DE102006031572B4

DE102006031572B4 - Verfahren zum Steuern eines variablen Ventiltriebs

Info

Publication number: DE102006031572B4
Application number: DE102006031572.3A
Authority: DE
Inventors: Tom G. Leone; Bob Albert Stein
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2018-05-17
Anticipated expiration: 2026-07-08
Also published as: DE102006031572A1; US20090095244A1; US8347836B2; JP4751254B2; US7469667B2; US20070006831A1; JP2007016784A

Abstract

Verfahren zum Steuern eines variablen Ventiltriebs während des Abstellens eines Verbrennungsmotors, wobei das Verfahren umfasst:- Verringern eines Ventilhubbetrags mindestens eines Zylinders als Reaktion auf eine Forderung, den Motor abzustellen, und- Unterbinden des Strömens von Kraftstoff zu dem Zylinder, wenn der verringerte Ventilhubbetrag die Zylinderluftfüllung des Zylinders unter einen vorbestimmten Betrag senkt.- Einstellen der Ventilphase bezüglich der Kurbelwellenposition.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbessern des Motorstartens und -abstellens bei einem Verbrennungsmotor mit einem variablen Ventiltrieb. Das Verfahren kann insbesondere bei Hybridfahrzeugen nützlich sein, bei denen ein häufiges Starten und Abstellen des Motors eintreten kann.
Hintergrund
Ein Verfahren zum Steuern des Ein- und Auslassventilbetriebs während des Motorbetriebs wird in der U.S. Patentschrift US 2003 / 0 106 515 A1 beschrieben. Dieses Verfahren stellt ein Mittel zum Betreiben eines variablen Ventiltriebs während des Startens und Abstellens eines Fahrzeugs vor. Das Verfahren versucht, den Ventilbetrieb nach Erteilen einer Forderung zum Abstellen oder Starten des Motors zu steuern.
Während einer Abstellsequenz reduziert das Verfahren Ventilhub und Kraftstoff in dem Versuch, die Motordrehzahl allmählich zu senken, ohne den Fahrer zu stören. Durch Steuern der angesaugten Luftmenge und der Kraftstoffmenge versucht das Verfahren, das Motordrehmoment so zu steuern, dass der Motor in kontrollierterer Weise zu einem Abschalten abbremst.
Das Verfahren versucht ferner, das Motoranlassen durch Einstellen des Ventilhubs zu steuern. In einer Ausführung wird der Ventilhub kurz nach Abstellen eines Motors auf einen erwünschten Betrag bewegt und wird dann während eines anschließenden Motorstarts konstant gehalten. In einer zweiten Ausführung wird der Ventilhub kurz vor einem Anlassen auf eine vorbestimmte Position eingestellt und dann während des Anlassens konstant gehalten. Diese Ventilhubstrategien versuchen, ein ruhiges Anlassen vorzusehen, wenn ein Motor automatisch gestartet wird.
Ferner versucht das Verfahren auch, durch Setzen des Ventilhubs auf eine vorbestimmte Position die Motoremissionen nach Abstellen eines Motors zu senken.
Das oben erwähnte Verfahren kann auch mehrere Nachteile haben. Im Einzelnen steuert das Verfahren die Ventilsteuerung und die Kraftstoffmenge während des Motorabstellens ohne Berücksichtigung der Verbrennungsstabilität. Da es nicht erkennt, dass die Verbrennungsstabilität durch Verringern der Zylinderluftmenge beeinträchtigt werden kann, kann das Verfahren Fehlzündungen erzeugen und Motoremissionen verstärken.
Zudem können die Fahrzeugemissionen während eines Motoranlassens höher als erwünscht sein, da die oben erwähnten Verfahren das Pumpen von Sauerstoff durch den Motor zulassen, wenn die Ventile dem Gebot nach konstantem Hub folgen. Der Motor wird mit anderen Worten in einer Weise gestartet, die einem Motor mit festem Ventilhubbetrag ähnelt, und es sind ähnliche Emissionen zu erwarten. Während des Startens ist zum Beispiel die Motorposition eventuell nicht bekannt, bis der Motor zu einer bestimmten Position gedreht hat. Dadurch kann die Kraftstoffzufuhr zum Zylinder verzögert werden, so dass die Zylinder in einer vorbestimmten Verbrennungsreihenfolge (z.B. 1-3-4-2 bei einem Vierzylindermotor) mit Kraftstoff versorgt werden. Durch Verzögern der Kraftstoffversorgung und somit Verzögern der Verbrennung kann Luft während mindestens eines Teils der Startsequenz durch den Motor zu einem Katalysator gepumpt werden. Die Luft kann den Katalysator kühlen und kann ferner den Katalysatorstellen, die ansonsten NOx reduzieren, Sauerstoff zuführen. Daher können niedrigere Katalysatortemperaturen und weniger Reduzierungsstellen die Leistungsfähigkeit des Katalysators während eines Motorstarts vermindern.
Aus der Patentschrift US 2005 / 0 066 934 A1 ist ein Verfahren zum Steuern eines variablen Ventiltriebs eines Verbrennungsmotors bekannt, bei dem durch Vermindern des Ventilhubs eines Zylinders und Stoppen des Kraftstoffzulaufs zu dem Zylinder nach Unterschreitung eines gewissen Minimalhubs eine Abschaltung der Kraftstoffversorgung ohne Drehmomentsprung erreicht werden soll.
Ferner ist aus der Patentschrift DE 101 48 347 A1 ein Verfahren zum Wechsel zwischen Voll- und Teilmotorbetrieb eines Verbrennungsmotors bekannt, bei dem eine erste Gruppe von Zylindern im Vollmotorbetrieb aktiviert und im Teilmotorbetrieb deaktiviert ist, wobei aufgrund einer Anforderung, den Motor mit Hilfe einer zweiten Gruppe von Zylindern zu betreiben, der Ventilhubbetrag beider Gruppen gegenläufig derart eingestellt wird, dass unerwünschte Änderungen des Motorgesamtdrehmoments vermieden werden.
Die vorliegenden Erfinder haben die oben erwähnten Nachteile erkannt und haben ein Verfahren zum Steuern eines variablen Ventiltriebs entwickelt, das erhebliche Verbesserungen bietet.
Kurzdarlegung
Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Steuern eines variablen Ventiltriebs während des Abstellens eines Verbrennungsmotors, wobei das Verfahren umfasst: Reduzieren eines Ventilhubbetrags mindestens eines Zylinders als Reaktion auf eine Forderung, den Motor abzustellen; Stoppen des Kraftstoffzulaufs zu dem Zylinder, wenn der reduzierte Ventilhubbetrag die Zylinderluftfüllung des Zylinders unter einen vorbestimmten Betrag senkt; und Einstellen der Ventilphase bezüglich der Kurbelwellenposition.
Durch Reduzieren des Ventilhubs nach einer Forderung, einen Motor abzustellen, und durch Abschalten von Kraftstoff, wenn die in einen Zylinder gesaugte Luftmenge unter einem Wert liegt, der wahrscheinlich einen erwünschten Verbrennungsstabilitätswert unterstützt, können Motoremissionen und unerwünschte Wahrnehmungen durch den Bediener eingeschränkt werden. Zum Beispiel können der Ventilhub und die Kraftstoffzufuhr zum Zylinder in kontrollierter Weise eingestellt werden, um zumindest unter manchen Bedingungen das Motordrehmoment während einer Motorabstellsequenz zu senken. Das Unterbrechen der Kraftstoffzufuhr, wenn eine Zylinderansaugluftmenge einen vorbestimmten Wert erreicht (z.B. eine Luftmenge, die zu einem erwünschten Wert wahrscheinlicher Verbrennungsstabilität führen kann), kann Motoremissionen senken, da Motorfehlzündungen reduziert werden, wodurch die Menge an freigesetzten Kohlenwasserstoffen gesenkt wird. Ferner können hörbare Motorgeräusche und Motordrehmoment gleichmäßiger sein, da die Verbrennung einheitlicher sein kann.
Eine andere Ausführung, welche jedoch nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, beinhaltet ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors mit variablem Ventiltrieb, wobei das Verfahren umfasst: Erhöhen der Drehzahl des Verbrennungsmotors während eines Starts aus einer abgestellten Position nach einer Forderung zum Starten des Verbrennungsmotors; und Erhöhen eines Einlassventilhubbetrags mindestens eines Zylinders während des Starts. Durch Vergrößern des Ventilhubs bei Zunahme der Motordrehzahl während eines Motorstarts können Motoremissionen und die während des Motorstartens zu einem Abgasanlagenkatalysator gepumpte Sauerstoffmenge gesenkt werden. Variablen Ventiltrieben kann befohlen werden, eine niedrige Hubposition, einschließlich null Hub, während mindestens eines Teils des Intervalls zwischen Motorabstellen und einer vorbestimmten Motordrehzahl (z.B. Leerlaufdrehzahl), einzunehmen. Durch Betreiben des variablen Ventiltriebs bei einer niedrigen Hubposition kann die Menge der durch den Motor gepumpten Luft reduziert werden. Bei Zunahme der Motordrehzahl und Ermittlung der Motorposition kann der Ventilhub vergrößert werden, so dass die Verbrennung in ausgewählten Zylindern eingeleitet werden kann. Auf diese Weise können niedrigere Ventilhubbeträge das Strömen von Sauerstoff zu einem Katalysator während eines Teils einer Startsequenz mindern, und höhere Ventilhubbeträge können zum Vergrößern der Zylinderfüllung genutzt werden, so dass während eines anderen Teils der Startsequenz Drehmoment erzeugt werden kann. Ferner kann während eines Starts der Kraftstoffzulauf gestoppt werden, bis eine Ansaugluftmenge einen Wert erreicht, der die Möglichkeit von Fehlzündungen verringert. Dies kann die Emissionen bei Motorstarten weiter verringern.
Die vorliegende Erfindung kann mehrere Vorteile bieten. Im Einzelnen kann der Ansatz Motoremissionen durch Verringern der Sauerstoffmenge, die zu einem Katalysator zwischen dem Zeitpunkt, da das Abstellen des Motor angeordnet wurde, und dem Zeitpunkt, da der Motor neu gestartet wird, gepumpt werden kann, verbessern. Ferner kann das Verfahren genutzt werden, um die für den Fahrer wahrnehmbaren Störungen, nämlich Motordrehmoment und hörbare Motorgeräusche, zu verringern. Ferner kann das Verfahren auch verkürzte Motorstart- und Motorabstellzeiten vorsehen, die Emissionswerte senken können.
Die obigen Vorteile sowie weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung gehen problemlos aus der folgenden eingehenden Beschreibung entweder allein für sich oder in Verbindung mit den Begleitzeichnungen hervor.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Vorteile werden bei Lesen eines Beispiels einer Ausführung, die hierin als eingehende Beschreibung bezeichnet wird, entweder allein für sich oder unter Bezug auf die Zeichnungen besser verständlich. Hierbei zeigen:

1 ein schematisches Diagramm eines Motors;
2a ein veranschaulichendes Ventilereignisprofil für einen beispielhaften variablen Ventiltrieb;
2b ein anderes veranschaulichendes Ventilereignisprofil für einen beispielhaften variablen Ventiltrieb;
3a eine beispielhafte graphische Darstellung von Zylinderluftströmung kontra Ventilhub bei konstanten Motorbetriebsbedingungen;
3b eine weitere beispielhafte graphische Darstellung von Zylinderluftströmung kontra Ventilhub bei konstanten Motorbetriebsbedingungen;
4 eine beispielhafte graphische Darstellung von Signalen, die während einer simulierten Motorabstell- und Motorstartsequenz von Interesse sein können;
5 eine beispielhafte graphische Darstellung von Signalen, die während einer anderen simulierten Motorabstell- und Motorstartsequenz von Interesse sein können;
6 ein Flussdiagramm einer beispielhaften Abstellsequenz für einen Motor mit variablem Ventiltrieb;
7 ein Flussdiagramm einer beispielhaften Startsequenz für einen Motor mit variablem Ventiltrieb und
8 ein Flussdiagramm einer beispielhaften Zylinderabschaltsequenz für einen Motor mit variablem Ventiltrieb.

Eingehende Beschreibung
Unter Bezug nun auf 1 wird ein Verbrennungsmotor 10, der mehrere Zylinder umfasst, wovon ein Zylinder in 1 gezeigt wird, durch ein elektronisches Steuergerät 12 gesteuert. Der Motor 10 weist einen Brennraum 30 und Zylinderwände 32 mit einem darin positionierten und mit einer Kurbelwelle 40 verbundenen Kolben 36 auf. Der Brennraum 30 wird mit einem Ansaugkrümmer 44 und einem Abgaskrümmer 48 mittels eines jeweiligen Einlassventils 52 und Auslassventils 54 in Verbindung stehend gezeigt. Das Auslassventil wird mittels eines Nockens 53 betrieben und das Einlassventil wird mittels eines variablen Aktors 51 betrieben. Alternativ können sowohl Auslassventil 54 als auch Einlassventil 52 durch variable Aktoren betrieben werden. Der variable Ventilaktor kann eine mechanische Vorrichtung sein, die durch elektrische oder hydraulische Bauteile gesteuert wird, oder der Ventilaktor kann alternativ elektrisch oder hydraulisch angetrieben werden oder kann aus einer Kombination aus mechanischen, elektrischen und/oder hydraulischen Bauteilen bestehen, zum Beispiel elektromechanischen Ventilen. Zudem kann der Ventilaktor in der Lage sein, den Ventilhub, die Ventilphase oder die Kombination aus Phase und Hub einzustellen. Manche Aktorauslegungen gestatten eventuell null Ventilhub, einen minimalen Hub, ein negatives Ventilüberschneiden zwischen Ein- und Auslassventilen, ein positives Ventilüberschneiden zwischen Ein- und Auslassventilen und/oder Kombinationen aus Hub- und Phaseneinstellbeträgen. U.S. Patent US 6 145 483 A beschreibt ein Beispiel eines variablen Ventilaktors und wird hiermit durch Erwähnung vollständig in diese Anmeldung aufgenommen.
Der Ansaugkrümmer 44 wird mit einem damit verbundenen Kraftstoffeinspritzventil 66 zum Zuführen von flüssigem Kraftstoff proportional zur Impulsbreite des Signals FPW vom Steuergerät 12 gezeigt. Durch eine (nicht dargestellte) Kraftstoffanlage mit Kraftstofftank, Kraftstoffpumpe und Kraftstoffleiste (nicht dargestellt) wird dem Kraftstoffeinspritzventil 66 Kraftstoff zugeführt. Alternativ kann der Motor so konfiguriert sein, dass der Kraftstoff direkt in den Motorzylinder eingespritzt wird, was dem Fachmann als Direkteinspritzung bekannt ist. Ferner wird der Ansaugkrümmer 44 mit einer optionalen elektronischen Drosselklappe 125 in Verbindung stehend gezeigt. Weiterhin kann bei Bedarf ein Luftmassenmesser (nicht dargestellt) stromaufwärts der Drosselklappe 125 angeordnet sein.
Eine verteilerlose Zündanlage 88 liefert dem Brennraum 30 über eine Zündkerze 92 als Reaktion auf das Steuergerät 12 einen Zündfunken. Eine unbeheizte Lambdasonde 76 (UEGO-Sonde) wird mit dem Abgaskrümmer 48 stromaufwärts des Katalysators 70 verbunden gezeigt. Alternativ kann eine unbeheizte Abgassonde mit zwei Zuständen an Stelle der UEGO-Sonde 76 treten. Eine Abgassonde mit zwei Zuständen 98 wird mit der Abgasleitung 49 stromabwärts des Katalysators 70 verbunden gezeigt. Alternativ kann die Sonde 98 auch eine UEGO-Sonde sein. Die Katalysatortemperatur wird durch einen Temperatursensor 77 gemessen und/oder anhand Betriebsbedingungen wie Motordrehzahl, Last, Lufttemperatur, Motortemperatur und/oder Luftdurchsatz oder Kombinationen derselben geschätzt.
Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel mehrere Katalysator-Bricks aufweisen. In einem anderen Beispiel können mehrere Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen, jeweils mit mehreren Bricks, verwendet werden. Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel ein Dreiwegekatalysator sein. Alternativ kann der Katalysator ein NOx-Speicher, Kohlenwasserstoffspeicher, Oxidationskatalysator oder ein selektiver Oxidationskatalysator sein.
Das Steuergerät 12 wird in 1 als herkömmlicher Mikrocomputer gezeigt, welcher aufweist: einen Mikroprozessor 102, Input/Output-Ports 104 sowie einen Festspeicher 106, einen Arbeitsspeicher 108, einen batteriestromgestützten Speicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus. Das Steuergerät 12 wird gezeigt, wie es verschiedene Signale von mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren zusätzlich zu den bereits erläuterten Signalen empfängt, einschließlich:

Motorkühlwassertemperatur (ECT) von einem mit einem Kühlmantel 114 verbundenen Temperatursensor 112; ein mit einem Gaspedal verbundener Stellungssensor 119; eine Messung des Motorsaugrohrdrucks (MAP) von einem mit dem Ansaugkrümmer 44 verbundenen Druckfühler 122; eine Messung (ACT) der Ladelufttemperatur des Motors oder einer Krümmertemperatur von einem Temperaturfühler 117; und ein Motorpositionssensor von einem Hallgeber 118, der die Position der Kurbelwelle 40 erfasst. In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Motorpositionssensor 118 eine vorbestimmte Anzahl gleichmäßig beabstandeter Impulse pro Umdrehung der Kurbelwelle, woraus die Motordrehzahl (U/min) ermittelt werden kann.

Unter Bezug nun auf 2a werden veranschaulichende Ventilereignisprofile 201 und 200 für jeweilige Ein- und Auslassventile eines variablen Ventiltriebs gezeigt. Die x-Achse stellt den Kurbelwellenwinkel über einem Teil eines Viertaktzylinderzyklus dar. Die Kurbelwellenwinkelmarkierungen beziehen sich auf den oberen Totpunkt (OT, 0°) auf dem dargestellten Zylinder. Die y-Achse zeigt den Ventilhub der Ein- und Auslassventile an. Die Ein- und Auslassventilhubprofile veranschaulichen den Betrag des Ein- oder Auslassventilhubs bei einer bestimmten Kurbelwellenposition. Die Figur zeigt, dass verschiedene Einlassventilhubbeträge bei verschiedenen Ventilaktorbetriebspositionen verwirklicht werden können. Ein hohes Hubeinlassprofil wird durch die Kurve 201 dargestellt. Ferner kann diese Ausgestaltung eine Position mit null Hub umfassen, wodurch ein Ventilöffnen unterbunden werden kann. Durch Einstellen des Ventilhubs kann die angesaugte Zylinderluftmenge bei einer vorgegebenen Motorbetriebsbedingung verändert werden. Daher kann das Motordrehmoment durch Einstellen des Ventilhubs und/oder der Ventilphase geregelt werden.
In einer anderen Ausführung kann das Auslassventil ebenfalls ein Mittel für eine variable Betätigung aufweisen. Bei dieser Konfiguration kann das Auslassprofil ähnlich dem gezeigten Einlassprofil sein. Alternativ kann ein einstellbares Auslassventilprofil so ausgelegt werden, dass es sich von dem Einlassventileinstellprofil unterscheidet.
Unter Bezug auf 2b werden veranschaulichende Ventilereignisprofile 204 und 203 für jeweilige Ein- und Auslassventile eines anderen variablen Ventiltriebs gezeigt, der einen minimalen Ventilhub und Ventilphasensteuerung hat. Diese graphische Darstellung ähnelt der von 2a, doch wird ein minimales Hubprofil 205 in einer zweiten Phasenposition 206 gezeigt. In einem Beispiel, bei dem eine Ventilaktorvorrichtung mit einem mindestens minimalen Hubbetrag arbeiten muss, können niedrige Mengen an Zylinderluftfüllung durch Phasensteuern des minimalen Ventilhubprofils, so dass der Spitzenventilhub nahe dem OT 206 ist, verwirklicht werden. Die Zylinderluftmenge kann mit anderen Worten durch Bewegen der Einlassventilöffnungs- (IVO, engl. Intake Valve Opening) und/oder Schließposition (IVC, engl. Intake Valve Closing) eingestellt werden. Ferner kann der Betrag der Ein- und Auslassventilüberschneidung ebenfalls durch Einstellen der Ein- und/oder Auslassventilphase geregelt werden, um die Luftmenge, die durch einen Zylinder gepumpt werden kann, weiter zu verringern. Ventilphaseneinstellmechanismen ohne Hubsteuerung können eine einfachere Aktorauslegung zur Verringerung der Ansaugluftmenge auf einen Wert, der dem Ventiltrieb mit null Hub nahe kommt, ermöglichen.
Zur Steigerung oder Senkung der Menge von Zylinderansaugluft können Ventilhub und/oder Ventilphase einzeln oder gleichzeitig eingestellt werden. Ferner kann die Ventilbetriebsstrategie zum Beispiel auf den jeweiligen Ventillaufzeiten und/oder dem Bereich der Phasenautorität beruhen.
Unter Bezug auf 3a wird eine beispielhafte graphische Darstellung von Zylinderluftströmung kontra Ventilhub bei konstanten Motorbetriebsbedingungen gezeigt. Die Darstellung veranschaulicht die Beziehung zwischen Ventilhub und Zylinderluftströmung bei einem Ventilaktor, der den Ventilhub von null Hub zu einem höheren Hubbetrag verändern kann. Die x-Achse der Darstellung stellt einen Ventilhubbetrag dar, während die y-Achse die Strömgeschwindigkeit in den Zylinder darstellt. Die Figur zeigt Linie 301, die eine lineare Beziehung zwischen dem Ventilhub und dem Strömen in einen Zylinder veranschaulicht. Die Hub-/Strömbeziehung kann sich aber aufgrund der Einlassventil-/Kanalgeometrie und des Druckverhältnisses zwischen dem Ansaugkrümmer und dem Zylinder ändern. Diese graphische Darstellung zeigt, dass die Zylinderluftströmung auf Null gesenkt werden kann, und veranschaulicht, dass die zu einem Katalysator während des Motorstarts oder Motorabstellens gepumpte Sauerstoffmenge durch Einstellen des Ventilhubs reduziert werden kann.
Unter Bezug auf 3b wird eine andere beispielhafte graphische Darstellung von Zylinderluftströmung kontra Ventilhub bei konstanten Motorbetriebsbedingungen gezeigt. Ähnlich wie bei 3a stellt die x-Achse den Ventilhubbetrag dar, während die y-Achse die Zylinderluftströmung darstellt. Eine andere Aktorauslegung kann dieses Profil von Luftströmung kontra Hub erzeugen, wenn sie auf einen minimalen Ventilhub beschränkt ist und ein Phasensteuern (Bewegen) des Öffnens und Schließens des Einlassventils zulässt. Das Verändern des Ventilhubs bei einer festen Ventilphase kann eine schräge Linie ähnlich Linie 305 erzeugen. Wenn die Ventilaktorphaseneinstellung das Strömen durch den Zylinder beschränken kann, können die Zylinderströmeigenschaften von Linie 305 zu Linie 303 wechseln, so dass das Zylinderströmen verringert wird, wenn ein minimaler Ventilhubwert erreicht ist. Andererseits kann es möglich sein, dass das Einstellen der Ventilphase das Strömen durch den Zylinder auf einen nahezu konstanten Betrag senkt, wie durch Linie 302 gezeigt wird. Durch Ändern der Ventilphase im Verhältnis zur Kurbelwellenposition kann die Zylinderluftströmung von Linie 305 zu Linie 302 gesenkt werden, da die Ventilöffnungs- und Ventilschließpositionen die Ansaugluftmenge bestimmen können. Diese graphische Darstellung zeigt, dass der Ventilhub in Verbindung mit der Ventilphase als alternatives Verfahren zum Senken von Zylinderluftströmung während des Abstellens und Startens des Motors verwendet werden kann.
Unter Bezug auf 4 wird eine beispielhafte graphische Darstellung von Signalen, die während eines simulierten Abstellens und/oder Startens eines Motors von Interesse sein können, gezeigt. Ein Motorstart kann einen Anlasszeitraum (siehe 5), eine unterstützte nahezu konstante Motordrehzahlanstiegsrate aus einem abgestellten Zustand (siehe 4(b)) oder einen zylinderausgelösten Direktstart umfassen. Ein Startintervall kann auf vielerlei Weise definiert werden, darunter: ein Zeitraum zwischen dem Punkt, da die Motordrehung einsetzt, und dem Zeitpunkt, da die Motordrehzahl eine vorbestimmte Drehzahl erreicht (z.B. Leerlaufdrehzahl); ein Zeitraum zwischen dem Punkt, da die Motordrehung einsetzt, und dem Zeitpunkt, da die Motordrehzahl unter der Leistung des Motors eine vorbestimmte Drehzahl erreicht; ein Zeitraum zwischen dem Punkt, die die Motordrehung einsetzt, und dem Zeitpunkt, da die Motordrehzahl eine vorbestimmte Drehzahl um eine vorbestimmte Anzahl durchlaufen hat; oder ein Zeitraum zwischen dem Punkt, da die Motordrehung einsetzt, und dem Zeitpunkt, da die Motordrehzahl über einen vorbestimmten Zeitraum eine vorbestimmte Drehzahl erreicht hat.
Kurve (a) stellt ein beispielhaftes Motorabstellforderungssignal dar. Dieses Signal kann durch einen Bediener, der einen Schalter betätigt, oder automatisch durch ein Steuergerät, das die Fahrzeugbetriebsbedingungen überwacht und ermittelt, wann der Motor abgestellt und/oder gestartet werden soll, zum Beispiel ein Hybridantriebsstrangsteuergerät, erzeugt werden. Der hohe Anteil des Signals stellt eine Befehl bzw. eine Forderung dar, den Motor abzustellen, während der niedrige Signalanteil eine Forderung zum Starten des Motors oder zum Fortsetzen des Betriebs des Motors darstellt. Die Zeitsteuerung der Motorabstellforderung im Verhältnis zu den anderen Signalen von 4 wird durch die vertikalen Linien T₁ und T₄ dargestellt.
Kurve (b) veranschaulicht eine beispielhafte Motordrehzahltrajektorie während einer Forderung zum Abstellen und Starten eines Motors. Bei manchen Hybridfahrzeugkonfigurationen kann die Motordrehzahl des Fahrzeugs mit Hilfe des sekundären Motors oder unabhängig von der sekundären Antriebsmaschine (z.B. einen elektrischen oder hydraulischen Motor) gesteuert werden. Die U.S. Patente US 6 176 808 B1 und US 6 364 807 B1 beschreiben einen Hybridantriebsstrang, der zur Steuerung der Motordrehzahl eines Fahrzeugs mittels eines sekundären Motors und einer unabhängigen Fahrzeugmotor- und Motodrehzahlsteuerung fähig sein kann. Diese Fahrzeugmotordrehzahltrajektorie stellt eine von mehreren Trajektorien dar, die durch Steuern der Fahrzeugmotordrehzahl in einem Hybridantriebsstrang möglich sein können. In einem Beispiel können ein elektrischer Motor und ein Getriebe zur Steuerung der Fahrzeugmotordrehzahl während des Abstellens und Startens verwendet werden. Ferner können der Ventilhub und die Ventilphase bezüglich der Motorposition und Drehzahl so gesteuert werden, dass die Ansaugluftmenge geregelt werden kann. In der Figur werden die Motorabbremsung und -beschleunigung während der jeweiligen Start- und Abstellsequenzen gesteuert. Die Motordrehzahl und die Ventilsteuerung können gleichzeitig eingestellt werden, um eine erwünschte Zylinderluftmenge zu liefern.
Kurve (c) zeigt drei beispielhafte Zylinderluftmengen über einer Reihe von Verbrennungsvorgängen während des Startens und Abstellens des Motors. Während des Abstellens des Motors kann ein mechanischer Ventiltrieb mit festem Nocken ähnlich wie durch Linie 402 beschrieben Luft einlassen. Da die Ventilsteuerung fest ist, kann die Zylinderluftströmung zum großen Teil eine Funktion der Motordrehzahl sein. Die durch diese Linie beschriebene Zylinderluftströmung ist die höchste der drei Beispiele. Die Zylinderluftströmung unter Verwendung eines mechanischen Ventiltriebs mit festem Nocken während eines Starts kann durch das Liniensegment 409 beschrieben werden. 4 zeigt die Motorabstellforderung bei einem niedrigen Wert T₄, der den Start und Betrieb des Motors anzeigt, sowie die Motordrehzahlsteigerung nach Rücknahme der Motorabstellforderung. Die Zylinder- und Motorluftströmung steigt bei steigender Motordrehzahl an. Wenn die Zylinderluftströmung zunimmt, während die Verbrennung unterbunden wird, kann durch den Motor gepumpter Sauerstoff die Katalysatorstellen kühlen und/oder besetzen, die zur Reduzierung von NOx verwendet werden können. Folglich kann die Leistungsfähigkeit des Katalysators verringert werden. Wenn dagegen die Verbrennung bei niedrigen Zylinderluftströmungen eingeleitet wird, kann es zu Fehlzündungen kommen. Daher kann es während eines Starts wünschenswert sein, die Zylinderluftströmung zu beschränken und die Verbrennung zu unterbinden, bis ein erwünschtes Maß an Verbrennungsstabilität erreicht werden kann.
Linie 403 beschreibt ein Beispiel einer Zylinderluftströmungssteuerung mit Hilfe eines variablen Ventilsteuerungsmechanismus, der durch eine bestimmte Hubamplitude und/oder durch Phasensteuerungsbeschränkungen beschränkt werden kann. Zum Beispiel kann ein Ventilaktor während eines Ansaugtakts auf 1 mm Ventilhub beschränkt werden. Ein anderer Ventilaktor kann dagegen auf einen bestimmten Ventilphasenbetrag bei einem konstanten Hubbetrag beschränkt werden. Das durch die vierte Kurve (d) beschriebene Signal zur Steuerung des Ventilaktorhub/- phasenbetrags zeigt eine beispielhafte Trajektorie zum Verringern der Zylinderluftströmung während eines Motorabstellens. Nach einer Forderung, den Motor abzustellen, können der Ventilhub und/oder die Ventilphase eingestellt werden, um die Zylinderluftströmung wie in der Kurve (d) gezeigt zu reduzieren. Die Wirkung der Motordrehzahl und des Ventilhubs/der Ventilphase auf die Zylinderluftströmung sind in Linie 403 ersichtlich, die zwei ausgeprägte Segmente zeigt, die die Luftströmung während eines Motorabstellens beschreiben können. Das erste Segment nach einer Forderung, den Motor abzustellen, beschreibt die Wirkung der Motordrehzahlsenkung und der Ventileinstellungen. Das zweite ausgeprägte Liniensegment ergibt sich, nachdem der Ventilhub/die Ventilphase, die durch die Kurve (d) beschrieben werden, beendet sind (d.h. bei einem reduzierten Hub und/oder einem geänderten Phasenbetrag). Dieses Liniensegment zeigt, dass die Ventilaktorhub- und/oder Phasenbeschränkungen die Motorluftströmung durch den Motor nicht vollständig abstellen können, während der Motor dreht, sondern dass Zylinderluftströmung verglichen mit einem mechanischen Ventiltrieb mit fester Zeitsteuerung reduziert werden kann.
Während des Motorstarts kann ein Ventilaktor mit Hub-/Phasenbeschränkung so gesteuert werden, dass der Aktor von einer Teil- oder Minimalströmungsposition zu einer anderen Teil- oder Vollströmungsposition geschaltet werden kann. Durch Halten des Aktors bei einer minimalen Strömungsposition kann die Luftströmung durch den Motor während eines Starts reduziert werden. Die Linie 410 zeigt zum Beispiel eine mögliche Luftströmungsreduzierungsstrategie während des Startens. Die Zylinderluftströmung kann reduziert werden, während die Motordrehzahl unter einem Ziel- oder Sollwert liegt, und wird dann auf einen Teil- oder Vollbetrag des Aktorbereichs angehoben, wenn die Motordrehzahl sich einer Zieldrehzahl nähert, zum Beispiel der Leerlaufdrehzahl. Diese Strategie kann zu einer Zylinderluftströmung führen, die durch die zweisegmentige Linie 410 dargestellt werden kann.
Die Zylinderluftströmung für einen Ventilaktor, der die Zylinderluftströmung während eines Motorabstellens auf nahe Null reduzieren kann, kann durch Linie 401 beschrieben werden. Diese Linie zeigt einen Motorluftströmungsbetrag, der eine Funktion der Motordrehzahl und des Ventilhubs und/oder der Ventilphase sein kann.
Wenn der Aktor die in der Kurve (d) gezeigte Minimalposition erreicht, wird die Motorluftströmung auf oder nahe Null reduziert. Linie 401 veranschaulicht, dass es möglich sein kann, die Zylinderluftmenge auf einen Wert zu senken, der unter dem durch Linie 402 (Ventiltrieb mit festem Nocken) und Linie 403 (Ventilaktor mit beschränktem Bereich) beschriebenen Wert liegt.
Das Motorstarten kann durch Zulassen von wenig oder keiner Luftströmung durch einen Motor während des Startens weiter verbessert werden. Wie vorstehend beschrieben kann Luftströmung durch einen Motor während des Startens die Katalysatorleistungsfähigkeit verringern. Linie 408 veranschaulicht das Ergebnis einer Strategie zur Steuerung der Motorluftströmungsmenge, die zur Verringerung der Sauerstoffmenge eingesetzt werden kann, die während des Startens zu einem Katalysator gepumpt werden kann. Im Einzelnen kann die Luftströmung bis zu einer Soll- oder Zielmotordrehzahl beschränkt werden. Dann kann die Luftströmung erhöht werden, bis ein erwünschter Motor- oder Zylinderluftströmungsbetrag erreicht ist.
Kurve (d) veranschaulicht ein Beispiel einer Ventilhubtrajektorie, die zum Regeln der Motor- und/oder Zylinderluftströmung verwendet werden kann. In diesem Beispiel wird der Ventilhubbefehl von einem Anfangswert bei T₁ auf einen Wert bei T₃ reduziert. Alternativ kann die Hubreduzierung zu einem Zeitpunkt vor oder nach dem Zeitpunkt der Motorabstellforderung beginnen. D.h. das Motorabstellen kann bei Bedarf bis zum Erreichen einer vorbestimmten Ventilhubeinstellung verzögert werden. Ferner muss der Ventilhub- und/oder Ventilphasenbetrag nicht linear zu einer reduzierten Position fallen. Vielmehr kann die Hubsenkung und/oder die Phaseneinstellung eine Stufe oder ein stufenweiser Übergang, ein exponentiell abfallender Übergang oder ein Übergang sein, der eine Kombination der vorstehend erwähnten Verfahren ist.
Wie vorstehend erwähnt kann das Steigern des Ventilhubs während eines Motoranlassens verzögert werden, um die Motorluftströmung zu reduzieren. Der durch 4 veranschaulichte Motorstart verzögert die Ventilhubeinstellung für den Zeitraum zwischen T₄ und T₅ und beendet die Einstellung bis zu T₇, wo die erwünschte Motordrehzahl erreicht ist. In diesem Beispiel kann die Verzögerungszeit vor Ventilhubeinstellung (T₅-T₄) aus der Zeitdauer ermittelt werden, die zum Beschleunigen des Motors aus einem Abstellzustand zu der erwünschten Startdrehzahl (T₄ zu T₇) erforderlich ist, minus der Zeit, die zum Bewegen des Ventilhubaktors erforderlich ist. Ähnlich zu der Abstellsequenz muss der Ventilhubbetrag während eines Startens nicht linear zu einem höheren Hubbetrag steigen. Der Hub kann eine Stufe oder ein stufenweiser Übergang, ein exponentiell ansteigender Übergang oder ein Übergang sein, der eine Kombination der vorstehend erwähnten Verfahren ist.
Wie vorstehend beschrieben kann es abhängig von der Ventilaktorauslegung auch möglich sein, die Ventilsteuerung so einzustellen, dass Motor- und Zylinderluftströmung gesteuert werden. Die Ventilphase kann in einer Weise eingestellt werden, die ähnlich zu der durch Kurve (d) dargestellten ist. Die Ventilsteuerung kann aber vor- oder nachverstellt werden, um den Betrag der Motorluftströmung abhängig von der Basisventilzeitsteuerung und dem Phasenautoritätsbereich zu reduzieren.
Kurve (e) zeigt ein Beispiel einer Kraftstoffzufuhrsteuerung während des Abstellens und Startens eines Motors. Das Strömen von Kraftstoff wird bei T₂ gestoppt, einem Ort, der mit einer Motor- oder Zylinderluftmenge übereinstimmen kann, der eine untere Grenze der für ein erwünschtes Maß an Verbrennungsstabilität erforderlichen Luft angibt. D.h. der Kraftstoffzulauf kann gestoppt werden, wenn die Verbrennungsstabilität wahrscheinlich unter einem erwünschten Maß liegt, wodurch Fehlzündungen reduziert werden. In diesem Beispiel kann der Kraftstoff bei einer an der Position 405 angegebenen Zylinderluftmenge für einen Ventiltrieb, der die Zylinderluftströmung auf nahe Null reduzieren kann, an der Position 406 für einen Ventiltrieb, der zu einer beschränkten Zylinderluftströmungsreduzierung fähig ist, und an der Position 407 für einen Ventiltrieb, der mit Hilfe eines festen Nockens mechanisch betätigte Ventile aufweist, unterbrochen werden.
Die Kraftstoffsteuerung während eines Startens wird ferner in Kurve (e) gezeigt. Der Kraftstoff kann bei T₆ freigegeben werden, wo eine Zunahme des Ventilhubs einem Zylinder das Einlassen einer Luftmenge ermöglichen kann, die ein erwünschtes Maß an Verbrennungsstabilität erzeugen kann. Das Verzögern von Kraftstoff, bis ein Verbrennungsstabilitätswert erreichbar sein kann, kann Motoremissionen und Fahrerbeeinträchtigungen mindern, da die Anzahl an Zylinderfehlzündungen verringert werden kann. In diesem Beispiel kann der Kraftstoff während eines Starts für eine an Position 412 angegebene Zylinderluftmenge für einen Ventiltrieb, der die Zylinderluftströmung auf nahe Null reduzieren kann, an der Position 411 für einen Ventiltrieb, der zu einer beschränkten Zylinderluftströmungsreduzierung fähig ist, und an der Position 413 für einen Ventiltrieb, der mit Hilfe eines festen Nockens mechanisch betätigte Ventile aufweist, verzögert werden.
Ein anderes Verfahren zum Starten eines variablen Ventiltriebs kann das Erhöhen der Motordrehzahl von einem Abstellzustand zu einer vorbestimmten Drehzahl (z.B. einer Leerlaufdrehzahl) sein, während der Ventilhub bzw. die Ventilphase auf einen reduzierten Betrag gestellt wird und während der Zulauf von Kraftstoff unterbrochen ist. Bei oder nahe der erwünschten Motordrehzahl kann der Zulauf von Kraftstoff aktiviert und der Ventilhub angehoben bzw. die Ventilphase eingestellt werden, so dass die Verbrennung in einem oder in mehreren Zylindern eingeleitet wird. Bei einem Motorabstellen kann mit anderen Worten der Ventilhub anfänglich auf Null oder auf einen Teilhubbetrag gestellt werden, wenn der Motor eine vorbestimmte Drehzahl erreicht, kann der Ventilhub auf einen höheren Teilhubbetrag oder auf einen vollen Hubbetrag gesetzt werden. Auf diese Weise können Ein- und/oder Auslassventile gesteuert werden, doch kann das Motorstarten schwieriger sein, wenn das Strömen durch Auslassventile reduziert ist, da in dem Zylindergemisch mehr Abgasreste enthalten sein können. Auf diese Weise kann die Ventilsteuerung das Strömen von Sauerstoff zu einem Abgaskatalysator reduzieren oder unterbinden, so dass die Leistungsfähigkeit des Katalysators erhöht werden kann.
Hinweis: Ein Hybridantriebsstrang kann zwei oder mehr mögliche Drehmomentabgabevorrichtungen aufweisen und wird hiermit als Kombination aus einem Verbrennungsmotor mit einem sekundären Antriebssystem definiert. Zum Beispiel kann ein Hybridantriebsstrang eine Kombination aus einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor, einem Verbrennungsmotor und einer Hydraulik, einem Verbrennungsmotor und einem pneumatischen Antriebssystem, einem Verbrennungsmotor und einer oder mehreren Energie speichernden Schwungscheiben und verschiedene Kombinationen der zuvor erwähnten Systeme umfassen. Ferner ist es während eines Motorabstellens nicht erforderlich, dass der Ventilhub/die Ventilphase von einem maximalen zu einem minimalen Ventilhub verstellt wird. Der Ventilhub kann mit anderen Worten während der Abstellsequenz von einem ersten Hubbetrag zu einem zweiten Hubbetrag reduziert werden. Weiterhin kann die Wirkung, die die Einstellung des Ventilhub-/Ventilphasenbetrags auf die Motorluftströmung hat, von Motordrehzahl, Ventilgeometrie und anfänglichem und/oder endgültigem Hubbetrag abhängen. Analog ist es während eines Motorstartens nicht erforderlich, den Ventilhubbetrag von einem minimalen Betrag zu einem maximalen Betrag anzuheben. Der Ventilhub kann von einem ersten Betrag zu einem zweiten Betrag angehoben werden. Ferner kann der Ventilhub und/oder die Ventilphase der Auslassventile auch während einer Motorabstellsequenz eingestellt werden, doch kann es bevorzugt sein, den Auslassventilhub zu reduzieren, nachdem sich die Motordrehzahl bei oder nahe Null befindet, da das Vermindern des Auslassventilhubs die Verbrennungsrückstände erhöhen und die Verbrennungsstabilität mindern kann.
Unter Bezug auf 5 wird eine beispielhafte Sequenz, die eine andere Simulation eines Motorabstellens und -startens veranschaulicht, gezeigt. Die Signale und Kurven sind ähnlich zu den in den 4 gezeigten. 5 aber veranschaulicht ein anderes Motorstartverfahren. Insbesondere wird ein Motorstarten mit Unterstützung eines herkömmlichen Anlassers gezeigt.
Kurve (a) zeigt ein beispielhaftes Motorabstellforderungssignal. Wie vorstehend erwähnt kann die Forderung zum Abstellen auf vielerlei Weise erzeugt werden, einschließlich durch einen Fahrer oder durch ein Hybridantriebsstrangsteuergerät.
Kurve (b) zeigt die Motordrehzahl während eines Abstellens und eines Startens. Die Motorabstellsequenz ist die gleiche wie in 4, doch ist in diesem Beispiel keine Motordrehzahlsteuerung durch einen sekundären Motor (z.B. einen Elektro- oder Hydraulikmotor) vorgesehen.
Die Motorstartdrehzahl wird auf der rechten Seite der Kurve (b) gezeigt. Die Figur zeigt das Ansteigen und Stabilisieren der Motordrehzahl mittels eines Anlassers auf eine Anlassdrehzahl (d.h. den Anlasszeitraum). Das Anlassen erfolgt in etwa während des Zeitraums zwischen T₄ und T₆. Nach Einleiten von Kraftstoff an Position T₆ beginnt die Motordrehzahl aus der resultierenden Verbrennung im Zylinder anzusteigen. Nach einem Hochfahren (d.h. dem Intervall zwischen der Motoranlassdrehzahl und der Motorleerlaufdrehzahl, wo der Motor beschleunigt) stabilisiert sich die Motordrehzahl bei einem vorbestimmten Wert, zum Beispiel der Leerlaufdrehzahl. Es ist aber nicht erforderlich, dass die Motordrehzahl bei der Leerlaufdrehzahl bleibt, die Motordrehzahl kann sich nach dem Hochfahrzeitraum als Reaktion auf eine Fahrerforderung ändern.
Kurve (c) zeigt eine Zylinderluftströmung über eine Reihe von Verbrennungsvorgängen während des Startens und Abstellens eines Motors. Zylinderluftströmungslinien 501, 502 und 503 zeigen Zylinderluftströmungen für einen Ventiltrieb, der das Strömen auf oder nahe Null reduzieren kann, einen mechanisch angetriebenen Ventiltrieb mit festem Nocken bzw. einen Ventiltriebaktor mit einem beschränkten Autoritätsbereich. Der Zulauf von Kraftstoff wird bei einer Zylinderluftmenge abgestellt, die durch die jeweiligen Zylinderluftströmungskurven an den Positionen 505, 507 und 506 wiedergegeben wird.
Ähnlich zu der durch 4 veranschaulichten Sequenz kann die Motorluftmenge während einer Abstellsequenz gesenkt werden, so dass verbrannte Gase weiter einen Katalysator heizen und ihm Abgase liefern. Die verbrannten Gase strömen zu dem Katalysator, bis ein erwünschter vorbestimmter Verbrennungsstabilitätswert nicht erreicht werden kann. Ferner kann das Luftströmen reduziert werden, bis ein niedriger Hub oder eine erwünschte Ventilphase erreicht ist.
Bei Starten mit einem Anlassverfahren mittels Anlasser kann die Zylinderluftmenge für jeweilige Ventiltriebe durch die Linien 508, 509 und 510 veranschaulicht werden. Die Zylinderluftströmung für einen Ventiltrieb mit mechanisch betätigten Ventilen mit festem Nocken entspricht der Linie 509, ein Ventiltriebaktor mit beschränktem Autoritätsbereich kann durch Linie 510 dargestellt werden und ein Ventiltriebaktor, der für eine Zylinderluftströmung auf oder nahe Null geeignet ist, kann durch Linie 508 wiedergegeben werden. Der Zulauf von Kraftstoff wird bei einer Zylinderluftmenge gestartet, die durch die jeweiligen Zylinderluftströmungskurven an den Positionen 513, 512 und 511 wiedergegeben wird.
Kurve (d) veranschaulicht einen beispielhaften Betrag eines Hubs und/oder einer Phase eines Ventilaktors während des Abstellens und Startens eines Motors. Eine Zylinderluftströmungsreduzierung durch Einstellen eines Ventilaktors beginnt bei T₁, gleichzeitig mit der Motorabstellforderung, und endet bei T₃.
Auf der rechten Seite der Kurve (d) wird die Ventilaktoreinstellung während eines Startens gezeigt. In diesem Beispiel wird die Ventileinstellung über einen Zeitraum nach der Rücknahme der Forderung, den Motor abzustellen, verzögert. Die Dauer des Verzögerungszeitraums kann null sein oder sie kann eine Funktion der Zeit zum Erkennen der Motorposition, der Motorposition beim Starten, der Zeit zum Druckbeaufschlagen der Kraftstoffzufuhranlage, der Motortemperatur oder zum Beispiel einer anderen Motor- oder Fahrzeugbetriebsbedingung sein.
Kurve (e) von 5 veranschaulicht die Zeitsteuerung zum Zulassen des Zulaufs von Kraftstoff während des Abstellens und Startens eines Motors. Während dieser beispielhaften Motorabstellsequenz wird Kraftstoff an Position T₂ abgestellt, was einer Zylinderluftfüllung bei Position 505 der Kurve entspricht, die ein Verfahren zum Steuern eines Ventilaktors wiedergibt, der für null oder nahezu null Zylinderluftströmung geeignet ist. Die Positionen 506 und 507 stellen Luftfüllungsmengen dar, die gleichwertig zu Position 505 sind, wobei verschiedene Ventilbetätigungsverfahren verwendet werden, doch kann die zum Erreichen dieser Zylinderluftfüllungswerte erforderliche Zeit länger sein, da die Zylinderluftmenge bei einer langsameren Geschwindigkeit reduziert wird. Folglich kann in anderen Beispielen das Deaktivieren des Zulaufs von Kraftstoff um den Zeitbetrag verzögert sein, der zum Erreichen der Zylinderluftmenge erforderlich sein kann, die einen erwünschten Verbrennungsstabilitätswert darstellt. Dieses Verfahren kann zum Senken des Motordrehmoments genutzt werden, während dem Katalysator ein verbranntes Gemisch geliefert wird, und kann die Luftmenge reduzieren, die während eines Motorabstellens zu dem Katalysator gepumpt werden kann.
Das Freigeben des Zulaufs von Kraftstoff während eines Starts wird durch die rechte Seite von Kurve (e) gezeigt. An Position T₆ wird Kraftstoff zugeschaltet, diese Position entspricht der Zylinderluftmenge 512, die einen erwünschten Verbrennungsstabilitätswert liefern kann. Die Zylinderluftmengen an den Stellen 513 und 511 haben den gleichen Wert wie die Zylinderluftmenge an Position 512, doch werden die Zylinderluftfüllungswerte vor dem Zeitpunkt erreicht, da die Zylinderluftfüllung an Position 512 verwirklicht wird. Während des Anlassens und Hochfahrens kann mit anderen Worten mehr Luft durch einen Motor mit einem mechanisch betätigten Ventiltrieb mit festem Nocken oder durch einen verstellbaren Ventiltrieb mit beschränktem Bereich strömen als durch einen Ventilaktor, der für null oder praktisch null Zylinderluftströmung geeignet ist. Das Reduzieren der Luftströmung durch den Motor während des Anlassens und Hochfahrens kann die Motoremissionen mindern. Kraftstoff kann zum Beispiel während eines Startens verzögert werden, so dass das Motorsteuergerät Zeit hat, die Motorposition zu ermitteln und eine Kraftstoffmenge zu einem ausgewählten Zylinder zu liefern. Durch Verzögern des Zulaufs von Kraftstoff während eines Starts können aber manche Zylinder Luft durch den Motor pumpen, wodurch der Katalysator gekühlt und/oder mit Sauerstoff angereichert wird, wodurch die Leistungsfähigkeit des Katalysators während des folgenden Neustarts möglicherweise reduziert wird.
Unter Bezug auf 6 wird ein Flussdiagramm einer beispielhaften Motorabstellsequenz für einen Motor mit variablem Ventiltrieb gezeigt. Während eines Motorabschaltens (d.h. einer Motorabstellfolge) werden manche Motoren durch umgehendes Unterbinden der Versorgung der Motorzylinder mit Kraftstoff und Zündfunken abgestellt. Nach Unterbinden der Kraftstoffzufuhr kann der Motor weiter drehen, während die Motordrehzahl sinkt. Folglich kann Luft, die nicht an der Verbrennung beteiligt war, von dem Ansaugkrümmer zu der Abgasanlage und durch einen Katalysator gepumpt werden. Dies kann die Motoremissionen erhöhen, wenn der Motor neu gestartet wird, da die Luft den Katalysator kühlen kann und/oder der Sauerstoff in der Luft Katalysatorstellen besetzen kann, die ansonsten zur Reduzierung von NOx verwendet werden könnten.
Bei Schritt 601 ermittelt die Routine, ob eine Forderung zum Abstellen des Motors erfolgt ist. Wurde keine Forderung zum Abstellen des Motors gemacht, endet die Routine. Die Routine von 6 kann bei vorbestimmten Zeitpunkten oder als Reaktion auf ein Motor- oder Steuergerätbetriebsereignis wiederholt ausgeführt werden, so dass Ventileinstellungen problemlos vorgenommen werden können. Nach Erfolgen einer Forderung geht die Routine weiter zu Schritt 602.
Bei Schritt 602 kann die Motordrehzahl reduziert werden und auch die Zylinderluftströmung kann durch Einstellen eines Ventilaktormechanismus reduziert werden. In einer Ausführung können der Ventilhub und die Kraftstoffmenge so eingestellt werden, dass die Zylinderfüllungsmasse reduziert wird, wodurch das verfügbare Zylinderdrehmoment reduziert wird. In einer anderen Ausführung können die Ventilphase (d.h. die Ventilöffnungs- und/oder Ventilschließpositionen im Verhältnis zu einer Kurbelwellenposition) sowie der Kraftstoff so eingestellt werden, dass die Zylinderfüllungsmasse reduziert wird. In einer noch anderen Ausführung können Ventilhub, Ventilphase und Kraftstoffmenge so eingestellt werden, dass die Zylinderfüllungsmasse reduziert wird. Die Einstellungen von Ventilhub und Ventilphase können gleichzeitig oder nacheinander vorgenommen werden. Die Kraftstoffeinstellung kann proportional zur Einstellung der Zylinderluftmenge erfolgen oder kann eine Funktion von Motorbetriebsbedingungen sein, wie zum Beispiel Motortemperatur und Zeit seit Starten.
Es können eine Reihe verschiedener Verfahren zum Einstellen des Ventilaktors verwendet werden (z.B. Ventilhub und/oder Ventilöffnungs- und/oder Ventilschließphase), so dass die Zylinderluftfüllung und/oder das Motordrehmoment während eines Motorabstellens gesenkt werden können. In einer Ausführung kann der Ventilhub von einer hohen Hubposition um eine vorbestimmte Rate, zum Beispiel 0,05 mm/s oder 0,05 mm/Verbrennungsereignis, reduziert werden. In einer anderen Ausführung können die Ventilöffnungs- und Ventilschließpositionen zum Beispiel um 100 Kurbelwellenwinkelgrad pro Sekunde vor- oder nachverstellt werden, so dass die angesaugte Luftfüllung gesenkt werden kann. In einer noch anderen Ausführung kann der Ventilhub oder die Ventilphase als weitere Reaktion auf zum Beispiel Motorbetriebsbedingungen, Luftdruck und/oder erwünschtes Drehmoment verstellt werden.
In einem Beispiel können Einlassventilsteuerung und Einlassventilhub verstellt werden, während die Auslassventilsteuerung fest sein kann, so dass die Öffnungs- und Schließpositionen des Auslassventils bekannt sind. In diesem Beispiel und in anderen Beispielen kann das in der U.S. Patentanmeldung US 2005 / 0 205 063 A1 beschriebene Verfahren zum Ermitteln der Zylinderluftmenge nach einer Forderung zum Abstellen eines Motors eingesetzt werden, und die Anmeldung wird hiermit durch Erwähnung in ihrer Gesamtheit Bestandteil dieser Anmeldung. Einzelne Zylinderluftmengen können aus Zylinderdruck ermittelt werden, der durch folgende Gleichung zu den Motordrehmomenten in Beziehung gesetzt werden kann: $I M E P_{c y l} (b a r) = (\frac{Γ_{b r a k e} - (Γ_{f r i c t i o n_t o t a l} + Γ_{p u m p i n g_t o t a l} + Γ_{a c c e s s o r i e s_t o t a l})}{N u m_c y l_{A c t}}) * \frac{4 π}{V_{D}} * \frac{(1 * 10^{- 5} b a r)}{N / m^{2}} \cdot S P K T R$
Hierbei ist IMEP_cyl der indizierte mittlere Arbeitsdruck des Zylinders, Г_brake ist das Motorbremsmoment, Г_{friction_total} ist das gesamte Motorreibungsmoment, Г_{pumping_total} ist das gesamte Motorpumpmoment, Г_{accessories_total} ist das gesamte Motornebenaggregatdrehmoment, Num_cyl_Act ist die Anzahl aktive Zylinder, V_D ist das Verdrängungsvolumen aktiver Zylinder, SPKTR ist ein Drehmomentverhältnis basierend auf einem vom minimalen besten Drehmoment (MBT) auf spät verstellten Zündwinkel, d.h. der minimale Betrag an Zündwinkelvorverstellung, der den besten Drehmomentbetrag erzeugt. Durch Reduzieren des Motorbremsmoments kann die Motordrehzahl während eines Abstellens reduziert werden.
Der Ausdruck SPKTR kann auf folgender Gleichung beruhen: $S P K T R = \frac{Γ_{Δ S P K}}{Γ_{M B T}}$
Hierbei ist Г_ΔSPK das Drehmoment bei einem vom minimalen Zündfunken für bestes Drehmoment (MBT) auf spät verstellten Zündwinkel, Г_MBT ist das Drehmoment bei MBT. Der Wert von SPKTR kann abhängig von der von MBT auf spät verstellten Zündung von 0 bis 1 reichen.
Die einzelne Zylinderkraftstoffmasse kann ein einem Beispiel für jeden Zylinder durch die folgende Gleichung ermittelt werden: $m_{f} = C_{0} + C_{1} * N + C_{2} * A F R + C_{3} * A F R^{2} + C_{4} * I M E P + C_{5} * I M E P^{2} + C_{6} * I M E P * N$
Hierbei ist m_fdie Kraftstoffmasse, C₀-C₆ sind gespeicherte, vorgegebene, zurückgeführte Polynomialkoeffizienten, N ist die Motordrehzahl, AFR ist das Kraftstoff-/Luftverhältnis und IMEP ist der indizierte mittlere Arbeitsdruck. Zusätzliche oder weniger polynomiale Terme könne basierend auf dem erwünschten Kurvensitz und der Strategiekomplexität in der Regression verwendet werden. Zum Beispiel könnten auch polynomiale Terme für Motortemperatur, Luftfüllungstemperatur und Höhe aufgenommen werden.
Eine erwünschte Luftfüllung kann aus der erwünschten Kraftstofffüllung ermittelt werden. In einem Beispiel kann ein vorbestimmtes Kraftstoff-/Luftgemisch (basierend auf Motordrehzahl, Temperatur und Motorlast) mit oder ohne Abgassensorrückmeldung zur Ermittlung eines erwünschten Kraftstoff-/Luftverhältnisses verwendet werden. Die ermittelte Kraftstoffmasse von oben kann mit dem vorbestimmten erwünschten Kraftstoff-/Luftverhältnis multipliziert werden, um eine erwünschte Zylinderluftmenge zu ermitteln. Die erwünschte Luftmasse kann anhand folgender Gleichung ermittelt werden: $m_{a} = m_{f} \cdot A F R$
Hierbei ist m_a die erwünschte Masse an Luft, die in einen Zylinder eindringt, m_f ist die erwünschte Masse an Kraftstoff, die in einen Zylinder eindringt, und AFR ist das erwünschte Kraftstoff-/Luftverhältnis.
Manche variablen Ventiltriebe können die Ventilschließposition mit der Ventilhubhöhe verändern, siehe zum Beispiel 2a. Bei anderen variablen Ventiltrieben können die Ventilöffnungs- und Ventilschließpositionen mit der Ventilhubhöhe variieren. Bei noch anderen variablen Ventiltrieben kann die Ventilöffnungsposition mit dem Ventilhub variieren. Folglich kann ein Verfahren, das die Ventilsteuerung mit Hilfe einer Vielzahl von Ventilaktoren ermitteln kann, wünschenswert sein.
In einem Beispiel kann die Ventilsteuerung und der Ventilhub, die zum Ansaugen der erwünschten Luftmenge in einen Zylinder verwendet werden können, durch das in U.S. Patent US 6 850 831 B2 beschriebene Verfahren ermittelt werden, das hiermit durch Erwähnung in seiner Ganzheit Bestandteil dieser Anmeldung wird. Die Einlassventilschließposition kann die Zylinderluftmenge beeinflussen, zumindest während mancher Bedingungen, weil die angesaugte Zylinderluftmenge mit dem Zylindervolumen bei Einlassventilschließen and dem Druck im Ansaugkrümmer in Beziehung stehen kann. Daher kann das Zylindervolumen, das die erwünschte Luftmasse im Zylinder halten kann, so ermittelt werden, dass die Einlassventilschließposition festgelegt werden kann. Das Zylindervolumen während des Ansaug- und/oder Verdichtungstakts, das die gewünschte Luftmasse halten kann, kann bei eine vorgegebenen Ansaugkrümmerdruck mit anderen Worten in einen einzigartigen Kurbelwellenwinkel aufgelöst werden, wobei der Winkel das Einlassventilschließen beschreibt. Das Zylindervolumen bei Einlassventilschließen kann für eine erwünschte Masse an Luft, die in einen Zylinder eindringt, durch folgende Gleichung beschrieben werden: $V_{a, I V C} = \frac{m_{a}}{ρ_{a, I V C}}$
Hierbei ist ρ_a,IVC die Dichte der Luft bei Einlassventilschließen, V_a,IVCist das Volumen der Luft im Zylinder bei Einlassventilschließen. Die Dichte der Luft bei Einlassventilschließen kann durch Einstellen der Dichte der Luft zur Berücksichtigung der Änderung von Temperatur und Druck bei Einlassventilschließen durch folgende Gleichung ermittelt werden: $ρ_{a, I V C} = ρ_{a m b} \cdot \frac{T_{a m b}}{T_{I V C}} \cdot \frac{P_{I V C}}{P_{a m b}}$
Hierbei ist p_amb die Dichte der Luft bei Umgebungsbedingungen, T_amb ist die Umgebungstemperatur, T_IVC ist die Temperatur der Luft bei Einlassventilschließen, P_IVC ist der Druck im Zylinder bei Einlassventilschließen und P_amb ist der Umgebungsdruck. In einem Beispiel, bei dem das Einlassventilschließen vor dem unteren Totpunkt (UT) eintritt, kann der Druck im Zylinder bei Einlassventilschließen durch Differenzieren des idealen Gasgesetzes unter Bildung folgender Gleichung ermittelt werden: ${\dot{P}}_{I V C} = \frac{{\dot{m}}_{c y l} \cdot R \cdot T - P_{I V C} \cdot \dot{V}}{V}$
Hierbei ist P_IVCder Zylinderdruck, V ist das Zylindervolumen bei einem bestimmten Kurbelwellenwinkel, R ist die universale Gaskonstante und ṁ ist die Strömgeschwindigkeit in den Zylinder, geschätzt durch: ${\dot{m}}_{c y l} = \frac{C_{D} \cdot A_{v a l v e} (Θ) \cdot P_{r u n}}{\sqrt{R \cdot T}} \cdot {(\frac{P_{c y l}}{P_{r u n}})}^{\frac{1}{γ}} \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot γ}{γ - 1} \cdot {(\frac{P_{I V C}}{P_{r u n}})}^{\frac{γ - 1}{γ}}}$
Hierbei ist C_D der Ventilablasskoeffizient, A_valve(θ) ist die wirksame Ventilfläche als Funktion des Kurbelwellenwinkels θ, P_run ist der Ansaugkrümmer-Verteilerklappendruck, der bei niedrigeren Motordrehzahlen als Krümmerdruck angenommen werden kann, und ү ist das Verhältnis spezifischer Wärmen. C_D ist kalibrierbar und kann empirisch ermittelt werden.
Die wirksame Ventilfläche, A_valve(θ), kann abhängig von dem Ventilhubbetrag variieren. Das Ventilhubprofil kann mit den Ventilmaßen kombiniert werden, um die wirksame Fläche A_valve(θ) mittels folgender Gleichung zu schätzen: $A_{v a l v e} (Θ) = L (Θ) \cdot 2 \cdot π \cdot d$
Hierbei ist L(θ) der Ventilhubbetrag, der durch Berücksichtigen der Zylinderfüllungsbewegung, der Verbrennungsstabilität, der minimalen Ventilöffnungs- und Ventilschließdauer und Emissionen empirisch ermittelt werden kann. Der erwünschte Ventilhubbetrag kann in Tabellen oder Funktionen gespeichert werden, die zum Beispiel nach Motorbetriebsbedingungen indexiert sein können.
Das Volumen des Einlassgemisches bei Einlassventilschließen kann durch folgende Gleichung ermittelt werden: $V_{i, I V C} = \frac{V_{a, I V C} - (1 - F_{e}) \cdot V_{r, I V C}}{f_{a i r}}$
Hierbei ist f_air das Verhältnis von Luft im Einlassgemisch, V_a,IVC ist das Zylindervolumen, das wie vorstehend beschrieben bei Einlassventilschließen von Luft eingenommen wird, und F_e ist der Anteil verbrannten Gases im Abgaskrümmer, der durch in der Literatur beschriebene Verfahren ermittelt werden kann. Bei stöchiometrischen oder fetten Bedingungen kann F_e gleich eins gesetzt werden. F_air lässt sich ermitteln aus: $f_{a i r} \frac{1}{1 + \frac{1}{A F R} + F_{i}}$
Hierbei ist AFR das Kraftstoff-/Luftverhältnis und F_i ist der Anteil verbrannten Gases im Ansaugkrümmer. F_i kann durch in der Literatur beschriebene Verfahren geschätzt werden. Das von dem gesamten Gemisch bei Einlassventilschließen eingenommene Volumen lässt sich durch folgende Gleichung ermitteln: $V_{I V C} = V_{i, I V C} - V_{c l} + V_{r, I V C}$
Hierbei ist V_cl das Zylinderspielvolumen, V_r,IVC ist das restliche Volumen bei Einlassventilschließen und V_IVC ist das gesamte Zylindervolumen bei Einlassventilschließen. Das von dem Restgas eingenommene Volumen bei Einlassventilschließen kann wie folgt beschrieben werden: $V_{r, I V C} = \frac{T_{I V C}}{T_{e x h}} \cdot \frac{P_{e x h}}{P_{I V C}} \cdot (V_{r, E V C} + V_{c l})$
Hierbei ist T_IVC die Temperatur bei Einlassventilschleißen, die durch eine Regression der Form T_IVC=f(N,m_f,θ_OV) angenähert werden kann. Hierbei ist N die Motordrehzahl, m_f ist die Kraftstoffströmgeschwindigkeit und θ_OV das Ventilüberschneiden. T_exh ist die Temperatur im Abgaskrümmer, P_exh ist der Druck im Abgaskrümmer, V_cl ist das Zylinderspielvolumen, P_IVC ist der Druck im Zylinder bei Einlassventilschließen und V_r,EVC ist das Restvolumen bei Auslassventilschließen. In einem Beispiel, bei dem das Einlassventilöffnen vor dem Auslassventilschließen erfolgt und bei dem Auslassventilschließen und Einlassventilöffnen nach dem OT liegen, kann V_r,EVC wie folgt beschrieben werden: $V_{r, E V C} = \int \frac{A_{e} (Θ)}{A_{i} (Θ) + A_{e} (Θ)} d V (Θ)$
Hierbei wird das Integral aus Einlassventilöffnen bis Auslassventilschließen beurteilt, und A_i und A_e sind die wirksamen Flächen der Einlass- und Auslassventile für θЄ(θ_IVO, θ_EVC), was in gleicher Weise wie vorstehend für A_valve(Θ) ermittelt werden kann. In diesem Beispiel kann ein vorbestimmter Ventilhub zum Beschreiben einer wirksamen Fläche der Einlassventilöffnung verwendet werden. Die Einlassventilfläche kann als Funktion von Θ verändert werden, so dass bei einer bestimmten Zylindertemperatur und bei bestimmtem Druck ein erwünschter Massenanteil von AGR in einem Zylinder zurückbleiben kann, der ein Volumen V_r,EVC verdrängt.
Das Zylindervolumen minus das Spielvolumen bei Einlassventilschließen kann dann zur Ermittlung der Einlassventilschließposition durch Lösen der folgenden Gleichung für θ verwendet werden: $V_{Θ} = \frac{π B^{2}}{4} [r + C - (C \cdot c o s Θ + \sqrt{r^{2} - C^{2} \cdot {sin}^{2} Θ})]$
Auf diese Weise können Ventilhub, Einlassventilschließen und Einlassventilöffnen durch Berücksichtigen von AGR und der erwünschten Luftmenge ermittelt werden.
Ferner kann bei Schritt 602 auch der Motorkraftstoff eingestellt werden, so dass ein erwünschtes Abgas-Kraftstoff-/Luftgemisch verwirklicht werden kann. Während manchen Bedingungen kann das Abgas-Kraftstoff-/Luftgemisch mager sein, während das Gemisch während anderen Bedingungen fett oder stöchiometrisch sein kann. Wenn zum Beispiel ein Motor abgestellt wird, nachdem er warm ist, und wenn eine höhere Wahrscheinlichkeit vorliegen kann, dass der Motor neu gestartet wird, wie bei einigen Hybridfahrzeuganwendungen, kann ein Verschieben des Kraftstoff-/Luftgemisches hin zu Stöchiometrie angeordnet werden, so dass die Wahrscheinlichkeit der Beeinträchtigung eines Abgasanlagenkatalysators verringert werden kann. Die Routine geht zu Schritt 603 weiter.
Bei Schritt 603 erfolgt eine Entscheidung, die Zylinderluftmenge weiter zu reduzieren oder zu einem Schritt vorzurücken, der den Zulauf von Kraftstoff zum Motor unterbinden kann. Wenn die aus Schritt 602 ermittelte Ventilsteuerung eine Zylinderluftmenge ansaugt, die für einen erwünschten Verbrennungsstabilitätswert nicht ausreichend sein kann, geht das Verfahren zu Schritt 604 weiter. Wenn die Zylinderluftmenge über einem Betrag liegen kann, der ein erwünschtes Verbrennungsstabilitätsmaß unterstützt, kehrt die Routine zu Schritt 602 zurück.
Bei Schritt 604 kann der Zulauf von Kraftstoff zum Motor oder Zylinder unterbunden werden. Da die Zylinderluftmenge auf einen Wert eingestellt werden kann, der unter einem erwünschten Verbrennungsstabilitätsgrenzwert liegen kann, kann es wünschenswert sein, den Zulauf von Kraftstoff zum Motor oder zu einzelnen Zylindern zu unterbinden. Das Strömen von Kraftstoff kann unterbunden werden, wenn mindestens eine Zylinderluftmenge unter einer erwünschten Menge liegen kann, oder der Kraftstoff kann in einzelnen Zylindern abgestellt werden, da die jeweilige Zylinderluftmenge unter einen erwünschten Wert reduziert sein kann. Wenn das Strömen von Kraftstoff auf individueller Zylindergrundlage abgestellt wird, kann der Ventilhub/die Ventilphase weiter in Zylindern eingestellt werden, die eventuell nicht unter einer erwünschten Zylinderluftmenge liegen.
Die Zündung kann ferner bei Schritt 604 deaktiviert werden, vorzugsweise nach dem Verbrennen des letzten Kraftstoff-/Luftgemisches. Die Zündung kann unmittelbar nach Verbrennen des letzten eingespritzten Kraftstoffs deaktiviert werden oder kann nach einer vorbestimmten Anzahl an Zylinderzyklen deaktiviert werden. Durch Verzögerung der Zünddeaktivierung kann es möglich sein, Kraftstoff zu verbrennen, der zum Beispiel aus einer Ansaugkrümmersenke in den Zylinder gesaugt werden kann. Die Routine geht weiter zu Schritt 605.
Bei Schritt 605 können Ventilhub und/oder Ventilphase beurteilt werden, um zu ermitteln, ob eventuell weitere Einstellungen erwünscht sind. Wenn sich der Ventilhub und/oder die Ventilphase nicht bei einer erwünschten niedrigen Strömungsposition befinden, kehrt die Routine zu Schritt 604 zurück, wo eine weitere Ventilaktoreinstellung angeordnet werden kann. Wenn sich der Ventilhub und/oder die Ventilphase bei einer erwünschten niedrigen Strömungsposition befinden, kann die Routine zu Schritt 606 vorrücken.
Bei Schritt 606 können Ventilhub und/oder Ventilphase bei einer niedrigen Hub- und/oder Phasenposition gehalten werden. Typischerweise können variable Ventilaktoren mit einer minimalen Hub- und/oder Phasenposition ausgelegt werden. In dieser Position kann der Ventilhub null oder ein Teil des gesamten verfügbaren Hubbetrags sein. Die Ventilphase kann zum Beispiel gegenüber dem OT auf früh oder spät verstellt werden. Und alternativ können elektrisch betätigte Ventile durch Befehle eines Ventilsteuergeräts in einer Position (z.B. geschlossen) oder bei einer erwünschten Phase gehalten werden. Folglich können bei diesem Schritt Ventilbetriebsbefehle basierend auf der Aktorauslegung so strukturiert sein, dass ein reduziertes Strömen, einschließlich null Strömen, durch die Zylinder treten kann, wenn der Motor auf null Drehzahl abbremst.
Durch Befehlen der Ventile hin zu einem verringertem Hub und/oder einer verringerten Phase, die Zylinderströmen reduziert, kann der durch den Motor zu einem Katalysator gepumpte Sauerstoff verringert werden. Wie vorstehend erwähnt kann das Reduzieren von Sauerstoffstrom zu einem Katalysator die Motoremissionen während eines folgenden Startens verbessern, da der Katalysatorzustand einen erwünschten Oxidantienwert halten kann. Durch Regeln der Sauerstoffmenge, die in einem Katalysator gespeichert werden kann, können katalytische Reaktionsstellen sowohl für Oxidations- als auch für Reduktionsreaktionen zur Verfügung stehen, wodurch die Möglichkeit der Umwandlung von HC, CO und NOx während eines folgenden Neustartens erhöht wird. Wenn dagegen die an dem Katalysator gespeicherte Sauerstoffmenge größer als erwünscht ist, kann die NOx-Reduktionsfähigkeit des Katalysators vermindert sein, da einige Reduktionsstellen durch Sauerstoff besetzt sein können. Die Routine rückt zu Schritt 607 vor.
Bei Schritt 607 wird die Motordrehzahl mit einem vorbestimmten Wert verglichen. Wenn die Motordrehzahl unter einem vorbestimmten Wert, vlv_lim, liegt, endet die Routine. Wenn die Routine endet, können die Ventilaktoren zu einer erwünschten Position gesetzt werden, so dass Luftströmen und die Kühlung und der Sauerstoff, den dieses zu einem Katalysator bringen kann, reduziert werden. Wenn die Motordrehzahl über dem vorbestimmten Wert liegt, kehrt die Routine zu Schritt 606 zurück.
Unter Bezug auf 7 wird ein beispielhaftes Flussdiagramm einer Motorstartsequenz für einen Motor mit einem variablen Ventiltrieb gezeigt.
Nach Abstellen eines Motors kann ein Sauerstoffströmen zu einem Katalysator den chemischen oder physikalischen Zustand des Katalysators ändern, so dass die Motoremissionen während eines folgenden Neustarts ansteigen können. D.h. es kann möglich sein, einen Motor abzustellen, wenn die Katalysatorchemie für das Umwandeln von Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und Oxiden des Stickstoffs günstig ist. Wenn man aber die in dem Katalysator gespeicherte Sauerstoffmenge während eines Motorabstellzeitraums oder während des Startens ansteigen lässt, kann dies die NOx-Umwandlungsleistungsfähigkeit des Katalysators mindern, da der Sauerstoffstrom zu einem Katalysator die Katalysatortemperatur senken kann und da gespeicherter Sauerstoff bevorzugt zum Oxidieren von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid verwendet werden kann. Folglich kann NOx durch den Katalysator treten, ohne reduziert zu werden, da mögliche Reduktionsstellen eventuell von Sauerstoff besetzt sind, der eventuell durch den Motor gepumpt wurde. Das Verfahren von 7 kann Motoremissionen durch Reduzieren der durch einen Motor während eines Starts gepumpten Sauerstoffmenge senken.
Weiter mit 7 ermittelt die Routine in Schritt 701, ob eine Forderung zum Starten des Motors erfolgt ist. Gibt es keine Forderung zum Starten des Motors, kann die Routine enden. Die Routine von 7 kann auch bei vorbestimmten Zeitpunkten oder als Reaktion auf ein Motor- oder Steuergerät-Betriebsereignis wiederholt ausgeführt werden, so dass Ventileinstellungen mühelos vorgenommen werden können. Liegt eine Forderung zum Starten des Motors vor, rückt die Routine zu Schritt 703 vor.
Während dieses Schritts können die Ventile bei Bedarf auch zu einer anfänglichen Position, einem niedrigen Hub und/oder einer vorbestimmten Ventilphase hin befohlen werden, wobei das Strömen durch den Zylinder reduziert sein kann, wenn der Motor dreht. Die Ventile können aber in einer niedrigen Strömposition (z.B. Schließen aller Ventile, Schließen der Einlassventile oder Schließen der Auslassventile) gehalten werden, während der Motor abgestellt ist, um das Strömen von Sauerstoff zu einem Katalysator zu verringern.
Bei Schritt 703 erhöht die Routine die Motordrehzahl und ermittelt, wann mit der Einstellung des Ventilhubs und/oder der Ventilphase begonnen werden soll. In einem Beispiel nutzt der Elektromotor eines Hybridfahrzeugs mindestens einen Teil der Elektromotorleistung zum Drehen eines Verbrennungsmotors. Die Motordrehzahl kann bei Bedarf in linearer Weise auf eine erwünschte Drehzahl angehoben werden.
Der Ventileinstellungssteuerablauf kann durch Subtrahieren der Zeit, die der Ventilaktor zum Bewegen aus einer anfänglichen zu einer erwünschten Position vev_ΔT benötigt, von der Zeit zum Beschleunigen des Motors aus dem Abstellzustand zu einer erwünschten Drehzahl ΔT ermittelt werden. D.h. die Ventileinstellungsstartzeit kann durch folgende Gleichung ausgedrückt werden: $T_s t r t_v l v = Δ T - v e v_Δ T$
4 kann zum Veranschaulichen dieses Verfahrens der Ventilaktorsteuerung dienen. Die Startsequenz beginnt bei dem Zeitpunkt, der durch die vertikale Linie T₄ wiedergegeben wird, und der Motor erreicht eine erwünschte Drehzahl bei Zeitpunkt T₇. Dies ist die Zeit ΔT. Die Zeit zum Bewegen des Ventilaktors zu einer erwünschten Position ist die Zeit zwischen T₅ und T₇, vev_ΔT, und kann eine Funktion zum Beispiel von Motoröltemperatur und/oder Batteriespannung sein. Der Motor dreht von T₄ zu T₅, bevor sich der Ventilaktor zu der erwünschten Position zu bewegen beginnt. Auf diese Weise kann die Luftströmung durch den Motor während eines Motorstarts verringert werden, da die Ventile hin zu einer niedrigen Strömungsposition befohlen werden, während die Motordrehzahl steigt und die Zylinder Luft durch den Motor pumpen können. Die Routine fährt mit Schritt 705 fort.
Während eines Starts ist es auch möglich, den Hub/die Phase eines Auslassventils einzustellen, so dass durch einen Motor gepumpte Luft reduziert werden kann. Zum Beispiel kann der Auslassventilhub anfänglich auf eine Position mit null oder wenig Hub gesetzt und dann angehoben werden, wenn die Motordrehzahl steigt. Durch Verringern des Auslassventilhubs bei einer niedrigen bzw. null Motordrehzahl kann zumindest während eines Teils des Startintervalls weniger Luft in den Abgaskrümmer gepumpt werden. Wenn die Motordrehzahl steigt und die Motorposition ermittelt wird, kann der Auslassventilhub erhöht werden, so dass verbrannte Gase in die Abgasanlage ausgestoßen werden können. Dieses Verfahren kann nach einer längeren Motorabschaltzeit vorteilhafter als nach einer kürzeren Motorabschaltzeit sein, da in dem Zylinder eventuell weniger Abgasreste zurückgehalten sind.
Bei Schritt 705 steigt die Motordrehzahl weiter an und der variable Ventiltrieb kann bei einer konstanten Aktorposition gehalten werden. D.h. das Ventil kann bei einer minimalen bzw. strömungsmindernden Position gehalten werden. Dieses Verfahren kann dem Motor das Erreichen einer erwünschten Drehzahl bei verminderter Zylinderströmung ermöglichen. Die Routine rückt zu Schritt 707 vor.
Bei Schritt 707 kann eine Entscheidung erfolgen, das Einstellen des variablen Ventilaktors zu beginnen. Wenn die Ventilstartzeit überschritten ist, rückt die Routine zu Schritt 709 vor. Wenn nicht, kehrt die Routine zu Schritt 705 zurück.
Bei Schritt 709 kann der variable Ventiltrieb eingestellt werden, während die Motordrehzahl erhöht wird. Die Zylinderluftströmung kann durch Einstellen des Ventilhubbetrags und/oder der Ventilphase erhöht werden. Die Einstellung kann abhängig von den Zielen bei einer konstanten oder variablen Geschwindigkeit erfolgen. Weiterhin kann die Einstellungsgeschwindigkeit auf Zeit (z.B. Millimeter pro Sekunde) oder Motordrehzahl beruhen. Alternativ kann der Ventilhub und/oder die Ventilphase so eingestellt werden, dass durch das in 6 beschriebene Verfahren ein erwünschtes Zylinder- oder Motordrehmoment erzeugt oder eine erwünschte Zylinderluftfüllung angesaugt wird. Die Routine rückt zu Schritt 710 vor.
Bei Schritt 710 kann beruhend auf der Motordrehzahl eine Entscheidung zum Fortsetzen der Ventiltriebeinstellung oder zum Vorrücken zu Schritt 711 erfolgen. Wenn die Motordrehzahl unter einem vorbestimmten erwünschten Betrag liegt, kehrt die Routine zu Schritt 709 zurück. Wenn die Motordrehzahl über einem vorbestimmten Betrag liegt, geht die Routine weiter zu Schritt 711.
Bei Schritt 711 kann eine Entscheidung zum Fortsetzen der Ventiltriebeinstellung oder zum Vorrücken zu Schritt 713 erfolgen. Wenn sich der variable Ventiltrieb bei einer erwünschten Position befindet, rückt die Routine zu Schritt 713 vor. Wenn nicht, kehrt die Routine zu Schritt 709 zurück.
Hinweis: Die Schritte 710 und 711 können zu einem einzigen Schritt kombiniert werden, der die Routine zu Schritt 711 vorrücken lässt, wenn sowohl die Motordrehzahl bei einem erwünschten Wert liegt als auch der variable Ventiltrieb sich bei einem erwünschten Hubbetrag oder bei einer erwünschten Phase befindet. Wenn nicht, würde die Routine zu Schritt 709 zurückkehren.
Bei Schritt 713 kann der Zylinderkraftstoff aktiviert und der variable Ventiltrieb in Position gehalten werden. Durch Verzögern des Kraftstoffs, bis eine erwünschte Menge an Zylinderluftströmung vorhanden sein kann, können Fehlzündungen reduziert werden. Ferner kann das Verzögern der Ventileinstellung, bis sich der Motor bei einer erwünschten Drehzahl befindet, die zu einem Katalysator gepumpte Luft senken und kann Motoremissionen während des Neustarts verbessern.
Die Zylinderzündung kann ebenfalls bei Schritt 713 reaktiviert werden, so dass der eingespritzte Kraftstoff verbrannt werden kann. Die Routine rückt zum Ende vor.
In einem anderen Beispiel kann ein durch 5 veranschaulichter Ventileinstellsteuerungsablauf verwendet werden. In diesem Beispiel kann der Motor durch einen Anlasser gedreht werden, der den Motor bei einer niedrigeren Drehzahl, zum Beispiel bei 300 U/min oder darunter, drehen kann.
Die Startsequenz beginnt bei T₄ und der Motor befindet sich bei T₇ bei einer erwünschten Drehzahl. Die Zeit zum Einstellen des Ventilaktors wird zwischen Zeit T₅ und Zeit T₇ gezeigt. In diesem Beispiel beginnt der Ventilaktor nicht vor der Position T₅, den Ventilhub und/oder die Ventilphase einzustellen. Die Verzögerungszeit zwischen T₄ und T₅ kann mit der Zeit in Beziehung stehen, die zur Synchronisierung des Motorsteuergeräts mit der Motorposition erforderlich ist, und/oder die Verzögerungszeit kann eine Funktion der Motoröltemperatur und/oder der Batteriespannung, der Motorreibung, der Motordrehzahl und/oder einer anderen mit dem Motor in Verbindung stehenden Variablen sein. Wie vorstehend erwähnt kann die Luftströmung durch den Motor während eines Motoranlassens verringert sein, da das Ventil hin zu einer reduzierten Strömungsposition befohlen worden sein kann.
In einer noch weiteren Ausführung kann die Ventileinstellung gleichzeitig mit oder um einen vorbestimmten Zeitbetrag verzögert zur anfänglichen Motordrehung beginnen. Wenn der Ventilaktor eine Position erreicht, die einen erwünschten Verbrennungsstabilitätswert unterstützen kann, und/oder ein Zylinder eine erwünschte Luftmenge ansaugt, kann der Kraftstoff aktiviert werden.
Das Verfahren der 7 kann auch so erweitert werden, dass es die Drosselklappensteuerung umfasst. Insbesondere kann eine elektronische Drosselklappe bei einem Start geschlossen oder bei einer festen Position gehalten werden, bis die Motorposition ermittelt ist und/oder bis ein vorbestimmter Ventilhubbetrag erreicht werden kann.
Unter Bezug auf 8 wird ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Deaktivieren eines Zylinders gezeigt. Dieses Verfahren kann eingesetzt werden, wenn ein Motor von einer ersten Anzahl an arbeitenden Zylindern zu einer zweiten Anzahl arbeitender Zylinder wechselt, wobei die zweite Anzahl an Zylindern kleiner als die erste Anzahl an Zylindern ist.
Bei Schritt 801 ermittelt die Routine, ob eine Forderung zur Deaktivierung eines Zylinders erfolgt ist. Die Deaktivierungsforderung kann auf Motorbetriebsbedingungen beruhen oder die Forderung kann zum Beispiel von einem Hybridfahrzeugsteuergerät kommen. Wenn eine Forderung erfolgt ist, rückt die Routine zu Schritt 803 vor. Wenn nicht, kann die Routine enden. Die Routine von 8 kann auch bei vorbestimmten Zeitpunkten oder als Reaktion auf ein Motor- oder Steuergerätbetriebsereignis wiederholt ausgeführt werden, so dass Ventileinstellungen mühelos vorgenommen werden können.
Bei Schritt 803 wird der variable Ventiltrieb eingestellt, so dass die Luftströmung durch den Zylinder verringert werden kann. Die Einstellung kann den Ventilhub reduzieren oder die Ventilsteuerung bezüglich einer Kurbelwellenposition ändern. Weiterhin kann die Einstellungsgeschwindigkeit eine Konstante sein, die beruhend auf Motorbetriebsbedingungen oder beruhend auf einer vorbestimmten Reduzierungsgeschwindigkeit von Drehmoment oder Zylinderluftfüllung verändert wird. Die Routine rückt zu Schritt 805 vor.
Bei Schritt 805 entscheidet die Routine, ob sie den Ventiltrieb weiter einstellen soll oder zum nächsten Schritt vorrücken soll. Wenn der Ventilhub und/oder die Ventilphase die Zylinderluftströmung unter den für einen erwünschten Verbrennungsstabilitätswert erforderlichen Betrag begrenzt hat, rückt die Routine zu Schritt 807 vor. Wenn die Zylinderluftströmung über dem für einen erwünschten Verbrennungsstabilitätswert erforderlichen Betrag liegt, kehrt die Routine zu Schritt 803 zurück.
Bei Schritt 807 wird das Strömen von Kraftstoff unterbunden und der Ventiltrieb kann weiter eingestellt werden. Durch Unterbinden des Strömens von Kraftstoff zu einem Zylinder, wenn die Zylinderluftströmung eventuell unter einem Betrag liegt, der zum Halten eines erwünschten Verbrennungsstabilitätswert erforderlich sein kann, können Fehlzündungen verringert werden. Ferner kann durch weiteres Verringern des Ventilhubs und/oder Ändern der Phase die Luftströmung durch den Zylinder gesenkt werden und dies kann den Sauerstoffbetrag senken, der während einer Zylinderdeaktivierung zu einem Katalysator gepumpt werden kann.
Bei Schritt 807 kann auch die Zündung deaktiviert werden, vorzugsweise nach dem Verbrennen des letzten Kraftstoff-/Luftgemisches. Die Zündung kann unmittelbar nach Verbrennen des letzten eingespritzten Kraftstoffs deaktiviert werden oder sie kann nach einer vorbestimmten Anzahl an Zylinderzyklen deaktiviert werden. Die Routine rückt zu Schritt 809 vor.
Bei Schritt 809 erfolgt eine Entscheidung, ob das Einstellen des Ventilaktors fortgeführt werden soll oder zu einem Schritt 811 gegangen werden soll. Nach Unterbinden des Strömens von Kraftstoff zu einem Zylinder benötigt der Ventilaktor eventuell weitere Zeit, bevor er eine niedrige Strömungsposition erreicht, und/oder weitere Befehle können von dem Motorsteuergerät 12 erteilt werden, damit der Ventilaktor eine niedrige Strömungsposition erreicht. Wenn der Ventilaktor keine niedrige Strömungsposition erreicht hat, kehrt die Routine zu Schritt 807 zurück. Wenn der Ventilaktor die niedrige Strömungsposition erreicht hat, fährt die Routine mit Schritt 811 fort.
Hinweis: Die oben erwähnte niedrige Strömungsposition des Ventilaktors muss nicht unbedingt eine minimale Strömungsposition sein. Die niedrige Strömungsposition kann ein Anteil des gesamten verfügbaren Strömungsbereichs sein. Ferner kann sich die niedrige Strömungsposition zum Beispiel mit den Motorbetriebsbedingungen verändern.
Bei Schritt 811 kann der Ventilaktor in der niedrigen Strömungsposition gehalten werden. Der Ventilaktor kann zu einer festen Position befohlen werden, nachdem Kraftstoffströmung und Luftströmung zu dem Zylinder verringert wurden. Alternativ kann der Ventilaktor durch eine mechanische oder elektromechanische Vorrichtung in einer Position gehalten werden. Durch Halten des Ventilaktors bei einer niedrigen Strömungsposition können die Katalysatortemperatur und die Katalysatorumwandlungsleistungsfähigkeit gewahrt werden, da das Strömen von Frischluft durch den Motor verringert werden kann. Der Ventilaktor kann in der niedrigen Strömungsposition verharren, bis die Zylinderreaktivierungssequenz einsetzt oder bis eventuell eine Änderung der Zylinderluftmenge erwünscht ist. Die Routine rückt zum Ende vor.
Das Verfahren der 6 und 9 kann auch so erweitert werden, dass es die Drosselklappensteuerung umfasst. Insbesondere kann es wünschenswert sein, eine elektronische Drosselklappe so zu steuern, dass die Drosselklappe nach einer Forderung zum Abstellen eines Motors geschlossen werden kann. Durch Schließen der Drosselklappe kann es möglich sein, die Motorabstellzeit zu verringern, die die Luftfüllung für die erwünschte Verbrennungsstabilität früher erreicht werden kann.
In den durch die 6-8 beschriebenen Verfahren kann es wünschenswert sein, die Drosselklappe 125 einzustellen, um die Zylinderluftströmung weiter zu reduzieren. Die Drosselklappenöffnungsposition kann nach einer Erteilen einer Forderung zum Abstellen des Motors oder zur Reduzierung der Zylinderluftströmung allmählich reduziert oder in einem einzigen Schritt oder in einer Reihe von Schritten geschlossen werden. Weiterhin können die Drosselklappen- und Ventileinstellungsgeschwindigkeiten zum Beispiel als Reaktion auf Luftdruck und/oder Feuchtigkeit abgewandelt werden.
Wie für den Durchschnittsfachmann ersichtlich kann die in den 6 - 8 beschriebene Routine eine oder mehrere einer Reihe von Verarbeitungsstrategien darstellen, beispielsweise ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Daher können verschiedene gezeigte Schritte oder Funktionen in der gezeigten Abfolge oder parallel ausgeführt oder in manchen Fällen ausgelassen werden. Analog ist die Reihenfolge der Abarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die hierin beschriebenen Aufgaben, Merkmale und Vorteile zu verwirklichen, wird aber zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Wenngleich dies nicht ausdrücklich gezeigt wird, wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass abhängig von der verwendeten bestimmten Strategie ein oder mehrere der gezeigten Schritte oder Funktionen wiederholt ausgeführt werden können.
Dies beendet die Beschreibung. Das Lesen durch den Fachmann könnte viele Abänderungen und Abwandlungen offensichtlich machen, ohne vom Wesen und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können I3-, I4-, I5-, V6-, V8-, V10- und V12-Motoren, die mit Erdgas-, Benzin-, Diesel- oder alternativen Kraftstoffauslegungen arbeiten, die vorliegende Erfindung vorteilhaft nutzen.

Claims

Verfahren zum Steuern eines variablen Ventiltriebs während des Abstellens eines Verbrennungsmotors, wobei das Verfahren umfasst: - Verringern eines Ventilhubbetrags mindestens eines Zylinders als Reaktion auf eine Forderung, den Motor abzustellen, und - Unterbinden des Strömens von Kraftstoff zu dem Zylinder, wenn der verringerte Ventilhubbetrag die Zylinderluftfüllung des Zylinders unter einen vorbestimmten Betrag senkt. - Einstellen der Ventilphase bezüglich der Kurbelwellenposition.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor mit einem Hybridantriebsstrang verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilhubbetrag über eine vorbestimmte Anzahl an Verbrennungsereignissen hinweg verringert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömen von Kraftstoff nahe dem Verbrennungsstabilitätsgrenzwert jeweils in jedem der Zylinder unterbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Unterbinden des Zündfunkens zu dem mindestens einen Zylinder nach Unterbinden des Strömens von Kraftstoff umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Fortsetzen der Kraftstoffeinspritzung nach der Forderung, den Motor abzustellen, umfasst, so dass ein erwünschtes Kraftstoff-/Luftverhältnisgemisch verbrannt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erwünschte Kraftstoff-/Luftgemisch ein mageres, fettes oder stöchiometrisches Kraftstoff-/Luftgemisch ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlassventil durch Verringern des Ventilhubbetrags betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auslassventil durch Verringern des Ventilhubbetrags betrieben wird.
Verfahren zur Steuerung eines variablen Ventiltriebs während des Abstellens eines Verbrennungsmotors, wobei das Verfahren umfasst: - Verringern eines Ventilhubbetrags mindestens eines Zylinders als Reaktion auf eine Forderung, den Motor abzustellen, und - Unterbinden des Strömens von Kraftstoff zu dem Zylinder, wenn der verringerte Ventilhubbetrag die Zylinderluftfüllung des Zylinders unter einen vorbestimmten Betrag senkt, und - weiteres Verringern des Ventilhubbetrags nach Unterbinden des Strömens von Kraftstoff.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet dass der Ventilhubbetrag durch das weitere Verringern des Ventilhubbetrags auf einen minimalen Hubbetrag gesenkt wird.
Verfahren zur Steuerung eines variablen Ventiltriebs für einen Verbrennungsmotor, wobei das Verfahren umfasst: - Betreiben des Motors mit einer ersten Anzahl von Zylindern und - Einstellen eines Ventilhubbetrags einer ersten Gruppe von Zylindern während mehr als einem Motorzyklus als Reaktion auf eine Forderung, den Motor mit Hilfe einer zweiten Anzahl an Zylindern zu betreiben, wobei die zweite Anzahl an Zylindern kleiner als die erste Anzahl an Zylindern ist. - Einstellen der Ventilphase bezüglich der Kurbelwellenposition.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilhubbetrag über eine vorbestimmte Anzahl von Verbrennungsereignissen hinweg verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömen von Kraftstoff jeweils in jedem der Zylinder nahe dem Verbrennungsstabilitätsgrenzwert unterbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 12, welches weiterhin das Unterbinden des Zündfunkens zu dem mindestens einen Zylinder nach Unterbinden des Strömens von Kraftstoff umfasst.
Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors mit einem variablen Ventiltrieb, wobei das Verfahren umfasst: - Anheben der Drehzahl des Verbrennungsmotors von einer abgestellten Position nach einer Forderung, den Verbrennungsmotor zu starten, auf eine vorbestimmte Drehzahl, während das Strömen von Kraftstoff zu dem Motor unterbunden wird und während ein Ventilhubbetrag mindestens eines Zylinders eine erster Ventilhubbetrag ist; und - Aktivieren des Strömens von Kraftstoff und Vergrößern des Ventilhubbetrags von dem ersten Betrag zu einem zweiten Betrag während oder nach der Zeit, da die Motordrehzahl die vorbestimmte Drehzahl erreicht.
Computerlesbares Speichermedium mit gespeicherten Daten, die durch einen Computer ausführbare Befehle zum Steuern von Ventilen in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs darstellen, wobei das Speichermedium umfasst: - Befehle zum Verringern eines Ventilhubbetrags mindestens eines Zylinders als Reaktion auf eine Forderung, den Motor abzustellen, - Befehle zum Unterbinden des Strömens von Kraftstoff zu dem Zylinder, wenn der verringerte Ventilhubbetrag die Zylinderluftfüllung des Zylinders unter einen vorbestimmten Betrag senkt, und - Befehl zum Einstellen der Ventilphase bezüglich der Kurbelwellenposition.