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Die
Erfindung geht von einem Verfahren und von einer Vorrichtung zum
Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern nach der
Gattung der unabhängigen
Ansprüche
aus.
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Beim
so genannten Halbmotorbetrieb nimmt die Hälfte der Zylinder der Brennkraftmaschine
durch Abschaltung ihrer Ein- und Auslassventile sowie ihrer Kraftstoffeinspritzung
nicht am Verbrennungsprozess teil, was gegenüber dem Vollmotorbetrieb, in
dem die Einlass- und Auslassventile sowie die Kraftstoffeinspritzung
sämtlicher
Zylinder aktiviert ist, eine Kraftstoffeinsparung ermöglicht.
Die Einlass- und Auslassventile werden auch allgemein als Gaswechselventile
bezeichnet. Die Zeiten, zu denen eine Deaktivierung oder Aktivierung
der Gaswechselventile erfolgen kann, sind durch den Grundkreis der
das jeweilige Gaswechselventil betätigenden Nockenwelle beschränkt, da
nur auf dem Grundkreis der Nockenwelle das entsprechende Gaswechselventil
im kraftlosen Ruhezustand ist. Der Halbmotorbetrieb ist nur in einem
eingeschränkten
Betriebsbereich der Brennkraftmaschine möglich. Der Betriebsbereich des
Halbmotorbetriebes ist in 2 in
einem Diagramm des Motordrehmomentes Md über der Motordrehzahl nmot
schraffiert dargestellt. Der Halbmotorbetrieb ist demnach nur in
einem Betriebsbereich möglich,
in dem für
die Motordrehzahl nmot gilt: nmot1 ≤ nmot ≤ nmot2. Ferner ist der Halbmotorbetrieb
nur in einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine möglich, in
dem für
das Motordrehmoment Md der Brennkraftmaschine gilt: 0 ≤ Md ≤ Md1. Dabei stellen
nmot1 eine erste Motordrehzahlschwelle, nmot2 eine zweite Motordrehzahlschwelle
und Md1 eine Motordrehmomentenschwelle dar. Innerhalb des durch
die genannten Schwellwerte eingegrenzten wie in 2 schraffiert dargestellten Betriebsbereichs
kann die Brennkraftmaschine im Halbmotorbetrieb, außerhalb
dieses Betriebsbereichs im Vollmotorbetrieb betrieben werden. Bei
einem Übergang des
Betriebszustandes der Brennkraftmaschine vom Betriebsbereich des
Vollmotorbetriebes in den in 2 schraffiert
dargestellten Betriebsbereich des Halbmotorbetriebes wird eine Umschaltanforderung erzeugt,
auf die hin die Einlass- und Auslassventile der Hälfte der
Zylinder abgeschaltet, sowie die diesen Zylindern zugeordnete Kraftstoffzufuhr
deaktiviert wird. Wird umgekehrt vom Betriebsbereich des Halbmotorbetriebes
in den Betriebsbereich des Vollmotorbetriebes gewechselt, so wird
eine Umschaltanforderung erzeugt, auf die hin sämtliche der abgeschalteten
Ein- und Auslassventile wieder eingeschaltet werden sowie die den
entsprechenden Zylindern zugeordnete Kraftstoffzufuhr wieder aktiviert wird.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern mit
den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche
haben demgegenüber
den Vorteil, dass mit Empfang der Umschaltanforderung eine Verzugszeit
oder ein Verzugskurbelwinkel ermittelt wird, die oder der zum Abschalten
oder Wiedereinschalten des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils
eines der Zylinder erforderlich ist, dass ausgehend vom Zeitpunkt
oder Kurbelwinkel des Empfangs der Umschaltanforderung unter Berücksichtigung
der ermittelten Verzugszeit oder des ermittelten Verzugskurbelwinkels
derjenige Zylinder ausgewählt
wird, dessen mindestens ein Auslassventil nach Ablauf der Verzugszeit
oder des Verzugskurbelwinkels ausgehend von dem Zeitpunkt oder Kurbelwinkel
des Empfangs der Umschaltanforderung als nächstes im eingeschalteten Zustand öffnet oder
als nächstes öffnen würde, jedoch ausgeschaltet
ist, und dass dieser Zylinder als derjenige ermittelt wird, dessen
mindestens ein Einlass- oder Auslassventile als erstes nach Empfang
der Umschaltanforderung zur Abschaltung oder Wiedereinschaltung
vorgesehen wird. Auf diese Weise lässt sich besonders einfach
auch bei verstellbarer Ein-/Auslassnockenwelle der Zylinder ermitteln,
welcher als erster nach dem Eintreffen der Umschaltanforderung an
einer neuen Betriebsart der Brennkraftmaschine, beispielsweise Halbmotorbetrieb
oder Vollmotorbetrieb, teilnehmen kann. Somit lässt sich, sobald die Betriebsbedingungen
erfüllt
sind, ein schnellstmöglicher
Wechsel beispielsweise vom Vollmotorbetrieb in den Halbmotorbetrieb
oder vom Halbmotorbetrieb in den Vollmotorbetrieb nach Eintreffen
einer entsprechenden Umschaltanforderung umsetzen.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen Verfahrens möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn neben der ermittelten Verzugszeit oder
dem ermittelten Verzugskurbelwinkel ein Sicherheitsabstand ermittelt wird,
der zwischen dem Ende der Verzugszeit bzw. des Verzugskurbelwinkels
und dem Zeitpunkt oder Kurbelwinkel für das potentielle Öffnen des
mindestens einen Auslassventils eines der Zylinder liegen soll,
dessen mindestens ein Einlass- oder Auslassventil für eine Abschaltung
oder Wiedereinschaltung vorgesehen ist, und das ausgehend vom Zeitpunkt oder
Kurbelwinkel des Empfangs der Umschaltanforderung unter Berücksichtigung
der ermittelten Verzugszeit oder des ermittelten Verzugskurbelwinkels und
des ermittelten Sicherheitsabstandes derjenige Zylinder ausgewählt wird,
dessen mindestens ein Auslassventil nach Ablauf der Verzugszeit
oder des Verzugskurbelwinkels und des Sicherheitsabstandes ausgehend
von dem Zeitpunkt oder Kurbelwinkel des Empfangs der Umschaltanforderung
als nächstes
im eingeschalteten Zustand öffnet
oder als nächstes öffnen würde, jedoch
ausgeschaltet ist, und dass dieser Zylinder als derjenige ermittelt
wird, dessen mindestens ein Einlass- oder Auslassventils als erstes
nach Empfang der Umschaltanforderung zur Abschaltung oder Wiedereinschaltung
vorgesehen wird. Auf diese Weise lassen sich mit Hilfe des Sicherheitsabstandes Fehlschaltungen
des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils, die zu einer
potentiellen Beschädigung
des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils oder dessen Schaltmechanik
führen
können, minimieren.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn der ausgewählte Zylinder nur dann als
derjenige ermittelt wird, dessen mindestens ein Einlass- oder Auslassventil
als erstes nach Empfang der Umschaltanforderung zur Abschaltung
oder Wiedereinschaltung vorgesehen wird, wenn er für eine Abschaltung
oder Wiedereinschaltung seines mindestens einen Einlass- oder Auslassventils
freigegeben oder fähig
ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass auch für den Fall,
in dem nicht sämtliche
Zylinder für
eine Abschaltung oder Wiedereinschaltung ihres mindestens einen
Einlass- oder Auslassventils freigegeben oder fähig sind, eine schnellstmögliche Umschaltung
zwischen verschiedenen Betriebsarten der Brennkraftmaschine, die
sich in der Anzahl der Zylinder mit eingeschaltetem mindestens einen
Einlass- oder Auslassventil unterscheiden, also beispielsweise Halbmotorbetrieb
oder Vollmotorbetrieb, auf eine entsprechende Umschaltanforderung
hin möglich
ist.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn mindestens ein Einlass- oder
Auslassventil bei mehreren Zylindern abgeschaltet oder wieder eingeschaltet
wird und wenn ausgehend von dem gewählten Zylinder mindestens ein
weiterer Zylinder zur Abschaltung oder Wiedereinschaltung vorgesehen
wird, der in einer Zündreihenfolge
um mindestens eine gerade Zahl vom gewählten Zylinder beabstandet
ist. Auf diese Weise ist auch für
die Abschaltung oder Wiedereinschaltung mindestens eines Einlass-
oder Auslassventils mehrerer Zylinder nur die Ermittlung des Zylinders
erforderlich, dessen mindestens ein Einlass- oder Auslassventil
als Erstes nach Empfang der Umschaltanforderung abgeschaltet oder
wieder eingeschaltet werden soll. Auf diese Weise ist der Aufwand
zur Ermittlung der Zylinder, deren mindestens ein Einlass- oder
Auslassventil abgeschaltet oder wieder eingeschaltet werden soll
nicht größer als
der für
die Auswahl nur eines Zylinders für die Abschaltung oder Wiedereinschaltung
dessen mindestens eines Einlass- oder Auslassventils erforderliche
Aufwand.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn ausgehend vom Zeitpunkt oder
ausgehend vom Kurbelwinkel des Empfangs der Umschaltanforderung
unter Berücksichtung
der ermittelten Verzugszeit oder des ermittelten Verzugskurbelwinkels
ermittelten nächstmaligen
Zeitpunkt oder Kurbelwinkel für
das potentielle Öffnen
des mindestens einen Auslassventils des gewählten Zylinders dessen nachfolgender
oberer Zündtotpunkt
ermittelt wird und geprüft
wird, welchem Segment eines Zylinderzählers dieser obere Zündtotpunkt
zugeordnet ist, und wenn der gewählte Zylinder
anhand des so bestimmten Segments des Zylinderzählers identifiziert wird. Auf
diese Weise lässt
sich die Nummer desjenigen Zylinders, dessen mindestens ein Einlass-
oder Auslassventil als erstes nach Empfang der Umschaltanforderung
zur Abschaltung oder Wiedereinschaltung vorgesehen wird, besonders
einfach ermitteln und somit eine besonders einfache Identifizierung
dieses Zylinders realisieren. Diese Identifizierung ist außerdem besonders zuverlässig, so
dass eine Fehlidentifizierung verhindert und damit eine ungewollte
Verzögerung
in der Umsetzung der Umschaltanforderung verhindert wird.
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Weiterhin
vorteilhaft ist es, wenn die ermittelte Verzugszeit oder der ermittelte
Verzugskurbelwinkel eine mechanische Verzugszeit oder einen mechanischen
Verzugskurbelwinkel umfasst und wenn die Abschaltung oder Wiedereinschaltung
des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils des gewählten Zylinders
um einen Startzeitpunkt oder -kurbelwinkel gegenüber dem Zeitpunkt oder Kurbelwinkel
des Empfangs der Umschaltanforderung verzögert eingeleitet wird, um die
mechanische Verzugszeit oder den me chanischen Verzugskurbelwinkel mittig
in ein Schaltfenster zwischen einem Zeitpunkt oder Kurbelwinkel
für die
potentielle Öffnung
mindestens eines Einlassventils und einem Zeitpunkt oder Kurbelwinkel
für die
potentielle Öffnung
mindestens eines Auslassventils des gewählten Zylinders zu legen. Auf
diese Weise lässt
sich die obere Motordrehzahlgrenze, bei der ein beschädigungsfreies
Abschalten oder Wiedereinschalten des mindestens einen Einlass-
oder Auslassventils möglich
ist, maximieren. Dies bedeutet im Beispiel nach 2,
dass die zweite Motordrehzahlschwelle nmot2 für die Umschaltung vom Halbmotorbetrieb
in den Vollmotorbetrieb bzw. vom Vollmotorbetrieb in den Halbmotorbetrieb
maximiert werden kann.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen
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1 ein
Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine,
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2 ein
Diagramm eines Motordrehmomentes über einer Motordrehzahl zur
Veranschaulichung des Betriebsbereichs der Brennkraftmaschine für einen
Halbmotorbetrieb und des Betriebsbereichs der Brennkraftmaschine
für einen
Vollmotorbetrieb,
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3 ein
Funktionsdiagramm zur Erläuterung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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4 einen
Ablaufplan für
einen beispielhaften Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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5 ein
Diagramm zur Veranschaulichung der Ventilsteuerzeiten und der möglichen
Schaltzeit zur Abschaltung oder Wiedereinschaltung mindestens eines
Einlass- oder Auslassventils eines Zylinders und
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6 die
Ventilsteuerzeiten und die möglichen
Schaltzeiten zur Abschaltung oder Wiedereinschaltung mindestens
eines Einlass- oder Auslassventils eines Zylinders für einen
Achtzylindermotor.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In 1 kennzeichnet 1 eine
Brennkraftmaschine, die beispielsweise als Ottomotor oder als Dieselmotor
ausgebildet sein kann und beispielsweise ein Fahrzeug antreibt.
Die Brennkraftmaschine 1 umfasst im vorliegenden Beispiel
eine erste Zylinderbank 2 und eine zweite Zylinderbank 3 mit
jeweils vier Zylindern in diesem Beispiel. Dabei soll im Folgenden beispielhaft
angenommen werden, dass die Brennkraftmaschine 1 als Ottomotor
ausgebildet ist. Dabei wird abwechselnd ein Zylinder der ersten
Zylinderbank 2 und ein Zylinder der zweiten Zylinderbank 3 gezündet, so
dass in der Zündreihenfolge
ein erster Zylinder 5, ein dritter Zylinder 15,
ein fünfter
Zylinder 25 und ein siebter Zylinder 35 auf der
ersten Zylinderbank 7 und ein zweiter Zylinder 10,
ein vierter Zylinder 20, ein sechster Zylinder 30 und
ein achter Zylinder 40 auf der zweiten Zylinderbank 30 angeordnet sind.
Jeder der Zylinder umfasst dabei mindestens ein Einlassventil und
mindestens ein Auslassventil. Das mindestens eine Einlassventil
und das mindestens eine Auslassventil eines jeden Zylinders wird
jeweils von einer gemeinsamen Nockenwelle oder von einer separaten
Einlassnockenwelle und einer separaten Auslassnockenwelle getrieben.
Dabei kann jedem Zylinder eine eigene Einlass- und/oder Auslassnockenwelle
zugeordnet sein. Auch können
sich mehrere Zylinder, vorzugsweise zwei, jeweils eine Einlass-
und/oder jeweils eine Auslassnockenwelle teilen und somit eine gemeinsame
synchrone Ventilsteuerung aufweisen. Dabei kann es auch für den Fall,
dass sich mehrere Zylinder eine gemeinsame Einlassnockenwelle und/oder
eine gemeinsame Auslassnockenwelle teilen vorgesehen sein, dass
Einlassnockenwelle und Auslassnockenwelle identisch sind, so dass
für mehrere
Zylinder genau eine Nockenwelle sowohl für die Steuerung der Einlassventile
als auch für
die Steuerung der Auslassventile vorliegt. Alternativ und wie in 1 angedeutet
ist auch eine vollvariable Ventilsteuerung möglich, bei der jedes einzelne
Gaswechselventil, also jedes einzelne Einlass- und/oder Auslassventil
individuell hinsichtlich seines Öffnungs-
und seines Schließzeitpunktes von
einer Motorsteuerung 50 angesteuert wird. Öffnungs-
und Schließzeiten
der einzelnen Gaswechselventile sind dabei in der Motorsteuerung 50 bekannt.
Im Bereich der beiden Zylinderbänke 2, 3 ist ein
Kurbelwinkelsensor 70 angeordnet, der den jeweils aktuellen
Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine 1 erfasst und den Messwert
an die Motorsteuerung 50 weiterleitet. Weiterhin ist ein
Lastsensor 75 vorgesehen, der eine die Motorlast beeinflussende
Größe, wie
beispielsweise den der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmassenstrom erfasst
und den Messwert an die Motorsteuerung 50 weiterleitet.
Aus dem erfassten Luftmassenstrom und der vom erfassten Kurbelwinkel
abgeleiteten Motordrehzahl nmot ermittelt die Motorsteuerung 50 in
dem Fachmann bekannter Weise die Brennraumfüllung der Brennkraftmaschine 1 als
ein die Last der Brennkraftmaschine 1 charakterisierendes
Signal. Ferner ist ein Temperatursensor 90 vorgesehen,
der eine Motoröltempera tur
misst und die Messwerte an die Motorsteuerung 50 weiterleitet.
Sämtliche
Sensoren 70, 75, 90 ermitteln dabei jeweils
den aktuellen Wert der von ihnen erfassten Größe und leiten ihn an die Motorsteuerung 50 weiter.
Der Sensor 75 kann beispielsweise als Luftmassenmesser,
insbesondere als Heißfilm-Luftmassenmesser,
ausgebildet sein.
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Erfindungsgemäß ist nun
in der Motorsteuerung 50 eine Ansteuerfunktion software- und/oder hardwaremäßig implementiert,
wie sie im Funktionsdiagramm nach 3 beispielhaft
dargestellt ist. Dabei ist eine Auswerteeinheit 80 vorgesehen,
der das Signal des Luftmassenmessers 75 und das Signal des
Kurbelwinkelsensors 70 zugeführt sind. Aus der zeitlichen
Folge der vom Kurbelwinkelsensor 70 empfangenen Kurbelwinkel
bildet die Auswerteeinheit 80 durch Differenziation die
Motordrehzahl nmot. Aus dem Signal des Luftmassenmessers 75 und
der Motordrehzahl nmot bildet die Auswerteeinheit 80 die Füllung des
Brennraums 1. Aus der aktuellen Füllung und der aktuellen Motordrehzahl
nmot bildet die Auswerteeinheit 80 in dem Fachmann bekannter
Weise beispielsweise mit Hilfe eines auf einem Prüfstand applizierten
Kennfeldes das aktuelle Motordrehmoment Md der Brennkraftmaschine 1.
Anhand des Diagramms nach 2 prüft dann
die Auswerteeinheit 80, ob sich die Brennkraftmaschine 1 im
Betriebsbereich des Vollmotorbetriebs oder im Betriebsbereich des
Halbmotorbetriebs befindet bzw. ob ein Übergang vom Halbmotorbetrieb
in den Vollmotorbetrieb oder vom Vollmotorbetrieb in den Halbmotorbetrieb möglich ist.
In diesem Fall wird eine Umschaltanforderung U von der Auswerteeinheit 80 erzeugt
und an eine Ermittlungseinheit 60 weitergeleitet. Der Ermittlungseinheit 60 ist
dabei das Signal des Temperatursensors 90 zugeführt. Der
Ermittlungseinheit 60 ist außerdem das Signal des Kurbelwinkelsensors 70 zugeführt, aus
dem die Ermittlungseinheit 60 wiederum durch Differenziation
die Motordrehzahl nmot ermittelt. Die Ermittlungseinheit 60 ermittelt
mit Empfang der Umschaltanforderung U eine Verzugszeit oder einen
Verzugskurbelwinkel, die oder der zum Abschalten oder Wiedereinschalten
des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils eines der Zylinder 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 der
Brennkraftmaschine 1 erforderlich ist. Diese Verzugszeit
bzw. dieser Verzugskurbelwinkel umfasst dabei eine mechanische Verzugszeit
bzw. einen mechanischen Verzugskurbelwinkel, die bzw. der abhängig von
der Motordrehzahl nmot und der Motoröltemperatur ist. Ferner umfasst
die Verzugszeit bzw. der Verzugskurbelwinkel eine elektrische Verzugszeit
bzw. einen elektrischen Verzugskurbelwinkel, die bzw. der abhängig von
der Motoröltemperatur
und der Spannungsversorgung, d. h. der Bordnetzspannung, ist. Die
Bordnetzspannung wird der Ermittlungseinheit 60 entweder über in 3 nicht
dargestellte Mittel mitgeteilt oder ist der Ermittlungseinheit 60 da durch
bekannt, dass sie von der Spannungsversorgung mittels der Bordnetzspannung
versorgt wird und auf diese Weise die Bordnetzspannung kennt. Die
Beschreibung wird im Folgenden beispielhaft auf Kurbelwinkelebene
fortgesetzt, wobei die Umrechnung zwischen Kurbelwinkel und Zeit
mittels der Motordrehzahl in dem Fachmann bekannter Weise durchgeführt werden
kann. Somit ergibt sich ein Gesamtverzugskurbelwinkel α als Summe
des elektrischen Verzugskurbelwinkels αe und des
mechanischen Verzugskurbelwinkels αm. Der Gesamtverzugskurbelwinkel α ist somit
der Kurbelwinkel, der von Beginn der Bestromung eines Verstellelementes
zum Abschalten oder Wiedereinschalten des mindestens einen Einlass-
oder Auslassventils eines Zylinders verstreicht, bis eine mechanische Verstelleinheit
das mindestens eine Einlass- oder Auslassventil abgeschaltet oder
wieder eingeschaltet hat. Die Ermittlungseinheit 60 ermittelt
also in der beschriebenen Weise den Gesamtverzugskurbelwinkel α und leitet
diesen an eine Auswahleinheit 65 weiter. Der Auswahleinheit 65 ist
außerdem
die Umschaltanforderung U und vom Kurbelwinkelsensor 70 das Kurbelwinkelsignal
zugeführt.
Die Auswahleinheit 65 wählt
ausgehend vom Kurbelwinkel des Empfangs der Umschaltanforderung
U unter Berücksichtung des
ermittelten Gesamtverzugskurbelwinkels α denjenigen Zylinder 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 der Brennkraftmaschine 1 aus,
dessen mindestens ein Auslassventil nach Ablauf des Gesamtverzugskurbelwinkels α ausgehend
vom Kurbelwinkel des Empfangs der Umschaltanforderung U als nächstes im eingeschalteten
Zustand öffnet
oder als nächstes öffnen würde, jedoch
ausgeschaltet ist. Ferner ist eine Ventilsteuerung 95 vorgesehen,
die der Auswahleinheit 65 die aktuellen Ventilsteuerzeiten
sämtlicher
Zylinder 5, ..., 40 der Brennkraftmaschine 1 mitteilt.
Diese sind in 6 beispielhaft dargestellt.
Ferner ist ein Zylinderzähler 45 vorgesehen,
der eine periodische Aufteilung der Kurbelwinkel in Segmente vornimmt, wobei
jedes Segment einem Zylinder in der Zündreihenfolge zugeordnet ist
und sich somit im Falle des beispielhaft beschriebenen Achtzylindermotors
acht Segmente über
einen Kurbelwinkelintervall von 720° ergeben, die sich periodisch
wiederholen und die in 6 von 0 bis 7 durchnummeriert
sind. Der Zylinderzähler 45 ist
ebenfalls mit der Auswahleinheit 65 verbunden. Die Auswahleinheit 65 prüft also
wie beschrieben, welcher Zylinder ausgehend vom Kurbelwinkel des
Empfangs der Umschaltanforderung U nach Ablauf des ermittelten Gesamtverzugskurbelwinkels α im eingeschalteten
Zustand als nächstes sein
mindestens ein Auslassventil öffnet
oder als Nächstes
sein mindestens ein Auslassventil öffnen würde, jedoch ausgeschaltet ist.
Dieser Zylinder wird von der Auswahleinheit 65 ausgewählt und
wird anschließend
anhand der von der Ventilsteuerung 95 und dem Zylinderzähler 45 in
der Auswahleinheit 65 empfangenen Informationen als Nummer
in der Zündreihenfolge
identifiziert. Dies geschieht dadurch, dass die Auswahleinheit 65 anhand
der Informationen der Ventilsteuerung 95, d. h. der von
dort empfangenen Ventilsteuerzeiten prüft, zu welchem Kurbelwinkel
der ausgewählte
Zylinder seinen oberen Zündtotpunkt
aufweist. Dieser obere Zündtotpunkt liegt
dabei wie in 5 dargestellt jeweils in dem Segment
des Zylinderzählers 45,
der auf den Schließzeitpunkt
des mindestens einen Einlassventils des ausgewählten Zylinders folgt. Die
diesem Segment zugeordnete Nummer ist somit die Nummer des ausgewählten Zylinders
in der Zündreihenfolge. Die
Auswahleinheit 65 veranlasst dann eine Schalteinheit 55 zur
Abschaltung oder Wiedereinschaltung des mindestens einen Einlass-
oder Auslassventils des so identifizierten Zylinders unter Berücksichtigung
des ermittelten Gesamtverzugskurbelwinkels α derart, dass der ermittelte
mechanische Verzugskurbelwinkel mittig in einem Schaltfenster zwischen
dem Beginn des Öffnens
des mindestens einen Einlassventils des identifizierten Zylinders
und dem nachfolgenden Beginn des Öffnens des mindestens einen Auslassventils
des identifizierten Zylinders liegt. Die Schalteinheit 55 veranlasst
somit die Einleitung der Abschaltung oder Wiedereinschaltung des
mindestens einen Einlass- oder Auslassventils des identifizierten
Zylinders um einen Startkurbelwinkel gegenüber dem Kurbelwinkel des Empfangs
der Umschaltanforderung U verzögert
wie in 5 dargestellt, um den mechanischen Verzugskurbelwinkel
mittig in das beschriebenen Schaltfenster zu legen.
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In 5 ist
der zweite Zylinder 10 in der Zündreihenfolge dargestellt,
der die Nummer 1 trägt.
Zu einem Kurbelwinkel von etwa 200°, zu dem das Segment des vierten
Zylinders der Zündreihenfolge
mit der Nummer 3 beginnt, wird die Umschaltanforderung
U empfangen. Kurz darauf beginnt die Öffnungsphase des Auslassventils
des betrachteten zweiten Zylinders 10, die mit AÖ bezeichnet
ist. Nachdem das Auslassventil des betrachteten zweiten Zylinders 10 wieder
geschlossen wurde, öffnet das
Einlassventil während
der mit EÖ bezeichneten Phase.
Nachdem das Einlassventil wieder geschlossen hat, wird bei etwa
90° Kurbelwinkel
im Segment des zweiten Zylinders 10 und damit im mit der
Zahl 1 bezeichneten Segment des Zylinderzählers 45 der
in 5 mit einem Blitz dargestellte obere Zündtotpunkt
erreicht. Anschließend
beginnt wieder eine Öffnungsphase
des Auslassventils des betrachteten zweiten Zylinders 10,
die in 5 mit AÖ' bezeichnet ist und
der nach ihrem Ende eine erneute Phase des Öffnens des Einlassventils folgt,
die mit EÖ' gekennzeichnet ist.
Anschließend
erfolgt bei 90° Kurbelwinkel
wieder der obere Zündtotpunkt
des zweiten Zylinders 10, wie er in 5 durch
einen weiteren Blitz gekennzeichnet ist. Die aktuellen Ventilsteuerzeiten für die Öffnung des
Auslassventils AÖ,
AÖ' und für die Öffnung des
Einlassventils EÖ,
EÖ' sind in der Ventilsteu ereinheit 95 bekannt.
Die Ermittlungseinheit 60 ermittelt nach Empfang der Umschaltanforderung
U in der beschriebenen Weise den mechanischen Verzugskurbelwinkel αm wie
er in 5 dargestellt ist, sowie den elektrischen Verzugskurbelwinkel αe wie
er ebenfalls in 5 dargestellt ist. Die Summe αe+αm ergibt
den Gesamtverzugskurbelwinkel α, wie
er ebenfalls in 5 gekennzeichnet ist. Die Auswahleinheit 65 legt
nun den ermittelten Gesamtverzugskurbelwinkel α direkt an den Kurbelwinkel
an, zu dem die Umschaltanforderung U empfangen wurde, also ohne
Berücksichtigung
des in 5 dargestellten Kurbelwinkels δ und prüft, welcher Zylinder nach Ablauf
des ermittelten Gesamtverzugskurbelwinkels α als nächstes wieder im eingeschalteten
Zustand sein mindestens ein Auslassventil öffnet bzw. öffnen würde, jedoch ausgeschaltet ist.
Im vorliegenden Beispiel nach 6, in dem
neben den bereits in 5 dargestellten aktuellen Ventilsteuerzeiten
des zweiten Zylinders 10 der Zündreihenfolge auch die aktuellen
Ventilsteuerzeiten der übrigen
Zylinder der Brennkraftmaschine 1 eingetragen sind, ergibt
sich, dass ausgehend von dem Kurbelwinkel, zu dem die Umschaltanforderung
U empfangen wird zuzüglich des
ermittelten Gesamtverzugskurbelwinkels α als nächstes das Auslassventil des
ersten Zylinders mit der Nummer 0 in der Zündreihenfolge öffnet. In 6 kennzeichnen
dabei gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente wie in 5.
Demnach müsste
als erstes nach Empfang der Umschaltanforderung U der erste Zylinder 5 in
der Zündreihenfolge
hinsichtlich seines mindestens einen Einlass- oder Auslassventils
abgeschaltet oder wieder eingeschaltet werden. Im vorliegenden Beispiel
soll jedoch der erste Zylinder 5 zur Abschaltung bzw. Wiedereinschaltung
seines mindestens einen Einlass- oder Auslassventils gesperrt oder
nicht dazu fähig
sein. Derjenige Zylinder dessen mindestens ein Einlass- oder Auslassventil
zur Abschaltung oder Wiedereinschaltung freigegeben ist und dessen
mindestens ein Auslassventil nach Ablauf des ermittelten Gesamtverzugskurbelwinkels α ausgehend
von dem Kurbelwinkel des Empfangs der Umschaltanforderung U als
nächstes öffnet, ist
gemäß 6 der
zweite Zylinder 10 mit der Nummer 1 in der Zündreihenfolge.
Dieser zweite Zylinder 10 wird von der Auswahleinheit 65 ausgewählt, ist
aber zunächst
hinsichtlich seiner Zylindernummer in der Zündreihenfolge noch nicht identifiziert.
Die Informationen, welcher oder welche Zylinder zur Abschaltung
oder Wiedereinschaltung ihres mindestens einen Einlass- oder Auslassventils
freigegeben bzw. gesperrt sind, werden der Auswahleinheit 65 von
der Ventilsteuerung 95 mitgeteilt. Die Identifikation der Zylindernummer
des ausgewählten
Zylinders durch die Auswahleinheit 65 erfolgt nun folgendermaßen: ausgehend
vom Zeitpunkt des Beginns der Phase AÖ' der Öffnung oder der potentiellen Öffnung des mindestens
einen Auslassventils des ausgewählten Zylinders
wird ein nachfolgender Referenzkurbelwinkel gesucht, zu dem der
Zylinderzähler 45 letztmalig vor
dem oberen Zündtotpunkt
des ausgewählten
Zylinders seine Segmentnummer wechselt. Der Kurbelwinkel vom Beginn
der Öffnungsphase
AÖ' bis zu diesem Referenzpunkt
ist in 5 mit γ dargestellt. Die
dem Referenzkurbelwinkel zugeordnete neue Zylindernummer nach dem
beschriebenen Wechsel der Segmentnummer ist dann die Zylindernummer des
ausgewählten
Zylinders in der Zündreihenfolge, im
vorliegenden Beispiel ist es die Nummer 1, so dass der
ausgewählte
Zylinder als zweiter Zylinder 10 in der Zündreihenfolge
identifiziert wurde. Die Auswahleinheit 65 ermittelt nun
ein Schaltfenster SF, in dem das mindestens eine Einlass- oder Auslassventil
des ausgewählten
zweiten Zylinders 10 abgeschaltet oder wieder eingeschaltet
werden darf. Dies ist vom Beginn der Phase des geöffneten
Einlassventils EÖ bis
zum Beginn der nachfolgenden Phase des geöffneten Auslassventils AÖ' der Fall, wie in 5 dargestellt.
Die Schalteinheit 55 legt nun den mechanischen Verzugskurbelwinkel αm mittig
in das Schaltfenster SF, so dass sich vom Ende des ermittelten mechanischen
Verzugskurbelwinkels αm bis zum Beginn der Phase AÖ' des geöffneten
Auslassventils ein Sicherheitskurbelwinkel β ergibt, der betragsmäßig auch
zwischen dem Beginn des mechanischen Verzugskurbelwinkels αm und
dem Beginn der Phase EÖ des
geöffneten
Einlassventils vorliegen kann. Dem mechanischen Verzugskurbelwinkel αm setzt
die Schalteinheit 55 den ermittelten elektrischen Verzugskurbelwinkel αe voran.
Vom Beginn des elektrischen Verzugskurbelwinkels αe bis
zum Kurbelwinkel, zu dem die Umschaltanforderung U empfangen wurde,
bleibt somit betragsmäßig der
Kurbelwinkel δ, der
somit den Startkurbelwinkel darstellt, um den verzögert gegenüber dem
Kurbelwinkel des Empfangs der Umschaltanforderung U die Abschaltung
oder Wiedereinschaltung des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils
des ausgewählten
zweiten Zylinders 10 durch entsprechend elektrische Ansteuerung und
damit Bestromung der zur Abschaltung oder Wiedereinschaltung des
mindestens einen Einlass- oder Auslassventils vorgesehenen Verstelleinheit eingeleitet
wird. Nach dem Abschalten oder Wiedereinschalten des mindestens
einen Einlass- oder Auslassventils des zweiten Zylinders 10 können dann
optional diejenigen Zylinder, die um mindestens eine gerade Zahl
vom zweiten Zylinder 10 in der Zündreihenfolge beabstandet sind,
ebenfalls hinsichtlich ihres mindestens einen Einlass- oder Auslassventils abgeschaltet
oder wieder eingeschaltet werden. Gemäß 6 wird neben
dem zweiten Zylinder 10 auch der vierte Zylinder 20,
der sechste Zylinder 30 und der achte Zylinder 40,
also die Zylinder mit den Nummern 3, 5 und 7 in
der Zündreihenfolge
abgeschaltet. Die weiteren Zylinder, deren mindestens ein Einlass- oder
Auslassventil abgeschaltet oder wieder eingeschaltet werden sollen,
können
so ausgehend vom zweiten Zylinder 10 einfach dadurch identifiziert
werden, dass sie um eine gerade Zahl, beispielsweise um aufeinander
folgende Vielfache der Zahl Zwei, in der Zündreihenfolge vom ausgewählten, hier
dem zweiten Zylinder 10, beabstandet sind. Der jeweilige Startkurbelwinkel
für die
Einleitung der Abschaltung oder Wiedereinschaltung des mindestens
einen Einlass- oder Auslassventils dieser weiteren Zylinder kann
dann für
die weiteren Zylinder einfach dadurch ermittelt werden, indem zum
Startkurbelwinkel δ für den zweiten
Zylinder 10 jeweils derjenige Kurbelwinkel hinzu addiert
wird, um den der jeweilige zu schaltende Zylinder hinsichtlich seines
Zündabstandes vom
zweiten Zylinder 10 beabstandet ist. So ist der Startkurbelwinkel
für den
vierten Zylinder 20 beispielsweise um 180° Kurbelwinkel
gegenüber
dem Startkurbelwinkel δ nach
spät verschoben,
weil auch die Ventilsteuerzeiten des vierten Zylinders um 180° Kurbelwinkel
gegenüber
den Ventilsteuerzeiten des zweiten Zylinders 10 nach spät verschoben
sind. Entsprechend ist der Startkurbelwinkel für die Abschaltung oder Wiedereinschaltung
des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils des sechsten Zylinders 30 um
360° und
der Startkurbelwinkel für
das Abschalten oder Wiedereinschalten des mindestens einen Einlass-
oder Auslassventils des achten Zylinders 40 um 540° nach spät gegenüber dem
Startkurbelwinkel δ verschoben.
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Anstelle
der gleichen Verzögerung δ für die nachfolgenden
Zylinder kann auch αe und αm alle zwei Segmente neu berechnet werden.
Dann wird auch δ insbesondere
abhängig
von einer Änderung der
Motordrehzahl aktualisiert.
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In 4 ist
ein Ablaufplan für
einen beispielhaften Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Nach dem Start des Programms prüft
die Auswerteeinheit 80, ob eine Umschaltanforderung U empfangen
wurde. Ist dies der Fall, so wird zu einem Programmpunkt 105 verzweigt,
andernfalls wird zu Programmpunkt 100 zurück verzweigt.
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Bei
Programmpunkt 105 ermittelt die Ermittlungseinheit 60 in
der beschriebenen Weise den Gesamtverzugskurbelwinkel α. Anschließend wird
zu einem Programmpunkt 110 verzweigt.
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Bei
Programmpunkt 110 ermittelt die Auswahleinheit 65 unter
Berücksichtigung
der Phasenverstellung der Ein- und/oder Auslassnockenwelle in der
beschriebenen Weise den Zylinder, dessen mindestens ein Einlass-
oder Auslassventil als nächstes abgeschaltet
oder wieder eingeschaltet werden soll. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 115 verzweigt.
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Bei
Programmpunkt 115 ermittelt die Auswahleinheit 65 den
Referenzkurbelwinkel und ordnet auf diese Weise dem ausgewählten Zylinder
die zugeordnete Nummer der Zündreihenfolge
zu, so dass der ausgewählte
Zylinder identifiziert ist. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 120 verzweigt.
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Bei
Programmpunkt 120 ermittelt die Auswahleinheit 65 in
der beschriebenen Weise das Schaltfenster SF. Anschließend wird
zu einem Programmpunkt 125 verzweigt.
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Bei
Programmpunkt 125 legt die Schalteinheit 55 den
von der Ermittlungseinheit 60 ermittelten mechanischen
Verzugskurbelwinkel αm mittig in das ermittelte Schaltfenster
SF und fügt
voran den ebenfalls von der Ermittlungseinheit 60 ermittelten
elektrischen Verzugskurbelwinkel αe, um so den Startkurbelwinkel δ zu gewinnen.
Anschließend
wird zu einem Programmpunkt 130 verzweigt.
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Bei
Programmpunkt 130 veranlasst die Schalteinheit 55 ausgehend
vom Kurbelwinkel, zu dem die Umschaltanforderung U empfangen wurde, nach
Ablauf des Startkurbelwinkels δ das
Einleiten der elektrischen Ansteuerung für das Abschalten oder Wieder
einschalten des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils des
ausgewählten
Zylinders. Anschließend
wird das Programm verlassen.
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Ist
der ermittelte mechanische Verzugskurbelwinkel αm größer oder
gleich dem Schaltfenster SF, so wird eine Abschaltung oder Wiedereinschaltung
des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils eines ausgewählten Zylinders
verhindert bzw. gesperrt, weil ansonsten eine Beschädigung oder Zerstörung der
mechanischen Verstelleinheit zur Abschaltung oder Wiedereinschaltung
des mindestens einen Einlass- oder Auslassventils zu befürchten ist bzw.
das Abschalten oder Wiedereinschalten nicht erfolgreich sein wird.
Weiterhin kann es alternativ bei der Auswahl des Zylinders, dessen
mindestens ein Einlass- oder Auslassventil als erstes nach Empfang der
Umschaltanforderung U abgeschaltet oder wieder eingeschaltet werden
soll, vorgesehen sein, dass die Auswahleinheit 65 zu diesem
Zwecke prüft,
bei welchem der Zylinder ausgehend vom Kurbelwinkel des Empfangs
der Umschaltanforderung U nach Ablauf des Gesamtverzugskurbelwinkels α und eines vorgegebenen
Wertes für
den Sicherheitsabstand β das
mindestens eine Auslassventil im eingeschalteten Zustand als nächstes öffnet oder
als Nächstes öffnen würde, jedoch
ausgeschaltet ist. Der zugeordnete Zylinder wird dann ausgewählt, so
dass dessen min destens ein Einlass- oder Auslassventil als erstes nach
Empfang der Umschaltanforderung U zur Abschaltung oder Wiedereinschaltung
vorgesehen wird, vorausgesetzt der ausgewählte Zylinder ist dann fähig bzw.
zugelassen. Es wird dabei also für
die Auswahl dieses Zylinders nicht nur wie im obigen Ausführungsbeispiel
der Gesamtverzugskurbelwinkel α sondern
zusätzlich
ein vorgegebener Sicherheitsabstand β, wie er beispielsweise auf
einem Prüfstand
geeignet appliziert werden kann, berücksichtigt.
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Unter
Berücksichtigung
des Sicherheitsabstandes β ist
weitestgehend sichergestellt, dass die mechanische Verstelleinheit
spätestens
bis zum Beginn der Phase AÖ' des geöffneten
Auslassventils geschaltet hat, d. h. ohne dass die mechanische Verstelleinheit
unter Belastung eines auflaufenden Nockens im Falle einer Nockenwellensteuerung
mit Phasenverstellung steht.
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Im
Beispiel nach 6 wird durch Abschalten des
mindestens einen Einlass- oder Auslassventils des zweiten Zylinders 10,
des vierten Zylinders 20, des sechsten Zylinders 30 und
des achten Zylinders 40 auf Halbmotorbetrieb umgeschaltet
bzw. mit wieder Einschalten des zweiten Zylinders 10, des vierten
Zylinders 20, des sechsten Zylinders 30 und des
achten Zylinders 40 vom Halbmotorbetrieb wieder in den
Vollmotorbetrieb umgeschaltet. Der erste Zylinder 5, der
dritte Zylinder 15, der fünfte Zylinder 25 und
der siebte Zylinder 35 sind dabei beispielsweise nicht
abschaltbar hinsichtlich ihres mindestens einen Einlass- oder Auslassventils
und damit nicht für den
Halbmotorbetrieb fähig
und bleiben somit permanent eingeschaltet.
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Der
Ablauf der beschriebenen Ansteuerfunktion ist beendet, sobald über eine
beispielsweise modellierte Lagerückmeldung
der Schalteinheit 55 in in 3 nicht
dargestellter Weise signalisiert wird, dass alle für den Halbmotorbetrieb
fähigen
und zugelassenen Zylinder ihre Betriebsart gewechselt haben.
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Das
Abschalten oder Wiedereinschalten des mindestens einen Einlass-
oder Auslassventils des vierten Zylinders 20, des sechsten
Zylinders 30 und des achten Zylinders 40 gemäß dem Ausführungsbeispiel
nach 6 jeweils zu einem um 180° Kurbelwinkel, 360° Kurbelwinkel
oder 540° Kurbelwinkel vom
Startkurbelwinkel δ des
zweiten Zylinders 10 nach spät verschobenen Kurbelwinkel
erfolgt ebenfalls durch die Schalteinheit 55.