DE102006005655B4

DE102006005655B4 - Verfahren zum Zu- und Abschalten von Zylindern und entsprechend ausgestalteter Motor

Info

Publication number: DE102006005655B4
Application number: DE102006005655.8A
Authority: DE
Inventors: Norbert Pelz; Dr.rer.nat. Müller Thomas; Klaus Uphoff; Dr. Bolte Hilmar; Stephan Ollinger
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2006-02-08
Publication date: 2017-09-14
Anticipated expiration: 2026-02-09
Also published as: DE102006005655A1

Abstract

Verfahren zur Zuschaltung bzw. Abschaltung mindestens eines Zylinders (5) eines Verbrennungsmotors (1), welcher mehrere Zylinder (5, 6) umfasst, wobei nach der Zuschaltung eine Füllung mit Luft oder mit einem Luft-Kraftstoffgemisch von weiter betriebenen Zylindern (6) des Verbrennungsmotors (1) abgesenkt und gleichzeitig eine Füllung des mindestens einen Zylinders (5) angehoben wird, wobei vor der Abschaltung eine Füllung des mindestens einen Zylinders (5) abgesenkt wird und gleichzeitig eine Füllung von weiter betriebenen Zylindern (6) angehoben wird, und wobei die weiter betriebenen Zylinder (6) diejenigen Zylinder des Verbrennungsmotors (1) sind, welche nach der Abschaltung des mindestens einen Zylinders (5) noch betrieben werden bzw. welche bereits vor der Zuschaltung betrieben wurden, wobei während der Zuschaltung oder während der Abschaltung die Füllung von betriebenen Zylindern (5, 6) derart erhöht wird und gleichzeitig der Zündwinkel der betriebenen Zylinder (5, 6) derart zu späteren Zeitpunkten verschoben wird, dass eine Momentenreserve entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zuschaltung in einem ersten Schritt vor der Zuschaltung der Zündwinkel von weiter betriebenen Zylindern (6) des Verbrennungsmotors (1) derart zu späteren Zeitpunkten verschoben und gleichzeitig eine Füllung mit einem Luft-Kraftstoffgemisch der weiter betriebenen Zylindern derart angehoben wird, dass die Momentenreserve entsteht, welche gleich oder größer als ein zusätzlicher Schleppverlust ist, welchen der mindestens eine Zylinder (5) bei der Zuschaltung nach einem Öffnen seiner Ventile und vor einem ersten Zünden verursacht, und dass in einem zweiten Schritt die Ventile des mindestens einen Zylinders (5) geöffnet werden und der Zündwinkel der weiter betriebenen Zylinder (6) derart verstellt wird, dass dadurch der zusätzliche Schleppverlust ausgeglichen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zu- und Abschalten von einem oder mehreren Zylindern eines Verbrennungsmotors und einen entsprechenden ausgestalteten Verbrennungsmotor.
Aus der DE 101 48 347 A1 ist eine Abschaltung und Zuschaltung von Zylindern eines Verbrennungsmotors bekannt. Dabei wird bei einer Abschaltung in einem ersten Schritt eine Drosselung der Leistung der zu deaktivierenden Zylinder und gleichzeitig eine Erhöhung der Leistung der anderen Zylinder so vorgenommen, dass ein vom Motor abgegebenes Gesamtmoment einem vorgegebenen Motorsollmoment folgt und dass in einem zweiten Schritt eine Abschaltung der gedrosselten Zylinder erfolgt. Zur Zuschaltung der abgeschalteten Zylinder erfolgt in einem ersten Schritt eine Zuschaltung der gedrosselten Zylinder und in einem zweiten Schritt eine Entdrosselung der Leistung der gedrosselten bzw. wieder zu aktivierenden Zylinder und gleichzeitig eine Verringerung der Leistung der anderen Zylinder derart, dass das vom Motor abgegebene Gesamtmoment einem vorgegebenen Motorsollmoment folgt.
Obwohl der bei der Abschaltung von den zu deaktivierenden Zylindern und der bei der Zuschaltung von den zu aktivierenden Zylindern bereitgestellte Momentenbeitrag zum Motorgesamtmoment durch das in der DE 101 48 347 A1 beschriebene Verfahren relativ gering ist, führt die Abschaltung von zu deaktivierenden Zylindern oder die Zuschaltung von zu aktivierenden Zylindern zu einem von einem Fahrer zu spürenden Ruck, was gerade bei hochwertigen Fahrzeugen als ein negatives Qualitätsmerkmal angesehen wird.
Im Dokument DE 10 2004 033 231 A1 ist ein Verfahren zur Zu- beziehungsweise Abschaltung eines Zylinders eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern beschrieben. Nach der Zuschaltung wird die Füllung des Zylinders angehoben, während die Füllung der anderen Zylinder abgesenkt wird. Vor der Abschaltung wird die Füllung des Zylinders abgesenkt, während gleichzeitig die Füllung der anderen Zylinder angehoben wird. Während der Zuschaltung beziehungsweise während der Abschaltung wird zum einen der Zündwinkel für die anderen Zylinder zu späteren Zeitpunkten verschoben und zum anderen die Füllung der anderen Zylinder derart erhöht, dass eine Momentenreserve entsteht.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Zu- und Abschalten von Zylindern und einen entsprechend ausgestalteten Motor bereitzustellen, wobei die Zu- und Abschaltung derart erfolgt, dass dabei kein von einem Fahrer zu spürender Ruck auftritt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Zu- und Abschaltung mindestens eines Zylinders eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 1 und einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 8 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Zuschaltung bzw. Abschaltung mindestens eines Zylinders eines Verbrennungsmotors bereitgestellt. Das heißt, das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Zuschaltung von Zylindern aber auch zur Abschaltung von Zylindern eines Verbrennungsmotors eingesetzt werden, wobei mindestens ein weiterer Zylinder weiter betrieben wird. Dabei wird nach der Zuschaltung des mindestens einen Zylinders die Füllung mit einem Luft-Kraftstoffgemisch von weiter betriebenen Zylindern des Verbrennungsmotors abgesenkt und gleichzeitig die Füllung des mindestens einen Zylinders in einem Maße angehoben, dass trotz der veränderten zylinderindividuellen Füllungen die integrale Füllung über alle Zylinder konstant bleibt. In ähnlicher Weise wird vor der Abschaltung die Füllung des mindestens einen abzuschaltenden Zylinders abgesenkt und gleichzeitig die Füllung von weiter betriebenen Zylindern in entsprechendem Maße angehoben. Dabei werden unter den weiter betriebenen Zylindern diejenigen Zylinder des Verbrennungsmotors verstanden, welche vor der Zuschaltung bzw. Abschaltung bereits gezündet wurden und auch nach der Zuschaltung bzw. Abschaltung noch gezündet werden. Unmittelbar vor der Zuschaltung von Zylindern wird dabei die Füllung von bereits betriebenen Zylindern und vor der Abschaltung von Zylindern die von weiter betriebenen Zylindern derart erhöht und entsprechend gleichzeitig der Zündwinkel dieser bereits betriebenen bzw. weiter betriebenen Zylinder derart zu späteren Zeitpunkten verschoben, dass dadurch eine Momentenreserve entsteht. Aufgrund der Trägheit des Luftpfades muss ein Aufbau der Momentenreserve dabei schon kurz vor der Zuschaltung oder Abschaltung eingeleitet werden, damit die Momentenreserve beim Umschalten dann auch zur Verfügung steht. Dabei wird erfindungsgemäß während der Zuschaltung in einem ersten Schritt der Zündwinkel von weiter betriebenen Zylindern derart zu späteren Zeitpunkten verschoben und gleichzeitig die Füllung der weiter betriebenen Zylinder derart angehoben, dass die Momentenreserve entsteht, welche gleich oder größer als ein Schleppverlust ist, welcher durch die zuzuschaltenden Zylinder bei der Zuschaltung nach einem Öffnen der Ventile der zuzuschaltenden Zylinder und vor einem ersten Zünden dieser zuzuschaltenden Zylinder verursacht wird. In einem zweiten Schritt werden dann die Ventile der zuzuschaltenden Zylinder geöffnet und der Zündwinkel der weiterbetriebenen Zylinder derart verstellt, dass dadurch der Schleppverlust ausgeglichen wird.
Durch diese Momentenreserve kann zum einen beim Abschalten das schlagartig wegfallende Moment der abgeschalteten Zylinder und zum anderen beim Zuschalten von Zylindern ein anfänglicher Schleppverlust ausgeglichen werden. Darüber hinaus kann durch diese Momentenreserve während des Abschaltens oder während des Zuschaltens von Zylindern eine Differenz zwischen einem Soll-Moment bzw. einem Fahrerwunsch-Moment und einem Ist-Moment wesentlich schneller ausgeregelt werden, als dies über den wesentlich träger reagierenden Luftpfad, d. h. über eine Veränderung der Füllung, möglich wäre.
Dabei kann erfindungsgemäß sowohl eine positive als auch eine negative Differenz zwischen dem Soll-Moment und dem Ist-Moment ausgeregelt werden. Vorteilhafter Weise wird dabei eine positive Differenz ausgeregelt, indem ein Teil der Momentenreserve abgebaut wird (Zündwinkel wird zu früheren Zeitpunkten verschoben), während eine negative Differenz ausgeregelt wird, indem die Momentenreserve weiter aufgebaut wird (Zündwinkel wird zu späteren Zeitpunkten verschoben). Eine negative Differenz zwischen dem Soll-Moment und dem Ist-Moment tritt beispielsweise beim Zuschalten von Zylindern beim ersten Zünden der zuzuschaltenden Zylinder auf und wird erfindungsgemäß ausgeregelt, indem der Zündwinkel der weiter betriebenen Zylinder zu späteren Zeitpunkten verschoben wird, wodurch die Momentenreserve vergrößert bzw. ein Übermoment kompensiert wird.
Dabei kann vor der Abschaltung der abzuschaltenden Zylinder der Zündwinkel der weiter betriebenen Zylinder derart zu späteren Zeitpunkten verschoben und gleichzeitig die Füllung der weiter betriebenen Zylinder derart angehoben und die Füllung des mindestens einen abzuschaltenden Zylinders derart abgesenkt werden, dass dadurch die Momentenreserve entsteht. Genauer gesagt wird die Füllung der weiter betriebenen Zylinder derart angehoben, dass eine Differenz zwischen dem Momentenbeitrag der weiter betriebenen Zylinder bei einem optimalen Zündwinkel und dem Momentenbeitrag der weiter betriebenen Zylinder bei dem zu späteren Zeitpunkten verschobenen Zündwinkel größer als der Momentenbeitrag des mindestens einen abzuschaltenden Zylinders ist.
Durch den derartigen Aufbau der Momentenreserve ist es vorteilhafter Weise möglich, durch diese Momentenreserve das Moment, welches zum Zeitpunkt der Abschaltung des mindestens einen Zylinders schlagartig wegfällt, zu kompensieren.
Es sei angemerkt, dass eine Momentenreserve generell auch durch eine Einspritzausblendung aufgebaut werden kann und dass ein Übermoment (unerwünscht vorhandener Momentenbeitrag), welches bei der Erhöhung der Füllung entsteht, ebenfalls durch eine Einspritzausblendung (und/oder eine Verringerung des Zündwinkel-Wirkungsgrades über Spätverschiebung des Zündwinkels) abgebaut werden kann.
Darüber hinaus kann beispielsweise bei der Zylinderabschaltung der effektive Beitrag der abzuschaltenden Zylinder zum Gesamtmoment an der Kurbelwelle über eine Einspritzausblendung (und/oder eine Verschiebung des Zündwinkels zu späteren Zeitpunkten) derart minimiert werden, dass die Höhe der aufzubauenden Momentenreserve auf den weiter betriebenen Zylindern so gering wie möglich gehalten werden kann, um den von den abzuschaltenden Zylindern beim Abschaltzeitpunkt wegfallenden Momentenbeitrag zu kompensieren.
Es sei angemerkt, dass ein Abbau des durch die abzuschaltenden Zylinder aufgebauten Moments durch eine Einspritzausblendung energetisch günstiger ist als eine Verringerung des Wirkungsgrades über die Spätverschiebung des Zündwinkels, letztere lässt sich aber besser dosieren.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn während der Abschaltung in einem ersten Schritt die Momentenreserve auf ein Moment eingestellt wird, welches gleich oder größer als ein Moment ist, das die abzuschaltenden Zylinder zum Zeitpunkt der Abschaltung zur Verfügung stellen. Wenn in einem zweiten Schritt die abzuschaltenden Zylinder abgeschaltet werden, kann der Zündwinkel der weiter betriebenen Zylinder zum Zeitpunkt der Abschaltung derart verstellt werden, dass sich dadurch durch Nutzung der Momentenreserve ein zusätzliches Moment ergibt, welches gleich dem Moment ist, das die abzuschaltenden Zylinder zum Zeitpunkt der Abschaltung zur Verfügung stellen und das schlagartig wegfällt. Auf diese Weise kann das Gesamtmoment des Verbrennungsmotors während der Abschaltung konstant gehalten werden.
Nach der Zuschaltung kann der Zündwinkel der zugeschalteten Zylinder und/oder der weiter betriebenen Zylinder derart zu späteren Zeitpunkten verschoben werden und gleichzeitig die Füllung der zugeschalteten Zylinder derart angehoben und gleichzeitig die Füllung der weiter betriebenen Zylinder derart abgesenkt werden, dass dadurch die Momentenreserve entsteht.
Nach der Zuschaltung der zugeschalteten Zylinder wird die Füllung der zugeschalteten Zylinder erhöht und die Füllung der weiter betriebenen Zylinder entsprechend abgebaut, mit dem Ziel, die Füllung der zugeschalteten Zylinder an die Füllung der weiter betriebenen Zylinder anzugleichen. Um während dieses Vorgangs das Gesamtmoment des Verbrennungsmotors, welches sich aus dem Moment der weiter betriebenen Zylinder und dem Moment der zugeschalteten Zylinder zusammensetzt, möglichst gleich einem Soll-Moment zu halten, ist eine Momentenreserve vorteilhaft, um etwaige Differenzen zwischen dem Gesamtmoment und dem Soll-Moment rasch ausgleichen zu können. Dabei kann die Momentenreserve sowohl von den weiter betriebenen Zylindern als auch von den zugeschalteten Zylindern zur Verfügung gestellt werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verbrennungsmotor bereitgestellt. Dieser Verbrennungsmotor umfasst mehrere Zylinder, eine Steuerung und eine Luftzufuhrvorrichtung zur Zufuhr von Luft zu den Zylindern. Dabei ist die Luftzufuhrvorrichtung derart ausgestaltet, dass sie nach einer Zuschaltung von zugeschalteten Zylindern die Füllung von weiter betriebenen Zylindern absenkt und gleichzeitig die Füllung von zugeschalteten Zylindern anhebt und dass sie vor einer Abschaltung von abzuschaltenden Zylindern die Füllung der abzuschaltenden Zylinder absenkt und gleichzeitig die Füllung von weiter betriebenen Zylindern anhebt. Dabei ist die Vorrichtung zusammen mit der Steuerung derart ausgestaltet, dass sie im Zusammenspiel mit der Luftzufuhrvorrichtung während der Zuschaltung oder der Abschaltung die Füllung von betriebenen Zylindern derart erhöht und gleichzeitig den Zündwinkel der betriebenen Zylinder derart zu späteren Zeitpunkten verschiebt, dass dadurch eine Momentenreserve entsteht.
Die Vorteile dieses erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors entsprechen denjenigen, welche bereits vorab bei der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Zu- und Abschalten von Zylindern beschrieben worden sind, weshalb sie hier nicht wiederholt werden.
Die Erfindung ist insbesondere geeignet, um einen oder mehrere Zylinder eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs abzuschalten oder zuzuschalten, ohne dass dies zu einer merklichen Änderung des Gesamtmomentes des Verbrennungsmotors und damit zu einem von einem Fahrer zu bemerkenden Rucken führt. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich beschränkt, sondern kann beispielsweise auch bei Verbrennungsmotoren für Schiffe oder Flugzeuge eingesetzt werden. Des Weiteren kann die Idee der Erfindung auch eingesetzt werden, um einen Anteil an dem Gesamtmoment, welcher von einem Teil der Zylinder eines Verbrennungsmotors bereitgestellt wird, deutlich zu verändern, ohne dass dies zu einer Änderung des Gesamtmoments führt.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden durch die beigefügte Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert.
1 stellt einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor dar.
2 stellt den Verlauf des Drosselklappenwinkels von weiter betriebenen Zylindern und abzuschaltenden Zylindern bei einer erfindungsgemäßen Abschaltung dar.
3 stellt den Verlauf des Drosselklappenwinkels von weiter betriebenen Zylindern und zuzuschaltenden Zylindern bei einer erfindungsgemäßen Zuschaltung dar.
4 stellt einen Momentenverlauf von weiter betriebenen Zylindern und abzuschaltenden Zylindern bei einer erfindungsgemäßen Abschaltung dar.
5 stellt einen Momentenverlauf von weiter betriebenen Zylindern und zuzuschaltenden Zylindern bei einer erfindungsgemäßen Zuschaltung dar.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor 1 mit einer Motorsteuerung 2 dargestellt. Dieser Verbrennungsmotor 1 weist insgesamt acht Zylinder 5, 6 auf, von welchen vier Zylinder 5 vorübergehend abgeschaltet werden können. Der Verbrennungsmotor 1 umfasst eine Drosselklappe 3 für die abzuschaltenden Zylinder 5 und eine Drosselklappe 4 für die weiter betriebenen Zylinder bzw. die nicht abzuschaltenden Zylinder 6. Dadurch ist der Verbrennungsmotor 1 in der Lage, die Füllung mit Luft oder mit einem Luft-Kraftstoffgemisch der abzuschaltenden Zylinder 5 und der nicht abzuschaltenden Zylinder 6 getrennt zu regeln.
In 2 ist der Verlauf des Drosselklappenwinkels 10 für die weiter betriebenen Zylinder 6 und die abschaltbaren Zylinder 5 während einer Abschaltung dargestellt. Dabei zeigt die obere Kurve 11 den Verlauf des Drosseiklappenwinkels für die weiter betriebenen Zylinder 6 und die untere Kurve 12 den Verlauf des Drosselklappenwinkeis für die abzuschaltenden Zylinder 5.
Nachdem eine Bedingung ”Abschaltkoordination aktiv” 16 aktiv ist, wird zum einen die Drosselklappe 4 der abzuschaltenden Zylinder 5 zugefahren, um bei der Abschaltung der abzuschaltenden Zylinder 5 einen zu erwartenden Momentensprung möglichst gering zu halten. Zum anderen wird die Drosselklappe 3 für die weiterhin befeuerten Zylinder 6 aufgefahren, um das abnehmende Moment der abzuschaltenden Zylinder 5 zu kompensieren und gleichzeitig eine Momentenreserve in Höhe des zu erwartenden Momentensprungs bei der Abschaltung der abzuschaltenden Zylinder 5 aufzubauen. Um das Gesamtmoment des Verbrennungsmotors 1 konstant zu halten, welches sich aus dem Moment der weiter betriebenen Zylinder 6 und dem Moment der abzuschaltenden Zylinder 5 zusammensetzt, wird der Zündwinkel der weiter betriebenen Zylinder 6 zu einem späteren Zeitpunkt verschoben, wodurch der Zündwirkungsgrad verringert wird.
Zum Zeitpunkt 14 wird eine Bedingung ”Abschaltung durch Hardware anfordern” 17 aktiv und zum Zeitpunkt 15 wird eine Bedingung ”Abschaltung erfolgt” 18 aktiv, was bedeutet, dass die abzuschaltenden Zylinder 5 abgeschaltet werden, wodurch das von den abzuschaltenden Zylindern 5 bereitgestellte Moment bei dem Zeitpunkt 15 schlagartig wegfällt. Ab dem Zeitpunkt 15 wird das Gesamtmoment des Verbrennungsmotors 1 nur noch durch die weiter betriebenen Zylinder 6 bereitgestellt, was durch den mit dem Bezugszeichen 13 bezeichneten Pfeil in 2 dargestellt ist. Um den bei dem Abschaltzeitpunkt 15 auftretenden Momentensprung zu kompensieren, wird gleichzeitig der Zündwinkel für die weiter betriebenen Zylinder 6 derart verstellt, dass sich dadurch ein Moment ergibt, welches gleich dem bei Zeitpunkt 15 wegfallenden Moment der abgeschalteten Zylinder 5 entspricht, wodurch das Gesamtmoment des Verbrennungsmotors 1 auch über den Zeitpunkt 15 hinweg konstant gehalten wird.
In 3 ist der Verlauf des Drosselklappenwinkels für die weiter betriebenen Zylinder 6 und zuzuschaltenden Zylinder 5 bei der Zuschaltung dargestellt. Dabei repräsentiert die obere Kurve 11 den Verlauf des Winkels der Drosselklappe 4 der weiter betriebenen Zylinder 6 und die untere Kurve 12 den Verlauf des Winkels der Drosselklappe 3 der abzuschaltenden Zylinder 5. Wie die Kurve 11 zeigt, wird die Drosselklappe 4 der weiter betriebenen Zylinder 6 aufgefahren, um eine Momentenreserve für Schleppverluste der einzuschaltenden Zylinder 5 aufzubauen, welche bei Öffnen von Ventilen der einzuschaltenden Zylinder 5 auftreten. Nachdem eine Bedingung ”Koordination aktiv” 23 aktiviert wird, wird eine Bedingung ”Ventil öffnen anfordern” aktiv, wodurch bei Zeitpunkt 21 eine Bedingung ”Ventilöffnung erfolgt” aktiv ist und die Ventile geöffnet werden. Beim Zeitpunkt 22 wird eine Bedingung ”Wiedereinsetzen” 26 aktiv, was bedeutet, dass die abzuschaltenden Zylinder 5 nun wieder gezündet werden. Danach wird der Winkel der Drosselklappe 3 der zugeschalteten Zylinder 5 wieder auf einen Normalbetrieb zurückgefahren, wie es einem mit dem Bezugszeichen 20 bezeichneten Kurvenabschnitt zu entnehmen ist. Ein mit dem Bezugszeichen 23 dargestellter Pfeil zeigt an, in welchem Zeitbereich das Gesamtmoment des Verbrennungsmotors 1 wieder sowohl von den weiter betriebenen Zylindern 6 als auch den eingeschalteten Zylindern 5 bereitgestellt wird.
Es sei angemerkt, dass auftretende Momentensprünge (beispielsweise bei dem ersten Zünden der eingeschalteten Zylinder 5) und andere eventuell auftretende Differenzen (positive und negative) des Gesamtmoments zu einem Sollmoment per Zündwinkeleingriff ausgeregelt werden.
In 4 sind Momentenverläufe für die weiter betriebenen Zylinder 6 und die abzuschaltenden Zylinder 5 bei der Abschaltung dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 28 ist der Verlauf eines Soll-Moments der weiter betriebenen Zylinder 6 und mit dem Bezugszeichen 29 ein Soll-Moment der abzuschaltenden Zylinder 5 dargestellt. Man erkennt, dass sich das Soll-Moment der weiter betriebenen Zylinder 6 sprunghaft nahezu verdoppelt, während das Soll-Moment der abzuschaltenden Zylinder 5 sprunghaft auf Null absinkt. Damit bleibt ein Fahrerwunsch-Moment 34, welches eine Summe aus dem Soll-Moment 28 der weiter betriebenen Zylinder 6 und dem Soll-Moment 29 der abzuschaltenden Zylinder 5 ist, konstant.
Es sei angemerkt, dass sich das Soll-Moment der weiter betriebenen Zylinder lediglich näherungsweise verdoppelt, da die bei der Abschaltung entfallenden Ladungswechselverluste der abzuschaltenden Zylinder nicht als Momentenreserve aufgebaut werden müssen.
Mit dem Bezugszeichen 32 ist ein Ist-Moment der abzuschaltenden Zylinder 5 dargestellt, welches absinkt und bei einem Abschaltzeitpunkt 33, bei welchem die Ventile der abzuschaltenden Zylinder 5 verriegelt werden, auf Null absinkt. Mit dem Bezugszeichen 31 ist ein Ist-Moment der weiter betriebenen Zylinder 6 bezeichnet, welches im gleichen Maße ansteigt, wie das Ist-Moment 32 der abzuschaltenden Zylinder 5 absinkt, so dass ein Gesamtmoment (nicht dargestellt) aus dem Ist-Moment 31 der weiter betriebenen Zylinder 6 und dem Ist-Moment 32 der abzuschaltenden Zylinder 5 nahezu konstant dem Fahrerwunsch-Moment 34 folgt. Zusätzlich ist in 4 ein Basis-Moment 30 der weiter betriebenen Zylinder 6 dargestellt. Dieses Basis-Moment 30 stellt das Moment dar, welches erreichbar wäre, wenn der Zündwinkel der weiter betriebenen Zylinder 6 optimal eingestellt ist. Mit anderen Worten ist das Basis-Moment 30 der weiter betriebenen Zylinder 6 eine Summe aus dem Ist-Moment 31 der weiter betriebenen Zylinder 6 und einer Momentenreserve, welche erzielt wird, indem der Zündwinkel zu späteren Zeitpunkten verschoben wird. Man erkennt, dass diese Momentenreserve kurz vor dem Abschaltzeitpunkt 33 etwas größer als das Ist-Moment der abzuschaltenden Zylinder 5 ist und dass diese Momentenreserve beim Abschaltzeitpunkt 33 nahezu vollständig dazu verwendet wird, den abrupten Abfall des Ist-Moments der abzuschaltenden Zylinder 5 aufgrund der Abschaltung der abzuschaltenden Zylinder 5 auszugleichen, indem der Zündwinkel der weiter betriebenen Zylinder 6 entsprechend verstellt wird.
Nach dem Abschaltzeitpunkt 33 wird das Ist-Moment des Verbrennungsmotors 1 allein durch die weiter betriebenen Zylinder 6 gebildet. Ab diesem Abschaltzeitpunkt 33 sind keine weiteren abrupten oder unvorhergesehene Momentensprünge mehr zu erwarten, weshalb ab dem Abschaltzeitpunkt 33 die Momentenreserve aufgelöst wird, indem der Zündwinkel der weiter betriebenen Zylinder 6 wieder optimal eingestellt wird.
In 5 sind das Soll-Moment 28, das Ist-Moment 31 und das Basis-Moment 30 der weiter betriebenen Zylinder 6 und das Soll-Moment 29 und das Ist-Moment der einzuschaltenden Zylinder 5 für die Zuschaltung der einzuschaltenden Zylinder bzw. die Deaktivierung der Zylinderabschaltung dargestellt. Zu einem Zeitpunkt 36 wird das Soll-Moment 28 der weiter betriebenen Zylinder auf das Doppelte des Fahrerwunschmoments 34 erhöht, um die Ladungswechselverluste, welche bei Zuschaltung der einzuschaltenden Zylinder 5 wieder wirksam werden, kompensieren zu können, bevor das Soll-Moment 28 der weiter betriebenen Zylinder 6 zu einem Zeitpunkt sprunghaft halbiert wird, während das Soll-Moment 29 der einzuschaltenden Zylinder 5 zum selben Zeitpunkt sprunghaft auf denselben Wert wie das Soll-Moment der weiter betriebenen Zylinder 6 springt, so dass eine Summe aus dem Soll-Moment 28 der weiter betriebenen Zylinder 6 und dem Soll-Moment 29 der einzuschaltenden Zylinder 5 konstant das Fahrerwunsch-Moment 34 ergibt. Vor einem Zuschaltzeitpunkt 35, zu welchem die Ventile der zuzuschaltenden Zylinder 5 freigegeben werden, wird durch eine entsprechende Verstellung des Zündwinkels der weiter betriebenen Zylinder 6 eine Momentenreserve aufgebaut, welche zu dem Zuschaltzeitpunkt 35 verwendet wird, um die Schleppverluste der zuzuschaltenden Zylinder 5 auszugleichen, indem der Zündwinkel der weiter betriebenen Zylinder 6 entsprechend verstellt wird. Anschließend sinkt das Ist-Moment 31 der weiter betriebenen Zylinder 6 in gleicher Weise ab, wie das Ist-Moment 32 der zuzuschaltenden Zylinder 5 ansteigt. Dabei wird durch eine entsprechende Verstellung des Zündwinkels bei den weiter betriebenen Zylindern 6 weiter eine Momentenreserve vorgehalten, deren Größe sich aus dem Abstand zwischen dem Basis-Moment 30 und dem Ist-Moment 31 der weiter betriebenen Zylinder 6 aus der 5 ergibt, um eventuell auftretende Differenzen zwischen der Summe aus dem Ist-Moment 31 der weiter betriebenen Zylinder 6 und dem Ist-Moment 32 der zugeschalteten Zylinder 5 und dem Fahrer-Wunschmoment 34 ausregeln zu können. Sobald das Ist-Moment 31 der weiter betriebenen Zylinder 6 und das Ist-Moment 32 der zugeschalteten Zylinder 5 nahezu gleich ist, die Zuschaltung der zuzuschaltenden Zylinder 5 also abgeschlossen ist, wird die Momentenreserve abgebaut, indem der Zündwinkel der weiter betriebenen Zylinder 6 wieder optimal eingestellt wird.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungsmotor
2: Steuerung
3, 4: Drosselklappe
5: an- bzw. abzuschaltende Zylinder
6: weiter betriebene Zylinder
10: Drosselklappenwinkel
11: Verlauf des Winkels der Drosselklappe der weiter betriebenen Zylinder
12: Verlauf des Winkels der Drosselklappe der ab- bzw. zuzuschaltenden Zylinder
13: Moment wird nur noch durch weiter gezündete Zylinder dargestellt
14: Einspritzausblendung
15: Abschaltzeitpunkt
16: Bedingung: Abschaltkoordination aktiv
17: Bedingung: Abschaltung durch Hardware anfordern
18: Bedingung: Abschaltung erfolgt
19: Reserve für Schleppverluste bilden
20: Drosselklappe der abgeschalteten Zylinder auf Normalbetrieb zurückfahren
21: Ventile öffnen
22: abgeschaltete Zylinder zünden
23: Bedingung: Anschaltkoordination aktiv
24: Bedingung: Ventilöffnen anfordern
25: Bedingung: Ventilöffnung erfolgt
26: Bedingung: Wiedereinsetzen
27: Moment
28: Sollmoment der weiter betriebenen Zylinder
29: Sollmoment der abzuschaltenden Zylinder
30: Basismoment der weiter betriebenen Zylinder
31: Ist-Moment der weiter betriebenen Zylinder
32: Ist-Moment der abzuschaltenden Zylinder
33: Abschaltzeitpunkt
34: Fahrerwunsch-Moment
35: Zuschaltpunkt (Freigabe der Ventile)
36: Zeitpunkt (Verdopplung des Sollmoments der weiter betriebenen Zylinder)

Claims

Verfahren zur Zuschaltung bzw. Abschaltung mindestens eines Zylinders (5) eines Verbrennungsmotors (1), welcher mehrere Zylinder (5, 6) umfasst, wobei nach der Zuschaltung eine Füllung mit Luft oder mit einem Luft-Kraftstoffgemisch von weiter betriebenen Zylindern (6) des Verbrennungsmotors (1) abgesenkt und gleichzeitig eine Füllung des mindestens einen Zylinders (5) angehoben wird, wobei vor der Abschaltung eine Füllung des mindestens einen Zylinders (5) abgesenkt wird und gleichzeitig eine Füllung von weiter betriebenen Zylindern (6) angehoben wird, und wobei die weiter betriebenen Zylinder (6) diejenigen Zylinder des Verbrennungsmotors (1) sind, welche nach der Abschaltung des mindestens einen Zylinders (5) noch betrieben werden bzw. welche bereits vor der Zuschaltung betrieben wurden, wobei während der Zuschaltung oder während der Abschaltung die Füllung von betriebenen Zylindern (5, 6) derart erhöht wird und gleichzeitig der Zündwinkel der betriebenen Zylinder (5, 6) derart zu späteren Zeitpunkten verschoben wird, dass eine Momentenreserve entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zuschaltung in einem ersten Schritt vor der Zuschaltung der Zündwinkel von weiter betriebenen Zylindern (6) des Verbrennungsmotors (1) derart zu späteren Zeitpunkten verschoben und gleichzeitig eine Füllung mit einem Luft-Kraftstoffgemisch der weiter betriebenen Zylindern derart angehoben wird, dass die Momentenreserve entsteht, welche gleich oder größer als ein zusätzlicher Schleppverlust ist, welchen der mindestens eine Zylinder (5) bei der Zuschaltung nach einem Öffnen seiner Ventile und vor einem ersten Zünden verursacht, und dass in einem zweiten Schritt die Ventile des mindestens einen Zylinders (5) geöffnet werden und der Zündwinkel der weiter betriebenen Zylinder (6) derart verstellt wird, dass dadurch der zusätzliche Schleppverlust ausgeglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Zuschaltung oder während der Abschaltung eine Differenz zwischen dem Soll-Moment (34) und dem Gesamtmoment (31, 32) des Verbrennungsmotors (1) durch eine Veränderung des Zündwinkels der betriebenen Zylinder (5, 6) ausgeregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Abschaltung des mindestens einen Zylinders (5) der Zündwinkel der weiter betriebenen Zylinder (6) derart zu späteren Zeitpunkten verschoben und gleichzeitig die Füllung der weiter betriebenen Zylinder (6) derart angehoben und die Füllung des mindestens einen abzuschaltenden Zylinders (5) derart abgesenkt wird, dass dadurch die Momentenreserve entsteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abschaltung ein von dem mindestens einen abzuschaltenden Zylinder (5) bereitgestelltes Moment über Einspritzausblendung oder über eine Verschiebung des Zündwinkels zu späteren Zeitpunkten abgesenkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abschaltung in einem ersten Schritt die Momentenreserve auf ein Moment eingestellt wird, welches gleich oder größer als ein Moment ist, das der mindestens eine abzuschaltende Zylinder (5) zur Verfügung stellt, und dass in einem zweiten Schritt der mindestens eine abzuschaltende Zylinder (5) abgeschaltet wird und der Zündwinkel der weiter betriebenen Zylinder (6) derart verstellt wird, dass ein sich durch die Verstellung des Zündwinkels ergebendes zusätzliches Moment gleich dem Moment ist, das der mindestens eine abzuschaltende Zylinder (5) zur Verfügung stellt, so dass ein Gesamtmoment des Verbrennungsmotors (1) während der Abschaltung konstant bleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Zuschaltung der Zündwinkel des mindestens einen Zylinders (5) und/oder der weiter betriebenen Zylinder (6) derart zu späteren Zeitpunkten verschoben und gleichzeitig die Füllung des mindestens einen Zylinders (5) derart angehoben und gleichzeitig die Füllung der weiter betriebenen Zylinder (6) derart abgesenkt wird, dass dadurch die Momentenreserve entsteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Füllung des mindestens einen Zylinders (5) nach der Zuschaltung ihren normalen Betriebswert erreicht hat, die Füllung des mindestens einen Zylinders (5) und der weiter betriebenen Zylinder (6) angeglichen wird, und der Zündwinkel des mindestens einen Zylinders (5) und/oder der weiter betriebenen Zylinder (6) auf eine optimale Zündung eingestellt wird.
Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern (5, 6), einer Steuerung (2) und einer Luftzufuhrvorrichtung (3, 4) zur Zufuhr von Luft zu den Zylindern (5, 6), wobei die Luftzufuhrvorrichtung (3, 4) derart ausgestaltet ist, dass sie, wenn sie entsprechend über die Steuerung (2) angesteuert wird, nach einer Zuschaltung eine Füllung mit Luft oder mit einem Luft-Kraftstoffgemisch von weiter betriebenen Zylindern (6) des Verbrennungsmotors (1) absenkt und gleichzeitig eine Füllung des mindestens einen Zylinders (5) anhebt, und vor einer Abschaltung des mindestens einen Zylinders (5) eine Füllung des mindestens einen Zylinders (5) absenkt und gleichzeitig eine Füllung von weiter betriebenen Zylindern (6) anhebt, und wobei die weiter betriebenen Zylinder (6) diejenigen Zylinder des Verbrennungsmotors (1) sind, welche nach der Abschaltung des mindestens einen Zylinders (5) noch betrieben werden bzw. welche bereits vor der Zuschaltung betrieben wurden, wobei die Steuerung (2) derart ausgestaltet ist, dass sie im Zusammenspiel mit der Luftzufuhrvorrichtung (3, 4) während der Zuschaltung oder Abschaltung die Füllung von betriebenen Zylindern (5, 6) derart erhöht und gleichzeitig den Zündwinkel der betriebenen Zylinder (5, 6) derart zu späteren Zeitpunkten verschiebt, dass eine Momentenreserve entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (2) derart ausgestaltet ist, dass sie zur Zuschaltung im Zusammenspiel mit der Luftzufuhrvorrichtung (3, 4) in einem ersten Schritt vor der Zuschaltung den Zündwinkel von weiter betriebenen Zylindern (6) des Verbrennungsmotors (1) derart zu späteren Zeitpunkten verschiebt und gleichzeitig die Füllung der weiter betriebenen Zylindern derart anhebt, dass die Momentenreserve entsteht, welche gleich oder größer als ein zusätzlicher Schleppverlust ist, welchen der mindestens eine Zylinder (5) bei der Zuschaltung nach einem Öffnen seiner Ventile und vor einem ersten Zünden verursacht, und dass die Steuerung (2) in einem zweiten Schritt den mindestens einen Zylinder (5) die Ventile des mindestens einen Zylinders (5) öffnet und den Zündwinkel der weiter betriebenen Zylinder (6) derart verstellt, dass dadurch der zusätzliche Schleppverlust ausgeglichen wird.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung derart ausgestaltet ist, dass sie während der Zuschaltung oder während der Abschaltung eine Differenz zwischen dem Soll-Moment (34) und dem Gesamtmoment (31, 32) des Verbrennungsmotors (1) durch eine Veränderung des Zündwinkels der betriebenen Zylinder (5, 6) ausgeregelt.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (2) derart ausgestaltet ist, dass sie vor der Abschaltung des mindestens einen Zylinders (5) im Zusammenspiel mit der Luftzufuhrvorrichtung (3, 4) den Zündwinkel der weiter betriebenen Zylinder (6) derart zu späteren Zeitpunkten verschiebt und gleichzeitig die Füllung der weiter betriebenen Zylinder (6) derart anhebt und die Füllung des mindestens einen abzuschaltenden Zylinders (5) derart absenkt, dass dadurch die Momentenreserve entsteht.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 8–10, dadurch gekennzeichnet, die Steuerung derart ausgestaltet ist, dass sie zur Abschaltung ein von dem mindestens einen abzuschaltenden Zylinder (5) bereitgestelltes Moment über Einspritzausblendung oder über eine Verschiebung des Zündwinkels zu späteren Zeitpunkten abgesenkt.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 8–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (2) derart ausgestaltet ist, dass sie zur Abschaltung in einem ersten Schritt im Zusammenspiel mit der Luftzufuhrvorrichtung (3, 4) die Momentenreserve auf ein Moment einstellt, welches gleich oder größer als ein Moment ist, das der mindestens eine abzuschaltende Zylinder (5) zur Verfügung stellt, und dass die Steuerung (2) in einem zweiten Schritt den mindestens einen abzuschaltenden Zylinder (5) abschaltet und den Zündwinkel der weiter betriebenen Zylinder (6) derart verstellt, dass ein sich durch die Verstellung des Zündwinkels ergebendes zusätzliches Moment gleich dem Moment ist, das der mindestens eine abzuschaltende Zylinder (5) zur Verfügung stellt, so dass ein Gesamtmoment des Verbrennungsmotors (1) während der Abschaltung konstant bleibt.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 8–12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (2) derart ausgestaltet ist, dass sie nach der Zuschaltung im Zusammenspiel mit der Luftzufuhrvorrichtung (3, 4) den Zündwinkel des mindestens einen Zylinders (5) und/oder der weiter betriebenen Zylinder (6) derart zu späteren Zeitpunkten verschiebt und gleichzeitig die Füllung des mindestens einen Zylinders (5) derart anhebt und gleichzeitig die Füllung der weiter gezündeten Zylinder (6) derart absenkt, dass dadurch die Momentenreserve entsteht.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 8–13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (2) derart ausgestaltet ist, dass sie im Zusammenspiel mit der Luftzufuhrvorrichtung (3, 4), wenn die Füllung des mindestens einen Zylinders (5) nach der Zuschaltung ihren normalen Betriebswert erreicht hat, die Füllung des mindestens einen Zylinders (5) und der weiter betriebenen Zylinder (6) angleicht und den Zündwinkel des mindestens einen Zylinders (5) und/oder der weiter betriebenen Zylinder (6) auf eine optimale Zündung einstellt.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 8–14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–7 ausgestaltet ist.