DE102007014646A1

DE102007014646A1 - Verfahren zum Steuern von Ventilen eines Motors mit variabler Ereignis-Ventilsteuerung während eines Motorabstellens

Info

Publication number: DE102007014646A1
Application number: DE102007014646A
Authority: DE
Inventors: Alex O'Connor Ann Arbor Gibson
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2006-04-05
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2007-10-11
Also published as: US7458346B2; US20070234983A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Steuerung einer variablen Ereignis-Ventilsteuerung während Motorabstellbedingungen beschrieben. Gemäß dem Verfahren können Motorventile so gesteuert werden, dass ein nachfolgender Motorstartvorgang erleichtert und der Energieverbrauch verringert werden kann.

Description

Bereich
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern von Ventilen eines Verbrennungsmotors während eines Motorabstellens.
Hintergrund
Kraftstoffersparnis und Leistungsvermögen eines Verbrennungsmotors können durch Verändern der Steuerzeiten von Einlass- und/oder Auslassventilen verbessert werden. Ein Weg, Ventilsteuerzeiten einzustellen, liegt darin, eine variable Ereignis-Ventilsteuerung zu verwenden, die in der Lage ist, Ventilsteuerzeiten entweder abhängig oder unabhängig von der Motorstellung einzustellen. Ein Verfahren zum Steuern einer variablen Ereignis-Ventilsteuerung während eines Anlassvorgangs eines Motors ist in der US-Patenschrift Nr. 5 765 514 beschrieben. Dieses Verfahren sieht ein Schließen der Einlass- und Auslassventile vor, nachdem der Zündschalter eingeschaltet ist, sieht des Weiteren eine vorbestimmte Verzögerung vor und verwendet anschließend den Anlasser, um den Motor anzuwerfen. Jeweils der ermittelten Motorstellung entsprechend werden die Zylinder auf den Auslasshub, Ansaughub, Verdichtungshub und Explosionshub gestellt.
Das oben aufgeführte Verfahren kann auch mehrere Nachteile haben. Es zeigt sich nämlich, dass das Verfahren die Ventilsteuerung einschaltet und den Motor startet, wenn das Motorsteuersystem mit Energie versorgt wird. Mit anderen Worten, wenn der Betreiber einen Schlüssel benutzt, um anzudeuten, dass er den Wunsch hat, den Motor in Betrieb zu nehmen, wird die Steuereinheit mit Energie versorgt und der Motor wird gestartet. Wenn jedoch der Fahrer lediglich wünscht, den Schlüsselschalter dazu zu verwenden, um z.B. Motornebenaggregate mit Energie zu versorgen, ist unbestimmt, welchen Zustand die Ventilsteuerung annehmen wird. Wenn das Fahrzeug einen Schlüsselschalter hat und der Betreiber einen Zündschlüssel zwischen der Stellung „Motorabstellen" und „Motornebenaggregat" mehrere Male hin- und herschaltet, ist darüber hinaus dann auch unbestimmt, wie die Ventilsteuerung betrieben wird.
Der Erfinder hat hierin die oben erwähnten Nachteile erkannt und ein Verfahren entwickelt, um Motorventile während des Abstellens und Startens zu steuern, was wesentliche Verbesserungen gegenüber den bekannten Verfahren anbietet.
Zusammenfassung
Ein Beispiel für eine Vorgehensweise, um wenigstens einige der Nachteile der früheren Vorgehensweisen zu überwinden, umfasst ein Verfahren zum Steuern von Ventilen während eines Motorabstellens für einen Verbrennungsmotor mit variabler Ereignis-Ventilsteuerung, wobei das Verfahren beinhaltet: Positionieren wenigstens eines Ventils als Antwort auf eine Anzeige, dass der Motor gestartet werden kann; und ein Verzögern der Freigabe des Ventils als Antwort auf eine Betriebsbedingung, während der Motor noch keine Startanweisung erhalten hat. Dieses Verfahren kann verwendet werden, um die oben aufgeführten Einschränkungen der Vorgehensweisen des Standes der Technik zu verringern.
Durch Positionieren der Einlass- und/oder Auslassventile als Antwort auf eine Anzeige, dass ein Motor gestartet werden kann, und durch eine anschließende Verzögerung der Freigabe der Ventile aus der Stellung wird es einem Betreiber erlaubt, den Schlüssel von einer „Motor-Abstell"-Forderung auf eine „Fahrzeugnebenaggregat-An"-Forderung oder hin- und herzuschalten, ohne mehrere Ventil-Initialisierungsbewegungen zu hören. Dies kann den Betrag eines Motorgeräusches verringern, das von dem Betreiber wahrgenommen wird, wodurch sein oder ihr Betreiberlebnis des Fahrzeugs verbessert wird. Ferner kann weniger Energie erforderlich sein, um Ventile in einer geöffneten oder geschlossenen Stellung zu halten, als aufgrund des Betreiberwunsches, die Ventile wenigstens unter einigen Bedingungen aus- und wieder einzuschalten. Des Weiteren kann ein Verzögern der Freigabe von Ventilen nach dem Vorpositionieren der Ventile den Motor für einen sofortigen Startwunsch einsatzbereit halten. Mit anderen Worten, die Ventilinitialisierung und das Ventilpositionieren kann vermieden werden, wenn der Betreiber entscheidet, den Motor nach Betätigen der Nebenaggregate wenigstens unter einigen Bedingungen zu starten.
Die vorliegende Beschreibung liefert somit einige Vorteile. Insbesondere gestattet das Verfahren dem Betreiber, den Motor zum Start vorzubereiten, während der der Energiebetrag gesteuert wird, der verwendet wird, um den Motor startbereit zu halten. Des Weiteren gestattet das Verfahren dem Betreiber, Schlüsselstellungen zu verändern, ohne die Ventile mehrfach zu initialisieren. Des Weiteren kann das Verfahren immer noch den Zeitbetrag oder den Energiebetrag ändern, der verwendet wird, um den Motor startbereit zu halten, so dass die Fahrzeugbatterie nicht fortwährend während eines startbereiten Zustands entladen wird.
Die oben aufgeführten Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung werden ohne weiteres durch die folgende detaillierte Beschreibung, allein oder in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, klar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die hierin beschriebenen Vorteile werden noch vollständiger durch Lesen eines Beispiels einer Ausführung verstanden, auf die hierin allein oder in Verbindung zu den Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigen:
1 ein schematisches Diagramm eines Motors;
2a ein schematisches Diagramm eines Beispiels einer Motorkonfiguration mit Turbolader;
2b ein schematisches Diagramm eines alternativen Beispiels einer Motorkonfiguration mit Turbolader;
3 eine schematische Darstellung eines elektrisch betätigten auf- und abgehenden Ventils;
4 ein Ablaufdiagramm eines Beispiels für eine Motorabstellstrategie;
5 ein Ablaufdiagramm eines Beispiels für eine Motorstartstrategie;
6 ein Beispiel für eine Ventilfolge während eines Abstell- und Startvorganges eines Motors;
7 ein alternatives Beispiel für eine Ventilfolge während eines Abstell- und Startvorganges eines Motors;
8 ein alternatives Beispiel für eine Ventilfolge während eines Abstell- und Startvorganges eines Motors;
9 ein Ablaufdiagramm für eine Zylinder-Deaktivierungs-Strategie für einen Motor mit zwei Turboladern;
10 ein Ablaufdiagramm einer Zylinder-Reaktivierungs-Strategie für einen Motor mit zwei Turboladern;
11 ein alternatives Ablaufdiagramm einer Zylinder-Deaktivierungs-Strategie für einen Motor mit zwei Turboladern;
12 ein alternatives Ablaufdiagramm einer Zylinder-Reaktivierungs-Strategie für einen Motor mit zwei Turboladern;
13 ein Beispiel einer graphischen Darstellung von Signalen von Interesse während einer simulierten Zylinder-Deaktivierungsfolge;
14 ein Beispiel einer graphischen Darstellung von Signalen von Interesse während einer simulierten Zylinder-Reaktivierungsfolge;
15 ein Beispiel eines Ablaufdiagramms einer Ventilsteuerung, während ein Fahrzeug in den „Nebenaggregat"-Modus überführt wird;
16 ein Beispiel einer graphischen Darstellung von Ventilstellungen von Interesse für ein Fahrzeug, das zwischen dem Abstellmodus und dem „Nebenaggregat"-Modus wechselt;
17 ein Blockdiagramm eines Beispiels einer Strategie, einen mit einem Turbolader versehenen Motor mit elektrisch bestätigten Ventilen zu steuern;
18a ein Beispiel einer graphischen Darstellung von Signalen von Interesse während einer zunehmenden Drehmomentforderung eines mit einem Turbolader versehenen Motors mit variabler Ereignis-Ventilsteuerung;
18b ein Beispiel einer graphischen Darstellung von Signalen von Interesse während einer zunehmenden Drehmomentforderung eines mit einem Turbolader versehenen Motors mit variabler Ereignis-Ventilsteuerung;
19 ein Ablaufdiagramm einer Ventilfreigabe-Strategie während eines Motorabstellens; und
20 ein graphisches Diagramm einer Ventilstellung während eines Beispiels für eine Ventilfreigabe bei einem Abstellvorgang eines Motors.
Detaillierte Beschreibung
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Verbrennungsmotor 10, der eine Vielzahl von Zylindern aufweist, von denen ein Zylinder in 1 gezeigt ist, durch eine Motorsteuereinrichtung 12 gesteuert. Motor 10 weist einen Brennraum 30 und Zylinderwände 32 mit einem Kolben 36 auf, der darin positioniert ist und mit der Kurbelwelle 40 verbunden ist. Der Brennraum 30 steht in bekannter Weise mit einem Ansaugkrümmer 44 und einem Abgaskrümmer 48 über jeweils ein Einlassventil 52 und ein Auslassventil 54 in Verbindung. Jedes Einlass- und Auslassventil wird durch eine elektromechanisch gesteuerte Ventilspulen- und Ankeranordnung 53 betrieben. Alternativ können das Einlassventil 52 oder Auslassventil 54 mechanisch betätigt werden. Die Ankertemperatur wird durch einen Temperatursensor 51 erfasst. Eine Ventilstellung wird durch einen Positionssensor 50 erfasst. Die Ventilstellung kann durch einen linearen, variablen Hubsensor, einen diskreten Sensor oder einen optischen Sensor oder durch Aktuatorstrommessungen bestimmt werden. In einem alternativen Beispiel weist jeder Ventilaktuator für die Ventile 52 und 54 einen Positionssensor und einen Temperatursensor auf. In noch einem anderen alternativen Beispiel kann die Ankertemperatur aus dem Aktuatorenergieverbrauch bestimmt werden, da Widerstandsverluste mit der Temperatur zunehmen können.
Der Ansaugkrümmer 44 ist ebenfalls mit einer Kraftstoff-Einspritzdüse 66 gezeigt, die mit diesem verbunden ist, um flüssigen Kraftstoff im Verhältnis zu der Impulsbreite eines Signals FPW von der Steuereinrichtung 12 zu liefern. Kraftstoff wird durch das Kraftstoffsystem (nicht gezeigt), das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoffverteilerleitung (nicht gezeigt) umfasst, an eine Kraftstoff-Einspritzdüse 66 geliefert. Alternativ kann der Motor derart konfiguriert sein, dass Kraftstoff direkt in den Motorzylinder eingespritzt wird, was dem Fachmann als Direkteinspritzung bekannt ist.
Verteilerlose Zündanlagen 88 sorgen für einen Zündfunken in dem Brennraum 30 über eine Zündkerze 92 als Antwort auf die Steuereinrichtung 12. Ein Universal-Lamda-Sensor (UEGO) 76 ist gezeigt, der mit dem Abgaskrümmer 48 dem Katalysator 70 vorgeschaltet verbunden ist. Alternativ kann der UEGO-Sensor 76 durch einen bistabilen Lamda-Sensor ersetzt werden. Der bistabile Lamda-Sensor 98 ist mit dem Abgaskrümmer 48 verbunden, dem Katalysator 70 nachgeschaltet gezeigt. Alternativ kann der Sensor 98 auch ein UEGO-Sensor sein. Die Katalysatortemperatur wird durch einen Temperatursensor 77 gemessen und/oder auf Basis von Betriebsbedingungen geschätzt, wie zum Beispiel die Bedingungen der Motordrehzahl, der Last, der Lufttemperatur, der Motortemperatur und/oder der Kombinationen davon.
Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel mehrere Katalysatorsteine enthalten. In einem anderen Beispiel können mehrere Abgasreinigungsvorrichtungen, jede mit mehreren Steinen, Verwendung finden. Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel der Typ eines Drei-wege-Katalysators ein.
Ein Turbolader 49 ist in Verbindung mit dem Abgaskrümmer 48 und dem Ansaugkrümmer 44 gezeigt. Frischluft kann nach einer Drosselklappe 125 zugeleitet werden, die mittels eines Turboladerverdichters 46 verdichtet ist, und kann zum Ansaugkrümmer 44 geleitet werden. Alternativ kann die Drosselklappe 125 dem Turboladerverdichter 46 nachgeschaltet angeordnet sein. Wenn die Drosselklappe dem Verdichter nachgeschaltet angeordnet ist, können die Druck- und Temperatursensoren in dem Ansaugkrümmer genauso wie zwischen dem Verdichter und der Drosselklappe angeordnet sein (d.h., Ladedruck und Ladetemperatur).
Eine Turboladerturbine 43 ist mit dem Turboladerverdichter 46 durch eine Welle 47 verbunden. Während des Betriebs können Abgase von dem Abgaskrümmer 48 zu dem Turbolader 49 strömen, wodurch die expandierenden Abgase die Abgasturbine 43 und den Verdichter 46 in Drehung versetzen können. Die Abgase werden von der Turbine 43 zur Behandlung zum Katalysator 70 geleitet. Der Wirkungsgrad des Turboladers kann durch Verstellen des Leitschaufel-Aktuators 45 des mit veränderlicher Geometrie ausgestatteten Turboladers eingestellt werden. Alternativ kann der Turbolader der Typ eines ladedruckbegrenzten („Wastegate") Turboladers sein.
Die Steuereinheit 12 ist in 1 als ein herkömmlicher Mikrocomputer dargestellt, der aufweist: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 104 sowie einen Festspeicher 106, einen Arbeitsspeicher 108, einen batteriestromgestützten Speicherchip 110 und einen herkömmlichen Datenbus. Die Steuereinrichtung 12 ist gezeigt, wie es verschiedene Signale von mit dem Motor 10 in Verbindung stehenden Sensoren empfängt, wobei dies zusätzlich zu solchen vorausgehend diskutierten Signalen zu verstehen ist und wobei die Steuereinrichtung folgendes aufweist: einen die Motorkühltemperatur (ECT) erfassenden Temperatursensor 112, der mit dem Kühlwassermantel 114 verbunden ist; einen Positionssensor 119, der mit einem Gaspedal verbunden ist; einen Messungen des Motorladedrucks (MAP) liefernden Drucksensor 122, der mit dem Ansaugkrümmer 44 in Verbindung steht; einen eine Messung (ACT) der Motorluftmengentemperatur oder der Krümmertemperatur liefernden Temperatursensor 117; und einen die Motorstellung erfassenden Hall-Effekt-Sensor 118, der die Stellung der Kurbelwelle 40 erfasst. In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung produziert der Motorpositionssensor 118 eine vorbestimmte Zahl von gleichmäßig beabstandeten Impulsen bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle, woraus die Motorumdrehung (RPM) bestimmt werden kann. Die Steuereinrichtung kann den Betrag einer Überlappung zwischen Einlass- und Auslassventilen genauso wie eine Kraftstoffverstellung, Zündverstellung und Drosselklappenposition bestimmen.
Der in 1 beschriebene Motor kann die Haupteinrichtung einer Antriebskrafterzeugung in einem Fahrzeug sein oder er kann ein Teil eines Fahrzeugs sein, das mehr als eine Einrichtung zur Erzeugung einer Antriebskraft hat, wie z.B. ein Hybridfahrzeug. Der Motor kann ein Radmoment in Verbindung mit einem elektrischen Motor in einer Hybridkonfiguration erzeugen. Alternativ kann der Motor das Radmoment in Verbindung mit einem hydraulischen Motor erzeugen. Somit bestehen viele Konfigurationen, wobei Merkmale der vorliegenden Beschreibung vorteilhaft Verwendung finden können.
Eine schematische Darstellung einer turbogeladenen Motorkonfiguration ist unter Bezugnahme auf 2a gezeigt. Die Figur stellt einen 6-Zylinder-Motor mit zwei Zylinderreihen dar, die typischerweise als ein V6-Motor bezeichnet wird. Die Zylinder 216, 218 und 220 weisen eine erste Zylinderreihe auf und die Zylinder 210, 212 und 214 weisen die zweite Zylinderreihe auf. Die erste Zylinderreihe ist in Verbindung mit einem ersten Ansaugkrümmer 220 gezeigt. Der Ansaugkrümmer 220 ist mit der Umgebungsluft über eine Drosselklappe 250 und einen Turbolader 201 in Verbindung stehend gezeigt. Die Drosselklappe 250 kann elektrisch oder mechanisch betätigt sein. Der Turbolader 201 kann eine veränderliche Geometrie oder vom Typ eines Ladedruckbegrenzers sein und verdichtet mittels eines Verdichters 236, der durch eine von Abgasen angetriebene Turbine 234 angetrieben wird, Frischluft. Alternativ kann der Turbolader 201 durch einen Elektromotor angetrieben werden. Die Abgase verlassen die Zylinder 216, 218 und 220 und sind über einen Abgaskrümmer 232 mit der Turbine 234 verbunden. Die Strömung durch den Zylinder 216 wird durch ein variabel betätigtes Einlassventil 240 und/oder durch ein variabel betätigtes Auslassventil 244 gesteuert. Alternativ kann der Motor mit variabel betätigten Einlassventilen und mit festen Steuerzeiten versehenen Auslassventilen ausgerüstet sein. Variabel betätigte Einlass- und/oder Auslassventile können durch eine elektrische, hydraulische, pneumatische oder mechanische Einrichtung betätigt sein. Das Einlassventil 240 regelt die Strömung von dem Einlasskrümmer 220 in den Zylinder 216. Das Auslassventil 244 regelt die Strömung von dem Zylinder 216 zu dem Abgaskrümmer 232. Die Zylinder 218, 220, 210, 212 und 214 sind in derselben Art und Weise wie der Zylinder 216 konfiguriert. Ferner ist von Wichtigkeit, dass die zweite Zylinderreihe, die die Zylinder 210, 212 und 214 aufweist, im Wesentlichen ein Spiegelbild der ersten Zylinderreihe darstellt. Das heißt, der Ansaugkrümmer 222 steht mit der zweiten Zylinderreihe über die Einlassventile in Verbindung und steht auch mit der Drosselklappe 252 und mit dem Verdichter 237 des Turboladers 203 in Verbindung. Der Abgaskrümmer 230 steht mit der zweiten Zylinderreihe über die Auslassventile in Verbindung und steht ebenso mit der Turbine 235 des Turboladers 203 in Verbindung. Es sei festgehalten, dass die Größen- und Leistungseigenschaften der ersten Zylinderreihenkomponenten nicht mit den Größen- und Leistungseigenschaften der zweiten Zylinderreihe überstimmen müssen. Zum Beispiel kann der Turbolader 201, falls gewünscht, in der Lage sein, 20 % mehr als eine Strömung zu erzeugen, die von dem Turbolader 203 erzeugt werden kann. Es sei auch festgehalten, dass es möglich ist, diese Konfiguration auf 4-, 8-, 10- und 12-Zylindermotoren zu erweitern.
Die Turboladerkonfiguration, die in 2a gezeigt ist, gestattet eine separate Steuerung der Drosselklappen 250 und 252. Es gestattet auch eine separate Steuerung von Einlassventilen, Auslassventilen, der Fremdzündung, der Kraftstoffzufuhr und Turbolader zwischen den ersten und zweiten Zylinderreihen, da die Luftkanäle der Reihen unabhängig voneinander sind. Deshalb können die Zylinder der ersten und zweiten Zylinderreihe mit unterschiedlichen Zylinderluftlademengen betrieben werden. Da die Ventile des Weiteren variabel betätigt werden können, kann eine der Zylinderreihen deaktiviert werden (d.h., dass wenig oder kein positives Drehmoment erzeugt wird), während die andere Zylinderreihe ihren Betrieb so weiter führt, dass der Motorwirkungsgrad erhöht werden kann.
Es sei angemerkt, dass die Krümmer-/Drosselklappen-/Ventilkonfiguration, wie sie in 2A gezeigt ist, nicht bedeutet, den Umfang oder die Weite dieser Beschreibung zu begrenzen oder einzuschränken. Die Zylinder der jeweiligen Reihen formen Zylindergruppen, die so ausgewählt sind, dass der Motor gleichmäßig zündet (d.h. mit im Wesentlichen demselben Kurbelwellenwinkelabstand zwischen dem Verbrennungsvorgang), während eine der Zylindergruppen deaktiviert ist. Deshalb können in anderen Beispielen die jeweiligen Ansaugkrümmer so konfiguriert sein, dass sie sich über beide Zylinderreihen erstrecken. Des Weiteren kann eine Zylindergruppe sich aus Zylindern aus einer oder mehrerer Zylinderreihen zusammensetzen.
Unter Bezugnahme auf 2b ist eine schematische Darstellung einer alternativen turbogeladenen Motorkonfiguration gezeigt. Die Figur stellt einen 6-Zylindermotor mit zwei Zylinderreihen dar. Die Zylinder 286, 288 und 290 enthalten eine erste Zylinderreihe und die Zylinder 280, 282 und 284 enthalten die zweite Zylinderreihe. Die erste Zylinderreihe und die zweiten Zylinderreihen sind mit dem Ansaugkrümmer 276 in Verbindung stehend gezeigt. Der Ansaugkrümmer 276 ist mit der Umgebungsluft über die Drosselklappe 278 und den Turboladern 260 und 262 in Verbindung stehend gezeigt. Alternativ kann eine Drosselklappe vorgesehen sein, um den Luftstrom zwischen jedem Turbolader und dem Ansaugkrümmer zu steuern. Die Drosselklappe 278 kann elektrisch oder mechanisch betätigt sein. Die Turbolader 260 und 262 können eine variable Geometrie oder vom Typ eines Ladedruckbegrenzers sein und Frischluft über den Verdichter 296 und 297 verdichten, wobei die Verdichter durch auf Turbinen 294 und 295 wirkende Abgase angetrieben werden. Die Abgase verlassen die Zylinder 286, 288 und 290 und stehen über einen Abgaskrümmer 292 mit der Turbine 294 in Verbindung. Die Strömung durch den Zylinder 286 wird durch ein variabel betätigtes Einlassventil 270 und/oder durch ein variabel betätigtes Auslassventil 274. Variabel betätigte Einlass- und/oder Auslassventile können durch elektrische, hydraulische oder mechanische Einrichtungen betätigt werden. Das Einlassventil 270 regelt die Strömung von dem Einlasskrümmer 276 in den Zylinder 286. Das Auslassventil 274 regelt die Strömung von Zylinder 286 zu dem Abgaskrümmer 292. Die Zylinder 280, 282, 284, 288 und 290 sind auf die gleiche Art und Weise wie der Zylinder 286 konfiguriert. Es sei festgehalten, dass die Größen und Leistungsmerkmale der ersten Zylinderreihenkomponenten nicht mit den Größen und Leistungsmerkmalen der zweiten Zylinderreihe übereinstimmen müssen. Der Turbolader 260 kann z.B. in der Lage sein, falls gewünscht, 20 % mehr Strömung als die Strömung zu erzeugen, die durch den Turbolader 262 erzeugt wird. Es sei auch festgehalten, dass es möglich ist, diese Konfiguration auf 4-, 8-, 10- und 12-Zylindermotoren auszuweiten.
Die Turboladerkonfiguration, wie sie in 2b gezeigt ist, hat eine einzige Drosselklappe und der Lufteinlasskanal ist zwischen den zwei Zylinderreihen gemeinsam benutzt. Die Einlassventile, Auslassventile, die Fremdzündung, die Kraftstoffversorgung und Turbolader können separat gesteuert werden, aber durch diese Konfiguration nehmen die Zylinderreihen an einem gemeinsamen Einlasskrümmerdruck teil. Da die Ventile variabel betätigt werden können, ermöglicht es diese Konfiguration auch einer der Zylinderreihen, deaktiviert zu werden (d.h., dass z.B. wenig oder kein positives Drehmoment durch die mechanisch oder elektrisch schließenden Einlass- und/oder Auslassventile erzeugt wird), während die andere Zylinderreihe weiter in Betrieb ist. Jedoch können Veränderungen bei den Ventilsteuerzeiten einer Zylinderreihe das in der anderen Zylinderreihe erzeugten Drehmoment beeinflussen. Folglich kann ein komplexerer Ventilsteuer-Algorithmus verwendet werden, um die Ventilsteuerzeiten während der Zylinder-Deaktivierung zu steuern, wenn diese Konfiguration anstatt einer in 2a gezeigten Konfiguration zur Anwendung kommt. Ferner kann ein Ventil oder eine Drosselklappe zwischen dem Turbolader der deaktivierten Zylinderreihe und dem Einlasssystem erforderlich sein, um einen Rückstrom durch den deaktivierten Turbolader zu verhindern.
Bezug nehmend auf 3 ist dort eine schematische Ansicht eines Beispiels eines elektrisch betätigten Ventils gezeigt. Der Ventilaktuator ist im abgeschalteten Zustand dargestellt (d.h., kein elektrischer Strom ist den Ventilaktuatorspulen zugeleitet worden). Die elektromechanische Ventileinrichtung besteht aus einer Ankeranordnung und einer Ventilanordnung. Die Ankeranordnung besteht aus einer Ankerrückstellfeder 301, einer Ventilsschließspule 305, einer Ventilöffnungsspule 309, einer Ankerplatte 307, einem Ventilhubsensor 317 und einem Ankerschaft 303. Wenn die Ventilspulen nicht unter Strom gesetzt sind, stellt sich die Ankerrückstellfeder 301 der Ventilrückstellfeder 311 entgegen, der Ventilschaft 313 und der Ankerschaft 303 sind miteinander in Kontakt und die Ankerplatte 307 ist im Wesentlichen zwischen der Öffnungsspule 309 und Schließspule 305 zentriert. Dies ermöglicht es dem Ventilteller 315, einen teilweise geöffneten Zustand im Hinblick auf den Kanal 319 anzunehmen. Wenn der Anker in der vollständig geöffneten Stellung ist, steht die Ankerplatte 307 mit der magnetischen Polfläche 326 der Öffnungsspule in Berührung. Wenn sich der Anker in der vollständig geschlossenen Stellung befindet, steht die Ankerplatte 307 mit der magnetischen Polfläche 324 der Schließspule in Berührung.
In einer Ausführung weist die Ankerplatte 307 Permanentmagnete auf. In einer anderen Ausführung weist die Ankerplatte 307 keine Permanentmagnete auf. Permanentmagnete können verwendet werden, um den Ventilaktuatorstrom zu reduzieren, weil der Permanentmagnet das Ventil in einer geschlossenen Stellung in Abwesenheit eines Haltestroms wenigstens während einiger Bedingungen hält.
Als eine Alternative kann ein elektrischer Ventilaktuator als eine Einzelspule ausgelegt werden, die mit einem Zweiplattenanker kombiniert ist. In einer anderen Alternative kann der Ventilaktuator einen Hebelmechanismus zwischen dem Aktuatoranker und dem Ventilschaft verwenden. Diese Konstruktion kann den Energieverbrauch unter einigen Umständen verringern, da der mechanische Vorteil des Hebels die Strommenge für ein Öffnen und Schließen eines Ventils verringern kann. Der Ventilhub, die Zeitdauer und Verstellverfahren, die hierin beschrieben werden, können auch auf diese oder andere Aktuatorausführungen ausgeweitet werden, da nicht beabsichtigt ist, dass die Aktuatorausführungen den Umfang dieser Beschreibung beschränken.
Bezug nehmend auf 4 ist ein Ablaufdiagramm eines Beispiels für eine Motorabschaltstrategie gezeigt. In Schritt 402 bestimmt das Programm, ob es eine Forderung für ein Motorabstellen gegeben hat. Die Forderung abzustellen kann z.B. von einem Bedienschalter oder von einer Systembedieneinrichtung eines Hybridfahrzeugs kommen. Gibt es eine Forderung, den Motor abzustellen, schreitet das Programm zum Schritt 404. Falls nicht, rückt das Programm auf Ausgang vor.
Im Schritt 404 wertet das Programm eine Reihe von Zustandsregistern aus, die eine Angabe des augenblicklichen Takts jedes Zylinders enthalten (z.B. Arbeitshub, Auslasshub, Einlasshub usw.), um den Abschaltvorgang für jeden Zylinder oder alternativ für ausgewählte Zylinder zu bestimmen. Den Ventilen in Zylindern, die ein nicht verbranntes Luft-Kraftstoff-Gemisch enthalten, kann ermöglicht werden, den augenblicklichen Zylindertakt fortzusetzen, so dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrannt werden kann, bevor ausgewählte Ventile in der geschlossenen Position gehalten werden. Die Ventile in Zylindern, die Luft ohne Kraftstoff enthalten, können deaktiviert werden (d.h., dass ein oder mehrere ausgewählte Ventile in der geschlossenen Position gehalten werden und die Verbrennung verhindert wird), so dass die Abschaltzeit verkürzt wird. Die Ventile in den Zylindern, die Abgase enthalten, können so gesteuert werden, dass sie die restliche Abgasmischung einschließen oder ausstoßen und anschließend können ein oder mehrere Ventile in einer geschlossenen Stellung gehalten werden, nachdem das Abgas ausgestoßen worden ist oder direkt nachdem die Forderung für ein Abschalten empfangen worden ist, so dass die Abgase eingeschlossen werden.
Alternative Verfahren sind ebenso möglich, um einen oder mehrere Zylinder, z.B. nach einer Motorabstellforderung, abzuschalten. Für ein oder mehrere Zylinder, die ein unverbranntes Luft-Kraftstoff-Gemisch enthalten, kann eine Verbrennung durch Deaktivieren der Zündung und durch Geschlossenhalten der Einlass- und Auslassventile verhindert werden, so dass das unverbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder verbleibt, wodurch die Mischung während eines darauf folgenden Neustarts verwendet werden kann. In einer anderen Alternative kann des Weiteren jeder Zylinder oder ausgesuchte Zylinder ein oder mehrere zusätzliche Verbrennungszyklen irgendeinem der zuvor erwähnten Zylinder-Deaktivierungsabfolgen hinzufügen, so dass eine Strategie hinsichtlich einer Kraftstofffilmverringerung (puddle reduction) ausgeführt werden kann. Zum Beispiel kann ein Zylinder in einem Arbeitshub während einer Motorabstellforderung so gesteuert werden, dass der Zylinder den aktuellen Takt ausführt, und anschließend kann die Ventilsteuerung eingestellt werden, bevor ein zusätzlicher Zylindertakt beendet ist. Ein oder mehrere Ventile können während des zusätzlichen Zylindertakts auf die geschlossene Stellung eingestellt werden, so dass eine Strömung durch den Zylinder reduziert wird.
Die Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern kann während einer Zylinder-Deaktivierung und/oder einer Motorabstellforderung auch auf verschiedene Art und Weise gesteuert werden. Bei Motoren mit Saugkanaleinspritzung kann die Kraftstoffzufuhr zu einem Zylinder sofort, zum Beispiel nach einer Forderung, den Motor abzustellen, oder nach einer vorbestimmten Anzahl von Ansaugvorgängen des jeweiligen Zylinders, gestoppt werden. Wenn der Kraftstofffluss sofort gestoppt wird, kann anschließend die Ventilsteuerung so eingestellt werden, dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Zylinders erreicht. Alternativ können die Kraftstofffluss- und Ventilsteuerungseinstellungen über eine vorbestimmte Anzahl von Zylinderansaugvorgängen vorgenommen werden, so dass die „Kraftstoffpfützen" (fuel puddles) in die Zylinder gesaugt werden, bevor die Verbrennung gestoppt wird. Um den Kraftstoff direkt in die Zylinder einzuspritzen, kann der Kraftstofffluss sofort nach der Abstellforderung, nach einem Verbrennungsvorgang in dem Zylinder oder nach einem letzten Ansaugvorgang für den Zylinder unterbrochen werden. Da der Kraftstofffluss direkt in die Zylinder eingespritzt wird, können die Ventile teilweise durch einen Ansaugvorgang geschlossen werden, während das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Zylinders gehalten wird. Kraftstoff kann mittels eines Direkteinspritzungssystems eingespritzt werden, während das Einlassventil offen ist oder nachdem das Einlassventil geschlossen hat. Das Programm rückt auf den Schritt 406 vor.
In Schritt 406 können ausgewählte Ventile in einer geschlossenen Stellung gehalten werden, wenn der Motor langsamer wird und steht. Ventile einer variablen Ereignis-Ventilsteuerung können auf flexible Art und Weise gesteuert werden, was über die feste Viertakt-Ventilsteuerung hinausgeht. Damit können die Ventile in einzigartiger Art und Weise so gesteuert werden, dass die Motorleistung und die Emissionen verbessert werden können. Durch Schließen ausgewählter Ventile während einer Motorabschaltung und/oder während eines Motorabstellens kann die Gasströmung durch den Motor und das Abgassystem verringert werden. Insbesondere können Zylinderventile dazu verwendet werden, den Sauerstoffstrom in den Motor und den Abgasstrom aus dem Motor und aus dem Abgassystem zu steuern. Des Weiteren kann durch das Geschlossenhalten ein oder mehrerer Zylinderventile der Kraftstoffverdunstungsstrom (z.B. Kohlenwasserstoffe) aus dem Motor und dem Abgassystem verringert werden. Ferner kann durch das Geschlossenhalten ein oder mehrerer Zylinderventile eine bessere Abdichtung für den Motor und das Abgassystem als eine geschlossene Drosselklappe oder ein Zusatzluftventil geschaffen werden, da die Drosselklappen allgemein nicht eine vollständig geschlossene Stellung während des Motorabstellens einnehmen. Zum Beispiel hat eine Drosselklappe normalerweise ein minimales Öffnungsmaß, so dass der Motor im Leerlauf laufen kann, wenn eine Drosselklappenverschlechterung auftritt. Im Gegensatz dazu kann ein Zylinderventil auf eine geschlossene Stellung gestellt werden, so dass beinahe die gesamte Strömung durch einen Zylinder verhindert wird.
Weiter mit Schritt 406 können ausgewählte Ventile, die in den Zylindern arbeiten, in eine geschlossene Stellung gebracht werden, die von der Stellung des Motors und des Zylindertakts abhängen. In einem Beispiel können ausgewählte Ventile in den Zylindern, die sich zwischen Ansaughüben während einer Motorabstellforderung befinden, in einer geschlossenen Stellung gehalten werden, während der Motor zum Abstellen sich verlangsamt und während sich der Motor in der abgestellten Stellung befindet. Wenn z.B. eine Abstellforderung während des Verdichtungshubs eines bestimmten Zylinders auftritt, dann können die Einlassventile dieses Zylinders nach der Abstellforderung geschlossen gehalten werden. Die Einlassventile können, während der Motor langsamer wird, und anschließend für wenigstens einen Teil der Motorabstelldauer geschlossen bleiben. Während eines darauf folgenden neuen Starts des Motors können z.B. die Einlassventile zu der geöffneten Stellung und/oder zu einem Öffnungsvorgang, basierend auf einem Viertaktprozess, veranlasst werden. Während einer Motorabschaltung, bei dem Einlassventile geschlossen gehalten werden, können die Auslassventile dazu gebracht werden, nach einem vorbestimmten Ablauf (z.B. 4-, 6- oder 2-Takt) gehalten zu werden oder in eine geöffnete oder geschlossene Stellung gebracht zu werden. In einer noch anderen Alternative werden die Einlassventile während einer Motorabschaltung geschlossen gehalten und die Zylinderauslassventile können geschlossen gehalten werden, nachdem das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch aus dem Zylinder ausgeströmt ist. Auf diese Art und Weise können die Auslassventile in einen geschlossenen, geöffneten, deaktivierten Zustand gestellt werden (z.B. die neutrale Stellung eines elektrisch betätigten Ventils), oder sie können auf Basis einer Motorstellung so betrieben werden, dass die Motoremissionen und die Pumparbeit in gewünschter Art und Weise gesteuert werden kann. Da die Einlassventile des Weiteren geschlossen gehalten werden, hat der Betrieb der Auslassventile einen geringen Einfluss auf die Strömung von der Einlassseite des Zylinders zu der Auslassseite des Zylinders.
Der Typ des Kraftstofffördersystems kann auch die Art und Weise und die Folge der Einlassventile während eines Motorabschaltens/Motorabstellens beeinflussen, wobei es wünschenswert sein kann, die Einlassventile geschlossen zu halten. Zum Beispiel kann das Einlassventil bei einem Zylinder mit Saugkanaleinspritzung geschlossen gehalten werden, nachdem der Einlassvorgang abgeschlossen ist und in einer geschlossenen Position gehalten wird, bis der Motor erneut gestartet wird oder bis ein genauer Zeitbetrag oder eine genaue Zeitbedingung aufgetreten ist. Durch den Abschluss des Ansaugvorganges kann es möglich sein, das Luft-Kraftstoff- Verhältnis eines Zylinders nach der Forderung, den Motor und/oder Zylinder abzustellen, zu regeln, weil es einfacher sein kann, die Kraftstoffmenge zu bestimmen, die in den Zylinder von der Einspritzdüse und/oder von irgendeinem Kraftstofffilm gelangt, der sich in dem Ansaugkrümmer gesammelt hat.
Andererseits, wenn eine Motorabstellforderung während eines Ansaughubs eines Zylinders auftritt, bei dem Kraftstoff direkt in den Zylinder eingespritzt worden ist, dann kann das Einlassventil zeitig geschlossen werden. Da der Motor dabei ist, abgestellt zu werden, kann der Kraftstoff auf die kurze Dauer des Einlassvorgangs abgestimmt werden, so dass ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Gemisch erzeugt wird. Folglich kann Kraftstoff eingespart werden (durch Absenken der Kraftstoffmenge, um verringerte Luftfüllung abzugleichen), während ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird. Dies ist möglich, da die Kraftstoffförderung zu einem Zylinder mit Direkteinspritzung, nachdem das Einlassventil schließt, aktualisiert werden kann, wenigstens unter einigen Bedingungen. Alternativ kann der Kraftstofffluss zu einem Zylinder mit Direkteinspritzung während eines frühen Schließvorganges eines Einlassventils verhindert werden, so dass der Zylinderabschaltvorgang früher ist. Das heißt, eine Luftteilfüllung kann z.B. angesaugt werden, gefolgt durch ein Geschlossenhalten der Einlassventile und Einschließen der Luftteilfüllung. Somit kann eine variable Ereignis-Ventilsteuerung verbunden mit einer Direkteinspritzung zusätzliche Vorteile schaffen, wie z.B. ein verringerter Kraftstoffverbrauch und verringerte Emissionen während eines Motorabschaltens. Diese Vorteile können speziell bei Anwendungen brauchbar sein, bei denen der Motor häufig abgestellt und neu gestartet wird, was manchmal als Abstell-Start-Anwendungen bezeichnet wird.
Als Alternative zum Geschlossenhalten der Einlassventile nach einer Motorabstellforderung können die Auslassventile nach einer Motorabstellforderung geschlossen gehalten werden. Unter einigen Umständen mag es jedoch wünschenswert sein, jegliche Abgase auszustoßen, die in dem Zylinder verbleiben, bevor die Abgasventile in eine geschlossene Stellung gebracht sind, da ein Entleeren des Abgases aus dem Zylinder eine bessere Vorbereitung des Zylinders für einen nachfolgenden Neustart sein mag. Wenn z.B. eine Motorabstellforderung während eines Verdich tungstakts eines bestimmten Zylinders erfolgt, dann können die Abgasventile geschlossen gehalten werden, nachdem ein letztes Luft-Kraftstoff-Gemisch (d.h. ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, das vor oder während der Forderung zur Motorabstellung angesaugt worden ist) verbrannt und aus dem Zylinder ausgestoßen worden ist. In diesem Beispiel können die Einlassventile nach dem letzten Verbrennungsvorgang geschlossen gehalten werden und sie können periodisch geöffnet werden, um die Luftmenge in dem Zylinder zu regulieren. Alternativ können die Einlassventile fortfahren, in einer vorbestimmten Art und Weise (z.B. 4-, 6- oder 2-Takt-Basis) zu arbeiten oder sie können auf eine offene oder neutrale Stellung gestellt werden. In diesem Beispiel ist der Strömung durch die Zylinder begrenzt, weil die Auslassventile der Zylinder geschlossen sind.
Unter gewissen Umständen kann es vorteilhaft sein, ein letztes Luft-Kraftstoff-Gemisch zu verbrennen und auszustoßen und anschließend ein bekanntes Luftvolumen in dem Zylinder einzuschließen. Indem z.B. eine bekannte Luftmenge in dem Zylinder eingeschlossen und Kraftstoff in den Zylinder für einen nachfolgenden Neustart des Motors eingespritzt wird, kann die Anlasszeit verringert werden. Auf der anderen Seite kann es unter gewissen Umständen vorteilhaft sein, ein Vakuum in dem Zylinder zu erzeugen, so dass Kraftstoff zur gleichen Zeit eingespritzt werden kann, während das Einlassventil während eines Motorneustarts geöffnet wird, so dass der Kraftstoff besser verdampfen kann. Es sei festgehalten, dass es auch möglich ist, ausgewählte Ventile zu steuern, um sie innerhalb der Zeit zwischen der Abstellforderung und dem aktuellen Motorabstellen oder innerhalb der Motorabstell- und Motoranlass-Zeit geschlossen zu halten. Das heißt, dass die Ventile während der gesamten Zeit zwischen der Abstellforderung und einem darauf folgenden Neustart nicht geschlossen gehalten sein müssen. Die Ventile können während eines Teils der Zeit von der Abschaltforderung bis zu dem Neustart, abhängig von den Zielen, geschlossen gehalten werden.
Indem die Einlass- und/oder Auslassventile nach einer Motorabforderung geschlossen werden und indem die Einlassventile in einer geschlossenen Stellung gehalten werden, kann das Strömen in die Abgaseinrichtung und aus dem Motor heraus verringert werden. Dies kann besonders wichtig sein, wenn die Motoren abgestellt wer den, bei denen die Einlassventile elektrisch betätigt worden sind, welche während eines deaktivierten Zustandes (z.B. siehe 3) eine neutrale Stellung einnehmen, da Ventile in dem deaktivierten Zustand ein Strömen durch den Motor und die Abgaseinrichtung zulassen. Wie oben erwähnt, können Ventile, die den nach einem Steuerbefehl geschlossenen Ventilen gegenüberliegen (z.B., wenn Einlassventile auf einem Steuerventil geschlossen werden, ist das gegenüberliegende Ventil ein Auslassventil, oder, wenn ein Auslassventil auf einen Steuerbefehl hin geschlossen wird, ist das gegenüberliegende Ventil ein Einlassventil), auf eine geöffnete oder teilweise geöffnete Stellung gestellt werden. Dies kann den Energieverbrauch und/oder Motorpumpverluste verringern, während der Motor langsamer dreht und wenn der Motor abgestellt ist. Ein Teil der Motorzylinderventile kann auch auf diese Art und Weise gesteuert werden. Das heißt, Ventile von 3 Zylindern eines 6-Zylinder-Motors, können durch ein oder mehrere der oben erwähnten Verfahren gesteuert werden. 6-8 stellen einige der verfügbaren möglichen Motorabstell- und Startfolgen dar, wobei nicht die Absicht besteht, die Breite oder den Umfang dadurch einzuschränken. Das Programm rückt auf Schritt 408 vor.
In Schritt 408 wird in dem Programm der Zustand ein oder mehrerer Zylinder bewertet, um festzulegen, ob der letzte Verbrennungstakt abgeschlossen worden ist. Wenn der letzte Verbrennungstakt der Zylinder nicht abgeschlossen ist, kehrt das Programm zu Schritt 404 zurück. Wenn der letzte Verbrennungstakt der Zylinder abgeschlossen ist, dann geht das Programm zu dem Schritt 410.
Anmerkung: Die Ausführung des Schritts 406 kann durch Schritt 408 ersetzt werden und Schritt 408 kann durch Schritt 406 ersetzt werden, wenn es wünschenswert ist, den letzten Zylinderverbrennungsvorgang abzuschließen, bevor ausgewählte Ventile geschlossen gehalten werden.
In Schritt 410 bestimmt das Programm, ob die Motordrehzahl gestoppt hat. Wenn die Motordrehzahl nicht gestoppt hat, schließt das Programm geeignete Ventile, um die Strömung durch den Motor zu verringern und das Motorgeräusch, z.B. durch eine der oben erwähnten Verfahren zu verringern, und wartet, bis der Motor steht. Das Programm geht zu Schritt 412.
In Schritt 412 kann die Motorsteuereinrichtung ausgewählte Ventile freigeben. Einige variable Ereignis-Ventilsteuerungen können Ventile arbeiten lassen, die in der geöffneten und/oder geschlossenen Stellung Energie verbrauchen, z.B. die elektrisch betätigten Ventile, die durch 3 beschrieben sind. In diesen Systemen kann es von Vorteil sein, ein oder mehrere variable Ereignis-Ventile freizugeben, so dass der elektrische Energieverbrauch während des Motorabstellens verringert werden kann. Einlass- und/oder Auslassventile können freigegeben werden, wenn bestimmt ist, dass ein Strömen durch die Motorzylinder gering sein wird, wenn das Ventil freigegeben wird, wenn der Ladezustand der Batterie niedrig ist oder wenn es z.B. wünschenswert ist, elektrische Energie zu sparen. Das Programm geht zu Schritt 414.
In Schritt 414 bestimmt das Programm, ob die verbleibenden geschlossenen Ventile freigegeben werden sollen. Das Programm kann eine Entscheidung treffen durch Bewerten der Motorabstellzeit (der Zeitbetrag, in dem der Motor abgestellt war, auch bekannt als die „Motordurchnässzeit" (soak time)), durch die Motorbetriebsbedingungen (z.B. Motortemperatur, Batterieladezustand), Betreibereingaben, Eingaben von Hilfssystemen (z.B. Hybrid-Triebwerkssteuereinrichtungen) und/oder durch Kombinationen oder Subkombinationen der zuvor genannten Bedingungen. Wenn keine der zuvor erwähnten Eingaben anzeigen, dass die Ventile in einer Position gehalten werden sollen, dann geht das Programm zu Schritt 416. Wenn Bedingungen, die Ventile freizugeben, nicht angetroffen werden, geht das Programm zum Ausgang.
In Schritt 416 werden die verbleibenden Ventile, die in einer Stellung gehalten werden, freigegeben. Wie zuvor erwähnt, können einige variable Ereignis-Ventilsteuerungen Energie verbrauchen, wenn sie z.B. in den geschlossenen Zustand gestellt worden sind. Deshalb kann es von Vorteil sein, den Energieverbrauch durch Freigeben der Ventile und/oder Abschalten des Energieflusses zu diesen Ventilen zu verringern. Einige elektrisch betätigte Ventile verwenden Permanentmagnet-Anker oder Pole, die es dem Ventil erlauben, in einer geschlossenen Position zu verbleiben, wenn der Druckabfall über das Ventil unter einem gewissen Betrag liegt.
Für diese Ventilaktuatortypen ist es möglich, das Ventil freizugeben und die Strömung durch die Zylinder durch Abstellen des Energieflusses zu dem Ventil zu verhindern, da der Permanentmagnet die Kraft aufbringt, das Ventil in einer geschlossenen Stellung zu halten. Nach einem Freigeben der Ventile geht das Programm zum Ausgang.
Unter Bezug auf 5 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Start eines Motors mit in geschlossener Stellung gehaltenen Ventilen gezeigt. In Schritt 501 bestimmt das Programm, ob es eine Forderung zum Motorstart gegeben hat. Wenn dies der Fall ist, geht das Programm zu Schritt 503. Wenn es nicht der Fall ist, geht das Programm zum Ausgang.
In Schritt 503 sind Ventile, basierend auf der Stellung zum Motorabstellen, der Zylinderzündfolge und der Motorstarterfordernisse positioniert. Da die Ventile während des Motorabschaltens und Motorabstellens in einer Stellung gehalten werden können, kann die Stellung von einigen Ventilen relativ zum gewünschten Takt (z.B. Einlass-, Verdichtungs-, Auslass- oder Arbeitshub) eines speziellen Zylinders aus der Synchronisation sein. Auf Basis der Kolbenstellung kann es z.B. wünschenswert sein, den Zylinder Nr. 1 auf einen Einlasshub zu stellen. Jedoch können die Einlassventile des Zylinders 1 in einer geschlossenen Position gehalten werden, wenn der Motor unter Verwendung des in 4 beschriebenen Verfahrens abgestellt wird. Folglich können in Schritt 503 die Motorventile in eine gewünschte Stellung gebracht werden, die sich auf die Motorstellung, eine gewünschte Zündfolge und auf Motorstarterfordernisse bezieht. Deshalb können unter einer Bedingung, bei der die Einlassventile während einer Forderung zu einem erneuten Motorstart geschlossen werden und bei der ein Einlassvorgang erwünscht wird, das Ventil z.B. von einer geschlossenen Stellung zu einer geöffneten Stellung gestellt werden. Ein Verfahren zum Bestimmen des gewünschten Takts und die gewünschte Ventilfolge für eine variable Ereignis-Ventilsteuerung ist in der US-Patentanmeldung 10/805645, eingereicht am 19. März 2004, beschrieben, die hiermit voll und vollständig unter Bezug eingeschlossen ist. Das Verfahren geht zu Schritt 505.
In Schritt 505 wird der Motor gestartet. Nachdem die Ventile in die gewünschten Stellungen gestellt worden sind, kann der Motor mit Hilfe eines Anlassers, direkt gestartet (gestartet durch Verbrennen eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem oder mehrerer Zylinder) oder durch einen Hybridmotor gestartet werden. Wenn sich der Motor dreht, werden die Ventile in einer vorbestimmten Abfolge (z.B. 4-Takt oder 6-Takt) betrieben, um den Motor laufen zu lassen. Nach dem Starten geht das Programm zum Ausgang.
Es sei festgehalten, dass die durch die 4 und 5 beschriebenen Verfahren verwendet werden können, um Motorventilabfolgen zu erzielen, die in 6-8 dargestellt sind, und andere Abfolgen zu erzielen, die hier nicht dargestellt sind. Insofern sind die 6-8 nicht erwähnt, um den Umfang und die Breite der Beschreibung zu begrenzen, sondern sollen lediglich als Darstellungsbeispiele dienen.
Bezug nehmend auf 6 ist ein Beispiel zum Ventilsteuerungsablauf während eines Motorabstellens und eines darauf folgenden Starts gezeigt. Der dargestellte Ablauf ist eine Simulation, die eine Ventilsteuerung für einen 4-Zylindermotor darstellt, der im 4-Takt läuft. Da es möglich ist, die verschiedenen dargestellten Bewegungsabläufe bzw. Graphen von Ventilen, die in der Beschreibung vorliegen, unter Verwendung einer Auswahl von Aktuatortypen (z.B. elektrisch betätigte, hydraulisch betätigte und mechanisch betätigte) zu erzielen, ist der Typ oder die Konstruktion des verwendeten Aktuators in Bezug auf den Umfang der Beschreibung nicht begrenzend oder beschränkend gemeint. In diesem Beispiel repräsentieren die Graphen mögliche Graphen für elektrisch betätigte Ventile.
Die Vorgänge der Einlass- und Auslassventilstellung laufen von links nach rechts in der Figur. Die Einlassventilgraphen sind mit I1-I4 bezeichnet, während die Auslassventilgraphen mit E1-E4 bezeichnet sind. Der Beginn eines jeden Ventilgraphen (d.h. links in der Figur) ist mit den Buchstaben O, M und C angezeigt. Diese Buchstaben kennzeichnen das Ventil in offenen (O) in der Mitte (M) und in geschlossenen Stellungen. Die senkrechten Markierungen längs der Ventilgraphen weisen die oberen Todpunkt- oder unteren Todpunkt-Stellungen für die jeweiligen Zylinder aus. Eine senkrechte Linie 601 stellt ein Beispiel eines Hinweises dar, wo sich im Takt eine Motorabstellforderung ereignet hat; eine senkrechte Linie 603 gibt die Motorabstellstellung an und eine senkrechte Linie 607 weist auf eine Forderung zum Starten des Motors hin. Eine Kraftstoffeinspritzverstellung des Motors wird (symbolisch) durch Kraftstofftropfen (z.B. 620) angezeigt und eine Zündverstellung des Motors ist durch ein "*" angedeutet. Es wird eine Kraftstoffeinspritzverstellung für einen Motor mit Saugkanaleinspritzung gezeigt. Die Ventilsteuerzeiten und die Markierungen der Motorstellung können auf die Kolbenstellung jedes Zylinders des Motors (z.B. Linien 610 und 612) bezogen werden. Die Kolben 1 und 4 sind in denselben Stellungen in ihren jeweiligen Zylindern, während die Zylinder 2 und 3 in Vergleich mit den Zylindern 1 und 4 180° aus der Phase sind.
Nach einer Abstellanfrage 601 verbleiben die Einlassventile geschlossen bis zur Motorstartforderung. In diesem Beispiel ereignet sich die Abstellanfrage während eines Ansaugvorgangs des Zylinders 2 und die Einspritzverstellung wird ausgeführt, wenn das Einlassventil des jeweiligen Zylinders geschlossen ist. Das Einlassventil ist bei Beenden des Ansaugvorganges, der gerade abläuft, gezeigt. Jedoch ist es auch möglich, das Einlassventil früher nach einer Abstellanfrage zu schließen, so dass die Zylinderfüllung verringert wird. Das letzte Verbrennungsereignis vor dem Motorabstellen ereignet sich in Zylinder 2, da die Einlassventile der verbleibenden Zylinder nach der Abstellforderung geschlossen gehalten worden sind. Die Auslassventile setzen ihren Betrieb fort, bis die Inhalte der jeweiligen Zylinder ausgestoßen worden sind und anschließend werden sie in einer geschlossenen Stellung gehalten. Alternativ können die Auslassventile nach der Abstellforderung geschlossen gehalten werden, bis der Motor steht, ohne die Zylinderinhalte ausgestoßen zu haben. Das heißt, die Auslassventile können nach einer Abstellanfrage geschlossen gehalten werden, ohne die Zylinderinhalte auszustoßen. Des Weiteren ist es auch möglich, alle Zylinderventile zu schließen, während eine Verbrennung (z.B. durch Verhindern der Zündung) nach der Abstellforderung verhindert wird, so dass ein Luft-Kraftstoff-Gemisch innerhalb des Zylinders eingeschlossen wird. Durch das Einschließen eines Luftkraftstoff-Gemisches in dem Zylinder wird eine Verringerung der Anlasszeit durch Verbrennen der Mischung während einer darauf folgenden Motorstartforderung ermöglicht.
Bereich 605 liegt zwischen Motorabstellen und Motorstart. Dieser Bereich repräsentiert die Motor-Aus-Zeit oder eine Motordurchnäss-Zeit und diese kann hinsichtlich ihrer Dauer variieren. Die Durchnäss-Zeit als solche ist lediglich zur Darstellung beabsichtigt und es ist nicht beabsichtigt, irgendeine spezielle Zeitspanne zu definieren. Der Motor kann nach dieser Zeitspanne wieder neu gestartet werden, indem z.B. der Motor angedreht wird oder der Motor durch Kraftstoffeinspritzen in Zylinder mit eingeschlossener Luft direkt gestartet wird. Die Figur zeigt auch, dass alle Motorventile während der Durchnäss-Zeit geschlossen gehalten werden. Durch Geschlossenhalten der Ventile können Motorverdampfungsemissionen und eine Störung des Katalysatorzustands verringert werden, da die Luftströmung in dem Motor verringert werden kann, während die Motordrehung gestoppt hat. Alternativ ist es auch möglich, ein oder mehrere Ventile für die mittlere Stellung des Ventils freizugeben, so dass eine Gruppe von Ventilen geschlossen gehalten wird, während eine zweite Gruppe von Ventilen für die mittlere Stellung freigegeben ist. Des Weiteren können die Ventile für eine mittlere Stellung freigegeben werden, z.B. als Antwort auf eine Zeitspanne seit dem Motorabstellen, auf eine Motorbetriebsbedingung (z.B. Motortemperatur, Katalysatortemperatur, Bedingung eines Hybridantriebs oder Batterieladezustand) oder bis zu einer externen Forderung, wie z.B. eine Forderung von einer Hybridantriebssteuerung.
Der Motor wird durch Stellen der Steuerzeiten der Ventile neu gestartet. Die Ventile können auf die Steuerzeiten eingestellt werden, die während des Betriebs vor der Motorabstellforderung vorlagen, oder sie können z.B. so gesteuert werden, dass der Motor einen ersten Verbrennungsvorgang an einem vorbestimmten Zylinder auslöst. In dem in 6 dargestellten Anlassvorgang wird Kraftstoff während eines geöffneten Ventils des zweiten Zylinders eingespritzt und anschließend verbrannt. In diesem Beispiel löst die Startforderung die Öffnung des Einlassventils 625 des Zylinders 2 und des Auslassventils 630 des Zylinders 1 aus. Der Betrieb der anderen Ventile folgt auf Basis eines 4-Takts, der auf die Stellung des drehenden Motors bezogen ist.
Unter Bezugnahme auf 7 ist ein alternatives Beispiel eines Ventilsteuerungsablaufs während eines Stopps und eines darauf folgenden Starts eines 4-Zylinder-Motors gezeigt. Der dargestellte Ablauf ist vergleichbar mit dem in 6 gezeigten und verwendet dieselben Bezeichnungen für Ventile, Ventilstellungen, Zündung und Kraftstoffeinstellung. Jedoch ist bei diesem Ablauf eine in die Zylinder direkte Kraftstoffeinspritzung gezeigt.
Eine senkrechte Linie 701 stellt ein Beispiel eines Hinweises dar, wo sich im Takt eine Motorabstellforderung ereignet hat; eine senkrechte Linie 703 gibt die Motorabstellstellung an, und eine senkrechte Linie 707 weist auf eine Forderung zum Starten des Motors hin. Eine Kraftstoffeinspritzverstellung des Motors wird durch Kraftstofftropfen (z.B. 720) angezeigt, und eine Zündverstellung des Motors ist durch ein "*" angedeutet. Die Ventilsteuerzeiten und die Markierungen der Motorstellung können auf die Kolbenstellung jedes Zylinders des Motors (z.B. Linien 710 und 712) bezogen werden. Die Kolben 1 und 4 sind in denselben Stellungen in ihren jeweiligen Zylindern, während die Zylinder 2 und 3 in Vergleich mit den Zylindern 1 und 4 180° aus der Phase sind.
Nach einer Abstellforderung 701 verbleiben die Einlassventile geschlossen bis zur Motorstartforderung. In diesem Beispiel ereignet sich die Abstellforderung während eines Ansaugvorgangs und führt zu einer frühen Schließung des Einlassventils des Zylinders 2. Da Kraftstoff direkt in den Zylinder eingespritzt wird, kann der Einspritzvorgang stattfinden, während das Einlassventil geöffnet oder geschlossen ist. Das letzte Verbrennungsereignis vor dem Motorabstellen ereignet sich in Zylinder 2, da die Einlassventile der verbleibenden Zylinder nach der Abstellforderung geschlossen gehalten worden sind. Die Auslassventile setzen ihren Betrieb fort, als ob die jeweiligen Zylinder in einem Viertakt-Ventilsteuerungsmodus arbeiten würden. Alternativ können die Auslassventile nach der Abstellforderung geschlossen gehalten werden, bis der Motor steht, ohne die Zylinderinhalte ausgestoßen zu haben, oder sie können geschlossen gehalten werden, nachdem die jeweiligen Zylinder ausgestoßen haben. Des Weiteren ist es auch möglich, alle Zylinderventile zu schließen, während eine Verbrennung (z.B. durch Verhindern der Kraftstoff- und/oder Zündfunkenlieferung) nach der Abstellforderung verhindert wird.
Bereich 705 liegt zwischen Motorabstellen und Motorstart. Dieser Bereich repräsentiert den Motor-Aus-Zeit oder eine Motordurchnäss-Zeit und diese kann hinsichtlich ihrer Dauer variieren. Die Durchnäss-Zeit als solche ist lediglich zur Darstellung beabsichtigt und es ist nicht beabsichtigt, irgendeine spezielle Zeitspanne zu definieren. Der Motor kann nach dieser Zeitspanne wieder neu gestartet werden, indem z.B. der Motor angedreht wird oder der Motor durch Kraftstoffeinspritzen in Zylinder mit eingeschlossener Luft direkt gestartet wird. Die Figur zeigt auch, dass Auslassventile freigegeben werden, nachdem der Motor eine Abstellstellung erreicht. Durch Freigeben des Auslassventils kann der Energieverbrauch der elektrisch betätigten Ventile verringert werden, während der Motor steht. Da die Einlassventile geschlossen bleiben, können Motorverdampfungsemissionen und eine Störung des Katalysatorzustands verringert werden, da die Luftströmung in dem Motor verringert werden kann, während die Motordrehung gestoppt hat. Wie oben erwähnt, können die Ventile ferner für eine mittlere Stellung freigegeben werden, z.B. als Antwort auf eine Zeitspanne seit dem Motorabstellen, auf eine Motorbetriebsbedingung (z.B. Motortemperatur, Barometerdruck, Katalysatortemperatur, Bedingung eines Hybridantriebs oder Batterieladezustand) oder bis zu einer externen Forderung, wie z.B. eine Forderung durch eine Hybridantriebssteuerung. Des Weiteren kann noch eine Gruppe von Ventilen in der Stellung, die ein Ventil beim Motorabstellen annimmt, gehalten werden, während andere gestellt und/oder freigelassen werden als Antwort auf Betriebsbedingungen des Motors und/oder Fahrzeugs.
Nach der Startforderung wird der Motor durch Stellen der Steuerzeiten der Ventile neu gestartet. Die Ventile können auf Steuerzeiten gestellt werden, welche sie vor der Motorabstellforderung in Betrieb hatten oder z.B. können sie derart gesteuert werden, dass der Motor einen ersten Verbrennungsvorgang in einem vorbestimmten Zylinder beginnt. In einem in 7 dargestellten Startvorgang wird Kraftstoff nach einer Ventilöffnung des Zylinders 2 eingespritzt und anschließend verbrannt. In diesem Beispiel veranlasst die Startforderung die Öffnung des Einlassventils 725 des zweiten Zylinders, des Auslassventils 730 des ersten Zylinders und des Auslassven tils 731 des vierten Zylinders. Indem die Auslassventile des ersten und vierten Zylinders zeitig geöffnet werden, kann das Hochdrehen eines Turboladers verbessert werden. Der Betrieb der anderen Ventile folgt einem Viertaktprozess, der zu der Stellung der drehenden Motorkurbelwelle in Relation steht.
Unter Bezug auf 8 ist ein alternatives Beispiel für eine Ventilsteuerungsabfolge während eines Abstellvorganges und eines darauf folgenden Startvorganges eines 4-Zylindermotors. Die dargestellte Abfolge ist wieder ähnlich der in 6 gezeigten und verwendet dieselben Bezeichnungen für Ventile, Ventilstellungen, Zündung und Kraftstoffeinstellung. Jedoch wird in dieser Abfolge Kraftstoff direkt in den Zylinder eingespritzt dargelegt.
Eine senkrechte Linie 801 stellt ein Beispiel eines Hinweises dar, wo im Takt Motorabstellforderung sich ereignet hat; eine senkrechte Linie 803 gibt die Motorabstellstellung an, und eine senkrechte Linie 807 weist auf eine Forderung zum Starten des Motors hin. Eine Kraftstoffeinspritzverstellung des Motors wird durch Kraftstofftropfen (z.B. 820) angezeigt, und eine Zündverstellung des Motors ist durch ein "*" angedeutet. Die Ventilsteuerzeiten und die Markierungen der Motorstellung können auf die Kolbenstellung jedes Zylinders des Motors (z.B. Linien 810 und 812) bezogen werden. Die Kolben 1 und 4 sind in denselben Stellungen in ihren jeweiligen Zylindern, während die Zylinder 2 und 3 in Vergleich mit den Zylindern 1 und 4 180 ° aus der Phase sind.
Nach einer Abstellanfrage 801 verbleiben die Einlassventile bis spät in der Durchnäss-Zeit geschlossen. In diesem Beispiel ereignet sich die Abstellanfrage während eines Ansaugvorgangs des Zylinders 2, aber die Einlassventilsteuerung wird gehalten. Da Kraftstoff direkt in den Zylinder eingespritzt wird, kann die Einspritzung nach dem Schließen des Einlassventils vorgenommen werden. Das letzte Verbrennungsereignis vor dem Motorabstellen ereignet sich in Zylinder 2, da die Einlassventile der verbleibenden Zylinder nach der Abstellforderung geschlossen gehalten worden sind. Die Auslassventile setzen ihren Betrieb fort, bis die Inhalte der jeweiligen Zylinder ausgestoßen worden sind, und anschließend werden sie bis spät in der Durchnäss-Zeit geschlossen gehalten. Alternativ können die Auslassventile nach der Ab stellforderung geschlossen gehalten werden, bis der Motor steht, und dann freigegeben werden, ohne die Zylinderinhalte während der Motordrehung ausgestoßen zu haben oder sie werden geschlossen gehalten, nachdem die jeweiligen Zylinder während der Motordrehung ausgestoßen haben.
Bereich 805 liegt zwischen Motorabstellen und Motorstart. Dieser Bereich repräsentiert die Motor-Aus-Zeit oder eine Motordurchnäss-Zeit und diese kann hinsichtlich ihrer Dauer variieren. An sich ist die Durchnäss-Zeit lediglich zur Darstellung vorgesehen und es ist nicht beabsichtigt, irgendeine spezielle Zeitspanne zu definieren. Der Motor kann nach dieser Zeitspanne wieder neu gestartet werden, indem z.B. der Motor angedreht wird oder der Motor durch Kraftstoffeinspritzen in Zylinder mit eingeschlossener Luft direkt gestartet wird. Die Figur zeigt auch, dass Einlass- und Auslassventile später in der Durchnäss-Zeit freigegeben werden. Durch Freigeben der Ventile kann der Energieverbrauch verringert werden, während der Motor nicht in Betrieb ist. Wie bereits erwähnt, können die Ventile für eine mittlere Stellung freigegeben und/oder positioniert werden als Antwort auf eine Zeitspanne seit dem Motorabstellen, auf eine Motorbetriebsbedingung (z.B. Motortemperatur, Katalysatortemperatur, Barometerdruck oder Batterieladezustand) oder bis zu einer externen Forderung, wie z.B. eine Forderung von einer Hybridantriebssteuerung. Mit anderen Worten, es können die Ventile nach einer vorbestimmten Zeit deaktiviert und/oder freigelassen werden, die durch ein oder mehrere zuvor erwähnte Bedingungen oder Faktoren beeinflusst werden können. Somit können die Motorventile hinsichtlich einer gewünschten Stellung positioniert und/oder freigegeben werden, als Antwort auf die Fahrzeug-/Motorbetriebsbedingungen nach einem Motorabstellen und vor einer Forderung zum Motorstart. Des Weiteren können die Ventile in zwei oder mehrere Gruppen aufgeteilt werden, die zu unterschiedlichen Zeiten während des Motorabstellens positioniert und/oder freigegeben wurden. Dies gestattet unterschiedliche Ventilabläufe zwischen unterschiedlichen Anlass- und Abstellbedingungen, so dass die gewünschten Steuerungsvorgaben erreicht werden können.
Der Motor kann durch Einstellen der Steuerung der Ventile aus der Mittelstellung und durch ein Vorgehen auf ähnliche Art und Weise, wie in 7 beschrieben, neu gestartet werden. Des Weiteren kann in einer alternativen Ausführung der Startab folgen, wie in den 6-8 gezeigt, der Motor direkt gestartet werden (d.h. wobei Kraftstoff direkt in einen Zylinder eingespritzt werden kann), so dass Einlass- und Auslassventile während eines Motorneustarts geschlossen werden oder geschlossen gehalten werden können (d.h. die Ventile müssen nicht in die vollständig geöffnete Stellung gestellt werden). Da es möglich ist, variable Ereignis-Ventilsteuerungen unabhängig von der Kurbelwellenstellung zu betätigen, ist es des Weiteren noch möglich, Paare von Zylindern zu starten, die Kolben in derselben Zylinderstellung aufweisen und anschließend die Zylinder zu einer unterschiedlichen, mehr konventionellen Zündfolge zu überführen. Zum Beispiel kann ein Vierzylindermotor durch paarweises Erstzünden der Zylinder 1 und 4 und der Zylinder 2 und 3 gestartet werden. Die Ventilsteuerung jedes Zylinderpaars kann so eingestellt werden, dass die Zylinder in derselben Position bezüglich der Kurbelwelle ansaugen und ausstoßen. In diesem Anlass-Szenario kann es von Vorteil sein, die Zylinderinhalte eines oder mehrerer Zylinderpaare auszustoßen, bevor die Verbrennung in dem Zylinderpaar in Gang gesetzt worden ist. Indem die Zylinderpaare gleichzeitig ausstoßen, kann die Geschwindigkeit einer stromabwärts positionierten Turboladerturbine des Zylinders mit einer höheren Rate während der Zylinder-Reaktivierung oder eines Motorstarts hochgefahren werden.
Es sei auch bemerkt, dass es möglich ist, für einige elektrisch betätigte Ventile in einer geschlossenen Stellung zu verbleiben, nachdem das Ventil elektrisch freigegeben worden ist. Das heißt, der Energiefluss zu dem Ventil ist beendet worden. Zum Beispiel können Ventile mit Permanentmagneten elektrisch freigegeben werden (d.h., dass sie nicht länger mit Strom versorgt oder mit einer niedrigeren Stromrate versorgt werden oder mit hydraulischem Druck versorgt werden) und in einer geschlossenen Stellung verbleiben, da die Anziehungskraft des Permanentmagneten den Aktuatoranker in einer geschlossenen Stellung halten kann. Deshalb können die Ventilfreigaben, die in 6, 7 und 8 dargestellt sind, auch als elektrische oder hydraulische Ventilfreigaben ausgelegt werden und sind deshalb nicht als Begrenzung des Umfangs oder der Breite der Beschreibung zu sehen.
Kombinationen und Unterkombinationen der in 6-8 dargestellten Merkmale können in einer Reihenfolge vorgenommen werden, die hier nicht dargestellt ist, aber innerhalb des Umfangs der Beschreibung liegt und als solches sind die 6-8 nicht als begrenzend hinsichtlich des Umfangs oder der Breite der Beschreibung zu sehen.
Unter Bezugnahme auf 9 ist ein Ablaufdiagramm eines Programms zur Deaktivierung von Zylindern eines Motors mit variabel betätigten Ventilen und zwei Turboladern, die mit zwei Zylinderreihen durch unabhängige Einlasskrümmer verbunden sind, gezeigt. Die Beschreibung der 9 ist mit Bezug auf die in 2a dargestellte Konfiguration erstellt, aber kann genauso auf 2b angewendet werden, insbesondere, wenn eine zweite Drosselklappe oder Ventil verwendet wird, um den Ausstoß der Turboladerverdichter abzuschalten. Mit anderen Worten, in einer anderen Ausführung des in 2b beschriebenen Systems, welches mit einer Drosselklappe oder Ventil ausgestattet ist, das den Luftstrom von dem aktiven Turbolader zu dem deaktivierten Turbolader blockieren kann. Das Ventil oder die Drosselklappe können eine Rückdrehung des deaktivierten Verdichters verhindern, wenn der Motor z.B. in einen Zylinder-Deaktivierungsmodus geht.
Wenn ein Turboladerverdichter 237 sich dreht, zieht er Luft von der Einlassseite an, verdichtet die Luft und lenkt die Luft zur Auslassseite. Folglich kann sich ein Unterdruck an dem Turboladereinlass entwickeln und es kann sich ein Überdruck an dem Turboladerauslass entwickeln. Der Turboladerverdichter kann weiter drehen und Luft von der Einlassseite des Turboladers verdichten, so lange, wie Abgasenergie auf die Turbinenseite des Turboladers geliefert wird. Jedoch kann es während geringerer Motorauslastungen wünschenswert sein, eine Gruppe von Zylindern (z.B. 210, 212, 214) z.B. durch Schließen der Einlass- und/oder Auslassventile der Zylinder zu deaktivieren. Ein Schließen der Einlass- und Auslassventile während einer Zylinder-Deaktivierung kann Luft und/oder Abgas in dem Zylinder einschließen, so dass die Zylinderpumparbeit und der Ölverbrauch verringert werden. Des Weiteren kann ein Deaktivieren der Zylindergruppe die Wirtschaftlichkeit während des Betriebs der aktiven Zylindergruppe verbessern, da die verbleibenden Zylinder in einem Bereich arbeiten können, in dem der thermische Wirkungsgrad erhöht und die Pumpverluste verringert sind.
Wenn eine Zylindergruppe, die Abgas zu einem Turbolader liefert, deaktiviert wird, wird die Energiezufuhr zu dem Turbolader verringert und die Turboladerturbinenumdrehung wird absinken. Wenn der Abgasenergiefluss lang genug gestoppt wird, kann die Verdichterdrehung stoppen und/oder die Richtung umkehren. Dies geschieht, weil, wenn der Abgasstrom zu der Turbine gestoppt wird, der Druck über die Turbine ein Gleichgewicht erreichen kann, so dass es wenig, wenn überhaupt, Druckabfall über die Turbine geben kann. Wenn es keinen Druckabfall über die Turbine gibt, dann kann diese kein Drehmoment erzeugen, um den Turboladerverdichter in Drehung zu versetzen. Ein Deaktivieren der Einlassventile eines Zylinders stoppt auf der anderen Seite den Luftstrom durch den jeweiligen Zylinder und kann Anlass für den Druckanstieg an dem Turbinenauslass sein, während die Trägheitsenergie des Verdichters weiterhin den Verdichter zum Drehen veranlasst. Des Weiteren kann wegen des Pumpbetriebs des Verdichters sich an dessen Einlassseite auch ein Unterdruck einstellen. Naturgemäß sucht der höhere Luftdruck auf der Auslassseite des Verdichters einen verringerten Energiezustand, der durch ein Umkehren der Drehung des Verdichters und ein Strömen der Luft von der Auslassseite des Verdichters zu dessen Einlassseite erreicht werden kann. Ein Rückwärtsdrehen des Verdichters wird nicht durch die Turbine verhindert, weil der Auslassdruck den Druckabfall über die Turbine ausgleicht und verringert.
Es kann unerwünscht sein, die Drehung des Verdichters umzukehren, da es die Zeitspanne vergrößern kann, die der Verdichter benötigt, um eine wirtschaftliche Betriebsdrehzahl zu erreichen, nachdem die Zylindergruppe reaktiviert worden ist. Des Weiteren kann eine umgekehrte Drehrichtung des Verdichters es schwieriger machen, genau den Luftstrom durch den Motor zu bestimmen. Das in 9 beschriebene Verfahren kann die Möglichkeit einer Gegendrehung des Verdichters verringern und kann des Weiteren einen gleichmäßigeren Übergang bei der Zylinder-Deaktivierung schaffen.
In Schritt 901 bestimmt das Programm, ob eine Zylinder-Deaktivierung abgefragt worden ist. Wenn nicht, endet das Programm. Wenn ja, geht das Programm zu Schritt 903.
In Schritt 903 wird der Betrieb des Turboladers in Verbindung mit der Gruppe von zu deaktivierenden Zylindern eingestellt. Der Turboladerwirkungsgrad und dessen Drehzahl wurden durch Stellen der Leitschaufelstellung oder durch Öffnen des Ladedruckbegrenzers gesenkt. Dies verringert die Möglichkeit eines Druckanstiegs an der Auslassseite des Turboladerverdichters, bevor die Zylindergruppe deaktiviert worden ist, wodurch ein mögliches Auftreten einer Verdichtergegendrehung verringert wird.
Ferner beginnt das Programm, das durch die aktive Zylindergruppe erzeugte Drehmoment einzustellen, um den Drehmomentverlust auszugleichen, der mit einem Absenken des Turboladerwirkungsgrades der Zylindergruppe verbunden ist, die deaktiviert werden wird. Das Drehmoment der aktivierten Zylindergruppe kann durch Stellen der Ventilsteuerung, durch Bewegen der Drosselklappenstellung, durch Anheben des Turboladerladedrucks oder z.B. durch Kombinationen dieser Vorrichtungen erhöht werden. Ein Verfahren, ein Motordrehmoment auf eine koordinierte Weise zu steuern, liegt darin, eine multivariable Rückmeldung hinsichtlich Zylinderströmung, Ansaugkrümmerdruck und Abgaskrümmerdruck zu verwenden. Des Weiteren können Annahmen zu Steuervorgängen, bei denen davon ausgegangen wird, dass sie die gewünschte Steuerung erreichen, eingeschlossen sein. Die Aktuatoren können über eine Minimierung einer Zielfunktion der folgenden Form koordiniert werden:
wobei ()_d die jeweils gewünschten Einstellpunkte für eine Zylinderströmung mit W_cyl, für einen Ansaugkrümmerdruck mit p_i und für einen Ansaugkrümmerdruck mit p_e bezeichnet werden. Die Parameter γ₁, γ₂, γ₃ repräsentieren Kalibrierungsvariable, die verwendet werden können, um die Übergangsleistung zu gestalten. Die Funktion Q hängt verzögerungsfrei lediglich an der Ventilsteuerung; somit kann die Ventilsteuerung IVC dazu verwendet werden, diesen Term zu minimieren. Das Stellen einer Ventilsteuerung zur Verringerung von Q führt zu folgender Gleichung:
wobei W _cyl(p_i, p_e, W_cyl,d) die nächste erreichbare Zylinderströmung zu dem gewünschten einstellbaren Sollwert darstellt. Wenn der gewünschte Sollwert erreicht ist, dann ist W _cyl(p_i, p_e, W_cyl,d) = W_cyl,d. Der gewünschte Sollwert für die Zylinderströmung mag wegen einiger Bedingungen wegen unterer und oberer Ventilzeitdauergrenzen nicht erreichbar sein. Als nächstes kann Q unter Verwendung elektronischer Drosselklappen- und Turbinenbetätigung verringert werden. Da der verzögerungsfreie Wert von Q nicht durch die elektronische Drosselklappen- und/oder Turbinenbetätigung beeinflusst wird, beträgt die Expansion
und eine Steuereinrichtung wird abgeleitet, um eine gewichtete Summe von
, eine Steuerungskraft, und den Zuwachs der involvierten Steuerungskraft zu reduzieren. Danach folgt, dass die gewünschte Drosselklappenströmung folgende Formel hat:
während die gewünschte Turbinenströmung folgende Formel hat:
Die Drosselklappenstellung und die Turbinenstellung können dann so bestimmt werden, dass sie die gewünschten Strömungsraten durch Umkehren der jeweiligen Drosselklappen- und Turbinenströmungs-Charakteristiken erzeugen. Die koordinierte Steuerung von Drosselklappe, Ventilen und der oben beschriebene Turbolader können verwendet werden, um die Zylinderströmung für duale oder einzelne Einlasskrümmer, vergleichbar mit denen in 2a und 2b beschriebenen, zu steuern. Das Programm geht zu Schritt 905.
In Schritt 905 steuert das Programm ein Vakuum oder einen Unterdruck in dem Einlasskrümmer 222. Durch Erzeugen eines Unterdrucks in dem Ansaugkrümmer ist es möglich, dass jeglicher verbleibender Überdruck zwischen dem Turboladerverdichter und der Drosselklappe eine Strömung in Richtung auf den Einlasskrümmer veranlasst und somit ein mögliches Gegendrehen des Verdichters verringert.
Durch Schließen der Drosselklappe 252 und, falls gewünscht, der Ventilsteuerung der Zylindereinlassventile, wird in dem Einlasskrümmer 222 ein Vakuum erzeugt. Das gewünschte Einlasskrümmervakuum kann von dem Motor- und/oder Turbolader-Betriebsbedingungen vor der Forderung zur Zylinder-Deaktivierung bestimmt werden. Wenn der Motor z.B. bei einer höheren Drehzahl und mit einer höheren Strömungsrate durch den Verdichter arbeiten würde, dann würde ein Steuerbefehl für einen niedrigeren Einlasskrümmerdruck gegeben, so dass sich die Möglichkeit verbessert, eine Verdichtergegendrehung zu stoppen. Wenn der Motor bei einer geringeren Drehzahl und einer niedrigeren Luftströmungsrate, z.B. im Leerlauf, arbeiten würde, könnte der Steuerbefehl für einen höheren Krümmerdruck gegeben werden, da weniger Luftdruck zwischen dem Turboladerverdichter abzuführen wäre. Das Programm geht weiter zu Schritt 907.
In Schritt 907 wird eine Zylindergruppe deaktiviert und das Drehmoment wird in der aktiven Zylindergruppe kompensiert. Die Zylindergruppe wird in der Reihenfolge des Verbrennungsvorgangs deaktiviert (z.B. für einen 8-Zylinder mit einer Zündfolge von Zylinder 1 – 5 – 4 – 2 – 6 – 3 – 7 – 8 könnten in der Reihenfolge 5 – 2 – 3 – 8 deaktiviert werden), so dass die Zylinder einen Verbrennungsvorgang abschließen können, bevor sie deaktiviert werden. Während der Deaktivierungszeit werden die Einlass- und Auslassventile in einer geschlossenen Stellung gehalten, um eine Strömung durch den Zylinder zu verhindern. Das Abgas von einer Verbrennung kann in dem Zylinder eingeschlossen werden oder es kann in den Abgaskrümmer ausgestoßen werden. Für Motoren mit Saugkanaleinspritzung gestattet das Einschließen von Abgas in einem Zylinder, dass der Zylinder als eine Luftfeder agiert und verringert die Möglichkeit, dass Öl in den Zylinder gezogen wird, da ein Überdruck in dem Zylinder für einen großen Abschnitt des Zylindertakts in dem Zylinder gehalten werden kann. Für einen Motor, bei dem Kraftstoff direkt in den Zylinder eingespritzt wird, könnte in dem Zylinder während der Zylinder-Deaktivierung Luft eingeschlossen werden, so dass der Zylinder schneller reaktiviert werden könnte, da das Abgas nicht in den Abgaskrümmer ausgestoßen werden müsste, bevor der Zylinder wieder eingeschaltet wird.
Ferner wird die Drehmomentabgabe der Zylinder in der aktiven Zylindergruppe erhöht, um das durch die Deaktivierung von Zylindern verloren gegangene Drehmoment zu kompensieren. Wie bereits zuvor erwähnt, kann eine Zylinderdrehmomenterhöhung erreicht werden z.B. durch Einstellen der Ventilsteuerzeiten, Erhöhen des Ladedrucks, Steuern der Drosselklappe oder durch Zündverstellung. In einem Beispiel können die jeweiligen Ventilsteuerzeiten durch das Verfahren bestimmt werden, das in der US-Patentanmeldung 10/805642, eingereicht am 19. März 2004, dargestellt ist, auf die hier umfassend Bezug genommen wird. Das Programm endet, nachdem die gewünschte Zylindergruppe deaktiviert und der entsprechende Drehmomentverlust kompensiert worden ist.
Unter Bezug auf 10 ist ein Ablaufdiagramm für ein Zylinder-Reaktivierungsverfahren gezeigt. In Schritt 1001 ermittelt das Programm, ob eine Forderung, Zylinder zu reaktivieren, erfolgt ist (d.h. um eine Verbrennung in nicht verbrennenden Zylindern aufzunehmen). Die Forderung, Zylinder zu reaktivieren, kann auf einer oder mehreren Fahrzeugbetriebsbedingung/en basieren. Zum Beispiel kann die Motorsteuereinrichtung eine Aktivierung von Zylindern auf folgender Basis fordern: Drehmomentbedarf des Betreibers, Temperatur eines Auspuffgases nach einer Behandlungseinrichtung, Zylinder-Reaktivierung nach Sperren der Kraftstoffzufuhr beim Langsamer werden, Motorkühltemperatur oder verschiedene Kombinationen der Fahrzeugbetriebsbedingungen. Wenn es eine Forderung gibt, Zylinder zu reaktivieren, geht das Programm weiter zu Schritt 1003, und falls nicht, geht das Programm zum Ausgang.
In Schritt 1003 wird der Turbolader, der mit der deaktivierten Zylindergruppe verbunden ist, eingestellt. Bevor die Abgase in den Turbolader eingeleitet werden, werden die Leitschaufeln eines Turboladers mit variabler Geometrie oder der Ladedruckbegrenzer eines Turboladers so eingestellt, dass sie ein wenig der Abgasenergie des Turboladers umleiten. Das kann die Drehzahl und den Wirkungsgrad des Turboladers erhöhen. Alternativ können die Turboladerleitschaufeln oder der Ladedruckbegrenzer so positioniert sein, dass die Zylindergruppe jederzeit in dem Zeitraum, in dem die Turbinendrehzahl unter einem vorbestimmten Niveau liegt, und zu der Zeit, wenn eine Zylinder-Reaktivierung verlangt wird, neu gestartet wird. Durch Positionieren der Turboladerleitschaufeln oder des Ladedruckbegrenzers in eine geschlossene Stellung, bevor das Abgas dem Turbolader zugeleitet ist, kann mehr Abgasenergie genutzt werden, um die Turboladerturbine zu beschleunigen, wenn die Zylinder wieder gestartet werden. Unter gewissen Umständen, bei denen die Leitschaufeln eines Turboladers schnell positioniert werden können, können die Leitschaufeln jedoch für eine kurze Zeitspanne oder einer vorbestimmten Zahl von Zylinderverbrennungsvorgängen auf eine geöffnete Stellung gestellt und dann geschlossen werden. Dies kann das Hochdrehen des Turboladers verbessern (d.h. die Zeit, um eine gewünschte Turbodrehzahl zu erreichen), weil der Durchfluss durch die Turbine erhöht und der volumetrische Wirkungsgrad des Motors verbessert wird. Später, wenn die Leitschaufeln geschlossen werden, wird zusätzliches Abgasvolumen verwendet, um den Ladedruck anzuheben. Das Programm geht dann zu Schritt 1005.
In Schritt 1005 werden die Zylinderinhalte der deaktivierten Zylinder ausgestoßen. Wie oben erwähnt, kann es für Zylinder mit Saugkanaleinspritzung von Vorteil sein, Abgas innerhalb eines Zylinders einzuschließen, um den Ölverbrauch und Zylinderpumpverluste zu reduzieren. Wenn jedoch die deaktivierten Zylinder Abgas enthalten, dann werden die Inhalte jedes Zylinders in Schritt 1005 durch Öffnen der Abgasventile während des Auspuffhubs des jeweiligen Zylinders ausgestoßen. Dies kann das mögliche Auftreten eines Aussetzers verringern, wenn eine frische Ladung in den Zylinder geleitet wird, weil die Verdünnung der Ladung begrenzt werden kann. Des Weiteren kann das Ausstoßen des Abgases aus dem Zylinder dazu führen, dass der Turbolader früher zu drehen beginnt, so dass die Turboverzögerung verringert wird, wenn die Zylinder neu gestartet werden. Alternativ kann bei Motoren, bei denen Kraftstoff direkt in den Zylinder eingespritzt wird, Luft während einer Zylinder-Deaktivierung in den Zylinder eingeschlossen werden, so dass keine Notwen digkeit besteht, den Zylinderinhalt auszustoßen, bevor die Verbrennung in dem Zylinder eingeleitet wird. Das Programm geht zu Schritt 1007.
In Schritt 1007 werden die Ventile von deaktivierten Zylindern wieder eingeschaltet. Die Zylinder werden durch Öffnen der Einlassventile des ersten verfügbaren Zylinders wieder in Betrieb genommen, um eine Luftladung einleiten zu können und anschließend die verbleibenden Zylinder in der Verbrennungsfolge zu starten. Während des Übergangs von einem deaktivierten Zylinder zu einem aktivierten Zylinder kann eine Drehmomentstörung durch das Reaktivieren eines Zylinders oder durch einen Fehler zwischen dem gewünschten Motordrehmoment und dem während der Zylinder-Reaktivierung erzeugten Drehmoment erzeugt werden. Das Motordrehmoment kann durch anfängliches Starten der Zylinder mit geringer Ladung und einem anschließenden Umstellen auf eine größere Ladung über eine vorbestimmte Anzahl von Motorverbrennungsvorgängen vergleichmäßigt werden. Wenn z.B. eine Drehmomentforderung des Betreibers gleichmäßig auf die Zylinder zu verteilen ist und ein Zylinder dabei ist, von einem inaktiven auf einen aktiven Zustand überzugehen, kann der Zylinder durch Einleiten von 25% der Zylinderladung, die erforderlich ist, um das gewünschte Zylinderdrehmoment zu erreichen, anfänglich in Betrieb genommen werden. Dann kann über eine Zahl von Zylinderabläufen die Zylinderladung erhöht werden, so dass die Drehmomentabgabe des Zylinders den Anteil des gewünschten Drehmoments trifft, das der Zylinder bereitstellen soll. Alternativ kann der Zylinder durch Einleiten einer Ladung reaktiviert werden, die die gewünschte Ladung für den jeweiligen Zylinder erreicht, so dass die Zylinder-Reaktivierung während eines einzelnen Zylindertakts stattfindet.
Wie zuvor erwähnt, kann eine Zylinder-Reaktivierung durch eine Betreiberforderung oder durch andere Mittel in Gang gesetzt werden. Wenn die Motordrehmomentanweisung dabei ist, auf eine ausreichend hohe Rate zu steigen, kann es schwierig sein, dass das Drehmoment dem gewünschten Drehmoment folgt, weil die Turboladerdrehzahl und der Wirkungsgrad niedrig sein können. Wenn die Zylinderluftströmungsrate über eine Luftströmungsrate hinaus erhöht worden ist, die der Turbolader unter den gegebenen Betriebsbedingungen liefern kann, dann kann folglich das Zylinderdrehmoment vorübergehend verringert sein. Diese Bedingung kann durch Stel len eines Aktuators zum Verändern der Zylinderluftladung verhindert werden, wenn sich die Luftströmungsrate des Turboladers ändert. Durch Begrenzen der Ventilsteuerzeiten kann die Zylinderluftladung so gesteuert werden, dass die Zylinderluftladung sich monoton erhöht, ebenso wie sich das gewünschte Drehmoment von einem niedrigeren zu einem höheren Wert bewegt. In einem Beispiel kann die Einlassventilschließstellung durch die folgende Formel eingeschränkt werden: Wc ≥ Wcyl(p, IVC, n, bp)
Wobei W_c der Massenfluss des Turboladerverdichters ist und W_cyl die Zylindermassenströmungsrate als Funktion des Einlasskrümmerdruckes (p), der Einlassventilfließstellung (IVC), der Motordrehzahl (n) und des barometrischen Druckes (bp) dargestellt ist.
Während einiger Motorbetriebsbedingungen (z.B., wo eine zunehmende Schädigung eines Ventils oder einer Ventilsteuereinrichtung auftritt) kann es vorteilhaft sein, eine variable Ereignis-Ventilsteuerung mit festen Ventilsteuerzeiten zu betreiben (d.h. das Betreiben wenigstens eines Ventils eines Zylinders mit einer festen Öffnungs- und Schließzeit relativ zur Kurbelwellenstellung). Die Zylinderluftmenge kann durch Steuern der Strömungsrate eines Turboladers und durch die Stellung einer Drosselklappe eingestellt werden, wobei beide Vorrichtungen dem Ventil mit festen Ventilsteuerzeiten vorgeschaltet sind. Ferner ist es möglich, verschiedene Ventilsteuerzeitenmodi (z.B. feste und variable) zu haben, die als Antwort auf die Motorbetriebsbedingungen ausgewählt werden (z.B. Motortemperatur, seit dem Motorstart vergangene Zeit oder verschlechterte Leistung einer Ventilsteuereinrichtung). Ist die Ventilsteuerung fest eingestellt, kann die Zylinderluftmenge, wie oben erwähnt, durch Steuern der Strömungsrate des Turboladerverdichters und durch die Drosselklappenstellung eingestellt werden. Andererseits, wenn die Ventilsteuerzeiten variabel sind, kann die Zylinderluftmenge durch Einstellen der Strömungsrate des Turboladerverdichters, durch die Ventilsteuerzeiten und durch die Stellung der Drosselklappe eingestellt werden. Das Programm geht weiter zu Schritt 1009.
In einer alternativen Ausführung kann die Zylinderströmung durch folgende Gleichung beschrieben werden: W cyl,d(k + 1) = W cyl,d(k)(1 – κ(t)) + W cyl,d(k)κ(t)
Wobei 0 < κ(t) < 1 in Abhängigkeit von der Einschränkung maximiert wird, dass die geschätzte Zylinderströmung monoton ist.
In Schritt 1009 wird die Drehmomentabgabe des Zylinders in einer aktiven Zylindergruppe auf Basis des Drehmoments eingestellt, das durch die reaktivierten Zylinder und durch das gewünschte Motordrehmoment erzeugt wird.
Vor einer Zylinder-Reaktivierung ist die Lademenge (Luft und Kraftstoff) der aktiven Zylinder auf einem höheren Niveau, als wenn alle Zylinder aktiv wären, so dass ein äquivalentes Drehmoment durch weniger Zylinder erzeugt werden kann. Dies kann den thermischen Wirkungsgrad erhöhen und die Pumpverluste der Zylinder verringern, weil der Druck in dem Ansaugkrümmer erhöht wird, um die gewünschte Zylinderlademenge zu erreichen. Während des Übergangs bei der Zylinder-Reaktivierung wird die Ladung bei den aktiven Zylindern durch Stellen der Ventilsteuerzeiten der aktiven Zylinder verringert, so dass das zusätzliche Drehmoment, das durch die reaktivierten Zylinder bereitgestellt wird, kompensiert wird. Mit anderen Worten, das gewünschte Motordrehmoment wird durch Erhöhen der Zylinderluftladung einiger Zylinder und durch Absenken der Zylinderluftladung anderer Zylinder erzeugt. Dies kann durch Verändern der Ventilöffnungsdauer, durch Verändern der Ventilschließstellung in Bezug auf die Kurbelwelle oder durch Verändern des Ventilhubs erreicht werden. Des Weiteren kann das Motordrehmoment durch Zündverzögerung oder durch Zündverzögerung und Einstellung der Ventilsteuerzeiten der aktiven Zylinder verringert werden. Auf diese Art und Weise kann die Motordrehmomentabgabe vergleichmäßigt werden, so dass wahrnehmbare Veränderungen beim Betrieb des Motors verringert werden. Ferner können auch andere Aussteuerungsmaßnahmen hinsichtlich Drehmomentstörungen angewendet werden. Zum Beispiel kann es den Kupplungen in einer mit dem Motor verbundenen Übertragungseinrichtung ermöglicht werden, durchzurutschen, oder es kann der Druck der Drehmomentwandler-Kupplung verringert werden. Das Programm geht weiter zu Schritt 1011.
In Schritt 1011 sind die Krümmerdrücke zwischen zwei Zylinderreihen ausgeglichen. Das gewünschte Motordrehmoment wird durch Vorsehen eines im Wesentlichen äquivalenten Drehmoments (z.B. +/- 20 N-M) von beiden Zylinderreihen erzeugt. Dies kann durch Steuern der Einlasskrümmer auf denselben Druck und durch Betreiben der Ventilsteuerzeiten zwischen den Zylinderreihen in einer im Wesentlichen ähnlichen Art und Weise erreicht werden (z.B. Öffnungs- und Schließzeiten der Ventile innerhalb +/- 15° Kurbenwellenwinkel). Des Weiteren können die Drosselklappen und die Turbolader in einer im Wesentlichen ähnlichen Weise betrieben werden. Wenn es jedoch einen bemerkenswerten Unterschied zum Beispiel zwischen den Zylindergruppen/Reihen, Luft-Kraftstoff-Verhältnissen oder bei der zu jeder Zylindergruppe/Reihe zugeführten Kraftstoffmenge zur Erzeugung eines gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gibt, dann können die Drosselklappen, Ventile und Turbolader durch eine Regeleinrichtung mit Rückführung eingestellt werden, so dass die Zylinderreihen-Leistungsabgaben genauer abgeglichen werden.
Die Steuereinrichtung 12 bestimmt einen gewünschten Druck für den Einlasskrümmer 44. Der gewünschte Druck basiert auf dem Dampfabblassdruck des Aktivkohlebehälters, dem Motorgeräusch und der Vibration und den Bremsverstärkeranforderungen. Wenn der gewünschte Krümmerdruck unter dem Atmosphärendruck liegt, dann kann der in seiner Geometrie veränderliche Turbolader auf eine geöffnete Stellung gestellt und die Drosselklappe rückführgeregelt betrieben werden, um den gewünschten Krümmerdruck einzustellen. Die Ventilsteuerzeiten basieren auf dem gewünschten Krümmerdruck und auf dem gewünschten Motordrehmoment. Andererseits, wenn der gewünschte Krümmerdruck über Atmosphärendruck liegt, dann kann die Drosselklappe offen gehalten werden und dann kann die Zylinderluftladung durch die Stellung der VGT-Leitschaufeln und der Ventilsteuerzeiten geregelt werden. Eine ähnliche Strategie kann auch durch Einstellen der Ladedruckbegrenzerstellung eines Ladedruckturboladers ausgeführt werden.
Jeder der Einlasskrümmer wird auf im Wesentlichen gleiche Drücke (z.B. +/- 0,07 bar) gebracht, so dass das Motordrehmoment zwischen den Zylindergruppen ausgeglichen werden kann. Des Weiteren können die Zylindergruppen bei im Wesentli chen ähnlichen Ventilsteuerzeiten betrieben werden. Jedoch ist es auch möglich, einen ersten Krümmer, der in Verbindung mit einer ersten Zylindergruppe steht, mit einem ersten Krümmerdruck zu betreiben, während ein zweiter Einlasskrümmer bei einem zweiten Druck betrieben wird, so dass ein Krümmer dazu verwendet werden kann, ein Vakuum zu den Hilfseinrichtungen zu liefern (z.B. Bremsverstärker und Kurbelwellengehäusebelüftung). Die Ventilsteuerzeit und/oder der Ventilhub können zwischen den Zylindergruppen so eingestellt werden, dass jede Zylindergruppe im Wesentlichen dasselbe Motordrehmoment schafft, selbst wenn die Krümmerdrücke voneineinander abweichen. Zum Beispiel kann der Motor mit zwei Krümmern so betrieben werden, dass der Druck in einem Krümmer nahe dem Atmosphärendruck (+/- 0,07 bar) liegt, während der andere Krümmer bei 0,24 bar unter dem Atmosphärendruck betrieben wird. Eine Koordination zwischen Ventilen, der Drosselklappe und dem Turbolader kann wie in 9 Schritt 903 beschrieben, ausgeführt werden.
Unter Bezug auf 11 zeigt das Ablaufdiagramm ein Programm, Zylinder eines Motors mit einem gemeinsamen Einlasskrümmer zu deaktivieren. In Schritt 1101 bestimmt das Programm, ob es eine Forderung gegeben hat, Zylinder zu deaktivieren. Ist dies der Fall, geht das Programm zu Schritt 1102, ist dies nicht der Fall, geht das Programm zum Ausgang.
In Schritt 1103 werden Einstellungen bei dem Betrieb des Turboladers vorgenommen, der in Verbindung mit der Gruppe von Zylindern steht, die zu deaktivieren sind. Insbesondere werden der Ladedruckbegrenzer oder die Leitschaufeln geöffnet, so dass der Turboladerwirkungsgrad abgesenkt und die Verdichterdrehzahl verringert wird.
Ferner beginnt das Programm, das durch die aktive Zylindergruppe erzeugte Drehmoment einzustellen, um den Drehmomentverlust zu kompensieren, der mit einem Absenken des Turboladerwirkungsgrades der Zylindergruppe, die deaktiviert werden wird, in Zusammenhang steht. Zum Beispiel kann das Drehmoment der aktiven Zylindergruppe durch Stellen der Ventilsteuerung, durch Verstellen der Drosselklappenstellung, durch Erhöhen des Turboladerladedrucks oder durch Kombinationen dieser Einrichtungen erhöht werden. Insbesondere in einem Beispiel kann die Ven tilöffnungszeit von aktiven Zylindern verlängert werden, so dass die Zylinder der aktiven Gruppe zusätzliches Drehmoment erzeugen, und ein stöchiometrisches Gemisch für die Verbrennung liefern, wenn sie mit einer eingestellten Kraftstoffmenge abgestimmt ist. In einem anderen Beispiel kann die Phase des Einlassventils relativ zu einer Kurbelwellenstellung eingestellt werden, so dass das Einlassventilschließen später in dem Ansaughub des jeweiligen Zylinders erfolgt. Das Programm geht weiter zu Schritt 1105.
In Schritt 1105 werden die aus einer Zylindergruppe ausgewählten Zylinder deaktiviert.
Die Zylindergruppe wird in der Verbrennungsfolge deaktiviert (z.B. für einen 8-Zylinder mit einer Zündfolge von 1 – 5 – 4 – 2 – 6 – 3 – 7 – 8 könnten die Zylinder in der Folge 5 – 2 – 3 – 8 deaktiviert werden), so dass diese Zylinder ihren Verbrennungsvorgang abschließen können, bevor sie deaktiviert werden.
Während der Deaktivierungszeit können die Einlass- und Auslassventile in einer geschlossenen Stellung gehalten werden, um die Strömung durch den Zylinder zu verhindern. Das Abgas der Verbrennung kann in dem Zylinder eingeschlossen werden oder es kann in den Abgaskrümmer ausgestoßen werden. Der Kanal und direkt mit Kraftstoff versorgte Zylinder können, wie bereits oben erwähnt, konfiguriert werden, um Abgas wie gewünscht einzuschließen oder auszustoßen. Das Programm geht weiter zu Schritt 1107.
In Schritt 1107 wird der Wirkungsgrad des Turboladers, der durch die aktive Zylindergruppe angetrieben wird, eingestellt. Wenn der Ladedruckbegrenzer teilweise geöffnet ist oder wenn die Leitschaufeln eines Turboladers mit variabler Geometrie wenigstens teilweise geöffnet sind, dann kann der Ladedruckbegrenzer oder die Leitschaufelstellung so zurückgefahren werden, dass der Turboladerwirkungsgrad zunimmt. Das führt dazu, dass der Verdichter den Einlasskrümmerdruck im Wesentlichen konstant halten kann, obwohl die Ladung des anderen Verdichters in Schritt 1103 verringert wird. Andererseits, wenn es wenig oder gar keinen Raum für eine Einstellung gibt, kann die Ventilsteuerzeit und die Drosselklappe in Schritt 1109 so eingestellt werden, dass das Motordrehmoment im Wesentlichen durch die Zylinder-Deaktivierungsfolge gehalten werden. Das Programm geht weiter zu Schritt 1109.
In Schritt 1109 werden die Drosselklappe und/oder Ventile der aktiven Zylindergruppe eingestellt. Das Motordrehmoment kann während des Zylinder-Deaktivierungsvorgangs durch Erhöhen der Zylinderladung der aktiven Zylinder gehalten werden. Dies kann z.B. durch Öffnen der Drosselklappe und/oder durch Verändern der Ventilsteuerzeit erreicht werden. Durch Steuern der Ventilsteuerzeiten (z.B. Hub, Dauer und Öffnung relativ zur Kurbelwellenstellung) kann die in den Zylinder gelangende Ladung eingestellt werden, um den Drehmomentverlust der deaktivierten Zylinder auszugleichen. Die jeweiligen Ventilsteuerungszeiten, die Drosselklappenstellung und die Turboladerleitschaufelstellung können durch das oben erwähnte Verfahren bestimmt werden. Das Programm geht zum Ausgang.
Unter Bezug auf 12 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Reaktivierung von Zylindern gezeigt. In Schritt 1201 bestimmt das Programm, ob eine Forderung zur Reaktivierung von Zylindern geschehen ist (d.h. mit der Verbrennung in nicht verbrennenden Zylindern zu beginnen). Ähnlich wie bei dem Verfahren der 10 kann die Forderung, Zylinder zu reaktivieren, auf Basis eines oder mehrerer Fahrzeugbetriebsbedingungen erfolgen. Wenn es eine Forderung gibt, Zylinder zu reaktivieren, geht das Programm zu Schritt 1203 weiter, wenn nicht, geht die Routine zum Ausgang.
In Schritt 1203 wird der Turbolader, der mit der deaktivierten Zylindergruppe verbunden ist, eingestellt. Der Turbolader kann insbesondere, wie in Schritt 1003 der 10 beschrieben, eingestellt werden. Das Programm geht dann weiter zu Schritt 1205.
In Schritt 1205 werden die Zylinderinhalte der deaktivierten Zylinder ausgestoßen. Dieser Schritt verwendet denselben Ablauf, das Abgas aus einem Zylinder auszustoßen, wie dies in Schritt 1005 der 10 beschrieben ist. Das Programm geht weiter zu Schritt 1207.
In Schritt 1207 werden die Ventile der deaktivierten Zylinder wieder in Betrieb genommen. Die Zylinder werden in der Verbrennungsfolge durch Öffnen der Einlassventile und Zuleitung einer frischen Ladung wieder gestartet. Anschließend folgen die Zylinder einem herkömmlichen Viertaktprozess. Das Programm geht weiter zu Schritt 1209.
In Schritt 1209 wird die Drehmomentabgabe der Zylinder in der aktiven Zylindergruppe auf Basis des Drehmoments, das durch die reaktivierten Zylinder und durch das gewünschte Drehmoment erzeugt wird, eingestellt.
Während des Zylinder-Reaktivierungsübergangs wird die Ladung in den aktiven Zylindern durch Einstellen der Ventilsteuerzeiten der aktiven Zylinder verringert, so dass das zusätzliche Drehmoment, das durch die reaktivierten Zylinder bereitgestellt wird, kompensiert wird. Mit anderen Worten, das gewünschte Motordrehmoment wird durch Vergrößern der Zylinderluftladung einiger Zylinder und durch Verringern der Zylinderluftladung der anderen Zylinder erzeugt. Des Weiteren kann das Motordrehmoment durch verzögerte Zündung oder durch verzögerte Zündung und Einstellung der Ventilsteuerzeiten der aktiven Zylinder verringert werden. Das Programm geht weiter zu Schritt 1211.
In Schritt 1211 sind die Turboladerturbinendrehzahlen zwischen den Zylindergruppen abgeglichen. Da die Ladung eines jeden Turboladers einem einzigen gemeinsamen Luftsammler zugeführt wird, werden die Zylinder der zwei oder mehr Zylindergruppen demselben Einlassdruck plus oder minus irgendeiner durch die Einlasskrümmerrohre verursachten Differenz ausgesetzt. Deshalb werden anstatt eines Ausgleichens des Drucks zwischen separaten Krümmern, wie dies durch Schritt 1011 der 10 beschrieben ist, die Turbinendrehzahlen zwischen den Zylindergruppen abgeglichen. Dies kann durch eine Steueranweisung an den Turbinenladebegrenzer oder den bezüglich der Geometrie veränderlichen Turbolader in dieselbe Stellung und außerdem durch Stellen der Ventilsteuerzeiten einer oder beider der Zylindergruppen erreicht werden. Der Zylinderluftstrom der einzelnen Zylinder kann durch Erfassen der Sauerstoffkonzentration des jeweiligen Zylinderabgases und der Erfassung der in den Zylinder eingespritzten Kraftstoffmenge bestimmt werden.
Wenn das Abgas magerer als erwartet ist oder wenn die Kraftstoffmenge, die zu einer Zylindergruppe/Reihe geliefert wird, größer ist als die zu der anderen Zylinderreihe gelieferte Menge, dann kann die Ventilzeitdauer einer Zylindergruppe/Reihe zum Beispiel verringert werden. Wenn andererseits die Abgasmischung fetter als erwartet ist oder wenn der Kraftstoffbetrag, der zu einer Zylindergruppe/Reihe geliefert wird, weniger als die zu der anderen Zylinderreihe gelieferte Menge ist, dann kann die Ventilzeitdauer verlängert werden. Durch Stellen der Ventilsteuerzeiten kann die Strömung eines jeden Zylinders gesteuert werden, so dass im Wesentlichen dieselbe Luftmenge durch jeden Zylinder strömt. Da die Strömung eines jeden Zylinders ausgeglichen ist, ist die Strömung zu der Turbine ausgeglichen und die Turbinen können sich im Wesentlichen derselben Drehzahl nähern.
Es sei angemerkt, dass, wenn ein Kraftstoffsteuersystem in einem geschlossenen Regelschleifenmodus läuft, wird sich das augenblickliche Luft-Kraftstoff-Gemisch dem gewünschten Luft-Kraftstoff-Gemisch annähern. In diesem Modus können ein oder mehrere Kraftstoffsteuerungskorrekturparameter verwendet werden, um die Kraftstoffliefergrundkalkulationen zu kompensieren, so dass das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis an den Zylinder geliefert wird. Das heißt, der Kraftsteuerkorrekturparameter kann mit der Kraftstofffördergrundanweisung multipliziert oder zu dieser hinzu addiert werden, so dass die gewünschte Luft-Kraftstoff-Fördermenge erreicht wird. Durch Überwachen der Größe und des Vorzeichens des Kraftstoffsteuerkorrekturparameters kann ein Urteil über die Turboladerladung abgegeben werden. Wenn z.B. der Gegendruck einer turbogeladenen Zylinderreihe größer ist als der Gegendruck einer anderen Zylinderreihe, z.B. aufgrund einer Verschlechterung eines Ladedruckbegrenzers oder einer Leitschaufelsteuerung, dann wird das Abgas der Zylinderreihe mit einem höheren Gegendruck ein fetteres Gemisch vorsehen, was mittels eines Abgassauerstoffsensors beobachtet werden. Die Kraftstoffregeleinrichtung mit geschlossener Regelschleife würde in diesem Beispiel erfassen, dass weniger Kraftstoff erforderlich ist, um ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Gemisch zu erzeugen, wodurch auf eine Differenz in der Zylinderluftladung einer der Zylinderreihen-/Gruppen hingewiesen wird. Andererseits, wo Schwankungen von Teiltoleranzen zu Veränderungen bei der Zylinderluftströmung führen, ist es möglich, dass der Zylinder mit dem höheren durchschnittlichen Kraftstofffluss einen größeren Kraftstofffluss und damit einen höheren Gegendruck haben würde. In jedem Beispiel kann der Gegendruck zwischen den Zylinderreihen und damit die Turbinendrehzahlen durch Stellen der Ventilsteuerzeiten und/oder der Stellung des Ladedruckbegrenzers/der Leitschaufel ausgeglichen werden, so dass der Turboladerbetrieb und die Strömung durch die Zylinder im Wesentlichen, zumindest unter einigen Bedingungen, ausgeglichen werden können (z.B. +/- 10 %).
Eine Veränderung einer Ladedruckbegrenzergeometrie oder Leitschaufelgeometrie eines jeden Turboladers kann durch Fixieren der Anweisung des ersten Turboladers, Fixieren der Ventilsteuerzeiten und durch Fixieren der Drosselklappenstellung und anschließend durch Veränderung der Anweisung für den zweiten Turbolader kompensiert werden. Dies ermöglicht, dass der zweite Turboladerwirkungsgrad angehoben oder abgesenkt wird, so dass der Krümmerdruck sich verändert. Anschließend kann die zweite Turboladeranweisung bei einer Anweisung fixiert werden, da die Anweisung an den ersten Turbolader verändert wird. Auf diese Art und Weise kann der Einfluss einer jeden Turboladeranweisung hinsichtlich der Veränderung bei dem Einlasskrümmerdruck und/oder Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Zylinders in Beziehung gesetzt werden, so dass die Lademenge eines jeden Turboladers auf ein bestimmtes Niveau getrimmt wird, das auf der jeweiligen Veränderung beim Krümmerdruck und/oder Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Zylinders basiert. Des Weiteren kann die Turboladereinstellung und die daraus resultierende Luftstromänderung dazu verwendet werden, die Turboladersteuerparameter anzupassen oder einen prozessabhängigen Weg beim Bestimmen einer Turboladerverschlechterung vorzusehen. Dieses Vorgehen ist nicht auf die Zylinder-Reaktivierung beschränkt, aber es kann, wann immer ein Ausgleich bei der Turboladerströmung zwischen den Zylindern gewünscht wird, angewendet werden.
Es sei auch bemerkt, dass die durch die 9-11 beschriebenen Verfahren verwendet werden können, um einen Motor, wie durch 13 und 14 dargestellt, zu steuern. Natürlich ist eine Veränderung der Signale, die in den 13 und 14 dargestellt sind, möglich, ohne den Umfang und die Breite der vorliegenden Beschreibung zu verlassen. Des Weiteren können die oben beschriebenen Verfahren auf Einzelturboladerkonfigurationen angewendet werden. Für Konfigurationen mit einem einzigen Turbolader sind Steuerungen, die auf einen zweiten Turbolader einwirken, ausgenommen, jedoch werden die aktuelle Turboladerströmung und die aktive Gruppe von Ventilen in Koordination mit der abregelnden Gruppe der Zylinder koordiniert.
Bezug nehmend auf 13 wird ein Plan ausgesuchter Mustersignale, die für eine simulierte Zylinder-Deaktivierungsfolge von Interesse sind, gezeigt. Die senkrechte Linie 1301 repräsentiert eine Forderung, Zylinder zu deaktivieren. Die Zylinder-Deaktivierungsforderung kann auf einer Betreiberforderung basieren oder auf einer Forderung aus einem Hilfssteuermodul, z.B. einem Hybridsteuermodul, basieren.
Der mit „PIP" bezeichnete Ablauf zeigt eine Motorstellung eines 4-Zylinder-Motors und der obere Todpunktbereich eines jeden Zylinders wird durch die ansteigende Kante dargestellt, die sich links von der jeweiligen Zylindernummer befindet. Die Turbinendrehzahl der zu deaktivierenden Zylindergruppe, „Drehzahl/Turbine 1 ", beginnt links von der Linie 1301 verringert zu werden. Die Drehzahlreduzierung ist ein Ergebnis einer Öffnung der Turbinenleitschaufeln oder eines Ladedruckbegrenzers. Die elektrisch gesteuerte Drosselklappe 125 beginnt auch links der Linie 1301 zu schließen, so dass ein Vakuum in dem Ansaugkrümmer verringert wird. Dies zielt darauf ab, den Verdichter in einer vorwärts strömenden Richtung in Drehung zu halten, so dass Luft in Richtung auf die Zylinder strömt, selbst nachdem die Einlassventile deaktiviert sind. Andererseits, wenn die Einlassventile geschlossen gehalten würden, während der Verdichter fortfahren würde, sich zu drehen, und während der Einlasskrümmerdruck über dem atmosphärischen Druck liegen würde, könnte der Krümmerdruck die Kompressorrichtung umkehren, da der Energiefluss von den deaktivierten Zylindern verringert würde.
Die Zähleinrichtung der aktiven Zylinder, bezeichnet mit „Zylinderzähler", zeigt die Stelle, wo die Zylinder deaktiviert werden (1302, 1303). Zwei der Zylinder, z.B. die Zylinder 2 und 3, werden deaktiviert, nachdem der Einlasskrümmerdruck ein vorbestimmtes Niveau erreicht. Dieses Niveau kann z.B. in Zusammenhang mit Motorbetriebsbedingungen und dem barometrischen Druck schwanken. Die Zylinder können durch Absperren des Kraftstoffflusses zu der Zylindergruppe und/oder durch Halten eines Zylinderventils oder mehrerer Zylinderventile in geschlossener Position deaktiviert werden. Die Zylinder werden in der Verbrennungsfolge deaktiviert. Zum Beispiel können bei einem 4-Zylinder-Motor mit einer Zündfolge von 1 – 3 – 4 – 2 die Zylinder 2 und 3 durch Deaktivieren von Zylinder 3, dann Zylinder 2, oder durch Deaktivieren von Zylinder 2, anschließend Zylinder 3, deaktiviert werden in Abhängigkeit davon, wann die Deaktivierungsfforderung kommt. In einer Ausführung werden die Einlassventile und Auslassventile nach der Deaktivierungsforderung geschlossen gehalten, so dass ein Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrannt wird und in dem Zylinder eingeschlossen wird, bis der Zylinder reaktiviert wird. In einer anderen Ausführung wird wenigstens eines der Einlassventile nach der Zylinder-Deaktivierungsforderung geschlossen gehalten und wenigstens eines der Auslassventile darf weiter in Betrieb sein. Dies ermöglicht es einem verbrannten Luft-Kraftstoff-Gemisch, ausgestoßen zu werden, während die Strömung durch den Zylinder verringert oder gestoppt wird.
Die Drehzahl der Turbine, mit „Drehzahl Turbine 2" bezeichnet, die den Verdichter antreibt, der mit den aktiven Zylindern in Verbindung steht, also in diesem Fall Drehzahl/Turbine 2, wird nach der Forderung, Zylinder zu deaktivieren, hochgefahren. Dies ermöglicht es den aktiven Zylindern, bei oder nahe einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, Leistung zu entwickeln, um die deaktivierten Zylinder zu kompensieren. Des Weiteren können die Ventilsteuerzeiten, der Ventilhub und die Ventilphasen relativ zur Kurbelwelle der aktiven Zylindergruppe eingestellt werden, um ebenfalls die deaktivierten Zylinder zu kompensieren. Auf diese Weise können die Zylinder eines doppelturbogeladenen Motors deaktiviert werden, so dass Drehmomentstörungen abgeschwächt werden.
Unter Bezugnahme auf 14 ist eine graphische Darstellung von Signalbeispielen gezeigt, die für einen simulierten Zylinder-Reaktivierungsablauf von Interesse ist. Ähnlich wie in 13 zeigt der mit „PIP" bezeichnete Ablauf eine Motorstellung eines 4-Zylinder-Motors.
Die Turbinendrehzahl des Turboladers in Verbindung mit der deaktivierten Zylindergruppe, Drehzahl/Turbine 1, hat eine niedrige Drehzahl, bis der Zylinder- Reaktivierungsvorgang beginnt. Anschließend, während die deaktivierten Zylinder mit der Verbrennung beginnen, nimmt die Turbinendrehzahl zu, bis eine gewünschte Drehzahl erreicht ist. Die gewünschte Drehzahl kann z.B. durch Bestimmen des Druckabfalls über die Abgasturbine oder durch die Strömung in den Ansaugkrümmer abgeleitet werden. Die Turbinenleitschaufeln werden vor der Zylinder-Reaktivierung geschlossen, so dass ein größerer Prozentsatz der Abgasenergie dazu verwendet wird, die Turbine zu beschleunigen. Alternativ kann der Turbolader anfänglich geöffnet sein und anschließend nach einer vorbestimmten Anzahl von Zylinderverbrennungsvorgängen geschlossen werden, was so abläuft, dass die Drehzahl der Turbine auf ein höheres Drehzahlniveau ansteigt.
Die Drosselklappenstellung, mit „Drossel" bezeichnet, wird auch nach einer Forderung, Zylinder zu reaktivieren, vergrößert, so dass Motorpumpverluste gering sein werden, wenn die Zylinder-Reaktivierung geschieht. Alternativ kann die Drosselklappe während oder nach dem Deaktivierungsprozess auf eine gewünschte Stellung gestellt werden, so dass eine Drosselklappenvoreinstellung während einer Zylinder-Reaktivierung nicht erforderlich ist. Eine Drehmomentsteuerung der reaktivierten Zylinder kann durch Stellen der Ventilsteuerzeiten und/oder Ventilöffnungsphasen in Bezug auf die Kurbelwelle erreicht werden. Die Ventilsteuerzeiteneinstellungen können auf Basis eines einzelnen Zylinders vorgenommen werden, so dass die Luftladung der reaktivierten Zylinder zwischen Zylindern und/oder zwischen Abläufen eines einzelnen Zylinders verändert werden. Somit können die jeweiligen Zylinderluftladungen durch Stellen der Drosselklappenstellung und der Ventilsteuerzeit geregelt werden. Alternativ kann die Drosselklappe vor und nachdem sie deaktiviert worden sind, reaktiviert werden, so dass sich die Ventilsteuerzeiten während des Reaktivierungsvorgangs hauptsächlich auf die Zylinderluftladung auswirken.
Der Einlasskrümmerdruck kann nahe bei dem Atmosphärendruck bleiben oder kann, wie durch Linie 1405 dargestellt, abgesenkt werden. Ein Einstellen des Einlasskrümmerdruckes nahe dem atmosphärischen Druck kann die Motorpumparbeit verringern, aber z.B. ein Schließen der Drosselklappe und Absenken des Einlasskrümmerdruckes können ein Vakuum für Bremsen schaffen und/oder den Betrag des Ansauggeräusches, das von dem Motor ausgeht, verringern. Wenn die Drosselklappe auf eine teilweise geöffnete Stellung gestellt worden ist und die Ventilsteuerzeiten ausreichend lang sind, dann kann ein Reaktivieren der Zylinder den Einlasskrümmerdruck verringern, und es kann dazu kommen, dass die Ventilsteuerzeiten einzustellen sind, weil der Krümmerdruck schwankt, um Motordrehzahlstörungen abzuschwächen.
Die Verfolgung der Zylinderzahlerfassung, mit „Zylinderzähler" bezeichnet, zeigt die Zahl der aktiven Zylinder und wo deaktivierte Zylinder wieder aktiviert werden. In diesem Beispiel werden Zylinder 2 und 3 reaktiviert, während die Drosselklappe verstellt wird und während die Turbinendrehzahl der aktiven Zylindergruppe verringert wird. Es ist jedoch auch möglich, die Turbinendrehzahl des Turboladers beizubehalten, der mit der aktiven Zylindergruppe bei einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl in Verbindung steht, bis die Zylinder wieder reaktiviert sind. In diesem Beispiel kann das Motordrehmoment bei den aktivierten Zylindern durch Verändern der Ventilsteuerzeiten, des Hubs und/oder der relativ zur Kurbelwellenstellung stehenden Phase eingestellt werden, so dass Drehmomentstörungen bei der Zylinder-Reaktivierung abgeschwächt werden können.
Die Turbinendrehzahl der aktiven Zylindergruppe ist in einem reduzierten Zustand gezeigt, so dass das Motordrehmoment der aktiven Zylinder in Übereinstimmung mit dem Drehmoment, das dem Motor durch reaktivierte Zylinder hinzugefügt worden ist, verringert werden kann. Die Turbinendrehzahl kann durch Verändern der Leitschaufelstellung oder durch Öffnen des Ladedruckbegrenzers reduziert werden, so dass sich der Wirkungsgrad der Turbine verringert. Durch Absenken der Turbinendrehzahl des Turboladers, der mit den aktiven Zylindern in Verbindung steht, kann das Drehmoment von aktiven Zylindern mit weniger Einstellen der Ventilaktuatoren verringert werden. Alternativ kann, wie oben erwähnt, die Turbinendrehzahl im Wesentlichen während der Zylinder-Reaktivierung konstant gehalten werden und kann dann anschließend verringert werden, siehe z.B. Linie 1407. Das kann es leichter machen, das Motordrehmoment während einer Zylinder-Reaktivierung zu steuern, wenigstens während einiger Bedingungen.
Bezug nehmend auf 15 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern von Ventilen gezeigt, wenn der Motor abgestellt wird. Wie oben beschrieben, können einige variabel betätigte Ventile mit geringer Beachtung der Stellung einer Motorkurbelwelle betrieben werden, speziell, wenn der Motor abgestellt wird. Jedoch benötigen einige Ventile Energie, um in einer geöffneten oder geschlossenen Position zu verbleiben, da die bei diesen Aktuatortypen verwendeten Federn dazu tendieren, das Zylinderventil in einer neutralen, offenen Stellung schwebend zu halten. Folglich kann dieser Ventiltyp in einer neutralen Stellung verbleiben, wenn der Motor abgestellt wird, so dass der elektrische Energieverbrauch gesenkt werden kann. Wenn ein Betreiber den Motorbetrieb verlangt, kann die Ventilstellung so geändert werden, dass der Motor atmet und z.B. in Übereinstimmung mit einem Standard-Viertaktprozess gestartet werden kann. Jedoch ist es auch möglich, dass der Betreiber lediglich beabsichtigt, die Motornebenaggregate (z.B. ein Radio oder eine Unterhaltungseinrichtung) ohne den Motor laufen zu lassen, in Betrieb zu nehmen. Des Weiteren tendieren einige Personen dazu, mehrere Male ohne vorliegenden Wunsch, den Motor zu starten, von „Motor-Aus" zu „Nebenaggregate-An" zu drehen. Das in 15 dargestellte Ablaufdiagramm beschreibt ein Verfahren, diese Art von Beeinträchtigung eines Betreiberverhaltens abzuschwächen, während 16 ein Beispiel für eine Ventilabfolge darstellt, die durch das Verfahren gemäß 15 während dieser Bedingungen erzeugt wird.
In Schritt 1501 stellt die Motor- oder Ventilsteuereinrichtung den Wunsch des Betreibers fest, den Motor zu starten, indem die Stellung des Zündschlosses oder eines anderen Schalters abgefragt wird, der z.B. wie ein Türöffnungsschalter oder ein Türverriegelungsschalter gelesen werden kann. Wenn die Schlüssel-/Schalter-Eingabe in der Aus-Stellung ist, geht das Programm zum Ausgang. Wenn die Schlüssel-/Schalter-Eingabe in der An-Stellung (d.h. Nebenaggregat) oder in der Start-Stellung ist, dann geht das Programm weiter zu Schritt 1503.
In Schritt 1503 werden die Ventile in Erwartung einer Startforderung vorpositioniert. Dies ist der „Klar zum Start"-Zustand des Motors. Die Ventile können z.B. auf Basis eines Viertaktmotorprozesses und der vorliegenden Motorstellung gestellt werden oder sie können so gestellt werden, dass der Motor in einer anderen Weise, z.B.
Zweitakt-Direktstart (d.h. ohne Starter) starten kann. Jedes Ventil kann zu einer vorbestimmten Zeit unabhängig von anderen Ventilen gestellt werden oder Gruppen von Ventilen (d.h. mehr als ein Ventil) können zu von anderen Ventilgruppen unabhängigen Zeiten gestellt werden. Das Programm geht weiter zu Schritt 1505.
In Schritt 1505 bestimmt die Motorsteuereinrichtung, ob es eine Motorstartforderung gibt. Wenn dies so ist, geht das Programm weiter zu Schritt 1507, sonst geht das Programm weiter zu Schritt 1509. Somit kann der Motor, nachdem die Ventile bereit gestellt worden sind, gestartet werden oder die Ventile können, abhängig von den Betriebsbedingungen, auf eine andere Stellung gestellt werden.
In Schritt 1509 wird ein Zeitschalter verwendet, um zu bestimmen, wie lang die Ventile mit Energie zu versorgen sind. Der Zeitschalter kann so eingestellt sein, dass er zu einer vorbestimmten Zeit abläuft, die mit den Fahrzeugbetriebsbedingungen variieren kann (z.B. Batterieladezustand, Betrag der verbrauchten Batterieladung, Umgebungslufttemperatur, Motortemperatur, Strommenge, die durch den Ventilaktuator entnommen worden ist). Des Weiteren kann der Zeitschalter jedes Mal, wenn der Betreiber die Schlüssel-/Schalter-Eingabe von einer Aus- zu einer An-Stellung hin- und herschaltet, rückgestellt werden. In einer alternativen Ausführung kann der Zeitschalter weiterlaufen, bis die Zeit abläuft, selbst wenn der Betreiber den Schlüssel einige Male hin- und herdreht, so dass der Zeitschalter abläuft, ob der Schlüssel hin- und hergedreht worden ist oder nicht. Wenn der Zeitschalter abgelaufen ist und der Schlüssel von „Stopp" auf „Nebenaggregate" oder von „Nebenaggregate" auf „Stopp", nachdem der Zeitschalter abgelaufen ist, geschaltet worden ist, können die Ventile dann wieder auf die Motorstartstellung bereitgestellt werden. Das Programm geht weiter zu Schritt 1511, nachdem der Zeitschalter geschaltet worden ist.
In Schritt 1511 prüft das Programm, ob der Zeitschalter des Schritts 1509 eine vorbestimmte Zeit überschritten hat. Die Zeitdauer kann sich mit den Betriebsbedingungen ändern, wie z.B. die Motortemperatur, die Umgebungstemperatur, Batterieladungszustand oder die Zeit seit dem letzten Motorstart. Wenn die Zeit noch nicht abgelaufen ist, geht das Programm weiter zu Schritt 1505. Sonst geht das Programm weiter zu Schritt 1515.
Beim Schritt 1515 wird eine Gruppe von Ventilen in einen gewünschten Zustand versetzt. In einem Beispiel können die Ventile von einer geöffneten oder geschlossenen Position freigegeben werden, so dass sie in dem neutralen Zustand positioniert sind. In einer anderen Ausführung können Permanentmagnete verwendet werden, so dass die Ventile in einer geöffneten oder geschlossenen Stellung gehalten werden, während sie nicht mit Energie versorgt werden. Das Programm geht weiter zu Schritt 1519.
In Schritt 1519 wird eine zweite Gruppe von Ventilen in einen gewünschten Zustand versetzt. Die Ventile können, wie in Schritt 1515 beschrieben, gestellt werden. Ferner ist es möglich, das Zeitintervall zwischen dem Stellen der Ventile der Gruppe 1 und dem Stellen der Ventile der Gruppe 2 zu verzögern. Auf diese Weise können das Geräusch und die erforderliche Energie, um die Ventile zu stellen, verringert werden.
Es sei bemerkt, dass 15, Schritte 1515 und 1519 lediglich zwei Ventilgruppen beschreiben, jedoch können mehr oder weniger Ventilgruppen auf einen gewünschten Zustand eingestellt werden, ohne vom Umfang oder Ziel der Beschreibung abzuweichen. Außerdem, wenn der Betreiber einen Start verlangt, nachdem die Ventile freigegeben worden sind, ohne dass die Ventile aus der freigegebenen Stellung heraus neu positioniert worden sind, werden anschließend die Ventile gestellt und der Motor gestartet.
Die Schritte 1521 bis 1525 arbeiten ähnlich wie diejenigen der Schritte 1511-1519, aber sie decken eine Bedingung ab, bei der der Fahrer den Schlüssel auf „Aus" nach einer Bedingung „Nebenaggregat an" eingegeben hat. Des Weiteren ist es möglich, dass der Betreiber eine Anzahl von Schlüssel-/Schalter-Eingabeübergängen veranlasst, bevor er entscheidet, das Auto nicht zu starten. Träte dies auf, lassen die Schritte 1521-1525 es zu, dass die Ventile einen gewünschten Zustand erreichen, wie z.B. eine Mittelstellung.
In Schritt 1507 werden die vorpositionierten Ventile in Übereinstimmung mit der Motorstellung betrieben, so dass der Motor gestartet werden kann. Mit anderen Worten, wenn der Motor während eines Starts angedreht wird, werden die Ventile z.B. auf Basis eines Viertaktprozesses bewegt. In einer alternativen Ausführung können die bereitgestellten Ventile es ermöglichen, dass der Motor ohne einen Anlasser (d.h. direkt gestartet) gestartet wird, indem eingespritzter Kraftstoff und eingeschlossene Luft im Zylinder zur Anwendung kommen. Wenn jedoch der Zeitschalter von Schritt 1509 einen vorbestimmten Wert überschritten hat, was dazu führt, dass die Ventile freigegeben werden, und wenn es eine darauf folgende Startforderung gibt, dann werden die Ventile neu positioniert, so dass der Motor für einen Start vorbereitet ist. Das Programm geht zum Ausgang, wenn der Motor gestartet wird.
Unter Bezug auf 16 ist ein Beispiel einer graphischen Darstellung von Ventilstellungen für ein Fahrzeug gezeigt, das zwischen „Aus" oder „Abstell"-Modus und „Nebenaggregat"-Modus wechselt. Der dargestellte Ablauf gleicht denjenigen, die in den 6-8 gezeigt sind und verwendet die gleichen Bezeichnungen für Ventile und Ventilstellungen, aber in der Abfolge verändert sich die Motorstellung nicht und der verlangte Motormodus wird durch die Modusforderung („Modusforderung")-Verfolgung bezeichnet. Die Modusforderung-Verfolgung enthält drei Zustände: Lauf (R), Nebenaggregate (A) und Stopp (S), welche im Folgenden erklärt werden.
Ein Fahrzeug kann mehrere Steuerzustände aufweisen. Der erste Steuerzustand ist ein Motorabstellen, wobei der Motor nicht in Betrieb ist und das Fahrzeug und die Motorsysteme auf Zustände eingestellt werden, wo der Energieverbrauch (d.h. in erster Linie die Batterieentladung) niedrig ist, weil das Fahrzeug für eine gewisse Zeit nicht betrieben werden kann, z.B. für zwei Wochen. Wenn ein Betreiber den Motor/das Fahrzeug in den Abstellzustand bringt, ist es unbekannt, ob das Fahrzeug/der Motor in diesem Zustand für eine Minute oder einen Monat verbleiben wird. Folglich wird das Fahrzeug/Motorsystem oft in einen Zustand niedrigen Energieverbrauchs in diesem Modus versetzt.
Ein anderer möglicher Steuerzustand ist der „Nebenaggregat"-Modus, bei dem die Fahrzeugsysteme in einen betriebsbereiten Zustand oder in Betriebszustände gebracht werden, aber bei dem der Motor noch nicht betrieben wird. In einigen Fahrzeugen wird dies dadurch vollzogen, indem der Betreiber einen Zündschlüssel bis in eine Stellung dreht, die z.B. zwischen der Start- und Abstellstellung liegt. Jedoch kann dieser oder ein anderer Zustand durch andere Mittel eingeleitet werden, z.B. durch Signaleingaben aus einer Hybrid-Antriebssteuereinrichtung. Dieser Zustand ist oft eine Vorstufe zum Motorstart und deshalb kann es nützlich sein, den Zustand der Motorventile so einzustellen, dass der Motor für einen Start vorbereitet ist. Unter gewissen Umständen ist es jedoch möglich, dass der Betreiber oder der Fordernde nicht wirklich verlangt, dass der Motor startet, wenn er/sie lediglich wünscht, ein Radio zu betreiben.
Natürlich gibt es auch den Betriebsmodus, bei dem der Motor gestartet und betrieben werden kann. In diesem Modus kann der laufende Motor dazu verwendet werden, das Fahrzeug anzutreiben und die Hilfssysteme (wie z.B. Radio, Einlass-/Auslassventil-Steuereinrichtung, Lichter etc.) mit Energie zu versorgen, so dass die Batterieladung nicht verbraucht wird, oder es kann alternativ Energie zu den Hilfssystemen, z.B. durch die Batterie oder den Motor, zugeführt werden. Dieser Modus kann von einem laufenden Motor festgestellt werden, während der Zündschlüssel auf der Stellung „An" oder „Nebenaggregat" steht.
Es kann nützlich sein, während der Übergänge zwischen „Motorabstell-Modus", „Nebenaggregat-Modus" und „Motorlauf-Modus" ein Verfahren zu haben, dass die Ventile in einer Weise steuert, die einen Motorstart verbessert, während Energieverbrauch und/oder Motoremissionen verringert werden.
Bei einer senkrechten Markierung 1601 gibt ein Schalter oder eine Eingabe der Motorsteuereinrichtung die Anweisung, dass der Betreiber oder eine alternative Quelle die Forderung gestellt hat, die Motor-/Fahrzeug-Nebenaggragate zu aktivieren. Die Veränderung in dem abgefragten Zustand wird durch eine Veränderung bei dem Signalniveau des Modusforderungssignals ermittelt. Dieses Beispiel veranschaulicht ein elektrisch betätigtes Ventil, das aus einem neutralen Zustand in offene oder ge schlossene Stellungen verstellt wird, die z.B. an einer gewünschten Startabfolge hängen. Insbesondere ist das Einlassventil für Zylinder 1 des Vierzylindermotors auf eine geöffnete Stellung im Vorgriff auf einen Einlassvorgang des Zylinder 1 gestellt. Die restlichen Zylindereinlassventile sind dargestellt, wie sie in geschlossene Stellungen gestellt werden, zu Zeiten, die sich derart ändern, dass der Strombedarf der Ventilsteuereinrichtung reduziert werden kann und das Ventilgeräusch verringert werden kann. Das Auslassventil für Zylinder 4 wird in einen offenen Zustand gestellt, so dass die Zylinder 1 bis 4 nun konfiguriert werden, damit der Motor im Viertaktmodus gestartet werden kann.
Bei einer senkrechten Markierung 1603 geht das Modusforderungssignal von dem „Nebenaggregat"-Zustand in den „Abstell"-Zustand über. Der Abstand zwischen der Markierung 1601 und der Markierung 1603 (T1) ist nicht dazu gedacht, irgendeine spezielle Zeitdauer zu implizieren, und es ist nicht beabsichtigt, die Breite oder den Umfang der Beschreibung zu begrenzen. Die Zeit T1 in dieser Darstellung wird eher dazu verwendet, ein Zeitintervall zu zeigen, das nicht über das hinsichtlich der Zeit abgelaufenen Intervall von Schritt 1511 der 15 hinausgeht. Entsprechend sind die Stellungen der Ventile nicht verändert worden, nachdem sie anfänglich nach der Nebenaggregatforderung bei Schritt 1601 gestellt worden sind.
Eine senkrechte Markierung 1605 wird dazu verwendet, eine andere Veränderung in dem Modusforderungssignal zu kennzeichnen. Diesmal wird das Signal zu der „Nebenaggregat"-Stellung zurückgesendet. Während des T3-Intervalls werden die Ventile aus den bereitgestellten Lagen für einen neutralen Zustand freigegeben, während der Energiefluss zu anderen Ventilen, die in der geöffneten oder geschlossenen Stellung Dank der Kraft verbleiben, die durch auf die Ventilarmaturen wirkenden Parmanentmagnete erzeugt wird, unterbrochen. Das T3-Intervall illustriert einige mögliche Ventilstellungsveränderungen, die sich aus dem Ablauf des Zeitschalters in Schritt 1511 ergeben. Alternativ können die Ventile in die neutrale Stellung als Antwort auf z.B. einer Betriebsbedingung des Motors, einer Motorkühlmitteltemperatur oder des Katalysators gestellt werden.
Eine senkrechte Markierung 1607 zeigt die letzte Modusforderungsänderung der Abfolge und zeigt eine Verstellung vom „Nebenaggregat"-Modus zurück zu einem „Abstell"-Modus. Da die Ventile auf einen Niedrigenergieverbrauch-Modus während des T3-Intervalls gestellt worden sind, verändert die Modusforderungsänderung bei der Markierung 1607 nicht die Stellung der Ventile.
Somit verdeutlicht 16, dass es möglich ist, einen Motor durch Bereitstellen der Ventile in dem „Nebenaggregat"-Modus für einen Startvorgang vorzubereiten, ohne weiter Energie aus der Batterie abziehen zu müssen, um den Motor in einem betriebsbereiten Zustand zu halten. Des Weiteren kann der Betreiber mehr als einen Übergang vom „Abstell"-Modus zu einem „Nebenaggregat"-Modus vornehmen, ohne den Betreiber jedes Mal, wenn der Wechsel vorgenommen wird, dem Ventilgeräusch auszusetzen. Des Weiteren ist es noch möglich, den Energieverbrauch zu verringern, wenn der Betreiber das Fahrzeug für eine längere Zeit in dem „Nebenaggregat"-Modus lässt.
Es sei bemerkt, dass die Logik der 15 z.B. so eingerichtet sein kann, dass der Zeitschalter bei jedem Wechsel von „Nebenaggregat-Modus" zum „Abstell-Modus" zurückgestellt wird oder dass der Zeitschalter in Schritt 1509 nur zurückgestellt wird, nachdem eine vorbestimmte Zeitspanne abgelaufen ist.
Die Ventilgraphen der 16 zeigen ein Beispiel zu einem Ventilsteuerablauf des durch 15 beschriebenen Verfahrens. Ferner ist es möglich, diese Ventilsteuerung auf andere Typen, z.B. variabler Ereignis-Ventilsteuerungen, und elektrisch-hydraulisch betätigte Ventile auszuweiten.
Unter Bezugnahme auf 17 ist ein Ablaufdiagramm eines Beispiels einer Turbolader-Steuerungsstrategie für einen Motor mit einer variablen Ereignis-Ventilsteuerung gezeigt. Das Feld 1701 stellt den verlangten Ladedruck dar. Der Ladedruck ist der Druck in dem Einlasskrümmer zwischen dem Verdichter und dem Drosselkörper. Der angewiesene Ladedruck ist eine Funktion des gewünschten Motordrehmoments (Tor_des), der Motordrehzahl (N), des atmosphärischer Drucks (P_atm) und des gewünschte Einlasskrümmerdrucks (P_{man_des}), wobei das gewünschte Mo tordrehmoment z.B. aus der Summe des vom Betreiber geforderten Bremsmoments, des Motorreibmoments und des Motornebenaggregatmoments zu finden ist. Das Motorbremsmoment kann z.B. aus einem Pedalsteuerbefehl bestimmt werden, während Reibungs- und Nebenaggregatmomente aus empirischen Daten bestimmt werden können, die in Tabellen und/oder Funktionen gespeichert sein können, die z.B. auf die Motordrehzahl bezogen sein können. Des Weiteren kann der angeordnete Ladedruck eine Kompensation für das Turboladerverdichterkennfeld, die Turbinenkennwerte und die Motorpumpverluste einschließen.
Der angeordnete Ladedruck minus des gemessenen Ladedrucks wird von der summierenden Abzweigung zwischen den Feldern 1701 und 1703 auf das Feld 1703 übertragen. Hier handelt es sich um einen Ladedruckfehler, dass das Steuerfeld 1703 daran arbeitet, die Differenzen zwischen dem gewünschten und dem aktuellen gemessenen Ladedruck zu kompensieren. Feld 1703 kann eine Ladedruckkompensation vorsehen auf Basis eines Anteils des Ladedruckfehlers, eines Anteils und einer Integration des Fehlers, einer Schätzung der Systemzustände, die aus der Ladedruckforderung und der Ladedruckrückmeldung oder durch Verwendung anderer bekannter Techniken geschätzt werden können. Der Term K_Bst (z) wird verwendet, um die Regelungsverstärkung dieses speziellen Feldes zu beschreiben und dass die Verstärkung auf einem diskreten System basiert. Es sei angemerkt, dass die Verstärkung des Feldes 1703 linear, stückweise linear und/oder nichtlinear in Abhängigkeit von den Regelvorgaben und der Größe des Ladedruckfehlers sein kann. Mit anderen Worten kann die Ladungsverstärkung auf verschiedenen Wegen eingestellt werden, um die gewünschte Rückmeldung zu liefern.
Der Ausgang des Feldes 1703 wird von dem Druck des Abgasdruckes, der durch Feld 1707 symbolisiert wird, subtrahiert. Der Abgasdruck kann direkt gemessen werden oder er kann z.B. abgeleitet werden von der Motordrehzahl, dem Ladedruck, dem atmosphärischen Druck, dem Luftstrom durch den Motor und von der Turboladerleitschaufelstellung oder Ladedruckbegrenzerstellung.
Das Regelungsverstärkungsfeld 1705 schafft für das System eine zusätzliche Verstärkung als Antwort auf den Output des Summierers zwischen den Feldern 1703 und 1705. Die Regelungsverstärkung des Blocks 1705 kann durch irgendeines der Verfahren, die zuvor für Feld 1703 genannt wurden, erstellt werden. Die Verstärkungen der Felder 1703 und 1705 werden ausgewählt, um die gewünschte Rückmeldung und die gewünschte Stabilität des Systems zu berücksichtigen. Der Ausgang eines Verstärkungsfelds 1705 wird verwendet, um die Stellvorrichtung der Turboladerleitschaufel oder des Ladedruckbegrenzers zu betätigen, und er kann die Leistung des Turboladerverdichters beeinflussen. Der Verdichterladedruck wird durch einen Drucksensor bei Feld 1709 überwacht und liefert eine Anzeige der Verdichterströmungsrate.
Der angeordnete Einlasskrümmerdruck wird im Feld 1710 bestimmt. Der Einlasskrümmerdruck kann durch Verwendung von Tabellen oder Funktionen bestimmt werden, die kombiniert werden, um den Krümmerdruck anzugeben, der z.B. Einstellungen für Motorgeräusche, eine Vakuumforderung der Hilfssysteme (z.B. Bremsverstärker), Ladedruck, Motordrehzahl, ein gewünschtes Drehmoment und Motorfüllungsgrad umfasst.
In Feld 1713 wird der Unterschied zwischen dem gewünschten Ansaugkrümmerdruck P_{man_des} und dem gemessenen Krümmerdruck (Feld 1715) mittels eines Verstärkungseinstellfaktors geregelt. Die Verstärkungseinstellung kann wie irgendeine der in der Beschreibung des Felds 1703 erwähnten Typen konfiguriert sein und arbeitet mit einer elektronischen Drosselsteuereinrichtung 1717. Natürlich beeinflusst die Stellung der elektronischen Drosselklappe den Einlasskrümmerdruck und deshalb kann er die Steuerzeiten der Ventile der variablen Ereignis-Ventilsteuerung beeinflussen, weil die Ventilsteuerzeiten zum Teil von dem Ansaugkrümmerdruck abhängig sind. Deshalb wird der Ansaugkrümmerdruck als Faktor beim Bestimmen der Ventilsteuerzeiten verwendet. In einem Beispiel können die Ventilsteuerzeiten als Funktion des gewünschten Motordrehmoments, des Einlasskrümmerdruckes der Reste (d.h. Luft und Kraftstoff verbrannt) und der Motordrehzahl bestimmt werden. Insbesondere können Einlassventilöffnung (IVO), Auslassventilschließung (IVC) und Auslassventilöffnung (IVO) aus empirisch bestimmten Werten bestimmt werden, die in Tabellen gespeichert werden können, die durch Motordrehzahl und Luftströmung durch den Zylinder indexiert sind. Die Einlassventilschließung kann dann durch Kalkulieren des Zylindervolumens bei einem gegebenen Einlasskrümmerdruck berechnet werden, der der gewünschten Zylinderluftladung entspricht. Das heißt, dass die Einlassventilschließstellung anschließend dem Kurbelwellenwinkel entsprechend bestimmt werden kann, bei dem die Einlassventile geschlossen sind, so dass das Zylindervolumen bei der vorgeschriebenen Ventilschließung die gewünschte Zylinderluftmenge erreicht. Ferner kann die gewünschte Zylinderluftladung und deshalb die Ventilsteuerzeiten bei einer Rate eingestellt werden, die den Luftstrom durch den Motor so beschränkt, dass er weniger oder gleich dem Luftstrom durch die Verdichterturbine zu dem Zeitpunkt ist, bei dem die Ventileinstellung vorgenommen wird. Für eine zusätzliche Beschreibung eines Verfahrens zur Bestimmung von Ventilsteuerzeiten, siehe z.B. die zuvor zitierte US-Patentanmeldung 10/805642. Die Einstellung der Ventile und der Drosselklappe kann die angesaugte Zylinderluftmenge verändern und kann deshalb verwendet werden, um das Motordrehmoment einzustellen.
Somit verdeutlicht 17 ein Beispiel eines Verfahrens zum Einstellen der Motorventilsteuerzeiten für einen Turboladermotor mit einer variablen Ereignis-Ventilsteuerung. Die Verstärkungen...
Bezug nehmend auf 18a wird eine graphische Darstellung von Signalen von Interesse während einer Forderung für ein zunehmendes Drehmoment eines turbogeladenen Motors mit einer variablen Ereignis-Ventilsteuerung gezeigt. Die Kurve 1801 ist eine Drehmomentsimulation als Reaktion auf eine Forderung hinsichtlich einer Drehmomentforderungseingabe des nächsten Schritts. Die Reaktion basiert auf einem System, das eine Ladedruckrückmeldung verwendet und damit können die Einlassventilsteuerzeiten auf den Grenzwert der Ventilaktuatorreaktion eingestellt werden. Die Motordrehmomentreaktion nimmt zu bis zur Stelle 1803, bei der sie vorübergehend abnimmt und dann wieder zunimmt und dann über das gewünschte Drehmoment hinausgeht. Die Drehmomentabsenkung an der Stelle 1803 und das Darüberhinausschießen des gewünschten Drehmoments können zu Auswirkungen für den Betreiber führen. Mit anderen Worten, das Drehmomentverhalten dieser Systemkonfiguration kann durch den Fahrer bemerkt werden und kann deshalb die Fahrreriebnissfreude beeinflussen.
Unter Bezug auf 18b ist ein anderes graphisches Diagramm eines Signals von Interesse während einer zunehmenden Drehmomentsforderung eines turbogeladenen Motors mit einer variablen Ereignis-Ventilsteuerung gezeigt. Diese Darstellung ist ähnlich der Darstellung der 18a, jedoch ist das Drehmomentverhalten durch Veränderungen an dem Drehmomentsteuersystem, wie in 17 beschrieben, verbessert worden. Insbesondere nimmt das Drehmomentverhalten der Kurve 1805 monoton von der Veränderung bei der Drehmomentnachfrage zu und das Darüberhinausschießen ist auch verringert. Dieses Drehmomentverhalten kann auch die Veränderung einer Fahrzeugbeschleunigung reduzieren und kann auch das hörbare Geräusch des Motors verbessern, da die Motordrehzahl auch monoton zunimmt, so wie das Motordrehmoment zunimmt. Mit anderen Worten, die Wahrnehmung Fahrers beim Fahrzeugbetrieb kann verbessert werden, da das Fahrzeug auf eine gleichmäßige Art und Weise beschleunigen kann. Des Weiteren kann das Schalten verbessert werden, weil der Motor auf vorhersehbare Weise beschleunigt und weil Schaltungen während einer unerwarteten Drehmomentverringerung vermieden werden können.
Unter Bezugnahme auf 19 ist ein Ablaufdiagramm eines Beispiels zu einer Ventilfreistellstrategie während eines Motorabstellens gezeigt. In Schritt 1901 bestimmt das Programm, ob ein Motorabstellen gefordert worden ist. Wie oben erwähnt, kann ein Motorabstellen z.B. durch einen Betreiber oder durch ein anderes Antriebssystem in Gang gesetzt werden. Wenn ein Motorabstellen nicht gefordert worden ist, endet das Programm. Wenn ein Motorabstellen gefordert worden ist, geht das Programm weiter zu Schritt 1903.
In Schritt 1903 bewertet das Programm eine Reihe von Zustandsregistern, die eine Indikation des augenblicklichen Takts eines jeden Zylinders (z.B. Arbeitshub, Verbrennungshub, Ansaughub usw.) enthalten, um den jeweiligen Takt zu bestimmen, in dem jeder Zylinder bei der vorliegenden Motorabstellstellung sich befindet. Das Programm geht weiter zu Schritt 1905.
In Schritt 1905 bestimmt das Programm, ob die Motordrehung gestoppt hat. Wenn das so ist, geht das Programm weiter zu Schritt 1907, wenn es nicht der Fall ist, kehrt das Programm zu Schritt 1903 zurück.
In Schritt 1907 wird eine Gruppe von Ventilen bei einer gesteuerten Rate derart geöffnet, dass die Druckdifferenz zwischen dem Auslasskrümmer und dem Zylinder oder zwischen dem Einlasskrümmer und dem Zylinder langsam verringert wird. Alternativ, wo die Ventile sich aus Permanentmagneten zusammensetzen, kann die Energie zu dem Ventil bei einer gesteuerten Rate verringert werden, bis der Energiefluss gestoppt wird, wodurch das Ventil freigegeben wird, obwohl die Stellung eines Ventils mit Permanentmagneten nach einem Ventilfreistellen nicht geändert werden kann. Umgekehrt, wenn sich das Ventil in einer vollständig geöffneten Stellung beim Motorabstellen befindet, kann das Ventil langsam zu einer neutralen Stellung freigegeben werden, so dass das Ventilgeräusch verringert wird. Eine Ventilgruppe kann auch ein oder mehrere Ventile enthalten und kann sich des Weiteren aus unterschiedlichen Ventiltypen, wie z.B. Einlass- oder Auslassventilen, zusammensetzen. Des Weiteren kann sich eine Gruppe von Ventilen dennoch aus beiden Typen, nämlich Einlass- und Auslassventilen, zusammensetzen. Somit können Ventile während eines Motorabstellens mit Raten und Abläufen geöffnet oder geschlossen werden, die unterschiedlich sind im Vergleich zu denen, die unter Bedingungen unter laufendem Motor verwendet wurden.
Die Ventile in einer Gruppe können gleichzeitig freigegeben werden oder sie können zu individuellen Zeiten freigegeben werden oder eine vorbestimmte Anzahl von Ventilen kann zu einer vorbestimmten Zeit freigegeben werden. Des Weiteren kann die Ventilfreigabe auf dem Druck in einem Zylinder basieren oder in einer anderen Ausführung kann die Ventilfreigaberate auf dem Druck in dem Zylinder basieren. Es sei festgehalten, dass der Zylinderdruck gemessen oder aus der Stellung des Kolbens in dem Zylinder und durch den Zylinderhub geschätzt werden kann. Wenn der Kolben eines Zylinders, der eingeschlossene Abgase enthält, an einer Stelle stoppt, an der das Volumen des Zylinders einer Hälfte des verfügbaren Zylindervolumens entspricht, dann kann das Ventil bei einer ersten Rate freigegeben werden. Anderer seits, wenn ein anderer Zylinder eine kleine Luftmenge enthält, die leicht verdichtet ist, dann kann das Ventil, das in diesem Zylinder arbeitet, bei einer zweiten Rate freigegeben werden, z.B. eine Rate höher oder niedriger als die erste Rate. Die Ventilfreigabenraten sind typischerweise in Einheiten von Millimetern/Sekunde. Das Programm geht weiter zu Schritt 1909.
In Schritt 1909 kann eine zweite Gruppe von Ventilen freigegeben werden. Diese Gruppe von Ventilen kann auf irgendeine der vorher erwähnten Weisen abhängig von gewünschten Ergebnissen freigegeben werden. Ferner kann es eine Verzögerung zwischen einem Freigeben der ersten Gruppe von Ventilen und einem Freigeben der zweiten Gruppe von Ventilen geben. Das Programm geht weiter zum Ausgang.
Es sei bemerkt, dass es erforderlich sein kann, zuerst den Strom zu den Ventilen zu verringern und anschließend den Strom zu den Ventilen so zu erhöhen, dass eine gewünschte Ventilstellung während eines Ventilfreigabebetriebs erreicht werden kann. Dies geschieht, weil für denselben Betrag einer Federkraft zusätzlich Strom erforderlich ist, um das Ventil an seinem Platz zu halten, da der Abstand von der Fläche des Elektromagneten zu der Ankerplatte zunimmt. Des Weiteren kann, wie oben erwähnt, ein Ventil durch Abstellen des Stromflusses zu dem Ventil, ohne das Ventil wirklich zu bewegen, freigegeben werden. Dieser Fall kann bei Ventilen auftreten, die Permanentmagnete haben, die die Federkraft zur Öffnung des Ventils ausgleichen können.
Bezug nehmend auf 20 ist ein graphisches Diagramm eines Beispiels für eine Ventilfreigabe bei einem Motorabstellen gezeigt. Einlass- und Auslassventilgraphen für einen Vierzylindermotor sind ähnlich wie die dargestellt, die in 6-8 gezeigt sind. An einer Stelle 2001 wird eine Forderung zum Motorabstellen abgegeben. Der Motor kann durch Abstellen der Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern abgestellt werden. Die Einlass- und Auslassventile setzen ihren Betrieb im Viertakt fort, jedoch kann der Ventilbetrieb nach einer Abstellforderung so geändert werden, dass z.B. Motoremissionen reduziert werden können. Es sei angemerkt, dass als Alternative die Einlass- und/oder Auslassventile durch irgendeines der oben erwähnten Verfahren oder durch ein Verfahren, das in irgendeiner der eingeschlossenen Referenzen beschrieben wird, während eines Motorabstell- oder Startvorganges gesteuert werden können.
Der Motor erreicht eine Abstellung an der Stelle 2003. Der Motor verbleibt in dem Bereich 2005 abgestellt, bis er an der Stelle 2007 wieder gestartet wird. Die Abstelldauer kann in der Zeitlänge variieren und ebenso ist die in 20 dargestellte Dauer nicht hinsichtlich der Breite oder des Umfangs der Beschreibung als begrenzend gedacht. Ferner ist es auch möglich, ein Freigeben der Ventile zu jeder Zeit zu beginnen, nachdem die Abstellforderung für den Motor passiert ist. Zum Beispiel können Ventile nach einer Abstellforderung zu einer vorbestimmten Zeit, nach einem vorbestimmten Betrag einer Motordrehung oder bei einer vorbestimmten Zeitspanne, nachdem der Motor die Drehung gestoppt hat, freigegeben werden.
In 20 befindet sich das Einlassventil des Zylinders 3 in einer geöffneten Stellung bei einem Motorabstellen. Die Figur zeigt, dass der Ventilablaufgraph mit einer gesteuerten Rate von der geöffneten Stellung zu der geschlossenen Stellung verläuft. Dieses Beispiel für einen Graphen kann den Betrag eines Ventilgeräusches verringern, da das Ventil geringere Tendenzen hat, zwischen den Magneten beim Motorabstellen abzuprallen. Die Figur zeigt Auslasskomponenten des Zylinders 3 aus einem vorhergehenden Verbrennungsereignis, der vor dem Öffnungsvorgang des Einlassventils freigegeben worden ist, somit kann das Einlassventil des Zylinders 3 mit weniger Bedenken im Hinblick auf ein Abgeben des Abgases in den Einlasskrümmer freigegeben werden. Die Abgasventile für die Zylinder 1-4 werden an den Stellen 2011, 2013, 2015 und 2017 freigegeben. Die Auslassventile von Zylinder 1 und 2 beginnen die Bewegung in Richtung auf die neutrale Stellung zu einer im Wesentlichen gleichen Zeit und bei einer im Wesentlichen selben Rate. Die Auslassventile von Zylinder 3 und 4 beginnen die Bewegung kurz nach dem Motorabstellen und bei einer unterschiedlichen Rate im Vergleich zu den Auslassventilen der Zylinder 1 und 2. Somit zeigt die Figur verschiedene Ventile, die zu unterschiedlichen Zeiten bei unterschiedlichen Freigaberaten (d.h. die Rate, bei der das Ventil öffnet, z.B. 0,1 mm/s) und mit unterschiedlichen Gruppen von Ventilen. Durch zeitliches Staffeln der Ventilfreigabezeit zusammen mit der Ventilfreigaberate ist es möglich, das Ventilgeräusch genauso wie das Geräusch von Gasen, die den Zylindern entweichen oder in diese hineinströmen, zu verringern. Des Weiteren kann durch langsames Freigeben der Ventile zu unterschiedlichen Zeiten die momentane Stromentnahme verringert werden. Des Weiteren können noch ausgewählte Zylinder auf Basis des Zylinderinhalts und/oder der Stellung des Kolbens in dem Zylinder freigegeben werden, so dass die Zylinderinhalte in den für die Zylinderinhalte geeigneten Krümmer abgegeben werden. Zum Beispiel ist es möglich, ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zuzuführen, die Mischung zu verbrennen und sich anschließend bei einer Motorabstellstellung zu befinden, bei der die Mischung verdichtet und in den Zylinder eingeschlossen wird. Unter dieser Bedingung können die Inhalte des Zylinders mit einer gesteuerten Rate in den Abgaskrümmer abgeleitet werden, so dass die Abgaskomponenten wenigstens teilweise durch den warmen Katalysator umgewandelt werden können, wodurch Motoremissionen verringert werden. Andererseits kann es für einen Zylinder, der eine Luftladung angesaugt, jedoch diese noch nicht verbrannt hat, wünschenswert sein, die Zylinderinhalte in den Einlasskrümmer auszustoßen, so dass die Frischluft z.B. nicht den Abgaskatalysator kühlt.
Wie für den Durchschnittsfachmann ersichtlich, können die in den 4-5, 9-12, 15 und 19 beschriebenen Programme ein oder mehrere irgendeiner Zahl von Verfahrensstrategien darstellen, wie z.B. ereignisgesteuerte, interruptgesteuerte, multitaskingfähige, multithreadingfähige und ähnliche Strategien. An sich können verschiedene Schritte oder dargestellte Funktionen in der dargestellten Abfolge parallel oder in einigen Fällen weggelassen ausgeführt werden. Ebenso ist nicht die Prozessanweisung notwendigerweise erforderlich, um die Ziele, Merkmale und ihre beschriebenen Vorteile zu erreichen, aber sie ist zur leichteren Darstellung und Beschreibung vorgesehen. Obwohl nicht explizit dargestellt, wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass einer oder mehrere der dargestellten Schritte oder Funktionen in Abhängigkeit von der besonderen, verwendeten Strategie wiederholt ausgeführt werden können.
Dies beendet die Beschreibung. Ihr Lesen durch den Fachmann wird viele Änderungen und Modifikationen zu Bewusstsein bringen, ohne dass der Geist und der Umfang der Beschreibung verlassen werden. Zum Beispiel I3-, I4-, I5-, V6-, V8-, V10- und V12-Motoren, die mit Erdgas, Benzin, Diesel oder alternativen Kraftstoffkonfigurationen laufen, können die vorliegende Beschreibung zum Vorteil verwenden.

Claims

Verfahren zum Steuern von Ventilen während eines Motorabstellens für einen Verbrennungsmotor mit einer variablen Ereignis-Ventilsteuerung, wobei das Verfahren beinhaltet: Positionieren wenigstens eines Ventils als Antwort auf eine Anzeige, den Motor startbereit zu machen; und Verzögern der Freigabe des Ventils als Antwort auf eine Betriebsbedingung, während der Motor noch keine Startanweisung erhalten hat.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ventil ein Einlassventil ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ventil ein Auslassventil ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ventil ein elektrisch betätigtes Ventil ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ventil ein mechanisch betätigtes Ventil ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das elektrisch betätigte Ventil wenigstens einen Permanentmagneten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Betriebsbedingung eine Betriebsbedingung des Motors ist oder wobei die Betriebsbedingung eine Betriebsbedingung eines Fahrzeugs ist, wobei der Motor in dem Fahrzeug betriebsfähig ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Positionieren das Ventil in einen Zustand versetzt, der das Starten des Motors erleichtert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Betriebsbedingung ein Zeitbetrag ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Betriebsbedingung eine Bedingung eines Hilfssystems ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ventil in eine neutrale Stellung freigegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei wenigstens ein erster/s
Verfahren zum Steuern von Ventilen während eines Motorabstellens für einen Verbrennungsmotor mit einer variablen Ereignis-Ventilsteuerung, wobei das Verfahren beinhaltet: Positionieren wenigstens eines Ventils in einer ersten Stellung als Antwort auf eine Anzeige, den Motor startbereit zu machen; Halten wenigstens eines Ventils in der ersten Stellung, während der Motor nicht gestartet wird und wenn die Anzeige nicht länger andeutet, dass der Motor gestartet werden kann; und Verzögern der Freigabe des Ventils nachdem die Anzeige nicht länger andeutet, dass der Motor gestartet werden kann.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Verzögern der Freigabe des Ventils eine Zeitverzögerung ist, die variiert, wenn die Betriebsbedingen eines Fahrzeugs variieren, wobei der Motor in dem Fahrzeug betriebsfähig ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Anzeige auf der Stellung eines Schalters basiert.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Freigabe des Ventils durch Verringern des zu dem Ventil fließenden Energiebetrags erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Betriebsbedingung eine Zeit ist, seit der die Anzeige nicht länger eine Absicht andeutet, den Motor zu starten.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei Ventil ein elektrisch betätigtes Ventil ist.
Verfahren nach Anspruch 13, das des Weiteren ein Ausstoßen einer verbrannten Luft-Kraftstoffmischung aus dem Zylinder nach der Aufforderung, den Motor ab zustellen, beinhaltet.
Maschinenlesbares Speichermedium mit gespeicherten Daten, die durch einen Computer ausführbare Anweisungen zur Steuerung eines Motor mit einer variablen Ereignis-Ventilsteuerung darstellen, wobei das Speichermedium aufweist: Anweisungen zum Positionieren wenigstens eines Ventils als Antwort auf eine Anzeige, den Motor startbereit zu machen; und Anweisungen zum Start des Motors während einer ersten Reihe von Bedingungen und Verstellen der Stellung von dem wenigstens einen Ventil während einer zweiten Reihe von Bedingungen.