DE102010038995A1

DE102010038995A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Umschalten von einem Vollmotorbetrieb zu einem Teilmotorbetrieb bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Steuergeräten

Info

Publication number: DE102010038995A1
Application number: DE102010038995A
Authority: DE
Inventors: Helmut Zell; Frank Walter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2012-02-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umschalten von einem Vollmotorbetrieb zu einem Teilmotorbetrieb in einem Verbrennungsmotor mit mehreren mit einem jeweiligen Steuergerät (61, 62) versehenen Zylinderbänken (51, 52) mit jeweils einem oder mehreren Zylindern (2), wobei die Steuergeräte (61, 62) ausgebildet sind, die Zylinderbänke (51, 52) gemäß einer Vorgabe für eine Sollluftfüllung (lfsoll) anzusteuern, um ein entsprechendes Teilantriebsmoment bereitzustellen, mit folgenden Schritten: – Signalisieren einer Umschaltinformation und eines Korrekturfaktors (fkorr) von einem ersten der Steuergeräte (61) an ein zweites der Steuergeräte (62); – Erhöhen einer Vorgabe einer Sollluft1) zugeordnete Zylinderbank (51) gemäß einem ersten Luftfüllungsänderungsbetrag in jedem Ansteuerzyklus; – Erniedrigen der Vorgabe einer Sollluftfüllung (lfsoll) für die dem zweiten Steuergerät (62) zugeordnete Zylinderbank (52) gemäß einem zweiten Luftfüllungsänderungsbetrag in jedem Ansteuerzyklus; – Ansteuern des Verbrennungsmotors, so dass die Luftfüllung der dem ersten Steuergerät (61) zugeordneten Zylinderbank (51) und die Luftfüllung der dem zweiten Steuergerät (62) zugeordneten Zylinderbank (52) den Vorgaben der Sollluftfüllungen (lfsoll) entsprechen, wobei der erste und der zweite Luftfüllungsänderungsbetrag anhand des Korrekturfaktors (fkorr) ermittelt werden, so dass die Summe der Teilantriebsmomente der Zylinderbänke (51, 52) in jedem Ansteuerzyklus ein Gesamtantriebsmoment ergibt, das einem vorgegebenen Antriebsmoment entspricht.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren mit mehreren Zylinderbänken, die jeweils durch ein eigenes Steuergerät angesteuert werden. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Umschalten von einem Vollmotorbetrieb, bei dem jeder Zylinder aktiv betrieben wird, zu einem Teilmotorbetrieb, bei dem ein Teil der Zylinder bzw. eine oder mehrere Zylinderbänke nicht aktiv betrieben bzw. nur passiv angetrieben werden.
Stand der Technik
Verbrennungsmotoren können in verschiedenen Betriebsarten betrieben werden. Eine davon sieht vor, nicht in allen Zylinder eine Verbrennung vorzunehmen, sondern nur einen Teil der Zylinder aktiv zu betreiben, so dass die übrigen Zylinder nicht aktiv zum Bereitstellen eines Antriebsmoments beitragen. Dies kann den Vorteil haben, dass die aktiven Zylinder in einem optimaleren Arbeitspunkt betrieben werden und so ein verbrauchs- bzw. emissionsoptimierter Betrieb stattfinden kann. Die nicht aktiven Zylinder werden bei permanent geschlossenen Einlass- und Auslassventilen betrieben, so dass keine Ladungsbewegung erfolgt.
Es sind weiterhin Verbrennungsmotoren bekannt, bei denen die Zylinder in mehreren, vorzugsweise zwei, Zylinderbänken angeordnet sind, wobei in einer Motorbetriebsart eine oder mehrere der Zylinderbänke abgeschaltet werden können. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass jede der Zylinderbänke durch ein eigenes Steuergerät angesteuert wird, um so die Anforderungen an die Rechenkapazität der Steuergeräte gering zu halten. Beim Umschalten vom Vollmotorbetrieb zum Teilmotorbetrieb wird bei derartigen Verbrennungsmotoren die Zylinderbank, die mit einem Master-Steuergerät der Steuergeräte verbunden ist, so angesteuert, dass sie das geforderte Antriebsmoment bereitstellt, während eine weitere Zylinderbank, die durch ein Slave-Steuergerät der Steuergeräte angesteuert wird, abgeschaltet wird bzw. so betrieben wird, dass sie lediglich von der aktiven Zylinderbank mitgeschleppt wird.
Insbesondere bei Motorsystemen mit mehreren Steuergeräten besteht eine Schwierigkeit darin, den Übergang bei einer Umschaltung vom Vollmotorbetrieb zum Teilmotorbetrieb möglichst sanft durchzuführen. Ein Ruckeln oder eine sonstige plötzliche Antriebsmomentänderung könnte von einem Fahrer eines mit dem Motorsystem betriebenen Kraftfahrzeugs als störend empfunden werden.
Da die Änderung der Luftfüllung in den Zylindern sowohl der aktiven Zylinderbank als auch der abzuschaltenden Zylinderbank einer dynamischen Trägheit unterliegt und daher nur relativ langsam erfolgt, müssen die geforderten Drehmomente während der üblicherweise relativ kurzen Übergangsperiode, in der das Antriebsmoment der aktiv bleibenden Zylinderbank erhöht und das Antriebsmoment der abzuschaltenden Zylinderbank erniedrigt werden, durch eine Korrektur des Zündwinkels kompensiert werden. Je nach Größe dieses Zündwinkeleingriffs sinkt der Wirkungsgrad der so betriebenen Zylinderbank erheblich und es ist daher wünschenswert, die Umschaltung von dem Vollmotorbetrieb zu dem Teilmotorbetrieb so durchzuführen, dass eine bezüglich des Wirkungsgrads des Motorsystems optimale Umschaltung realisiert wird.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgaben werden durch das Verfahren zum Umschalten von einem Vollmotorbetrieb zu einem Teilmotorbetrieb in einem Verbrennungsmotor mit mehreren mit einem jeweiligen Steuergerät versehenen Zylinderbänken gemäß Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung und das Motorsystem gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, bei dem Motorsystem mit durch ein jeweiliges Steuergerät angesteuerten Zylinderbänken einen Ablauf zum Durchführen des Umschaltvorgangs zu definieren. Dabei soll der Umschaltvorgang zwischen dem Vollmotorbetrieb und dem Teilmotorbetrieb möglichst momentenneutral stattfinden. Da das von der jeweiligen Zylinderbank bereitgestellte Antriebsmoment erheblich von den jeweiligen Luftsystemgrößen abhängt, müssten für eine Koordination des Umschaltvorgangs permanent Systemgrößen über das Luftzuführungssystem oder dergleichen zwischen den Steuergeräten ausgetauscht werden. Dieser Kommunikationsaufwand würde eine hohe Datenübertragungskapazität benötigen, die in der Regel in einem Motorsystem für ein Kraftfahrzeug nicht zur Verfügung steht.
Es wird daher vorgeschlagen, aus den mehreren Steuergeräten ein Master-Steuergerät zu definieren, das den Beginn des Umschaltvorgangs an das eine oder die mehreren Slave-Steuergeräte kommuniziert, so dass das betreffende Slave-Steuergerät selbsttätig einen Umschaltvorgang vornimmt. Der Umschaltvorgang soll möglichst momentenneutral stattfinden und auch die Zylinderbänke sollen hinsichtlich des Wirkungsgrads einen optimalen Übergang zu einem erhöhten Antriebsmoment bzw. zu dem abgeschalteten Zustand vornehmen, ohne dass eine extensive Kommunikation von Systemgrößen zwischen den Steuergeräten notwendig ist.
Weiterhin soll das Slave-Steuergerät die Änderung der Sollluftfüllung so steuern, dass das kleinste angeforderte Moment das minimale Luftfüllungsmoment nicht unterschreitet. Analog soll das Master-Steuergerät die Änderung der Sollluftfüllung so steuern, dass das größte angeforderte Moment das maximale Luftfüllungsmoment nicht überschreitet.
Dadurch werden hohe Zündwinkeleingriffe auf dem Slave-Steuergerät, das das Antriebsmoment der zugeordneten Zylinderbank reduzieren soll, verhindert, so dass negative Auswirkungen auf den Wirkungsgrad und die Geräuschentwicklung vermieden werden.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Umschalten von einem Vollmotorbetrieb zu einem Teilmotorbetrieb in einem Verbrennungsmotor mit mehreren mit einem jeweiligen Steuergerät versehenen Zylinderbänken mit jeweils einem oder mehreren Zylindern vorgesehen. Die Steuergeräte sind ausgebildet, die Zylinderbänke gemäß einer Vorgabe für eine Sollluftfüllung anzusteuern, um ein entsprechendes Teilantriebsmoment bereitzustellen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

– Signalisieren einer Umschaltinformation und eines Korrekturfaktors von einem ersten der Steuergeräte an ein zweites der Steuergeräte;
– Erhöhen einer Vorgabe einer Sollluftfüllung für die dem ersten Steuergerät zugeordnete Zylinderbank gemäß einem ersten Luftfüllungsänderungsbetrag in jedem Ansteuerzyklus;
– Erniedrigen der Vorgabe einer Sollluftfüllung für die dem zweiten Steuergerät zugeordnete Zylinderbank gemäß einem zweiten Luftfüllungsänderungsbetrag in jedem Ansteuerzyklus;
– Ansteuern des Verbrennungsmotors, so dass die Luftfüllung der dem ersten Steuergerät zugeordneten Zylinderbank und die Luftfüllung der dem zweiten Steuergerät zugeordneten Zylinderbank den Vorgaben der Sollluftfüllungen entsprechen,

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Erhöhen der Vorgabe der Sollluftfüllung für die dem ersten Steuergerät zugeordnete Zylinderbank gemäß dem ersten Luftfüllungsänderungsbetrag in jedem Ansteuerzyklus durchgeführt wird, bis die Vorgabe einer Sollluftfüllung einer Luftfüllung entspricht, bei der die betreffende Zylinderbank ein Teilantriebsmoment bereitstellt, und wobei das Erniedrigen der Vorgabe der Sollluftfüllung für die dem zweiten Steuergerät zugeordnete Zylinderbank gemäß dem zweiten Luftfüllungsänderungsbetrag in jedem Ansteuerzyklus durchgeführt wird, bis die Vorgabe einer Sollluftfüllung einer Luftfüllung entspricht, bei der die betreffende Zylinderbank ein Teilantriebsmoment von Null bereitstellt.
Gemäß einer Ausführungsform können das Erhöhen und das Erniedrigen der Vorgaben der Sollluftfüllungen synchron zueinander durchgeführt werden.
Weiterhin können der erste und der zweite Luftfüllungsänderungsbetrag gleich und während des Umschaltens konstant sein und insbesondere als Produkt des Korrekturfaktors mit der Luftfüllung der entsprechenden Zylinderbank unmittelbar vor dem Beginn des Umschaltens ermittelt werden.
Alternativ können der erste und der zweite Luftfüllungsänderungsbetrag während des Umschaltens geändert werden.
Es kann vorgesehen sein, dass der erste und der zweite Luftfüllungsänderungsbetrag als Produkt des Korrekturfaktors mit der aktuellen Luftfüllung der entsprechenden Zylinderbank ermittelt werden.
Die Änderung des ersten und des zweiten Luftfüllungsänderungsbetrags kann davon abhängig sein, ob die Luftfüllung in der Zylinderbank die Vorgabe der Sollluftfüllung innerhalb des Ansteuerzyklus erreicht hat.
Wenn die Luftfüllung in mindestens einer der Zylinderbänke die entsprechende Vorgabe der Sollluftfüllung innerhalb des Ansteuerzyklus nicht erreicht hat, können das Erhöhen und das Erniedrigen der Vorgabe der Sollluftfüllung ausgesetzt werden, bis die Luftfüllung in mindestens einer der Zylinderbänke die entsprechende Vorgabe der Sollluftfüllung innerhalb des Ansteuerzyklus erreicht hat. Dadurch kann eine entsprechende Dynamik des Auf- bzw. Abbaus der Luftfüllung berücksichtigt werden.
Der Ansteuerzyklus kann einem oder mehreren Arbeitsspielen der Zylinderbänke oder einem oder mehreren Kommunikationszyklen zwischen den Steuergeräten entsprechen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Umschalten von einem Vollmotorbetrieb zu einem Teilmotorbetrieb in einem Verbrennungsmotor mit mehreren mit einem jeweiligen Steuergerät versehenen Zylinderbänken mit jeweils einem oder mehreren Zylindern vorgesehen. Die Steuergeräte sind ausgebildet, die Zylinderbänke gemäß einer Vorgabe für eine Sollluftfüllung anzusteuern, um ein entsprechendes Teilantriebsmoment bereitzustellen. Die Vorrichtung umfasst:

– ein erstes der Steuergeräte das ausgebildet ist, um eine Umschaltinformation und einen Korrekturfaktor an ein zweites der Steuergeräte zu signalisieren, um eine Vorgabe einer Sollluftfüllung für die zugeordnete Zylinderbank gemäß einem ersten Luftfüllungsänderungsbetrag in jedem Ansteuerzyklus zu erhöhen und um den Verbrennungsmotor anzusteuern, so dass die Luftfüllung der zugeordneten Zylinderbank der entsprechenden Vorgabe der Sollluftfüllung entspricht;
– das zweite Steuergerät, das ausgebildet ist, um eine Vorgabe einer Sollluftfüllung für die zugeordnete Zylinderbank gemäß einem zweiten Luftfüllungsänderungsbetrag in jedem Ansteuerzyklus zu erniedrigen und um den Verbrennungsmotor anzusteuern, so dass die Luftfüllung der zugeordneten Zylinderbank der entsprechenden Vorgabe der Sollluftfüllung entspricht,

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Motorsystem mit einem Verbrennungsmotor und der obigen Vorrichtung vorgesehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Computerprogrammprodukt vorgesehen, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einer oder mehreren Datenverarbeitungseinrichtungen ausgeführt wird, das obige Verfahren durchführt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit mehreren Zylinderbänken;
2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zum Umschalten zwischen einem Vollmotorbetrieb und einem Teilmotorbetrieb in dem Motorsystem der 1; und
3 eine Darstellung von Verläufen von Gesamtkorrekturfaktoren für die Luftfüllungen im Master-Steuergerät und im Slave-Steuergerät.
Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt schematisch ein Motorsystem 1 mit mehreren Zylindern 2, die jeweils durch aktives Betreiben gemäß einem bekannten Viertaktprinzip ein Drehmoment auf einer oder mehreren mechanisch miteinander gekoppelten Kurbelwellen 3 bereitstellen.
Im vorliegenden Motorsystem 1 sind die Zylinder 2 in Gruppen zu jeweils vier einer jeweiligen Zylinderbank 51, 52 zugeordnet. Jede Zylinderbank 51, 52 ist einer Kurbelwelle 3 zugeordnet, so dass die betreffenden Zylinder 2 durch entsprechende Kolbenbewegungen in Brennräumen der Zylinder 2 jeweils ein Teilantriebsmoment auf der der Zylinderbank 51, 52 zugeordneten Kurbelwelle 3 bereitstellen. Die Summe der Teilantriebsmomente entspricht aufgrund der mechanischen Kopplung der Kurbelwellen 3 dem Gesamtantriebsmoment, das auf einer nicht gezeigten Abtriebswelle bereitgestellt wird.
Die Anzahl der Zylinder 2 pro Zylinderbank 51, 52 und die Anzahl der Zylinderbänke 51, 52 sind im Wesentlichen beliebig. Zur Erläuterung eines Verfahrens zum Umschalten zwischen Betriebsarten wird von einer ersten und einer zweiten Zylinderbank 51, 52, mit jeweils vier Zylindern 2 ausgegangen.
Der ersten und zweiten Zylinderbank 51, 52 wird über ein erstes bzw. zweites Luftzuführungssystem 71, 72 Luft zugeführt. Kraftstoff kann den Zylindern 2 der Zylinderbänke 51, 52 über eine Saugrohreinspritzung oder eine Direkteinspritzung oder eine Kombination davon zugeführt werden (nicht gezeigt). In dem ersten und dem zweiten Luftzuführungssystem 71, 72 sind eine erste bzw. zweite Drosselklappe 81, 82 angeordnet, die separat ansteuerbar sind. Verbrennungsabgase werden aus den Zylindern 2 bei Öffnen der entsprechenden Auslassventile (nicht gezeigt) über ein Abgasabführungssystem 9 abgeführt.
Die erste Zylinderbank 51 wird über ein Master-Steuergerät 61 (erstes Steuergerät) angesteuert. Das Master-Steuergerät 61 übernimmt alle Funktionen zum Betreiben der Zylinderbank 51 als einen quasi eigenständigen Verbrennungsmotor, d. h. es werden abhängig von Vorgabegrößen, wie beispielsweise einem Fahrerwunschmoment, und von sonstigen Systemgrößen, wie beispielsweise der Umgebungstemperatur, der momentanen Last und der momentanen Drehzahl, entsprechende Stellgeber angesteuert.
Das Master-Steuergerät 61 steuert zum Betreiben der ersten Zylinderbank 51 Stellgeber an, wie beispielsweise die erste Drosselklappe 81, Einlass- und Auslassventile (nicht gezeigt) der betreffenden Zylinder 2, die Zündeinrichtung, wie beispielsweise eine Zündkerze zur Zündfunkenerzeugung, sowie Einspritzventile zum Vorgeben der einzuspritzenden Kraftstoffmenge, entweder in Form einer Saugrohreinspritzung oder einer Direkteinspritzung oder einer Kombination davon. Bei Motorsystemen mit Abgasrückführung bzw. mit Aufladeeinrichtungen können weitere Stellgeber und Einstellmöglichkeiten vorgesehen sein, die durch das Master-Steuergerät 61 gesteuert bzw. ausgeübt werden.
Es ist weiterhin ein Slave-Steuergerät 62 (zweites Steuergerät) vorgesehen, das zum Betrieb der zweiten Zylinderbank 52 vorgesehen ist. Das Slave-Steuergerät 62 steuert die zweite Zylinderbank 52 analog zu dem Master-Steuergerät 61 an. Insbesondere kann das Slave-Steuergerät 62 zum Betrieb der zweiten Zylinderbank 52 die zweite Drosselklappe 82, die Ein- und Auslassventile, die Einspritzventile, die Zündeinrichtung und dergleichen für die zweite Zylinderbank 52 steuern.
Die Steuergeräte 61, 62 steuern die Luftfüllung in den Zylindern 2 durch Einstellen der jeweiligen Drosselklappe 81, 82 an. Dieses Einstellen erfolgt auf Grundlage eines Sollluftfüllungswertes lf_soll, der von dem jeweiligen Steuergerät 61, 62 abhängig von einem Fahrerwunschmoment, sonstigen Systemgröße, Korrekturparametern und dergleichen ermittelt wird. Der Sollluftfüllungswert lf_soll wird einer Stellgröße für die jeweilige Drosselklappe 81, 82 zugeordnet, so dass sich die tatsächliche Luftfüllung rk dem Sollluftfüllungswert f_soll möglichst schnell annähert.
Im Unterschied zu dem Slave-Steuergerät 62 überwacht das Master-Steuergerät 61 die Betriebsbedingungen des gesamten Motorsystems und entscheidet, ob eine Zylinderbankabschaltung vorgenommen werden soll. Während beim Vollmotorbetrieb alle Zylinder 2 in den Zylinderbänken 51, 52 gemäß einem herkömmlichen Viertaktbetrieb so betrieben werden, dass sie in gleicher Weise angesteuert werden, werden bei der Zylinderbankabschaltung die Zylinder 2 einer oder mehrerer Zylinderbänke 52 abgeschaltet, d. h. nicht mehr aktiv befeuert. Dies erfolgt in der Regel bei permanent geschlossenen Einlass- und Auslassventilen, so dass die abgeschaltete Zylinderbank 52 lediglich ein Schleppmoment auf den Antriebsstrang des Motorsystems 1 ausübt. Die eine oder die mehreren weiterhin aktiv betriebenen Zylinderbänke 51 müssen dann das zum Bereitstellen des Gesamtantriebsmoments fehlende Teilantriebsmoment zusätzlich bereitstellen.
Im vorliegenden Fall ist bei einer Zylinderbankabschaltung vorgesehen, die zweite Zylinderbank 52 abzuschalten. Das gesamte Antriebsmoment des Motorsystems 1 soll nach erfolgtem Umschalten durch die erste Zylinderbank 51 bereitgestellt werden, d. h. beim Übergang von dem Vollmotorbetrieb, bei dem im Wesentlichen jede Zylinderbank 51, 52 50% des Gesamtantriebsmoments bereitstellt, zu dem Teilmotorbetrieb, bei dem die erste Zylinderbank 51 100% des Antriebsmoments und die zweite Zylinderbank 52 0% des Gesamtantriebsmoments bereitstellen, müssen während einer Übergangsphase Übergange für das Bereitstellen der Teilantriebsmomente vorgesehen werden, indem die entsprechenden Teilantriebsmomente angepasst werden.
In 2 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zum Umschalten von einem Vollmotorbetrieb zu einem Teilmotorbetrieb dargestellt.
In Schritt S1 wird zunächst abgefragt, ob die Betriebsbedingungen vorliegen, um von dem Vollmotorbetrieb zu dem Teilmotorbetrieb umzuschalten. Diese Überprüfung kann in dem Master-Steuergerät 61 oder in einem separaten übergeordneten Steuergerät durchgeführt werden. Derartige Betriebsbedingungen können beispielsweise ein Betrieb des Fahrzeugs mit einer niedrigen Last und/oder einer niedrigen Drehzahl sein.
Wird festgestellt, dass eine Umschaltung zu dem Teilmotorbetrieb vorgenommen werden soll (Alternative: Ja), so wird dies in geeigneter Weise über eine Kommunikationsverbindung 11 dem Slave-Steuergerät 62 kommuniziert (Schritt S2). Andernfalls (Alternative: Nein) wird zu Schritt S1 zurückgesprungen. Die Kommunikation des Schritts S2 kann angeben, dass eine Umschaltung zu dem Teilmotorbetrieb erfolgen und entsprechend das Teilantriebsmoment auf Null reduziert werden soll.
Von nun an soll die erste Zylinderbank 51 kontinuierlich oder schrittweise das bereitgestellte Teilantriebsmoment erhöhen, während die zweite Zylinderbank 52 kontinuierlich oder schrittweise das bereitgestellte Teilantriebsmoment reduzieren soll. Dabei soll das bereitgestellte Gesamtantriebsmoment im Wesentlichen unverändert bleiben bzw. (im dynamischen Motorbetrieb) einem vorgegebenen Gesamtantriebsmoment entsprechen.
Dies wird durch eine gezielte Steuerung der Übergänge der Luftfüllungen der beiden Zylinderbänke 51, 52 erreicht. Bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren wird die Vorgabe eines Soll-Antriebsmoments in eine Sollluftfüllung umgesetzt. Durch schnelle Momenteneingriffe in Form einer Verschiebung eines Zündwinkels können in bekannter Weise die dynamischen Verzögerungen der tatsächlichen Luftfüllung in den Zylindern 2 beim Aufbau bzw. Abbau der Luftfüllung zu der Sollluftfüllung ausgeglichen werden.
Bei der Ansteuerung der Zylinderbänke 51, 52 werden nun beim Übergang zum Teilmotorbetrieb die Zündwinkeleingriffe durch gezielte Vorgabe der Luftfüllungen vermieden oder gering gehalten. Dazu wird für jeden Ansteuerzyklus in den Steuergeräten 61, 62 jeweils eine Sollluftfüllung lf_soll der Zylinder 2 der jeweiligen Zylinderbank 51, 52 vorgegeben, die in dem betreffenden Zylinder 2 trotz der Dynamik des Luftzuführungssystems während des Ansteuerzyklusses erreichbar ist. Dadurch ist es möglich, auf Eingriffe in den Zündwinkel zur Anpassung des Teilantriebsmoments zu verzichten oder die Eingriffe auf Werte unterhalb eines Toleranzwertes zu beschränken. Die Anpassung erfolgt mithilfe eines Korrekturfaktors f_korr, mit dem die Änderung der momentanen Luftfüllungen lf_akt für den nächsten Ansteuerzyklus bestimmt wird. Die momentane Luftfüllung lf_akt entspricht der Luftfüllung in den betreffenden Zylindern 2 unmittelbar vor dem nächsten Stellvorgang der Drosselklappe 81, 82. Der Korrekturfaktor f_korr kann an das Slave-Steuergerät 62 übermittelt werden.
Durch diese Vorgehensweise wird somit die Vorgabe der Luftfüllung in den Zylindern 2 der ersten Zylinderbank 51 um einen ersten Luftfüllungsänderungsbetrag lf_akt × f_korr erhöht und entsprechend in gleichem Maße die Luftfüllung in den Zylindern 2 der zweiten Zylinderbank 52 um einen zweiten Luftfüllungsänderungsbetrag lf_akt × f_korr reduziert. Dazu erfolgt zwischen dem Master-Steuergerät 61 und dem Slave-Steuergerät 62 eine entsprechende Kommunikation des Korrekturfaktors f_korr zur Einstellung der Sollluftfüllung lf_soll.
Der Ansteuerzyklus kann sich an dem Arbeitsspiel eines Zylinders 2 des Verbrennungsmotors orientieren oder an einer Häufigkeit des Austausches von Informationen zwischen den Steuergeräten 61, 62. Somit kann die momentane Luftfüllung lf_akt in den Zylindern 2 an die Phasensteuerung der Koordination des Umschaltvorgangs gekoppelt sein.
Bezüglich des Verfahrens der 2 wird in Schritt S3 die Sollluftfüllung der ersten Zylinderbank 51 durch das Master-Steuergerät 61 um den ersten Luftfüllungsänderungsbetrag erhöht, und in Schritt S4 die Sollluftfüllung der zweiten Zylinderbank 52 durch das Slave-Steuergerät 62 um den zweiten Luftfüllungsänderungsbetrag erniedrigt. Der erste und der zweite Luftfüllungsänderungsbetrag bzw. der Korrekturfaktor f_korr sind so gewählt, dass sie während des Ansteuerzyklus trotz des Verzögerungsverhaltens des Luftzuführungssystems durch das Motorsystem 1 erreicht werden können, so dass keine oder nur eine geringe Anpassung des Zündwinkels, insbesondere zum Betreiben der Zylinder 2 der ersten Zylinderbank 51, notwendig wird.
Die Anpassung der Vorgabe der jeweiligen Sollluftfüllung lf_soll erfolgt bei jedem Ansteuerzyklus, bis für die erste Zylinderbank 51 ein Teilantriebsmoment bereitsteht, das etwa dem Doppelten des vor dem Beginn der Umschaltung bereitgestellten Teilantriebsmoments entspricht, und für die zweite Zylinderbank 52 ein Teilantriebsmoment von Null bereitsteht. Dazu wird in Schritt S5 abgefragt, ob das maximale zur Bereitstellung des Gesamtantriebsmoments durch die erste Zylinderbank 51 benötigte Teilantriebsmoment erreicht worden ist und entsprechend das Teilantriebsmoment der zweiten Zylinderbank 52 zu Null geworden ist. Ist dies nicht der Fall (Alternative: Nein), so wird zu Schritt S3 zurückgesprungen und die Vorgabe der einzustellenden Sollluftfüllung des nächsten Ansteuerzyklus auf lf_akt × (1 + f_korr) für das Master-Steuergerät 61 und auf lf_akt × (1 – f_korr) für das Slave-Steuergerät 62 eingestellt. Andernfalls (Alternative: Ja) ist die Umschaltung zu dem Teilmotorbetrieb beendet.
In 3 ist in einem Diagramm dargestellt, wie sich die Vorgaben einer ersten und einer zweiten Sollluftfüllung lf_soll zur Ansteuerung der Drosselklappen 81, 82, entsprechend der Beaufschlagung der aktuellen Luftfüllung lf_akt mit dem ersten bzw. dem zweiten Luftfüllungsänderungsbetrag +/–lf_akt × f_korr in jedem Ansteuerzyklus schrittweise erhöhen bzw. erniedrigen. Insgesamt ist die resultierende Steigung des Übergangs zu den Luftfüllungen der gewünschten Teilantriebsmomente im Teilmotorbetrieb so gewählt, dass ein Eingriff auf den Zündwinkel zur Korrektur des jeweiligen Teilantriebsmoments Null ist oder minimal bleibt, d. h. innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegt.
Alternativ können sich der erste und der zweite Luftfüllungsänderungsbetrag auch an der Luftfüllung zu Beginn der Umschaltung orientieren und den Luftfüllungsänderungsbetrag berechnen als +/–lf_{akt_Beginn} × f_korr. Diese werden dann konstant in jedem Ansteuerzyklus zu der jeweils momentanen Luftfüllung lf_akt addiert oder von dieser subtrahiert.
Bei Motorsystemen mit einer Anzahl n von aktiv bleibenden Zylinderbänken und einer Anzahl m von abzuschaltenden Zylinderbänken gilt dann allgemein für den ersten Luftfüllungsänderungsbetrag (1/n) × lf_akt × f_korr und den zweiten Luftfüllungsänderungsbetrag (1/m) × lf_akt × f_korr.
Durch die Vorgabe des Korrekturfaktors f_korr kann die Änderung der Vorgabe der Sollluftfüllungen als konstant vorgegeben werden. Alternativ kann im dynamischen Betrieb des Motorsystems 1 eine Änderung bzw. Anpassung des Korrekturfaktors f_korr abhängig von Betriebsparametern bzw. Zustandsgrößen des Motorsystems 1 an das Slave-Steuergerät 62 kommuniziert werden.
Weiterhin kann die Steigung bzw. Geschwindigkeit der Änderung des übermittelten Korrekturfaktors f_korr auch an den jeweils zur Beibehaltung des Teilantriebsmoments erforderlichen Zündwinkeleingriff angepasst werden. So kann durch Überwachen des Zündwinkeleingriffs festgestellt werden, ob die den einzelnen Anpassungsschritten zugrunde liegende Korrektur durch den Korrekturfaktor f_korr zu groß ist oder nicht. Ist der Korrekturfaktor f_korr zu groß, so können die jeweiligen Sollluftfüllungen lf_soll nicht innerhalb eines Ansteuerzyklus erreicht werden.
Es kann dann entsprechend vorgesehen werden, dass der nächste Anpassungsschritt ausgesetzt wird bzw. eine Verringerung des Korrekturfaktors f_korr für den weiteren Ablauf des Umschaltvorgangs erfolgt. Das heißt, wird bei einem schrittweisen Erhöhen der Vorgabe der ersten Luftfüllung eine Anpassung des Zündwinkels erforderlich, so erfolgt die nächste schrittweise Änderung des Korrekturfaktors dann, wenn der Zündwinkel wieder seinen optimalen Wert erreicht hat. Es wird dann eine Erhöhung der Vorgabe der Sollluftfüllung für den nächsten Ansteuerzyklus ausgesetzt. Dies wird entsprechend an das Slave-Steuergerät 62 kommuniziert, das ebenfalls eine Verringerung der Vorgabe für die Sollluftfüllung für den betreffenden Ansteuerzyklus aussetzt, so dass das Gesamtantriebsmoment konstant bleibt.
Somit wird gleichzeitig gewährleistet, dass der Wirkungsgrad auch während des Umschaltvorgangs optimal ist, so dass ein verbrauchs- und emissionsarmer Betrieb des Verbrennungsmotors auch während des Umschaltvorgangs erreicht werden kann. Durch die dynamische Anpassung der Änderung des Korrekturfaktors f_korr an den jeweiligen Zündwinkeleingriff kann der Umschaltvorgang schnellstmöglich unter Berücksichtigung des Wirkungsgrads und der Momentenneutralität durchgeführt werden.

Claims

Verfahren zum Umschalten von einem Vollmotorbetrieb zu einem Teilmotorbetrieb in einem Verbrennungsmotor mit mehreren mit einem jeweiligen Steuergerät (61, 62) versehenen Zylinderbänken (51, 52) mit jeweils einem oder mehreren Zylindern (2), wobei die Steuergeräte (61, 62) ausgebildet sind, die Zylinderbänke (51, 52) gemäß einer Vorgabe für eine Sollluftfüllung (lf_soll) anzusteuern, um ein entsprechendes Teilantriebsmoment bereitzustellen, mit folgenden Schritten: – Signalisieren einer Umschaltinformation und eines Korrekturfaktors (f_korr) von einem ersten der Steuergeräte (61) an ein zweites der Steuergeräte (62); – Erhöhen einer Vorgabe einer Sollluftfüllung (lf_soll) für die dem ersten Steuergerät (61) zugeordnete Zylinderbank (51) gemäß einem ersten Luftfüllungsänderungsbetrag in jedem Ansteuerzyklus; – Erniedrigen der Vorgabe einer Sollluftfüllung (lf_soll) für die dem zweiten Steuergerät (62) zugeordnete Zylinderbank (52) gemäß einem zweiten Luftfüllungsänderungsbetrag in jedem Ansteuerzyklus; – Ansteuern des Verbrennungsmotors, so dass die Luftfüllung der dem ersten Steuergerät (61) zugeordneten Zylinderbank (51) und die Luftfüllung der dem zweiten Steuergerät (62) zugeordneten Zylinderbank (52) den Vorgaben der Sollluftfüllungen (lf_soll) entsprechen, wobei der erste und der zweite Luftfüllungsänderungsbetrag anhand des Korrekturfaktors (f_korr) ermittelt werden, so dass die Summe der Teilantriebsmomente der Zylinderbänke (51, 52) in jedem Ansteuerzyklus ein Gesamtantriebsmoment ergibt, das einem vorgegebenen Antriebsmoment entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erhöhen der Vorgabe der Sollluftfüllung für die dem ersten Steuergerät (61) zugeordnete Zylinderbank (51) gemäß dem ersten Luftfüllungsänderungsbetrag in jedem Ansteuerzyklus durchgeführt wird, bis die Vorgabe einer Sollluftfüllung einer Luftfüllung entspricht, bei der die betreffende Zylinderbank (51) ein Teilantriebsmoment bereitstellt, und wobei das Erniedrigen der Vorgabe der Sollluftfüllung für die dem zweiten Steuergerät (62) zugeordnete Zylinderbank (52) gemäß dem zweiten Luftfüllungsänderungsbetrag in jedem Ansteuerzyklus durchgeführt wird, bis die Vorgabe einer Sollluftfüllung einer Luftfüllung entspricht, bei der die betreffende Zylinderbank (51, 52) ein Teilantriebsmoment von Null bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Erhöhen und das Erniedrigen der Vorgaben der Sollluftfüllungen synchron zueinander durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste und der zweite Luftfüllungsänderungsbetrag gleich und während des Umschaltens konstant sind und insbesondere als Produkt des Korrekturfaktors (f_korr) mit der Luftfüllung der entsprechenden Zylinderbank (51, 52) unmittelbar vor dem Beginn des Umschaltens ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste und der zweite Luftfüllungsänderungsbetrag während des Umschaltens geändert werden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der erste und der zweite Luftfüllungsänderungsbetrag als Produkt des Korrekturfaktors (f_korr) mit der aktuellen Luftfüllung (lf_akt) der entsprechenden Zylinderbank (51, 52) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Änderung des ersten und des zweiten Luftfüllungsänderungsbetrags davon abhängig ist, ob die Luftfüllung in der betreffenden Zylinderbank (51, 52) die Vorgabe der Sollluftfüllung innerhalb des Ansteuerzyklus erreicht hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei, wenn die Luftfüllung in mindestens einer der Zylinderbänke (51, 52) die entsprechende Vorgabe der Sollluftfüllung (lf_soll) innerhalb des Ansteuerzyklus nicht erreicht hat, das Erhöhen und das Erniedrigen der Vorgabe der Sollluftfüllung (lf_soll) ausgesetzt werden, bis die Luftfüllung (lf_akt) in mindestens einer der Zylinderbänke (51, 52) die entsprechende Vorgabe der Sollluftfüllung (lf_soll) innerhalb des Ansteuerzyklus erreicht hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Ansteuerzyklus einem oder mehreren Arbeitsspielen der Zylinderbänke (51, 52) oder einem oder mehreren Kommunikationszyklen zwischen den Steuergeräten (61, 62) entspricht.
Vorrichtung zum Umschalten von einem Vollmotorbetrieb zu einem Teilmotorbetrieb in einem Verbrennungsmotor mit mehreren mit einem jeweiligen Steuergerät (61, 62) versehenen Zylinderbänken (51, 52) mit jeweils einem oder mehreren Zylindern (2), wobei die Steuergeräte (61, 62) ausgebildet sind, die Zylinderbänke (51, 52) gemäß einer Vorgabe für eine Sollluftfüllung (lf_soll) anzusteuern, um ein entsprechendes Teilantriebsmoment bereitzustellen, umfassend: – ein erstes der Steuergeräte (61) das ausgebildet ist, um eine Umschaltinformation und einen Korrekturfaktor (f_korr) an ein zweites der Steuergeräte (62) zu signalisieren, um eine Vorgabe einer Sollluftfüllung (lf_soll) für die zugeordnete Zylinderbank (51, 52) gemäß einem ersten Luftfüllungsänderungsbetrag in jedem Ansteuerzyklus zu erhöhen und um den Verbrennungsmotor anzusteuern, so dass die Luftfüllung der zugeordneten Zylinderbank (51, 52) der entsprechenden Vorgabe der Sollluftfüllung (lf_soll) entspricht; – das zweite Steuergerät (62), das ausgebildet ist, um eine Vorgabe einer Sollluftfüllung (lf_soll) für die zugeordnete Zylinderbank (52) gemäß einem zweiten Luftfüllungsänderungsbetrag in jedem Ansteuerzyklus zu erniedrigen und um den Verbrennungsmotor anzusteuern, so dass die Luftfüllung der zugeordneten Zylinderbank (52) der entsprechenden Vorgabe der Sollluftfüllung (lf_soll) entspricht, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um den ersten und den zweiten Luftfüllungsänderungsbetrag anhand des Korrekturfaktors (f_korr) zu ermitteln, so dass die Summe der Teilantriebsmomente der Zylinderbänke (51, 52) in jedem Ansteuerzyklus ein Gesamtantriebsmoment ergibt, das einem vorgegebenen Antriebsmoment entspricht.
Motorsystem (1) mit einem Verbrennungsmotor und einer Vorrichtung nach Anspruch 10.
Computerprogrammprodukt, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einer oder mehreren Datenverarbeitungseinrichtungen ausgeführt wird, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchführt.