DE102010012127B3 - Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, der Ventile umfasst, deren Ventilhub zwischen einem kleinen (14) und einem großen (16) Ventilhub umschaltbar ist, wobei eine beim Umschalten des Ventilhubs auftretende ruckartige oder sprungartige Veränderung (18) des Motormoments (6) dadurch ausgeglichen wird, dass der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors beim Umschalten des Ventilhubs kurzzeitig gezielt verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Umschalten des Ventilhubs kurzzeitig eine Mehrfacheinspritzung in der Art durchgeführt wird, dass in einer ersten Einspritzung (25) homogen und in einer zweiten Einspritzung (26) im Schichtmodus oder Schichtbetrieb eingespritzt wird, so dass die sprungartige Erhöhung (18) des Motormoments beim Umschalten des Ventilhubs ausgeglichen wird.

Description

  • Gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, der Einlassventile umfasst, deren Ventilhub zwischen einem kleinen und einem großen Ventilhub umschaltbar ist, wie es aus der DE 102 31 143 B4 bekannt ist.
  • Die DE 102 31 143 B4 beschreibt ein Verfahren zum Steuern des Ventilhubs, wobei die nach einer Ventilhubumschaltung sprunghaft auftretende Drehmomentänderung durch eine Veränderung des Wirkungsgrades z. B. durch eine Verstellung des Zündwinkels abgefangen wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors zu schaffen, der Ventile umfasst, deren Ventilhub zwischen einem kleinen und einem großen Ventilhub umschaltbar ist, ohne dass im Fahrbetrieb ein für den Fahrer spürbarer Umschaltruck auftritt.
  • Die Aufgabe wird mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Insbesondere wird bei einem Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, der Ventile umfasst, deren Ventilhub zwischen einem kleinen und einem großen Ventilhub umschaltbar ist, eine beim Umschalten des Ventilhubs auftretende ruckartige oder sprungartige Veränderung des Motormoments dadurch ausgeglichen wird, dass der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors beim Umschalten des Ventilhubs kurzzeitig gezielt verändert wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurden verschiedene Maßnahmen untersucht, um die sprungartige Erhöhung des Motormoments beim Umschalten des Ventilhubs zu kompensieren. Dabei wurde herausgefunden, dass es unter Umständen nicht ausreicht, den Zündwinkel nach spät zu verstellen, um den unerwünschten Umschaltruck vollständig zu kompensieren, insbesondere bei einer größeren Spreizung zwischen kleinem und großem Ventilhub. Durch die erfindungsgemäße Veränderung des Wirkungsgrads des Verbrennungsmotors kann der unerwünschte Umschaltruck auch bei einer größeren Spreizung zwischen kleinem und großem Ventilhub vollständig kompensiert werden. Dadurch kann der Kraftstoffverbrauch insgesamt reduziert werden.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine beim Umschalten von einem kleinen auf einen großen Ventilhub auftretende ruckartige oder sprungartige Erhöhung des Motormoments dadurch ausgeglichen wird, dass der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors beim Umschalten des Ventilhubs kurzzeitig gezielt verschlechtert wird. Analog kann der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors beim Umschalten von einem großen auf einen kleinen Ventilhub kurzzeitig gezielt verbessert werden.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzmenge beim Umschalten des Ventilhubs kurzzeitig so verringert wird, dass die sprungartige Erhöhung des Motormoments beim Umschalten des Ventilhubs ausgeglichen wird. Bei der Einspritzmenge handelt es sich um die in den Brennraum beziehungsweise die Brennräume des Verbrennungsmotors eingespritzte Kraftstoffmenge. Durch die Verringerung der Einspritzmenge wird weniger Energie in den Brennraum eingebracht. Analog kann die Einspritzmenge beim Umschalten vom großen auf den kleinen Ventilhub vergrößert werden.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass beim Umschalten des Ventilhubs kurzzeitig eine Mehrfacheinspritzung so durchgeführt wird, dass die sprungartige Erhöhung des Motormoments beim Umschalten des Ventilhubs ausgeglichen wird. Bei der Mehrfacheinspritzung handelt es sich vorzugsweise um eine Zweifacheinspritzung, gegebenenfalls um eine Dreifacheinspritzung.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Einspritzung homogen und in einer zweiten Einspritzung im Schichtmodus oder Schichtbetrieb so eingespritzt wird, dass die sprungartige Erhöhung des Motormoments beim Umschalten des Ventilhubs ausgeglichen wird. Bei einer homogenen Gemischbildung wird der Verbrennungsmotor zum Beispiel mit einem stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis von 1 zu 14,7 (Lambda gleich Eins) betrieben. Im Schichtbetrieb wird der Verbrennungsmotor zum Beispiel in einem extrem mageren Bereich mit einem Kraftstoff-Luft-Verhältnis betrieben, das größer als 1 zu 30 ist (Lambda größer als Zwei).
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einspritzung relativ spät kurz vor einer Zündung eingeleitet wird. Die erste Einspritzung wird also, gegenüber dem Zustand vor dem Umschalten des Ventilhubs, nach spät verschoben. Nach dem Umschalten des Ventilhubs wird die erste Einspritzung wieder früher eingeleitet, so wie vor dem Umschalten des Ventilhubs.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einspritzung kurz vor einer Zündung eingeleitet und nach dem Umschalten des Ventilhubs beendet wird. Die zweite Einspritzung wird vorzugsweise zu dem Zeitpunkt eingeleitet, zu dem die erste Einspritzung nach spät verschoben wird. Dieser Zeitpunkt entspricht vorzugsweise dem Beginn des Umschaltvorgangs des Ventilhubs.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrfacheinspritzung in der gleichen Zeitspanne durchgeführt wird, in welcher der Ventilhub umgeschaltet wird. Die zweite Einspritzung beziehungsweise dritte Einspritzung der Mehrfacheinspritzung wird vorzugsweise deaktiviert, sobald der Umschaltvorgang des Ventilhubs beendet ist.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Luftverhältnis Lambda in der Zeitspanne, in welcher der Ventilhub umgeschaltet wird, größer als Eins eingestellt wird. Als Luftverhältnis Lambda wird das Verhältnis zwischen der tatsächlich der Verbrennung zugeführten Luftmenge und dem Luftbedarf bezeichnet. In der Zeitspanne, in welcher der Ventilhub umgeschaltet wird, ist Lambda vorzugsweise größer als Zwei. In Kombination mit dem Schichtbetrieb und der Mehrfacheinspritzung kann durch das Hochsetzen von Lambda der unerwünschte Drehmomentsprung sicher verhindert werden. Nach dem Umschalten des Ventilhubs wird Lambda wieder, wie vor dem Umschalten des Ventilhubs, vorzugsweise auf Eins eingestellt.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zündwinkel beim Umschalten des Ventilhubs so angepasst wird, dass eine drehmomentenneutrale Hubumschaltung möglich ist. Vorzugsweise bleibt der Zündwinkel nach dem Umschalten des Ventilhubs nach früh verstellt.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
  • 1 ein kartesisches Koordinatendiagramm, in welchem das der Erfindung zu Grunde liegende Problem anhand verschiedener Parameterverläufe über der Zeit dargestellt ist und
  • 2 ein ähnliches kartesisches Koordinatendiagramm, in welchem die erfindungsgemäße Lösung anhand verschiedener Parameterverläufe über der Zeit vereinfacht dargestellt ist.
  • In den 1 und 2 ist jeweils ein kartesisches Koordinatendiagramm mit einer x-Achse 1 und einer y-Achse 2 dargestellt. Auf der x-Achse 1 ist die Zeit aufgetragen. Der y-Achse 2 sind verschiedene Parameter zugeordnet, die im Folgenden erläutert werden.
  • In 1 oben ist der Saugrohrdruck 5 eines Verbrennungsmotors mit mehreren Zylindern über der Zeit aufgetragen. Darunter ist das von dem Verbrennungsmotor abgegebene Motormoment 6 über der Zeit aufgetragen. Darunter ist der Einlassventilhub 8 des Verbrennungsmotors ebenfalls über der Zeit aufgetragen. Unterhalb der x-Achse 1 sind durch Doppelpfeile 10, 11 und 12 verschiedene Zeitabschnitte definiert.
  • In dem Zeitabschnitt 10 ist ein kleiner Ventilhub 14 eingestellt. In dem Zeitabschnitt 11 wird der Ventilhub umgeschaltet. Durch Stufen 15 ist die Ventilhubumstellung der einzelnen Zylinder des Verbrennungsmotors angedeutet. In dem Zeitabschnitt 12 ist ein großer Ventilhub 16 eingestellt.
  • In dem Verlauf des Motormoments 6 ist durch eine senkrechte Linie 18 angedeutet, dass das Motormoment beim Umschalten des Ventilhubs sprungartig ansteigt. Durch eine abfallende Kurve 19 ist angedeutet, dass das Motormoment in dem Zeitabschnitt 11 beim Umschalten des Ventilhubs abfällt, bis es in dem Zeitabschnitt 12 wieder den Wert erreicht, den es vor dem Umschalten des Ventilhubs hatte.
  • Die schraffierte Fläche 20 unter der Kurve 19 entspricht dem aufintegrierten Drehmomentanstieg beim Umschalten des Ventilhubs. Durch eine gestrichelte Linie 22 ist ein konstantes Motormoment in dem Zeitabschnitt 11 beim Umschalten des Ventilhubs angedeutet.
  • In 2 oben ist eine erste Einspritzung 25 einer Zweifacheinspritzung angedeutet. Darunter ist eine zweite Einspritzung 26 der Zweifacheinspritzung angedeutet. Durch einen Pfeil 28 ist angedeutet, dass die erste Einspritzung 25 beim Umschalten des Ventilhubs am Anfang des Zeitabschnitts 11 nach spät verschoben wird. Am Ende des Umschaltvorgangs wird die erste Einspritzung 25 wieder nach früh verschoben. In den Zeitabschnitten 10 und 12, also vor und nach dem Umschalten des Ventilhubs, findet nur eine Einspritzung statt, und zwar relativ früh.
  • Durch eine Stufe 29 ist angedeutet, dass die zweite Einspritzung 26 in dem Zeitabschnitt 1 beim Umschalten des Ventilhubs aktiviert wird. Durch einen Pfeil 30 ist angedeutet, dass die zweite Einspritzung 26 in dem Zeitabschnitt 12, also nach dem Umschalten des Ventilhubs, deaktiviert wird.
  • Unter den beiden Einspritzungen 25 und 26 ist der Verlauf 32 von Lambda über der Zeit aufgetragen. Als Lambda wird das Luftverhältnis zwischen der zugeführten Luftmenge und dem theoretischen Luftbedarf jeweils in Kilogramm bezeichnet.
  • In den Zeitabschnitten 10 und 12, also vor und nach dem Umschalten des Ventilhubs ist Lambda gleich Eins. Durch eine senkrechte Linie 34 ist angedeutet, dass Lambda beim Umschalten des Ventilhubs zu Beginn des Zeitabschnitts 11 auf einen Wert von vorzugsweise größer als Zwei hochgesetzt wird. In dem Zeitabschnitt 11 ist durch eine abfallende Kurve 35 angedeutet, dass Lambda in dem Zeitabschnitt 11 von dem hohen Wert größer Zwei am Ende des Zeitabschnitts 11 auf Eins abfällt.
  • Unter dem Verlauf 32 von Lambda ist in 2 der Zündwinkel 40 über der Zeit aufgetragen. Durch eine senkrechte Linie 44 ist angedeutet, dass der Zündwinkel beim Umschalten des Ventilhubs zu Beginn des Zeitabschnitts 11 verstellt wird. Der Zündwinkel wird auf Basis der Mehrfacheinspritzung und Lambda an die Drehmomentenanforderung angepasst.
  • Unter dem Zündwinkel 40 ist in 2 das Motormoment 50 über der Zeit aufgetragen. Durch eine durchgehende Linie 52 ist angedeutet, dass das Motormoment auch beim Umschalten des Ventilhubs in dem Zeitabschnitt 11 konstant den gleichen Wert hat wie in den Zeitabschnitten 10 und 12, also vor und nach dem Umschalten des Ventilhubs. Durch ein gestricheltes Dreieck 55 ist die Drehmomenterhöhung angedeutet, die beim Umschalten des Ventilhubs in herkömmlichen Verbrennungsmotoren auftritt.
  • Die in 2 geschilderten Maßnahmen können einzeln oder in beliebigen Kombinationen durchgeführt werden. Vorzugsweise werden die in 2 dargestellten Maßnahmen alle zusammen ausgeführt.
  • Sobald ein Zylinder des Verbrennungsmotors auf großen Ventilhub geschaltet wird, wird ein Schichtmodus mit Magerbetrieb aktiviert. Anschließend wird über eine so genannte Phasing Out-Prozedur an den normalen stöchiometrischen Betrieb angeglichen. Dabei werden hauptsächlich folgende Parameter geändert: Aktivierung einer Doppeleinspritzung, Abmagerung, Zündwinkelverstellung.
  • Durch die Reduzierung der Einspritzmenge in Kombination mit dem Schichtbetrieb und der Doppeleinspritzung kann der unerwünschte Drehmomentsprung sicher vermieden werden. Wesentlich ist, dass die geschilderten Maßnahmen im Wesentlichen nur in dem Zeitabschnitt 11, das heißt beim Umschalten des Ventilhubs, durchgeführt werden.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, der Ventile umfasst, deren Ventilhub zwischen einem kleinen (14) und einem großen (16) Ventilhub umschaltbar ist, wobei eine beim Umschalten des Ventilhubs auftretende ruckartige oder sprungartige Veränderung (18) des Motormoments (6) dadurch ausgeglichen wird, dass der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors beim Umschalten des Ventilhubs kurzzeitig gezielt verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Umschalten des Ventilhubs kurzzeitig eine Mehrfacheinspritzung in der Art durchgeführt wird, dass in einer ersten Einspritzung (25) homogen und in einer zweiten Einspritzung (26) im Schichtmodus oder Schichtbetrieb eingespritzt wird, so dass die sprungartige Erhöhung (18) des Motormoments beim Umschalten des Ventilhubs ausgeglichen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine beim Umschalten von einem kleinen (14) auf einen großen (16) Ventilhub auftretende ruckartige oder sprungartige Erhöhung (18) des Motormoments dadurch ausgeglichen wird, dass der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors beim Umschalten des Ventilhubs kurzzeitig gezielt verschlechtert wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzmenge beim Umschalten des Ventilhubs kurzzeitig so verringert wird, dass die sprungartige Erhöhung (18) des Motormoments beim Umschalten des Ventilhubs ausgeglichen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einspritzung (25) einen Magerbetrieb einleitet.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einspritzung (26) kurz vor einer Zündung eingeleitet und nach dem Umschalten des Ventilhubs beendet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrfacheinspritzung in der gleichen Zeitspanne durchgeführt wird, in welcher der Ventilhub umgeschaltet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftverhältnis Lambda in der Zeitspanne (11), in welcher der Ventilhub umgeschaltet wird, größer als Eins eingestellt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündwinkel (40) beim Umschalten des Ventilhubs verstellt wird.
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