpuls von der Prüfeinheit 35 empfängt, erfolgt auch keine Änderung der Ansteuerung des Dreiwegeventils 45, sodass der aktuelle Zustand des Gaswechselventils 1 beibehalten wird, also ein abgeschaltetes Gaswechselventil 1 weiterhin abgeschaltet und ein eingeschaltetes Gaswechselventil 1 weiterhin eingeschaltet bleibt, d. h. die Ansteuerung des Dreiwegeventils 45 zur Bereitstellung des erforderlichen Öldrucks am Bolzen 10 bleibt unverändert.
Die Verwendung des ersten vorgegebenen Sicherheitszeitabstands S1 und des zweiten vorgegebenen Sicherheitszeitabstands S2 ist optional. Dabei wird der erste vorgegebene Sicherheitszeitabstand S1 und der zweite vorgegebene Sicherheitszeitabstand S2 sowohl der Festlegungseinheit 40 als auch der Prüfeinheit 35 zugeführt.
Im zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel kam es lediglich darauf an, dass die aktuell von der Prüfeinheit 35 abgerufene Verzugszeit V1 kleiner als das aktuell ermittelte Schaltzeitfenster SF ist und dass die Festlegungseinheit 40 den Zeitpunkt des Beginns des Schaltvorgangs und damit den Zeitpunkt des Beginns der entsprechenden Ansteuerung des Dreiwegeventils 45 so festlegt, dass die aktuell abgerufene Verzugszeit V1 vollständig im aktuell ermittelten Schaltzeitfenster SF liegt.
Optional kann es vorgesehen sein, dass die Prüfeinheit 35 nicht nur prüft, ob das Schaltzeitfenster größer als die aktuell von der Verzugszeitermittlungseinheit 25 ausgelesene Verzugszeit V1 ist, sondern, ob das Schaltzeitfenster auch größer als diese Verzugszeit V1 inklusive mindestens eines der beiden Sicherheitszeitabstände S1, S2 ist. Der Setzimpuls wird nur in diesem Fall von der Prüfeinheit an die Festlegungseinheit 40 abgegeben. So kann die Prüfeinheit 35 beispielsweise prüfen, ob das Schaltzeitfenster größer als die aktuell eingelesene Verzugszeit V1 inklusive des ersten vorgegebenen Sicherheitszeitabstandes S1 ist. Ist dies der Fall, so gibt die Prüfeinheit 35 einen Setzimpuls ab, andernfalls nicht. Die Festlegungseinheit 40 legt im Fall des empfangenen Setzimpulses den Zeitpunkt des Beginns des Schaltvorgangs so fest, dass der erste vorgegebene Sicherheitszeitabstand S1 zwischen dem Beginn des Schaltzeitfensters und der aktuell verwendeten Verzugszeit V1 eingehalten wird und die aktuell verwendete Verzugszeit V1 dennoch vollständig im Schaltzeitfenster liegt. Alternativ prüft die Prüfeinheit 35, ob das aktuell ermittelte Schaltzeitfenster größer als die aktuell ermittelte Verzugszeit V1 inklusive des zweiten vorgegebenen Sicherheitsabstandes S2 zwischen der aktuell ermittelten Verzugszeit V1 und dem Ende des aktuell ermittelten Schaltzeitfenster SF ist. In diesem Fall gibt die Prüfeinheit 35 einen Setzimpuls an die Festlegungseinheit 40 ab, andernfalls nicht. Empfängt die Festlegungseinheit 40 den Setzimpuls, so legt sie den Zeitpunkt des Beginns des Schaltvorgangs so fest, dass der zweite vorgegebene Sicherheitszeitabstand S2 zwischen der aktuell ermittelten Verzugszeit V1 und dem Ende des aktuell ermittelten Schaltzeitfensters SF eingehalten wird und die aktuell ermittelte Verzugszeit V1 vollständig im aktuell ermittelten Schaltzeitfenster SF liegt.
Alternativ prüft die Prüfeinheit 35, ob das aktuell ermittelte Schaltzeitfenster SF größer als die aktuell ermittelte Verzugszeit inklusive sowohl des ersten vorgegebenen Sicherheitszeitabstandes S1 als auch des zweiten vorgegebenen Sicherheitszeitabstandes S2 ist. Ist dies der Fall, so gibt die Prüfeinheit 35 einen Setzimpuls an die Festlegungseinheit 40 ab, andernfalls nicht. Empfängt die Festlegungseinheit 40 den Setzimpuls, so legt sie den Zeitpunkt des Beginns des Schaltvorgangs so fest, dass der erste vorgegebene Sicherheitszeitabstand S1 zwischen der aktuell ermittelten Verzugszeit V1 und dem Beginn des aktuell ermittelten Schaltzeitfensters SF und der zweite vorgegebene Sicherheitszeitabstand S2 zwischen der aktuell ermittelten Verzugszeit V1 und dem Ende des aktuell ermittelten Schaltzeitfensters SF eingehalten wird und die aktuell ermittelte Verzugszeit V1 vollständig im aktuell ermittelten Schaltzeitfenster SF liegt.
Durch den ersten vorgegebenen Sicherheitszeitabstand S1 wird ein Toleranzbereich zwischen dem Beginn des aktuell ermittelten Schaltzeitfensters und der aktuell ermittelten Verzugszeit ermöglicht. Durch den zweiten vorgegebenen Sicherheitszeitabstand S2 wird ein Toleranzbereich zwischen der aktuell ermittelten Verzugszeit V1 und dem Ende des aktuell ermittelten Schaltzeitfensters SF ermöglicht. Auf diese Weise wird bei geeigneter Wahl des ersten vorgegebenen Sicherheitszeitabstandes S1 bzw. des zweiten vorgegebenen Sicherheitszeitabstandes S2 sichergestellt, dass das Abschalten bzw. des wieder Einschalten des Gaswechselventils 1 beschädigungsfrei und ohne Hängebleiben des Gaswechselventils 1 in seiner geöffneten Stellung erfolgen kann. Der erste vorgegebene Sicherheitszeitabstand S1 und der zweite vorgegebene Sicherheitszeitabstand S2 können zu diesem Zweck geeignet auf einem Prüfstand appliziert werden. Dabei kann der erste vorgegebene Sicherheitszeitabstand S1 und der zweite vorgegebene Sicherheitszeitabstand S2 unterschiedlich oder gleich groß gewählt bzw. appliziert werden. Im Falle der Wahl des ersten vorgegebenen Sicherheitszeitabstandes S1 gleich dem zweiten vorgegebenen Sicherheitszeitabstand S2 lässt sich die aktuell ermittelte Verzugszeit V1 mittig mit gleich großem Toleranzabstand zum Beginn des aktuell ermittelten Schaltzeitfensters SF und zum Ende des aktuell ermittelten Schaltzeitfensters legen, sodass zu beiden Grenzen des aktuell ermittelten Schaltzeitfensters SF die gleiche Schutzwirkung erzielt wird. Ist das aktuell ermittelte Schaltzeitfenster SF größer als die aktuell ermittelte Verzugszeit V1 inklusive des ersten vorgegebenen Sicherheitszeitabstandes S1 und des zweiten vorgegebenen Sicherheitszeitabstandes S2, so kann die aktuell ermittelte Verzugszeit V1 auch beliebig und nicht unbedingt mittig im aktuell ermittelten Schaltzeitfenster angeordnet wer den unter der Voraussetzung, dass mindestens der erste vorgegebene Sicherheitszeitabstand S1 zwischen der aktuell ermittelten Verzugszeit V1 und dem Beginn des aktuell ermittelten Schaltzeitfensters SF und mindestens der zweite vorgegebene Sicherheitszeitabstand S2 zwischen der aktuell ermittelten Verzugszeit V1 und dem Ende des aktuell ermittelten Schaltzeitfensters SF eingehalten wird. Die aktuell ermittelte Verzugszeit V1 liegt somit nicht unbedingt mittig im aktuell ermittelten Schaltzeitfenster SF.
Für den Fall, dass nur der erste vorgegebene Sicherheitszeitabstand S1 oder nur der zweite vorgegebene Sicherheitszeitabstand S2 zu beachten sind und das aktuell ermittelte Schaltzeitfenster größer als die aktuell ermittelte Verzugszeit V1 inklusive des ersten vorgegebenen Sicherheitszeitabstand S1 bzw. inklusive des zweiten vorgegebenen Sicherheitszeitabstand S2 ist, kann die aktuell ermittelte Verzugszeit V1 auch so im aktuell ermittelten Schaltzeitfenster SF angeordnet sein, dass der Abstand zwischen dem Beginn des aktuell ermittelten Schaltzeitfensters SF und der aktuell ermittelten Verzugszeit V1 größer oder gleich dem ersten vorgegebenen Sicherheitszeitabstand S1 bzw. der Abstand zwischen dem Ende des aktuell ermittelten Schaltzeitfensters SF und der aktuell ermittelten Verzugszeit V1 größer oder gleich dem zweiten vorgegebenen Sicherheitszeitabstand S2 ist.
In 3 ist mittels eines Zeitstrahls ein Beispiel dargestellt, bei dem die aktuell ermittelte Verzugszeit V1 zusammen mit dem ersten vorgegebenen Sicherheitszeitabstand S1 und dem zweiten vorgegebenen Sicherheitszeitabstand S2 genau dem aktuell ermittelten Schaltzeitfenster SF entspricht. Die Festlegungseinheit 40 legt in diesem Fall die aktuell ermittelte Verzugszeit V1 so in das aktuell ermittelte Schaltzeitfenster SF, dass der Abstand der aktuell ermittelten Verzugszeit V1, d. h. der Abstand zwischen dem Beginn der aktuell ermittelten Verzugszeit V1 und dem Beginn des aktuell ermittelten Schaltzeitfensters SF dem ersten vorgegebenen Sicherheitszeitabstand S1 entspricht und dass der Abstand der aktuell ermittelten Verzugszeit V1, d. h zwischen dem Ende der aktuell ermittelten Verzugszeit V1 und dem Ende des aktuell ermittelten Schaltzeitfensters SF dem zweiten vorgegebenen Sicherheitszeitabstand S2 entspricht. Sind optional S1 und S2 gleich groß gewählt, dann liegt die aktuell ermittelte Verzugszeit V1 mittig im aktuell ermittelten Schaltzeitfenster SF. Unabhängig davon, wie die vorgegebenen Sicherheitszeitabstände S1, S2 gewählt wurden, ermittelt die Festlegungseinheit 40 den Zeitpunkt des Beginns des Schaltvorgangs und damit den Zeitpunkt des Beginns der elektrischen Ansteuerung des Dreiwegeventils 45 zur Abschaltung oder wieder Einschaltung des Gaswechselventils 1 ausgehend vom Beginn der in das Schaltzeitfenster SF in der beschriebenen Weise angeordneten aktuell ermittelten Verzugszeit V1, in dem sie vom Beginn dieser aktuell ermittelten Verzugszeit V1 die aktuell ermittelte Verzögerungszeit V2 abzieht und damit zum Zeitpunkt t_B für den genannten Beginn der elektrischen Ansteuerung gelangt. Somit veranlasst die Festlegungseinheit 40 zum Zeitpunkt t_B den Beginn der elektrischen Ansteuerung des Dreiwegeventils 45 zum Abschalten oder wieder Einschalten des Gaswechselventils 1. Statt des Zeitpunktes für den Beginn des Schaltvorgangs kann die Festlegungseinheit 40 auch einen Kurbelwellenwinkel für den Beginn des Schaltvorgangs ermitteln, wobei der Zusammenhang zwischen dem Zeitpunkt und dem zugeordneten Kurbelwellenwinkel über die aktuelle Motordrehzahl hergestellt wird.
In den 4–6 sind nun drei verschiedene Ausführungsbeispiele zur Ermittlung des aktuellen Schaltzeitfensters SF beschrieben. Im Beispiel nach 4 wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit beispielhaft angenommen, dass das Gaswechselventil als Einlassventil des Zylinders ausgebildet ist. In 4 sind die Öffnungszeiten des Einlassventils mit EV in Form von Rechtecken über einem Zeitstrahl gekennzeichnet. Außerhalb der Rechtecke in Richtung der Zeitachse ist das Einlassventil geschlossen und die Nockenwelle 95 befindet sich auf ihrem Grundkreis. Ein erstes Schaltzeitfenster SF1 Gemäß 4 wird nun so ermittelt, dass es bei dem Öffnen des Einlassventils beginnt und bei dem nächstmaligen Öffnen des Einlassventils endet. Gemäß 4 beginnt das erste Schaltzeitfenster SF1 somit zu einem ersten Zeitpunkt t₁ beim Öffnen des Einlassventils und endet zu einem zweiten Zeitpunkt t₂ beim nächstmaligen Öffnen des Einlassventils. Wenn auch der Bolzen 10 nur auf dem Grundkreis der Nockenwelle 95 zum Entkoppeln oder Koppeln des ersten Teils 70 und des zweiten Teils 75 bewegt werden kann, also eigentlich nur außerhalb der beiden in 4 dargestellten Öffnungsphasen des Einlassventils, so kann doch der für die Bewegung des Bolzens 10 erforderliche Öldruck eingestellt werden, sobald zum ersten Zeitpunkt t₁ das Öffnen des Einlassventils begonnen hat. Der Öffnungsvorgang des Einlassventils wird dadurch nicht mehr beeinträchtigt, weil er sich außerhalb des Grundkreises der Nockenwelle 95 befindet, wo eine Bewegung des Bolzens 10 nicht möglich ist. Sobald jedoch der Grundkreis erreicht und das Einlassventil geschlossen wurde, setzt dann die Bewegung des Bolzens 10 ein und beginnt die aktuell ermittelte Verzugszeit V1 zu laufen. Zur Entkopplung des ersten Teils 70 und des zweiten Teils 75 muss dabei ein minimal vorgegebener Öldruck überschritten werden und zum wieder Einkoppeln des ersten Teils 70 und des zweiten Teils 75 darf ein vorgegebener maximaler Öldruck nicht überschritten werden, wobei der minimal vorgegebene Öl druck und der maximal vorgegebene Öldruck beispielsweise auf einem Prüfstand geeignet appliziert werden können. Der minimal vorgegebene Öldruck ist dabei größer als der maximal vorgegebene Öldruck. Soll ein eingeschaltetes Gaswechselventil abgeschaltet werden, so muss ausgehend von einem Öldruck unterhalb des maximal vorgegebenen Öldrucks ein Öldruck im Lager 90 eingestellt werden, der oberhalb des minimal vorgegebenen Öldrucks liegt. Soll ausgehend vom abgeschalteten Gaswechselventil das Gaswechselventil wieder eingeschaltet werden, so muss ausgehend von einem Öldruck im Lager 90 oberhalb des minimal vorgegebenen Öldrucks ein Öldruck unterhalb des maximal vorgegebenen Öldrucks eingestellt werden.
Das erste Schaltzeitfenster SF1 und damit auch die aktuell ermittelte Verzugszeit V1 muss spätestens mit Beginn des nächstmaligen Öffnungsvorgangs des Einlassventils gemäß 4 beendet sein, damit im Falle eines abzuschaltenden Einlassventils das Einlassventil nicht ungewollt wieder geöffnet wird und im Falle eines wieder einzuschaltenden Einlassventils das Einlassventil nicht ungewollt geschlossen bleibt. Die Schaltzeitfensterermittlungseinheit 30 ermittelt beispielsweise anhand der bekannten Nockenwellenverstellung die Zeiträume, in denen das Einlassventil geöffnet ist gemäß 4. Aus diesen Zeiträumen kann dann in der beschriebenen Weise der erste Zeitpunkt t₁ als Beginn des ersten Schaltzeitfensters SF1 als der Zeitpunkt gewählt werden, bei dem das Einlassventil öffnet. Der zweite Zeitpunkt t₂ wird dann von der Schaltzeitfensterermittlungseinheit 30 so gewählt, dass er dem Beginn des nächstmaligen Öffnens des Einlassventils entspricht. Anstelle der Betrachtung im Zeitbereich gemäß 4 kann auch eine Betrachtung im Kurbelwellenwinkelbereich erfolgen, wobei der Kurbelwellenwinkel wie zuvor beschrieben über die Motordrehzahl der Brennkraftmaschine mit der Zeit in dem Fachmann bekannter Weise zusammenhängt.
Ein zweites Ausführungsbeispiel zur Ermittlung eines zweiten Schaltzeitfensters SF2 ist in 5 dargestellt. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nach 5 wird davon ausgegangen, dass das Betätigungselement eines Einlassventils eines Zylinders der Brennkraftmaschine und das Betätigungselement eines Auslassventils desselben Zylinders der Brennkraftmaschine durch ein gemeinsames Kupplungselement 10 abgeschaltet oder wieder eingeschaltet werden und dass die Schaltzeitfensterermittlungseinheit 30 das zweite Schaltzeitfenster SF2 so ermittelt, dass es bei dem Öffnen des Einlassventils und damit nach Öffnen des Auslassventils beginnt und dass es bei dem nächstmaligen Öffnen des Auslassventils und damit vor dem nächstmaligen Öffnen des Einlassventils endet. In
5 sind dabei die Zeiten, zu denen das Einlassventil geöffnet ist, wie auch in 4 durch Rechtecke mit der Beschriftung EV gekennzeichnet, wohingegen Zeiten, in denen das Auslassventil geöffnet ist, durch Rechtecke mit der Bezeichnung AV bezeichnet sind. In 5 ist dabei erkennbar, dass es Zeiten gibt, in denen sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil geöffnet ist, es also zu einer Überlappung der Öffnungszeiten des Einlassventils und des Auslassventils kommt. Für die Festlegung des Schaltzeitfensters für das Auslassventil gelten die selben Bedingungen wie zuvor anhand von 4 für das Einlassventil beschrieben, da auch das Auslassventil nur abgeschaltet oder wieder eingeschaltet werden kann, wenn sich die zugeordnete Nockenwelle auf ihrem Grundkreis befindet.
Die Schaltzeitfensterermittlungseinheit 30 ermittelt zunächst einen vierten Zeitpunkt t₄ als Ende des zweiten Schaltzeitfensters SF2, zu deun das Auslassventil nächstmalig wieder öffnet, das Einlassventil noch geschlossen ist. Dabei liegt der Öffnungszeitraum des Auslassventils vor dem Öffnungszeitraum des Einlassventils wie in 5 dargestellt. Ein dritter Zeitpunkt t₃ für den Beginn des zweiten Schaltzeitfensters SF2 wird dann von der Schaltzeitfensterermittlungseinheit 30 so gewählt, dass er bei dem Beginn der Öffnungszeit des Einlassventils und damit nach Beginn der Öffnungszeit des Auslassventils liegt, die dem vierten Zeitpunkt t₄ unmittelbar vorausgehen.
Würde umgekehrt der Öffnungszeitraum des Einlassventils vor dem Öffnungszeitraum des Auslassventils liegen, so entspricht das Ende des zweiten Schaltzeitfensters SF2 dem Zeitpunkt, zu dem das Einlassventil nächstmalig wieder öffnet. Der Beginn des zweiten Schaltzeitfensters SF2 entspricht dann dem Zeitpunkt, zudem das Auslassventil vormalig öffnet.
Für die Bewegung des gemeinsamen Kupplungselementes 10 zum Abschalten bzw. wieder Einschalten des Einlassventils und des Auslassventils steht der Zeitraum des zweiten Schaltzeitfensters SF2 zur Verfügung, in dem sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil geschlossen sind. Dies ist gemäß 5 zwischen einem fünften Zeitpunkt t₅ und dem nachfolgenden vierten Zeitpunkt t₄ der Fall.
Im Falle des Abschaltens des Einlassventils und des Auslassventils im zweiten Schaltzeitfenster SF2 wird das Restgas im Brennraum des zugeordneten Zylinders eingeschlossen, sofern keine weiteren Ventile als das in 5 gekennzeichnete Einlassventil und Aus lassventil dieses Zylinders vorhanden und geöffnet sind. Durch den Einschluss von Restgas im Brennraum des Zylinders wird der Zylinder vor Auskühlung geschützt und beim wieder Einschalten des Zylinders ist dieser Zylinder noch nahezu betriebswarm, sodass sich keine ungünstige Verbrennung oder Abgaszusammensetzung ergibt.
Eine dritte Ausführungsform nach 6 ist in gleicher Weise realisiert wie die zweite Ausführungsform nach 5 mit dem Unterschied, dass der Öffnungszeitraum des Einlassventils und der Öffnungszeitraum des Auslassventils einander nicht überlappen. Dies führt dazu, dass das, nach den gleichen Regeln wie zu 5 beschrieben, ermittelte dritte Schaltzeitfenster SF3 bei ansonsten gleichen Bedingungen kleiner sein wird, als im zweiten Ausführungsbeispiel nach 5. Dies liegt daran, dass zu einem sechsten Zeitpunkt t₆, zu dem das dritte Schaltzeitfenster SF3 beginnt, sowohl die Öffnungszeit des Einlassventils als auch die Öffnungszeit des Auslassventils schon begonnen hat, im Beispiel nach 6 aber die Öffnungszeit des Auslassventils auch schon wieder beendet ist. Somit wird der Zeitabstand zwischen dem Öffnen des Einlassventils und dem nachfolgenden Öffnen des Auslassventils kleiner als im Ausführungsbeispiel nach 5 und damit eben das dritte Schaltzeitfenster SF3 kleiner als das zweite Schaltzeitfenster SF2. Zu einem siebten Zeitpunkt t₇, der dem sechsten Zeitpunkt t₆ nachfolgt und zu dem weder das Einlassventil noch das Auslassventil geöffnet ist, ist das dritte Schaltzeitfenster SF3 wieder beendet.
Auch in den 5 und 6 kann die Zeitachse durch eine Kurbelwellenwinkelachse ersetzt werden, wobei der Zusammenhang zwischen Kurbelwellenwinkel und Zeit über die Motordrehzahl in dem Fachmann bekannter Weise hergestellt werden kann. Ohne Nockenwellenverstellung wird dabei auf der Zeitachse das jeweilige Schaltzeitfenster SF1, SF2, SF3 umso zeitlich kleiner je größer die Motordrehzahl wird. Wird das entsprechende Schaltzeitfenster kleiner als für die aktuell ermittelte Verzugszeit V1 und die vorgesehenen Sicherheitszeitabstände S1, S2 erforderlich, so ist ein Abschalten oder wieder Einschalten des entsprechenden Gaswechselventils nicht mehr möglich und damit auch keine Umschaltung mehr vom Vollmotorbetrieb in den Halbmotorbetrieb bzw. vom Halbmotorbetrieb in den Vollmotorbetrieb.
Bei der Ermittlung des jeweiligen Schaltzeitfensters wird, wie beschrieben, die aktuelle Nockenwellenstellung berücksichtigt, sodass sich im Falle von unterschiedlichen Nockenwellenstellungen auch unterschiedliche Schaltzeitfenster ergeben. Die Sicherheits zeitabstände S1, S2 sollten so appliziert werde, dass durch den Schaltvorgang des Kupplungselementes 10 weder eine Beschädigung des Kupplungselementes 10 noch eine Beschädigung des Betätigungselementes 5 noch eine Beschädigung des entsprechenden Gaswechselventils erfolgt bzw. ein unerwünschtes Öffnen eines abzuschaltenden Gaswechselventils bzw. ein unerwünschtes Schließen eines wieder einzuschaltenden Gaswechselventils zum Einen sicher vermieden wird und zum Anderen eine möglichst große Verzugszeit im aktuell ermittelten Schaltzeitfenster untergebracht werden kann.
Weist ein Zylinder mehr als ein Einlassventil oder mehr als ein Auslassventil auf, so gelten die oben stehenden Betrachtungen, die für ein Einlassventil bzw. für ein Auslassventil angestellt wurden, in gleicher Weise für sämtliche Einlassventile bzw. für sämtliche Auslassventile des Zylinders, solange sämtliche Einlassventile des Zylinders bzw. sämtliche Auslassventile des Zylinders jeweils synchron angesteuert werden und einen gemeinsamen Öffnungszeitraum pro Arbeitstakt aufweisen. Dabei kommt es nicht darauf an, ob sämtliche Einlassventile durch ein gemeinsames Kupplungselement oder sämtliche Auslassventile durch ein gemeinsames Kupplungselement abgeschaltet bzw. wieder eingeschaltet werden. Werden dabei mehrere Einlassventile und mehrere Auslassventile durch ein gemeinsames Kupplungselement abgeschaltet oder wieder eingeschaltet, so erfolgt dies in entsprechender Weise wie zum zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 5 bzw. zum dritten Ausführungsbeispiel gemäß 6 beschrieben.
Je kleiner oder negativer die Ventilüberschneidung der Öffnungszeitdauer des Einlasswentils und der Öffnungszeitdauer des Auslassventils gemäß 5 bzw. gemäß 6 wird, umso kleiner wird das Schaltzeitfenster SF2 bzw. SF3. Negative Ventilüberschneidung bedeutet dabei, dass keine Ventilüberschneidung vorliegt und meint den Abstand vom Ende der Öffnungszeitdauer des Auslassventils bis zum Beginn der nachfolgenden Öffnungszeitdauer des Einlassventils. Wird die Ventilüberschneidung negativer, so wird dieser Abstand größer.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei in mindestens einem Betriebszustand mindestens ein Einlass- oder Auslassventil (1) eines Zylinders abgeschaltet oder mindestens ein abgeschaltetes Einlass- oder Auslassventil (1) des Zylinders wieder eingeschaltet wird, wobei das mindestens eine Einlass- oder Auslassventil (1) mittels eines Betätigungselementes (5) geöffnet und/oder geschlossen wird und wobei das Betätigungselement (5) mittels eines Kupplungselementes (10) abgeschaltet oder wiedereingeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verzugszeit (V1) ermittelt wird, die zur Betätigung des Kupplungselementes (10) beim Abschalten oder Wiedereinschalten des Betätigungselementes (5) erforderlich ist, dass ein Schaltzeitfenster (SF, SF1, SF2, SF3) ermittelt wird, innerhalb dessen die Betätigung des Kupplungselementes (10) erwünscht ist, dass geprüft wird, ob das Schaltzeitfenster (SF, SF1, SF2, SF3) größer als die Verzugszeit (V1) ist, und dass in diesem Fall ein Beginn des Schaltvorganges zum Abschalten oder Wiedereinschalten des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils (1) so festgelegt wird, dass die Verzugszeit (V1) vollständig im Schaltzeitfenster (SF, SF1, SF2, SF3) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass geprüft wird, ob das Schaltzeitfenster (SF, SF1, SF2, SF3) größer oder gleich der Verzugszeit (V1) inklusive mindestens eines Sicherheitszeitabstandes (S1, S2) ist und dass der Beginn des Schaltvorgangs so festgelegt wird, dass ein erster vorgegebener Sicherheitszeitabstand (S1) zwischen der Verzugszeit (V1) und dem Beginn des Schaltzeitfensters (SF, SF1, SF2, SF3) und/oder ein zweiter vorgegebener Sicherheitszeitabstand (S2) zwischen der Verzugszeit (V1) und dem Ende des Schaltzeitfensters (SF, SF1, SF2, SF3) eingehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste vorgegebene Sicherheitszeitabstand (S1) und der zweite vorgegebene Sicherheitszeitabstand (S2) gleich groß gewählt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verzögerungszeit (V2) ermittelt wird, die der Zeitdauer vom Beginn einer elektrischen Ansteuerung des Schaltvorgangs bis zum Zeitpunkt des Einsetzens der Betätigung des Kupplungselementes (10) entspricht, und dass der Beginn des Schaltvorgangs um die Verzögerungszeit (V2) vor Beginn der Verzugszeit (V1) festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltzeitfenster (SF, SF1, SF2, SF3) so ermittelt wird, dass es beim Öffnen des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils (1) beginnt und beim nächstmaligen Öffnen des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils (1) endet.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (5) mindestens eines Einlassventils und das Betätigungselement (5) mindestens eines Auslassventils durch ein gemeinsames Kupplungselement (10) abgeschaltet oder wiedereingeschaltet werden und dass das Schaltzeitfenster (SF, SF1, SF2, SF3) so ermittelt wird, dass es nach dem Öffnen sowohl des mindestens einen Einlassventils als auch des mindestens einen Auslassventils beginnt, und dass es vor dem nächstmaligen Öffnen sowohl des mindestens einen Einlassventils als auch des mindestens einen Auslassventils endet.
Vorrichtung (15) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei Schaltmittel (20) vorgesehen sind, die in mindestens einem Betriebszustand mindestens ein Einlass- oder Auslassventil (1) eines Zylinders abschalten oder mindestens ein abgeschaltetes Einlass- oder Auslassventil (1) des Zylinders wieder einschalten, wobei ein Betätigungselement (5) vorgesehen ist, das das mindestens eine Einlass- oder Auslassventil (1) öffnet und/oder schließt, und wobei ein Kupplungselement (10) vorgesehen ist, das das Betätigungselement (5) abschaltet oder wieder einschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass Verzugszeitermittlungsmittel (25) vorgesehen sind, die eine Verzugszeit (V1) ermitteln, die zur Betätigung des Kupplungselementes (10) beim Abschalten oder Wiedereinschalten des Betätigungselementes (5) erforderlich ist, dass Schaltzeitfensterermittlungsmittel (30) vorgesehen sind, die ein Schaltzeitfenster (SF, SF1, SF2, SF3) ermitteln, innerhalb dessen die Betätigung des Kupplungselementes (10) er wünscht ist, dass Prüfmittel (35) vorgesehen sind, die prüfen, ob das Schaltzeitfenster (SF, SF1, SF2, SF3) größer als die Verzugszeit (V1) ist, und dass Festlegungsmittel (40) vorgesehen sind, die in diesem Fall einen Beginn des Schaltvorganges zum Abschalten oder Wiedereinschalten des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils (1) so festlegen, dass die Verzugszeit (V1) vollständig im Schaltzeitfenster (SF, SF1, SF2, SF3) liegt.