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Gebiet
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Die
vorliegende Anmeldung betrifft Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors
mit veränderlichem Hubraum (VDE, kurz vom engl. Variable
Displacement Internal Combustion Engine) koordiniert mit veränderlichen
Nockensteuerzeiten (VCT, kurz vom engl. Variable Cam Timing).
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Hintergrund und Zusammenfassung
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Motoren,
die mit einer veränderlichen Anzahl an aktiven oder deaktivierten
Zylindern arbeiten, können zum Verbessern von Kraftstoffwirtschaftlichkeit verwendet
werden, während sie optional das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
des Abgases insgesamt in etwa stöchiometrisch halten. In
manchen Beispielen kann die Hälfte der Zylinder eines Motors
während ausgewählter Bedingungen deaktiviert werden,
wobei die ausgewählten Bedingungen durch Parameter wie
Drehzahl/Last-Fenster sowie verschiedene andere Betriebsbedingungen
einschließlich Fahrzeuggeschwindigkeit festgelegt werden
können. Ein VDE-Steuersystem kann durch die Steuerung von mehreren
Zylinderventildeaktivierungsvorrichtungen, die das Arbeiten der
Einlass- und Auslassventile des Zylinders beeinflussen, ausgewählte
Zylinder deaktivieren. Die Eigenschaften zu veränderlichen
Hubraums können zum Beispiel mit veränderlichen
Nockensteuerzeiten (VCT) kombiniert werden, um Kraftstoffwirtschaftlichkeit
und Emissionsleistung des Fahrzeugs weiter zu verbessern.
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Ein
mögliches Problem kann bei Motoren mit veränderlichem
Hubraum aber auftreten, wenn der Betrieb zwischen den verschiedenen
Hubraummodi wechselt, zum Beispiel wenn er von einem Nicht-VDE-Modus
(oder Vollzylindermodus) zu einem VDE-Modus (oder reduziertem Zylindermodus) und
umgekehrt wechselt. Im Einzelnen können sich die Übergänge
signifikant auf den Krümmerdruck, Motorluftstrom, Motorleistung
und Motordrehzahlabgabe auswirken. Dies kann zum großen
Teil auf Laständerungen pro Zylinder korreliert mit der
Anzahl aktivierter und deaktivierter Zylinder zurückzuführen sein. Ähnliche
Motorbetriebsparameter können auch durch VCT beeinflusst
werden. Bei einem Motor, der mit sowohl VCT-Fähigkeit als
auch mit der Fähigkeit veränderlichen Hubraums
ausgestattet ist, erfordern die Systeme daher während der
VDE-Übergänge eine Koordinierung, damit das Motordrehmoment das
vom Fahrer geforderte Drehmoment erfüllen kann, während
die Motorbetriebsbedingungen innerhalb zulässiger Grenzwerte
gehalten werden.
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Ein
beispielhaftes Vorgehen für das Koordinieren von VCT- und
VDE-Systemen wird von Michelini et al. in
US 6,499,499 gezeigt. In diesem Beispiel werden
VCT, Drosselsteuerung und Zündverzögerung genutzt,
um einen Krümmerluftdruck (MAP) während VDE-Übergängen
zu steuern, um dadurch eine konstante, vom Fahrer geforderte Drehmomentabgabe
beizubehalten. Im Einzelnen wird während eines Übergangs
von einem reduzierten Zylindermodus zu einem Vollzylindermodus die
Nockensteuerzeit nachverstellt, um die Luftfüllung und
MAP zu verringern, die den Zylindern bei Reaktivierung geliefert werden.
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Die
vorliegenden Erfinder haben aber mehrere Probleme bei einem solchen
Vorgehen erkannt, insbesondere während Übergängen.
Zum Beispiel wirken sich die Übergänge aufgrund
von Laständerungen pro Zylinder, die mit der Anzahl aktivierter
und deaktivierter Zylinder korreliert sind, mit bis zu 100% und
möglicherweise mehr signifikant auf die zylinderspezifische
Last der Zylinder aus. Somit kann eine zulässige Nockensteuerzeit
für einen Modus zu übermäßigen
Rückständen in einem anderen Modus führen,
was ein Potential von Motorfehlzündung während/nach
einem Übergang erzeugt. Wenn zum Beispiel Zylinder reaktiviert
werden, kann die Last pro Zylinder auf einen Wert sinken, bei dem
eine in dem Teilzylindermodus zulässige Nockensteuerzeit
in dem Vollzylindermodus unzulässig sein kann, da Zylinder
bei höheren Lasten erhöhte Rückstände
tolerieren können. Wenn weiterhin die Nockensteuerzeit angepasst
wird, um den Luftstrom zu beeinflussen, um Motordrehmoment beizubehalten,
kann dies die Situation verschärfen, bei der Rückstände
noch weiter über zulässige Werte hinaus vermehrt
werden. Wenn zum Beispiel die Nockensteuerzeit von einer bereits
nachverstellten Steuerzeit bei Aktivieren von Zylindern noch weiter
nachverstellt wird, kann es unmittelbar nach dem Übergang
zu Zylinderfehlzündung kommen, was die Leistung verschlechtert. Ähnliche
Motorbetriebsparameter können ebenfalls durch VCT beeinflusst
werden. Bei einem mit sowohl VCT-Eigenschaft als auch veränderlicher
Hubraumeigenschaft ausgestatteten Motor erfordern die Systeme daher
eine Koordinierung während VDE-Übergängen,
damit das Motordrehmoment das vom Fahrer geforderte Drehmoment erfüllen
kann, während die Motorbetriebsbedingungen innerhalb zulässiger Grenzwerte
gehalten werden.
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Somit
können in einem Beispiel die vorstehenden Probleme durch
ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors angegangen
werden, der einen Mechanismus für veränderliche
Nockensteuerzeiten (VCT) zusammenwirkend mit mehreren deaktivierbaren
Zylindern umfasst, wobei jeder Zylinder mehrere Zylinderventile
aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Arbeiten bei einer ersten
Zylinderventilsteuerzeit vor einem Übergang zum Reaktivieren deaktivierter
Zylinder und vordem Übergang Vorverstellen der Zylinderventilsteuerzeit
von der ersten Ventilsteuerzeit, wobei nach dem Übergang
die Zylinderventilsteuerzeit bei einer zweiten Ventilsteuerzeit vorverstellt
bleibt, wobei die zweite Ventilsteuerzeit gegenüber der
ersten Ventilsteuerzeit vorverstellt ist.
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In
einem bestimmten Beispiel ist ein Motor veränderlichen
Hubraums so konfiguriert, dass er mit dual-gleicher veränderlicher
Nockensteuerzeit arbeitet. Vor der Zylinderreaktivierung, d. h.
während eines Übergangs von einem reduzierten
Zylindermodus zu einem Vollzylindermodus können die Nockensteuerzeiten
hierin vorverstellt werden (d. h. um einen geringeren Betrag nachverstellt
werden), damit die in dem Zylinder verbleibende Menge an Rückständen wesentlich
verringert werden kann. Ein zulässiger VCT-Phasenwinkel
kann beruhend auf der Motorlast, dem Krümmerdruck, einem
geschätzten Luftdruck, Grenzbereich/Klopfgrenzwerten und
anderen Motorbetriebsparametern ermittelt werden. Auf diese Weise
können die Zylinder für die Reaktivierung vorbereitet
werden, so dass während und nach dem Übergang
zulässige Rückstandswerte vorgesehen werden, während
andere Parameter Motordrehmomentwirkungen ausgleichen. Somit können
Fehlzündungen und unvollständige Verbrennungen
zum Zeitpunkt der Zylinderreaktivierung verringert werden.
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Es
versteht sich, dass die vorstehende Zusammenfassung vorgesehen ist,
um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen,
die in der eingehenden Beschreibung näher beschrieben werden.
Sie soll nicht ausschlaggebende oder wesentliche Merkmale des beanspruchten
Gegenstands, dessen Schutzumfang einzig durch die Ansprüche,
die auf die eingehende Beschreibung folgen, festgelegt wird, bestimmen.
Weiterhin ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen
beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil
dieser Offenbarung festgehaltene Nachteile lösen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine beispielhafte Anordnung von Motor und Abgasanlage.
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2 zeigt
eine Motorteilansicht.
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3 zeigt
ein Übersichtsflussdiagramm zum Wechseln eines Betriebs
eines Motors mit veränderlichem Hubraum.
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4 ist
ein Steuerzeitdiagramm, das einen Wechsel des Betriebs eines Motors
mit veränderlichem Hubraum von einem VDE- oder reduziertem Zylindermodus
zu einem Nicht-VDE- oder Vollzylindermodus nach der vorliegenden
Offenbarung veranschaulicht.
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Eingehende Beschreibung
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Die
folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Koordinieren
von Betrieb mit veränderlichem Hubraum und veränderlichen
Nockensteuerzeiten in einem Motor mit veränderlichem Hubraum
(VDE), insbesondere während des Übergangs zwischen
VDE- und Nicht-VDE-Betriebsmodi. Als solcher kann der Motor mit
veränderlichem Hubraum (wie zum Beispiel der in 1–2 gezeigte)
zwischen einem Betrieb mit Zünden aller Zylinder oder mit
Zünden der Hälfte der Zylinder durch Ändern
des Arbeitens der Einlass- und Auslassventile von ausgewählten
Zylindern wechseln. Wie in 3 gezeigt, kann
ein Motorsteuersystem so konfiguriert sein, dass es eine Nockensteuerzeit
(zum Beispiel einen Betrag der Nachverstellung der Nockenwelle)
während und nach einem Übergang anpasst, um das vom
Fahrer geforderte Drehmoment vorzusehen. Die Nockensteuerzeiten
können innerhalb eines Bereichs, der zum Beispiel auf Ventilsteuerzeitgrenzwerten
der Verbrennungsstabilität beruht, angepasst werden. Der
Verbrennungsstabilitätsgrenzwert kann wiederum auf verschiedenen,
die Motorleistung beeinflussenden Parametern beruhen, beispielsweise solchen,
die mit der Erzeugung von Zylinderrückständen
in Verbindung stehen, einschließlich aber nicht ausschließlich
Motorlast, Luftdruck, Lufttemperatur, Krümmerdruck, Änderungen
der Motoratmung und Pumpverluste während VDE-Übergängen
und Grenzbereich/Klopfgrenzwerte. Wie in 4 veranschaulicht
können auf diese Weise durch Anpassen der Ventilsteuerzeiten
von Sollventilsteuerzeiten beruhend auf Verbrennungsstabilitätsgrenzwerten
der Ventilsteuerzeiten im Anschluss an den VDE-Übergang
Nockensteuerzeiten und Zylinderaktivierungs-/Zylinderdeaktivierungsvorgänge
besser koordiniert werden, um einen reibungslosen Übergang
zu ermöglichen und Drehmomentstörungen, Fehlzündungen
oder unvollständige Verbrennungen zu verringern.
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1 zeigt
einen beispielhaften Motor 10 mit veränderlichem
Hubraum (VDE), bei dem vier Zylinder (z. B. zwei in jeder Reihe)
Zylinderventile aufweisen können, die während
eines oder mehrerer Motorzyklen geschlossen gehalten werden. Die
Zylinderventile können mittels hydraulisch betätigter
Stößel oder mittels eines Mechanismus für
Nockenprofilumschalten (CPS, kurz vom engl. Cam Profile Switching),
wobei für deaktivierte Ventile ein Nockenbuckel ohne Stößel
verwendet wird, deaktiviert werden. Wie hierin dargestellt ist der
Motor 10 ein V8-Motor mit zwei Zylinderreihen 15a und 15b,
der einen Ansaugkrümmer 16 (mit Drossel 20)
und einen Abgaskrümmer 18 aufweist, die mit einer
Schadstoffbegrenzungsanlage 30 verbunden sind, die einen
oder mehrere Katalysatoren und Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren
umfasst.
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Der
Motor 10 kann mit mehreren Substanzen arbeiten, die mittels
eines Kraftstoffsystems 8 zugeführt werden können.
Der Motor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem
gesteuert werden, das ein Steuergerät 12 umfasst.
Das Steuergerät 12 kann von Sensoren 4,
die mit dem Motor 10 verbunden sind, verschiedene Signale
empfangen und verschiedenen Aktuatoren 22, die mit dem
Motor und/oder Fahrzeug verbunden sind, Steuersignale senden. Weiterhin
kann das Steuergerät 12 von einem Klopfsensor 82 einen
Hinweis auf Klopfen empfangen.
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2 stellt
eine beispielhafte Ausführungsform 200 eines Brennraums
oder Zylinders des Verbrennungsmotors 10 dar. Der Motor 10 kann
von einem Steuersystem, das das Steuergerät 12 umfasst, Steuerparameter
und mittels einer Eingabevorrichtung 192 eine Eingabe von
einem Fahrzeugbediener 190 empfangen. In diesem Beispiel
umfasst die Eingabevorrichtung 192 ein Gaspedal und einen
Pedalstellungssensor 194 zum Erzeugen eines proportionalen
Pedalstellungssignals PP. Ein Zylinder (hierin auch ,Brennraum') 30 des
Motors 10 kann Brennraumwände 32 mit
einem darin positionierten Kolben 36 umfassen. In einem
bestimmten Beispiel kann der Kolben 36 eine (nicht gezeigte)
Aussparung oder Mulde umfassen, um bei Bedarf beim Ausbilden von Schichtladungen
von Luft und Kraftstoff mitzuwirken. In einer anderen Ausführungsform
kann aber ein flacher Kolben verwendet werden. Der Kolben 36 kann mit
der Kurbelwelle 40 verbunden sein, so dass eine Hubbewegung
des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird.
Die Kurbelwelle 40 kann mittels eines Getriebesystems mit
mindestens einem Antriebsrad des Personenfahrzeugs verbunden sein.
Weiterhin kann ein Anlasser mittels einer Schwungscheibe mit der
Kurbelwelle 40 verbunden sein, um einen Startbetrieb des
Motors 10 zu ermöglichen.
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Der
Zylinder 30 kann mittels Ansaugluftkanälen 44 Ansaugluft
aufnehmen. Der Ansaugluftkanal 44 kann zusätzlich
zu Zylinder 30 mit anderen Zylindern des Motors 10 kommunizieren.
In manchen Ausführungsformen können ein oder mehrere
Ansaugkanäle eine Ladevorrichtung umfassen, beispielsweise
einen Turbolader oder Lader. Eine Drossel 120 mit einer
Drosselklappe 62 kann entlang eines Ansaugkanals des Motors
zum Verändern des Durchflusses und/oder Drucks von Ansaugluft,
die den Motorzylindern geliefert wird, vorgesehen sein. In diesem
bestimmten Beispiel ist die Drosselklappe 62 mit einem
Elektromotor 94 verbunden, so dass die Position der elliptischen
Drosselklappe 62 mittels des Elektromotors 94durch
das Steuergerät 12 gesteuert wird. Diese Konfiguration
kann als elektronische Drosselsteuerung (ETC, kurz vom engl. Electronic Throttle
Control) bezeichnet werden, die auch während Leerlaufdrehzahlsteuerung
genutzt werden kann. In einer anderen (nicht gezeigten) Ausführungsform
kann ein Umgehungsluftkanal parallel zur Drosselklappe 62 angeordnet
sein, um angesaugten Luftstrom während Leerlaufdrehzahlsteuerung
mittels eines Leerlaufsteuerungsumgehungsventils, das in dem Luftkanal
positioniert ist, zu steuern.
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Der
Brennraum 30 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen,
das das Verhältnis von Volumina ist, wenn der Kolben 36 an
einem unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt ist. In einem Beispiel kann
das Verdichtungsverhältnis etwa 9:1 betragen. In manchen
Beispielen, bei denen unterschiedliche Kraftstoffe verwendet werden,
kann das Verdichtungsverhältnis aber angehoben werden.
Zum Beispiel kann es zwischen 10:1 und 11:1 oder 11:1 und 12:1 oder
höher liegen.
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Der
Brennraum oder Zylinder 30 ist mittels jeweiliger Einlassventile 52a und 52b (nicht
gezeigt) und Auslassenventile 54a und 54b (nicht
gezeigt) mit dem Ansaugkrümmer 44 und Abgaskrümmer 48 in Verbindung
stehend gezeigt. Während somit vier Ventile pro Zylinder
verwendet werden können, können in einem anderen
Beispiel auch ein einzelnes Einlass- und ein einzelnes Auslassventil
pro Zylinder verwendet werden. In einem noch anderen Beispiel können
zwei Einlassventile und ein Auslassventil pro Zylinder verwendet
werden.
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Der
Auslasskanal 48 kann zusätzlich zu Zylinder 30 Abgase
von anderen Zylindern des Motors 10 aufnehmen. Der Abgassensor 76 ist
stromaufwärts des Katalysators 70 (wobei der Sensor 76 verschiedenen
unterschiedlichen Sensoren entsprechen kann) mit dem Abgaskrümmer 48 verbunden gezeigt.
Zum Beispiel kann der Sensor 76 ein beliebiger von vielen
bekannten Sensoren zum Vorsehen eines Hinweises auf das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
des Abgases sein, beispielsweise ein linearer Sauerstoffsensor,
ein UEGO, ein Sauerstoffsensor mit zwei Zuständen, ein
EGO, ein HEGO oder ein HC- oder CO-Sensor. Eine Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 72 ist
stromabwärts des Katalysators 70 positioniert gezeigt.
Die Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 72 kann ein Dreiwegekatalysator,
eine NOx-Falle, verschiedene andere Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen
oder Kombinationen derselben sein.
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In
manchen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors 10 eine
Zündkerze 92 zum Auslösen von Verbrennung
umfassen. Die Zündanlage 88 kann dem Brennraum 30 mittels
der Zündkerze 92 als Reaktion auf ein Zündvorverstellsignal
SA von dem Steuergerät 12 unter ausgewählten
Betriebsmodi einen Zündfunken liefern. In manchen Ausführungsformen
kann aber auf die Zündkerze 92 verzichtet werden,
beispielsweise wenn der Motor 10 eine Verbrennung durch
Selbstzündung oder durch Einspritzung von Kraftstoff auslösen,
wie dies bei manchen Dieselmotoren der Fall sein kann.
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In
manchen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors 10 mit
einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen zum Liefern
von Kraftstoff zu diesem konfiguriert sein. Als nicht einschränkendes
Beispiel ist der Zylinder 14 mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66A gezeigt.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66A ist zum Einspritzen
von Kraftstoff direkt in den Zylinder 14 proportional zu
der Pulsbreite eines Signals dfpw, das mittels eines elektronischen
Treibers 68 von dem Steuergerät 72 empfangen
wird, mit dem Zylinder 14 direkt verbunden gezeigt. Auf
diese Weise liefert die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66A eine
als Direkteinspritzung (hierin nachstehend auch als „Dl” bezeichnet)
bekannte Einspritzung von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 30.
Während 2 die Einspritzvorrichtung 66A als Seiteneinspritzvorrichtung
zeigt, kann sie auch über dem Kolben, beispielsweise nahe
der Position der Zündkerze 92, angeordnet sein.
Eine solche Position kann das Mischen und die Verbrennung aufgrund
der geringeren Flüchtigkeit von manchen alkoholbasierten
Kraftstoffen verbessern, wenn der Motor mit einem alkoholbasierten
Kraftstoff betrieben wird. Alternativ kann sich die Einspritzvorrichtung
oberhalb und nahe dem Einlassventil befinden, um Mischen zu verbessern.
Der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66A kann von einem (nicht
gezeigten) Hochdruck-Kraftstoffsystem, das Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen
und ein Kraftstoffverteilerrohr umfasst, Kraftstoff zugeführt werden.
Alternativ kann durch eine einstufige Kraftstoffpumpe bei niedrigerem
Druck Kraftstoff zugeführt werden, in welchem Fall die
Steuerzeiten der Kraftstoffdirekteinspritzung während des
Verdichtungstakts beschränkter sein können als
bei Verwendung eines Hochdruck-Kraftstoffsystems.
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Während
dies nicht gezeigt ist, können die Kraftstofftanks ferner
einen Druckwandler aufweisen, der dem Steuergerät 12 ein
Signal liefert. In einer alternativen Ausführungsform kann
die Einspritzvorrichtung 66A eine Kanaleinspritzvorrichtung
sein.
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Das
Steuergerät 12 kann den Brennraum 30 veranlassen,
in verschiedenen Verbrennungsmodi zu arbeiten, einschließlich
einem homogenen Luft/Kraftstoff-Modus und einem geschichteten Luft/Kraftstoff-Modus,
indem es Einspritzsteuerzeiten, Einspritzmengen, Spritzmuster, etc.
steuert. Ferner können in dem Raum geschichtete und homogene
Gemische gebildet werden. Das Steuergerät 12 kann
die von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66A zugeführte Menge
an Kraftstoff so steuern, dass das homogene, geschichtete oder kombinierte
homogene/geschichtete Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Raum 30 so
gewählt werden kann, dass es stöchiometrisch ist,
einen unterstöchiometrischen Wert oder einen überstöchiometrischen
Wert hat.
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Das
Steuergerät 12 ist als Mikrocomputer gezeigt,
welcher umfasst: einen Mikroprozessor 102, Input/Output-Ports 104,
ein elektronisches Speichermedium für ausführbare
Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem bestimmten Beispiel
als Festwertspeicherchip 106 gezeigt ist, einen Arbeitsspeicher 108,
einen Dauerspeicher 110 und einen herkömmlichen
Datenbus. Das Steuergerät 12 wird gezeigt, wie
es verschiedene Signale von mit dem Motor 10 verbundenen
Sensoren zusätzlich zu den bereits erläuterten
Signalen empfängt, einschließlich: Messung des
eingelassenen Luftmassenstroms (MAF) von einem Luftmengenmesser 100,
der mit einem Drosselklappengehäuse 120 verbunden
ist; Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von einem mit einem Kühlmantel 114 verbundenen
Temperaturfühler 112; ein Zündungsprofil-Aufnehmersignal
(PIP) von einem mit der Kurbelwelle 40 verbundenen Hallgeber 118; und
eine Drosselstellung TP von einem Drosselstellungssensor 94;
ein Krümmerunterdrucksignal MAP von einem Sensor 122;
einen Hinweis auf Klopfen von einem Klopfsensor 182; und
einen Hinweis auf absolute oder relative Umgebungsfeuchte von einem Sensor 180.
Ein Motordrehzahlsignal RPM wird durch das Steuergerät 12 aus
dem Signal PIP in herkömmlicher Weise erzeugt, und ein
Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor
liefert einen Hinweis auf Unterdruck oder Druck in dem Ansaugkrümmer.
Während stöchiometrischen Betriebs gibt dieser
Sensor einen Hinweis auf Motorlast. Weiterhin kann dieser Sensor
zusammen mit Motordrehzahl eine Schätzung der Füllung
(einschließlich Luft) liefern, die in den Zylinder eingelassen
wird. In einem Beispiel erzeugt der Sensor 118, der auch
als Motordrehzahlsensor verwendet wird, eine vorbestimmte Anzahl
an gleichmäßig beabstandeten Pulsen pro Umdrehung
der Kurbelwelle.
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In
diesem bestimmten Beispiel wird die Temperatur Tcat1 des Katalysators 70 von
dem Temperatursensor 124 geliefert, und die Temperatur
Tcat2 der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 72 wird von
dem Temperatursensor 126 geliefert. In einer anderen Ausführungsform
können die Temperatur Tcat1 und die Temperatur Tcat2 aus
dem Motorbetrieb gefolgert werden.
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Weiter
mit 2 ist ein System für veränderliche
Nockenwellenzeitsteuerung gezeigt. Im Einzelnen ist die Nockenwelle 130 des
Motors 10 mit Kipphebeln 132 und 134 zum
Betätigen der Einlassventile 52a, 52b und
der Auslassventile 54a, 54b verbunden gezeigt.
Die Nockenwelle 130 ist mit einem Gehäuse 136 direkt
verbunden. Das Gehäuse 136 bildet ein Zahnrad
mit mehreren Zähnen 138. Das Gehäuse 136 ist
mittels einer Steuerkette oder eines Steuerriemens (nicht gezeigt)
mit der Kurbelwelle 40 hydraulisch verbunden. Daher drehen
das Gehäuse 136 und die Nockenwelle 130 bei
einer Drehzahl, die im Wesentlich gleich der Kurbelwelle ist. Durch
Manipulation der Hydraulikverbindung, wie sie hierin später beschrieben
wird, kann aber die relative Position der Nockenwelle 130 zur
Kurbelwelle 40 durch Hydraulikdrücke in einer
Vorstellkammer 142 und einer Nachstellkammer 144 verändert
werden. Wenn man Hochdruck-Hydraulikfluid in die Vorstellkammer 142 eindringen
lässt, wird die relative Beziehung zwischen Nockenwelle 130 und
Kurbelwelle 40 vorverstellt. Dadurch öffnen und
schließen sich die Einlassventile 52a, 52b und
die Auslassventile 54a, 54b im Verhältnis
zur Kurbelwelle 40 bei einem früheren Zeitpunkt
als normal. Wenn man analog Hochdruck-Hydraulikfluid in die Nachstellkammer 144 eindringen
lässt, wird die relative Beziehung zwischen der Nockenwelle 130 und
der Kurbelwelle 40 nachverstellt. Somit öffnen
und schließen die Einlassventile 52a, 52b und
die Auslassventile 54a, 54b im Verhältnis
zur Kurbelwelle 40 bei einem späteren Zeitpunkt
als normal.
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Während
dieses Beispiel ein System zeigt, bei dem die Einlass- und Auslassventil-Steuerzeiten gleichzeitig
gesteuert werden, können veränderliche Einlassnockensteuerzeiten,
veränderliche Auslassnockensteuerzeiten, duale unabhängige
veränderliche Nockensteuerzeiten, duale gleiche veränderliche Nockensteuerzeiten
oder feste Nockensteuerzeiten verwendet werden. Weiterhin kann auch
ein veränderlicher Ventilhub verwendet werden. Weiterhin kann
Nockenwellenprofilumschalten verwendet werden, um unter verschiedenen
Betriebsbedingungen unterschiedliche Nockenprofile vorzusehen. Des Weiteren
kann der Ventiltrieb ein Rollenschlepphebel, ein direkt wirkender
mechanischer Tassenstößel, elektromechanische,
elektrohydraulische oder andere Alternativen zu Kipphebeln sein.
In alternativen Ausführungsformen können das Einlass-
und/oder Auslassventil durch elektrische Ventilbetätigung
gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Zylinder 30 alternativ
ein Einlassventil, das mittels elektrischer Ventilbetätigung
gesteuert wird, und ein Auslassventil, das mittels Nockenbetätigung,
einschließlich CPS- und/oder VCT-Systeme, gesteuert wird,
umfassen.
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Weiter
mit dem veränderlichen Nockensteuersystem ermöglichen
Zähne 138, die mit dem Gehäuse 136 und
der Nockenwelle 130 verbunden sind, eine Messung der relativen
Nockenposition mittels eines Nockensteuersensors 150, der
ein Signal VCT zum Steuergerät 12 liefert. Zähne 1, 2, 3 und 4 werden
bevorzugt zur Messung der Nockensteuerzeiten verwendet und sind
gleichmäßig beabstandet (zum Beispiel in einem
V-8-Motor mit dualer Reihe um 90 Grad voneinander beabstandet),
während ein Zahn 5 bevorzugt zur Zylinderidentifizierung
verwendet wird. Ferner sendet das Steuergerät 12 Steuersignale (LACT,
RACT) zu (nicht dargestellten) herkömmlichen Solenoidventilen,
um das Strömen von Hydraulikfluid entweder in die Vorstellkammer 142,
die Nachstellkammer 144 oder keine davon zu steuern.
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Die
relativen Nockensteuerzeiten können auf vielerlei Weise
gemessen werden. Allgemein gesagt gibt die Zeit bzw. der Drehwinkel
zwischen der ansteigenden Flanke des PIP-Signals und dem Empfangen eines
Signals von einem der mehreren Zähne 138 auf dem
Gehäuse 136 ein Maß der relativen Nockensteuerzeiten.
Für das spezielle Beispiel eines V-8-Motors mit zwei Zylinderreihen
und eines Rads mit fünf Zähnen wird ein Maß der
Nockensteuerzeiten für eine bestimmte Reihe viermal pro
Umdrehung empfangen, wobei das Extrasignal für die Zylinderidentifizierung
verwendet wird.
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Wie
vorstehend beschrieben zeigt 2 lediglich
einen Zylinder eines Mehrzylindermotors, und jeder Zylinder hat
seinen eigenen Satz an Einlass-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzvorrichtungen,
Zündkerzen etc.
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Weiter
kann in den offenbarten Ausführungsformen ein Abgasrückführungssystem
(AGR) verwendet werden, um einen erwünschten Teil des Abgases
mittels eines (nicht gezeigten) AGR-Ventils von dem Abgaskrümmer 48 zu
dem Ansaugkrümmer 44 zu leiten. Alternativ oder
zusätzlich kann ein Teil der Verbrennungsgase durch Steuern
der Auslassventilsteuerzeiten in den Brennräumen zurückgehalten
werden, was als Rückstände bezeichnet werden kann.
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Bezüglich 3 wird
nun eine Routine 300 zum Koordinieren der VCT-Fähigkeiten
des Motors 10 (von 1–2)
mit seinen veränderlichen Hubraumfähigkeiten beschrieben.
Im Einzelnen ermöglicht die Routine während und
nach eines Übergangs beruhend auf Verbrennungsstabilitätsgrenzwerten
der Steuerzeiten im Anschluss an den Übergang ein Anpassen
von Nockensteuerzeiten von Sollsteuerzeiten (zum Beispiel vor- oder
nachverstellt). Im Hinblick auf die Laständerungen pro
Zylinder während reaktivierender/deaktivierender Übergänge
kann ein Motorsteuersystem die Routine 300 nutzen, um zu
ermitteln, ob zulässige Nockensteuerzeiten vor dem Übergang
(zum Beispiel eine erste Zylinderventilsteuerzeit) zu übermäßigen
Rückständen und möglichen Fehlzündungen
nach dem Übergang führen können, und
kann den Motor demgemäß bei einer zweiten, beschränkteren
(zum Beispiel weniger nachverstellten) Zylinderventilsteuerzeit
betreiben. Der Motor kann weiterhin so konfiguriert sein, dass er
durch die zweite Zylinderventilsteuerzeit verursachte Drehmomentstörungen
unter Verwendung anderer Verfahren, beispielsweise Zündzeitanpassungen,
ausgleicht. Dabei kann ein reibungsloser Übergang zwischen
VDE-Betriebsmodi erreicht werden, während mögliche
Fehlzündungen und unvollständige Verbrennungen
im Anschluss an den Übergang vermieden werden.
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Bei 302 wird
ermittelt, ob der Motor sich auf einen VDE-Übergang vorbereitet.
D. h. es wird ermittelt, ob der Motor einen Übergangsbefehl
erhalten hat und sich auf einen etwaigen Übergang von einem VDE-Modus
zu einem Nicht-VDE-Modus oder umgekehrt vorbereitet. Wird kein Übergangsbefehl und/oder
keine Vorbereitung auf einen Übergang ermittelt, kann die
Routine enden. Wenn ein Vorbereiten auf einen Übergang
ermittelt wird, dann können bei 304 Motorbetriebsbedingungen
gemessen, geschätzt und/oder gefolgert werden. Die beurteilten Bedingungen
können Luftdruck, ein vom Fahrer gefordertes Drehmoment
(zum Beispiel von einem Pedalstellungssensor), Krümmerdruck
(MAP), Krümmerluftstrom (MAF), eine ungefähre
Menge an Rückständen, die in dem Zylinder/den
Zylindern aus dem vorherigen Verbrennungszyklus übrig ist,
Motortemperatur, Lufttemperatur etc. umfassen. Wie weiterhin nachstehend
ausgeführt wird, können diese Betriebsbedingungen
eine VCT-Anpassung, die zum Erreichen eines reibungslosen Übergangs
zwischen VDE-Betriebsmodi erforderlich ist, stark beeinflussen.
Bei 306 können zusätzliche Motorbetriebsparameter,
die eine weitere Feinabstimmung der VCT-Anpassung ermöglichen
können, geschätzt und/oder gemessen werden. Diese
können eine Schätzung von Grenzbereich/Klopfgrenzwerten,
den kalibrierten VCT-Ablauf, Änderungen der Motoratmung
und Pumpverluste, die während und nach dem Übergang erwartet
werden, etc. umfassen.
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Bei 308 kann
beruhend auf den bei 304 und 306 geschätzten
Parametern ein Motordrehmoment, das während des Vorbereitens
auf den Übergang erwünscht ist und das nach dem Übergang
beibehalten werden soll, ermittelt werden. Demgemäß können bei 310 ein
VCT-Phasenwinkel und ein entsprechendes VCT-Befehlssignal, die zum
Beibehalten des erwünschten Drehmoments erforderlich sind,
berechnet werden. Der VCT-Befehl ermöglicht ein Betreiben des
VCT-Mechanismus gemäß dem VCT-Phasenwinkel. Es
versteht sich, dass während des Berechnens des VCT-Phasenwinkels
zusätzliche Einstellungen, die der Drosselstellung, der
Zündverzögerung etc. entsprechen, ebenfalls ermittelt
werden können. Somit können alle diese Einstellungen
einen erwünschten Luftstrom, der für das Beibehalten
des erwünschten Motordrehmoments erforderlich ist, ermöglichen.
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Bei 312 wird
ermittelt, ob die gewählten Einstellungen für
Zylinderventilsteuerzeiten, für Drehmomentbeibehalten nach
dem Übergang, innerhalb eines erwünschten Bereichs
liegen. Der erwünschte Bereich kann ein Verbrennungsstabilitätsventilsteuerzeitbereich
sein. Somit kann zum Beispiel ermittelt werden, ob der berechnete
Betrag an VCT-Vorstellung/Nachstellung und die entsprechenden Zylinderventilsteuerzeiten
innerhalb eines Verbrennungsstabilitätsventilsteuerzeitgrenzwerts liegen.
Zum Beispiel kann der Nockenzeitsteuermechanismus ein dual-gleiches
veränderliches Nockenzeitsteuersystem sein, und der Verbrennungsstabilitätsventilsteuerzeitgrenzwert
kann die Nockensteuerzeitnachstellung des Systems beschränken.
In einem anderen Beispiel kann ermittelt werden, ob der berechnete
VCT-Phasenwinkel innerhalb eines maximal zulässigen Bereichs
liegt, beispielsweise innerhalb einer physikalischen Begrenzung
von Phasenwinkeln. Wenn die Einstellungen innerhalb des erwünschten
Bereichs liegen, d. h. innerhalb des Verbrennungsstabilitätsventilsteuerzeitgrenzwerts, dann
kann das Steuergerät bei 314 den Motor im Steuermodus 1 betreiben,
wobei ein erster Satz von Zylinderventilanpassungen (zum Beispiel
eine erste Zylinderventilsteuerzeit, ein erster Ventilhub oder ein erster
Ventilhub samt Steuerzeit) genutzt werden können, um das
Anpassen des Drehmoments auf den erwünschten Wert und das
Beibehalten des erwünschten Motordrehmoments zu unterstützen.
Somit kann dies zusätzlich zum Anpassen einer Zündverzögerung,
einer Drosselstellung etc. erfolgen.
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Wenn
dagegen die Einstellungen bei 312 nicht innerhalb des erwünschten
Bereichs liegen, d. h. außerhalb des Verbrennungsstabilitätsventilsteuerzeitgrenzwerts,
dann kann das Steuergerät bei 316 wählen,
den Motor im Steuermodus 2 zu betreiben, in dem ein zweiter,
beschränkterer (zum Beispiel weniger nachverstellter) Satz
an Zylinderventilanpassungen (zum Beispiel eine zweite, beschränktere
Zylinderventilsteuerzeit, ein zweiter, beschränkterer Ventilhub
oder ein zweiter, beschränkterer Ventilhub samt Steuerzeit)
genutzt werden können, um eine vollständige Verbrennung
sicherzustellen, und nach dem Übergang kann in dem Zylinder/den
Zylindern eine ordnungsgemäße Verbrennung folgen.
Zum Beispiel können die erste und zweite Zylinderventilsteuerzeit
beide von einer Sollventilsteuerzeit nachverstellt sein. Beruhend
auf Verbrennungsstabilitätsgrenzwerten nach dem Übergang
(beispielsweise ein Zylinder reaktivierender Übergang)
kann aber die zweite Zylinderventilsteuerzeit weniger nachverstellt (oder
mehr vorverstellt) als die erste Zylinderventilsteuerzeit sein.
Weiterhin können hierin durch die zweite, weniger nachverstellte
Zylinderventilsteuerzeit verursachte Drehmomentstörungen
unter Verwenden von anderen Verfahren als Nockensteuerzeitanpassungen
ausgeglichen werden, zum Beispiel unter Verwenden von Zündsteuerzeitanpassungen. Während
des Arbeitens mit der ersten Zylinderventilsteuerzeit ist in einem
Beispiel im Wesentlichen keine Zündverzögerung
erforderlich, um das erwünschte Motordrehmoment beizubehalten,
während bei Arbeiten mit der zweiten Zylinderventilsteuerzeit
ein wesentlicher Betrag an Zündverzögerung genutzt werden
kann, um Drehmomentstörungen auszugleichen, die sich aufgrund
der beschränkten Zylinderventilsteuerzeit ergeben, und
um das erwünschte Drehmoment beizubehalten.
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Somit
kann der zulässige Bereich von Zylinderventileinstellungen,
die innerhalb von Verbrennungsstabilitätsgrenzwerten liegen,
auf Motorbetriebsbedingungen, einschließlich Motorlast,
Atmosphärendruck (oder Luftdruck), Ausmaß der
Abgasrückführung (AGR), Temperatur, beispielsweise
Ansauglufttemperatur und Motortemperatur, Feuchte und Vorhandensein
von internen Rückständen, beruhen und zum großen
Teil von diesen beeinflusst werden. In einem Beispiel kann bei Vorhandensein
einer größeren Menge an Rückständen
ein engerer und beschränkterer (z. B. weniger nachverstellter) Verbrennungsstabilitätsventilsteuerzeitbereich
genutzt werden, um Fehlzündungen und unvollständiges
Verbrennen zu verringern. In einem anderen Beispiel kann bei Vorhandensein
eines größeren Ausmaßes an AGR der engere
und beschränktere (z. B. weniger nachverstellte) Verbrennungsstabilitätsventilsteuerzeitbereich
genutzt werden, da mehr AGR zu mehr internen Rückständen
führen kann. In einem noch anderen Beispiel kann bei Betreiben
des Wagens bei höheren Höhen ein niedrigerer Atmosphärendruck
erfahren werden, was zu einer kleineren Menge an Rückständen
führt. Hierin kann die genutzte Verbrennungsstabilitätsventilsteuerzeit
ein breiterer und weniger beschränkter Bereich sein (der
z. B. eine größere Nachstellung ermöglicht).
Des Weiteren kann die Ansauglufttemperatur auch Motorklopfgrenzwerte
beeinflussen, die mit den zulässigen Ventilsteuerzeiten
in unterschiedlichen Modi in Wechselwirkung treten können.
Somit kann die Ansauglufttemperatur den zulässigen Ventilsteuerzeitbereich nach
einem Übergang beeinflussen.
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Die
Verbrennungsstabilitätsgrenzwerte können beruhend
darauf angepasst werden, ob die VCT-Ventilsteuerzeit nach dem Übergang
zu übermäßigen Rückständen
führt. Während eines Verlassens eines VDE-Betriebsmodus
muss die Luftfüllung des Zylinders eventuell schnell gesenkt
werden, um das Erzeugen übermäßigen Motordrehmoments
zu vermeiden und/oder die Notwendigkeit übermäßiger Zündverzögerung
zu verringern. Daher kann die Luftfüllung des Zylinders
nach einem Verlassen des VDE-Modus manchmal signifikant niedriger
(zum Beispiel bis zu 50% niedriger) als im VDE-Modus sein. Die neue
niedrigere Luftfüllung kann (zum Beispiel mittels Drosselsteuerung)
wesentlich schneller als die VCT-Betätigung erreicht werden.
Somit muss die VCT-Betätigung kurz vor Verlassen des VDE-Modus
zu einer Position vorpositioniert werden, die die Verbrennungsstabilitätsanforderungen
sowohl bei dem höheren Luftfüllungswert pro Zylinder
des VDE-Modus als auch bei dem niedrigeren Luftfüllungswert
pro Zylinder des Nach-VDE-Modus erfüllen kann. Daher nimmt
bei Abnehmen der Luftfüllung des Zylinders die Toleranz
des Motors gegenüber Rückständen ab.
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Der
zulässige Bereich an Zylinderventileinstellungen kann auch
den volumetrischen Wirkungsgrad des Motors berücksichtigen.
Im Einzelnen kann ermittelt werden, ob der volumetrische Wirkungsgrad des
Motors bei der neuen Ventilsteuerzeit ausreicht, um die erforderliche
Luftfüllung im Zylinder nach dem Übergang zu erreichen.
In einem Beispiel kann während eines Übergangs
in einen VDE der VCT beruhend auf den volumetrischen Wirkungsgradgrenzwerten
vorpositioniert werden, um den Motor ausreichend Luft erhalten zu
lassen, um in dem VDE-Betriebsmodus ausreichend Drehmoment zu erzeugen. Bei Übergang
zu VDE kann somit eine höhere Luftfüllung pro
Zylinder erforderlich sein, um den gleichen Drehmomentwert zu erreichen,
der einer niedrigeren Luftfüllung bei Arbeiten aller Zylinder
(d. h. vor dem Übergang) entspricht. Die höhere
Zylinderluftfüllung kann bewirken, dass die Grenzbereich/Klopfgrenzwert-Zündsteuerzeiten
weniger vorverstellt sind. Somit kann das Erreichen eines erwünschten Drehmomentwerts
im VDE sowohl von der Zylinderluftfüllung als auch von
Grenzbereichbeschränkungen in dem VDE-Modus abhängig
sein. Demgemäß kann VCT angepasst werden, während
der Motor noch mit allen Zylindern arbeitet (d. h. in dem Nicht-VDE-Modus),
so dass nach dem Übergang zum VDE-Modus der Motor ausreichend
Luftfüllung ansaugen kann, um das Solldrehmoment zu erfüllen, während
die Wechselwirkung mit Grenzbereich/Klopfgrenzwerten berücksichtigt
wird. Diese Grenzbereich/Klopfgrenzwerte können wiederum durch
Ansaugluft und Motortemperaturen zusammen mit innerer AGR (die mit
Nockensteuerzeiten schwanken kann) und externer AGR, wenn ein AGR-Ventil
an dem Motor vorgesehen ist, beeinflusst werden.
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In
einem beispielhaften Szenario gibt ein Steuersystem des Motors einen
ersten Übergangsfehl aus, um den Betrieb von einem VDE-Modus (oder
reduziertem Zylindermodus) zu einem Nicht-VDE-Modus (oder Vollzylindermodus)
zu verschieben. D. h. der erste Übergang umfasst das Aktivieren
deaktivierter Zylinder, und der reaktivierte Zustand ist ein Zustand
vollständiger Zylinderaktivierung. Nach dem Befehl beginnt
der Motor, sich auf den ersten Übergang zu einem Modus
niedriger Last pro Zylinder vorzubereiten, bevor er die bezeichneten
Zylinder reaktiviert. Daher kann es erwünscht sein, vor,
während und nach dem Übergang zwischen VDE-Betriebsmodi
eine konstante Motordrehmomentabgabe beizubehalten. Da die Anzahl
an zündenden Zylindern nach dem Übergang steigt, müssen
der Luftstrom und somit MAP zu jedem der zündenden Zylinder
eventuell verringert werden, um die konstante Drehmomentabgabe beizubehalten.
D. h. während des Vorbereitens der Zylinder müssen eventuell
Zylinderventilanpassungen vorgenommen werden, so dass der Ansaugkrümmer
in geringem Umfang mit Luft gefüllt werden muss, um eine
Luftfüllung und MAP zu erreichen, die das vom Fahrer geforderte
Drehmoment vorsehen, sobald der bezeichnete Zylinder/die bezeichneten
Zylinder reaktiviert wird/werden. Demgemäß kann
beruhend auf einer Schätzung der Motorbetriebsparameter
die Drossel des Motors MAP auf einen Sollwert anpassen. Zum Ableiten
eines VCT-Phasenwinkels beruhend auf dem Sollluftstrom, MAP und
Drehmomentabgabe kann eine Lookup-Tabelle verwendet werden. In einem
Beispiel kann der Motor vor dem ersten Übergang vorbereitet
werden, mit einer ersten Zylinderventilsteuerzeit zu arbeiten, wobei
diese Ventilsteuerzeit vor dem Übergang erreicht und dann
nach dem Übergang beibehalten wird. Weiterhin kann beruhend
auf den Motorbetriebsbedingungen ermittelt werden, dass die ausgewählte
ersten Zylinderventilsteuerzeit nach dem Übergang innerhalb
eines Verbrennungsstabilitätsventilsteuerzeitgrenzwerts liegt.
Der Motor kann hierin in Steuermodus 1 betrieben werden,
und die ausgewählte (erste) Zylinderventilsteuerzeit kann
das Beibehalten des Motorsolldrehmoments vor und nach dem (ersten) Übergang ermöglichen.
Zum Beispiel kann die ausgewählte erste Zylinderventilsteuerzeit
gegenüber einer Sollventilsteuerzeit nachverstellt sein,
kann aber innerhalb des Verbrennungsstabilitätsventilsteuerzeitgrenzwerts
liegen. Daher kann es die Steuerzeit auch ermöglichen,
dass das vom Fahrer geforderte Drehmoment während und nach
dem Übergang beibehalten wird. Die Motordrehmomentabgabe
kann unter Verwenden von Zündzeitanpassungen, Drosselanpassungen
etc. weiter fein abgestimmt werden. In einem Beispiel muss neben
der Nockennachverstellung im Wesentlichen keine Zündverzögerung
verwendet werden, um das Motorsolldrehmoment beizubehalten.
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In
einem anderen beispielhaften Szenario kann während eines
(zweiten) Übergangs, der das Aktivieren deaktivierter Zylinder
umfasst, beruhend auf den Motorbetriebsbedingungen ermittelt werden, dass
die ausgewählte erste Zylinderventilsteuerzeit nach dem Übergang
außerhalb des Verbrennungsstabilitätsventilsteuerzeitgrenzwerts liegt.
Zum Beispiel kann die ausgewählte Zylinderventilsteuerzeit
eine große Nockennachstellung und die Erzeugung einer großen
Menge von Rückständen mit sich bringen. Während
arbeitende Zylinder eine höhere Nockennachverstellung und
höhere Rückstände bei hohen Lasten pro
Zylinder tolerieren können, kann nach einem Reaktivierungsübergang die
Last pro Zylinder fallen, so dass die erwünschte große
Nockennachverstellung aufgrund erhöhter Rückstände
zu Motorfehlzündung führen kann. Somit kann die
gewählte Einstellung unmittelbar nach der Reaktivierung
der Zylinder aufgrund einer Verschiebung zu einer niedrigen Last
pro Zylinder zu möglichen Fehlzündungen führen.
Hierin kann ein Steuergerät konfiguriert werden, um den
Motorbetrieb zum Steuermodus 2 zu verschieben, und es kann
eine zweite, beschränktere (z. B. im Verhältnis
zum Grenzwert weniger nachgestellte oder vorverstellte) Zylinderventilsteuerzeit
genutzt werden. Zum Beispiel kann die zweite Zylinderventilsteuerzeit
auch gegenüber der Sollventilsteuerzeit nachverstellt sein, kann
aber weniger nachverstellt (oder mehr vorverstellt) als die erste
Zylinderventilsteuerzeit sein und kann weiterhin innerhalb von Verbrennungsstabilitätsgrenzwerten
liegen. Durch Vorstellen der Zylinderventilsteuerzeit bewirkte Motordrehmomentstörungen
können dann durch andere Verfahren als Zylinderventilsteuerzeitanpassungen
ausgeglichen werden. In einem Beispiel können die Drehmomentstörungen
mit Zündzeitanpassungen ausgeglichen werden. Es versteht
sich, dass bei Arbeiten mit der zweiten, beschränkteren
Zylinderventilsteuerzeit ein wesentlich größerer
Zündzeitanpassungsbetrag erforderlich sein kann, um das
Motorsolldrehmoment vor und nach dem Übergang beizubehalten.
Somit kann in einem Beispiel ein wesentlich größerer
Betrag an Zündverzögerung zusammen mit Nockenvorstellung
verwendet werden, um das Motorsolldrehmoment beizubehalten. Dabei
können mögliche Probleme, beispielsweise Fehlzündung
und Klopfen in Verbindung mit einer mehr als erwünschten
Nockennachverstellung und mehr als erwünschten Rückständen
während eines Betriebsmodus niedriger Last pro Zylinder
(oder Vollzylindermodus) vermieden werden.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend beschriebenen beispielhaften
ersten und zweiten Übergänge jeweils unter ähnlichen
Drehzahl- und Lastbedingungen, aber bei anderen Temperaturen (beispielsweise
anderen Ansauglufttemperaturen) erfolgen können. Alternativ
können sie bei unterschiedlichen Luftdrücken erfolgen.
Demgemäß können die Verbrennungsstabilitätsventilsteuerzeitgrenzwerte und
der zum Beibehalten des Motordrehmoments genutzte Betrag an Nachverstellung
dynamisch angepasst werden.
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Durch
Anpassen der Zylinderventilsteuerzeit während und nach
einem Übergang zwischen VDE-Betriebsmodi beruhend auf Verbrennungsstabilitätsgrenzwerten
kann auf diese Weise ein reibungsloser Übergang erreicht
werden, und mögliche Fehlzündungen und Klopfstörungen
können vermieden werden. Durch dynamisches Anpassen der
Verbrennungsstabilitätsgrenzwerte als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen
können die VDE- und VCT-Fähigkeiten eines Motors
besser koordiniert werden, um es dem Motordrehmoment zu ermöglichen,
das vom Fahrer geforderte Drehmoment zu erfüllen, während
Motorbetriebsbedingungen innerhalb zulässiger Grenzwerte
gehalten werden.
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4 zeigt
ein Steuerzeitkennfeld 400, das während und nach
Vorbereitung auf einen Übergang von einem VDE- zu einem
Nicht-VDE-Modus ausgeführte Anpassungen veranschaulicht,
während der Motor im Steuermodus 2 betrieben wird.
Ein Übergangsbefehl 412 kann durch das Motorsteuersystem erteilt
werden, der einen Übergang von einem VDE-Modus 410 (mit
einer verringerten Anzahl an aktivierten Zylindern) zu einem Nicht-VDE-Modus 430 (mit
allen Zylindern aktiviert) anordnet. Vor der Zylinderreaktivierung 422 kann
der Motor aber zuerst in eine Vorbereitung auf einen Übergangszeitraum 420 eintreten.
Wie durch den Graph 402 gezeigt kann es erwünscht
sein, das vom Fahrer geforderte Drehmoment vor, während
und nach dem Übergang zwischen VDE-Betriebsmodi bei einem
konstante Wert zu halten. Wenn somit der bezeichnete Zylinder oder die
bezeichneten Zylinder reaktiviert werden, müssen die Sollluftfüllung
somit das MAP für die reaktivierten Zylinder sinken (da
nun eine größere Anzahl an Zylindern arbeitet),
um eine konstante Motordrehmomentausgabe beizubehalten. Es muss
aber ausreichend Luft vorgesehen werden, damit Rückstände,
die in dem Zylinder/den Zylinder von vorherigen Verbrennungszyklen übrig
sind, wesentlich verdünnt werden. Wenn nicht, können
sie Fehlzündungen, unvollständige Verbrennung
und verschlechterte Verbrennung nach dem Übergang bewirken.
Um die erwünschte niedrigere Luftfüllung zu erreichen,
kann das Öffnen der Drossel während des Vorbereitens auf
den Übergangszeitraum 420 allmählich
verringert werden, wie durch den Graph 406 gezeigt ist.
Zu dem Zeitpunkt des tatsächlichen Übergangs,
d. h. zu dem Zeitpunkt der Zylinderreaktivierung 422 kann
das Öffnen der Drossel wesentlich verringert werden, um den
Sollluftstrom zu erreichen. Dies lässt ein Verringern der
Luftfüllung während des Übergangs zu, ohne
einen plötzlichen Abfall des Motordrehmoments zu bewirken,
während die Lüftfüllungs- und MAP-Werte
bei Einsetzen der Zylinderreaktivierung sofort auf den Sollwert
gesenkt werden können.
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Wie
dargestellt kann während des VDE-Modus 410 vor
dem Übergangsbefehl 412 der Motor mit einer ersten
Zylinderventilsteuerzeit arbeiten, die Nockennachverstellung beinhaltet.
Das Motorsteuersystem kann ermitteln, dass nach dem Übergang
bei 422 bei Reaktivieren der Zylinder die Last pro Zylinder
auf einen Wert sinken kann, bei dem die erste Zylinderventilsteuerzeit,
die in dem Teilzylindermodus annehmbar war, in dem Vollzylindermodus
außerhalb von Verbrennungsstabilitätsgrenzwerten
liegen kann. D. h. wenn die Nockensteuerzeit von der bereits nachverstellten
Steuerzeit bei Reaktivieren der Zylinder weiter nachverstellt wird,
kann das Vorhandensein von Rückständen während
des Vollzylindermodus (bei dem eine niedrige Last pro Zylinder vorliegt)
das Auftreten von Zylinderfehlzündung unmittelbar nach
dem Übergang bewirken, was zu verschlechterter Motorleistung
führt. Somit kann in Steuermodus 2 der Motor mit
einer zweiten, weniger nachverstellten Zylinderventilsteuerzeit
(d. h. mit einer Nockensteuerzeit, die gegenüber der ersten
Zylinderventilsteuerzeit vorgestellt ist) betrieben werden. Somit
kann die vorverstellte Nockensteuerzeit einen Nockensteuerzeit-Betriebspunkt
mit niedrigeren Rückständen widerspiegeln, während
die vorherige relativ nachverstellte Nockensteuerzeit einen Nockensteuerzeit-Betriebspunkt
mit höheren Rückständen widerspiegeln
kann. Zusätzlich oder optional kann unter Berücksichtigung
volumetrischer Wirkungsgradgrenzwerte die vorverstellte Nockensteuerzeit
einen Nockensteuerzeit-Betriebspunkt mit höherem volumetrischen
Wirkungsgrad widerspiegeln, während die vorherige relativ
nachverstellte Nockensteuerzeit einen Nockensteuerzeit-Betriebspunkt
mit niedrigerem volumetrischen Wirkungsgrad widerspiegeln kann.
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Um
es, wie durch Graph 408 gezeigt, dem Luftstrom zu ermöglichen,
die Rückstände allmählich herauszuverdünnen,
während nach der Zylinderreaktivierung der Soll-MAP erreicht
wird, kann die VCT-Nockenvorverstellung sowohl während
als auch nach der Vorbereitung auf den Übergangszeitraum 420 verwendet
werden. Zusätzlich zu der VCT-Nockenvorverstellung nach
der Zylinderreaktivierung kann eine Zündverzögerung
verwendet werden, wie durch Graph 404 gezeigt ist, um das
Solldrehmoment weiter fein abzustimmen und durch das Vorstellen von
Nockensteuerzeit bei 408 verursachte Drehmomentstörungen
auszugleichen. Auf diese Weise kann eine VCT-Anpassung verwendet
werden, während die Zylinder auf einen Übergang
vorbereitet werden, um die Motordrehmomentabgabe zu steigern, wenn der
MAP niedriger als erforderlich ist, um die erwünschte,
vom Fahrer geforderte Drehmomentabgabe zu erreichen.
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Zu
beachten ist, dass die beispielhaften Prozessflüsse, die
hierin enthalten sind, mit verschiedenen Ventilsystem-, Motorsystem-
und/oder Fahrzeugsystem-Konfigurationen verwendet werden können.
Diese Prozessflüsse können eine oder mehrere einer
Reihe von Verarbeitungsstrategien darstellen, beispielsweise ereignisgesteuert,
unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, die
durch das Steuersystem ausgeführt werden können.
Daher können die verschiedenen gezeigten Schritte, Arbeitsabläufe
oder Funktionen in der gezeigten Folge oder parallel ausgeführt
werden oder es kann in manchen Fällen auf sie verzichtet
werden. Analog muss die Folge der Ausführung nicht unbedingt
erforderlich sein, um die Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen
beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern
wird zur einfachen Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen.
Einer oder mehrere der gezeigten Schritte oder Arbeitsabläufe
können abhängig von der jeweils eingesetzten Strategie
wiederholt ausgeführt werden. Weiterhin können
die beschriebenen Schritte einen Code graphisch darstellen, der
in ein maschinell lesbares Speichermedium des Steuersystems einzuprogrammieren
ist.
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Es
versteht sich, dass die hierin beschriebenen Konfigurationen und
Prozessflüsse beispielhafter Natur sind und dass diese
spezifischen Ausführungsformen nicht einschränkend
aufgefasst werden dürfen, da zahlreiche Abänderungen
möglich sind.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen
und nicht nahe liegenden Kombinationen und Unterkombinationen der hierin
offenbarten verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie anderer
Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften. Die folgenden Ansprüche stellen
insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen heraus,
die als neuartig und nicht nahe liegend betrachtet werden. Diese
Ansprüche können auf „ein” Element
oder „ein erstes” Element oder eine Entsprechung
desselben verweisen. Diese Ansprüche sind so zu verstehen,
dass sie das Integrieren eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen,
wobei sie zwei oder mehrere dieser Elemente weder fordern noch ausschließen.
Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale,
Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch
Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch
Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten
Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden,
ob sie nun gegenüber dem Schutzumfang der ursprünglichen
Ansprüche breiter, enger, gleich oder unterschiedlich sind,
ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten
betrachtet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste
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erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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