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Die Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren mit mehreren Zylinderbänken, insbesondere 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. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Motorsystem, ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt.
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Verbrennungsmotoren können in verschiedenen Betriebsarten betrieben werden. Eine davon sieht vor, nicht in allen Zylindern eine Verbrennung vorzunehmen und manche Zylinder auszublenden, 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 können einerseits bei permanent geschlossenen Einlass- und Auslassventilen betrieben werden, so dass keine Ladungsbewegung erfolgt. Andererseits können die Einlass- und Auslassventile in herkömmlicher Weise betrieben werden, so dass Frischluft durch die betreffenden nicht aktiven Zylinder gepumpt wird.
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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. Beim Umschalten vom Vollmotorbetrieb zum Teilmotorbetrieb kann die nicht abzuschaltende Zylinderbank so angesteuert werden, dass sie das geforderte Antriebsmoment bereitstellt, während die abzuschaltende Zylinderbank abgeschaltet bzw. so betrieben wird, dass sie lediglich von der aktiven Zylinderbank mitgeschleppt wird. Insbesondere besteht eine Schwierigkeit darin, den Übergang bei einer Umschaltung vom Vollmotorbetrieb zum Teilmotorbetrieb möglichst sanft durchzuführen, wobei ein Ruckeln oder eine sonstige plötzliche Antriebsmomentänderung vermieden wird.
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Die Druckschrift
DE 101 48 347 A1 offenbart eine momentenneutrale Zylinderabschaltung durch das Deaktivieren von Gaswechselventilen. Dabei wird ein Verbrennungsmotor mit zwei Zylindergruppen beschrieben, wobei den Zylindergruppen Frischluft separat zugeführt wird. Die Menge an zugeführter Frischluft wird mithilfe von Drosselklappen, die den Zylindergruppen zugeordnet sind, separat eingestellt, wobei sich bei einer Umschaltung von einem Vollmotorbetrieb zu einem Teilmotorbetrieb der Öffnungswinkel der ersten Drosselklappe vergrößert während sich der Öffnungswinkel der zweiten Drosselklappe entsprechend verringert und letztlich ganz schließt.
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Die Druckschrift
DE 10 2004 048 143 A1 beschreibt ein Verfahren zur Zylinderabschaltung, wobei jedem Zylinder eine Drosseleinheit zugeordnet ist, die beim Abschalten des entsprechenden Zylinders geschlossen wird.
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Die Druckschrift
DE 196 19 320 A1 beschreibt ein Verfahren zur momentenneutralen Zylinderabschaltung. Dabei ist eine Zündwinkel- und Zylinderfüllungskorrektur vorgesehen um das Abschalten einzelner Zylinder momentenneutral zu gestalten.
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Die Druckschrift
DE 10 2010 052 239 A1 beschreibt ein Verfahren zur Glättung eines Ausgangsdrehmoments für einen Hybrid-Antriebsstrang, wobei das Drehmoment des Elektromotors verwendet wird um Sprünge im Gesamtdrehmoment, die durch das Abschalten einzelner Zylinder der Brennkraftmaschine hervorgerufen werden, zu kompensieren.
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Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Umschalten von einem Vollmotorbetrieb zu einem Teilmotorbetrieb gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung, ein Motorsystem, ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Umschalten von einem Vollmotorbetrieb zu einem Teilmotorbetrieb in einem Verbrennungsmotor mit jeweils mindestens einer ersten und einer zweiten Zylinderbank mit jeweils mehreren Zylindern vorgesehen, wobei die Zylinderbänke zum Bereitstellen eines jeweiligen Teilantriebsmoments ansteuerbar sind, um ein gefordertes Gesamtantriebsmoment zu erhalten, mit folgenden Schritten:
- – Ansteuern der ersten Zylinderbank zum Erhöhen des Teilantriebsmoments gemäß einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf;
- – Ansteuern der zweiten Zylinderbank zum Erniedrigen des Teilantriebsmoments gemäß einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf;
wobei das Ansteuern der zweiten Zylinderbank zum Erniedrigen des entsprechenden Teilantriebsmoments ein schrittweises Deaktivieren einer Gruppe von Zylindern der zweiten Zylinderbank umfasst.
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Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, bei dem Motorsystem mit Zylinderbänken mit jeweils mehreren Zylindern einen Ablauf zum Durchführen des Umschaltvorgangs zwischen dem Vollmotorbetrieb und dem Teilmotorbetrieb zu definieren. Dabei soll der Umschaltvorgang möglichst momentenneutral stattfinden.
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Wird die Umschaltung allein durch eine asynchrone Luftzuführung realisiert, so kann es bei der Umschaltung zu einem Momentenruck kommen. Außerdem wird während einer asynchronen Luftzuführung zur Momentenreduzierung ein zusätzlicher Eingriff über eine Zündwinkelverstellung durchgeführt, was in Bezug auf Geräuschentwicklung und Laufunruhe des Verbrennungsmotors zu Komforteinbußen führt.
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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 Antriebsmomente während der üblicherweise relativ kurzen Übergangsperiode, in der das Antriebsmoment der weiterhin aktiv zu betreibenden Zylinder erhöht und das Antriebsmoment der abzuschaltenden Zylinderbank erniedrigt werden, durch eine Korrektur des Zündwinkels kompensiert werden. Je nach Höhe des 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 verbesserte Umschaltung realisiert wird.
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Dies kann erfindungsgemäß durch eine nacheinander erfolgende, schrittweise Ausblendung der einzelnen Zylinder der abzuschaltenden Zylinderbank oder einer Gruppe von Zylindern der abzuschaltenden Zylinderbank erreicht werden.
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Weiterhin kann das Ansteuern der zweiten Zylinderbank zum Erniedrigen des entsprechenden Teilantriebsmoments ein schrittweises Erniedrigen einer Vorgabe einer Sollluftfüllung und/oder das Ansteuern der ersten Zylinderbank zum Erhöhen des entsprechenden Teilantriebsmoments ein schrittweises Erhöhen einer Vorgabe einer Sollluftfüllung umfassen, wobei der Verbrennungsmotor so angesteuert wird, dass die Luftfüllung in den Zylindern der ersten Zylinderbank und die Luftfüllung in den Zylindern der zweiten Zylinderbank den Vorgaben der Sollluftfüllungen entsprechen.
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Durch die Überlagerung der asynchronen Luftzuführung und der nacheinander erfolgenden Deaktivierung der einzelnen Zylinder der abzuschaltenden Zylinderbank kann der Zündwinkeleingriff minimiert werden, was sich positiv auf Geräuschentwicklung und Laufruhe auswirkt.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Erhöhen der Vorgabe der Sollluftfüllung für die erste Zylinderbank gemäß einem ersten Luftfüllungsänderungsbetrag in jedem Ansteuerzyklus und das Erniedrigen der Vorgabe der Sollluftfüllung für die zweite Zylinderbank gemäß einem zweiten Luftfüllungsänderungsbetrag in jedem Ansteuerzyklus durchgeführt werden.
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Weiterhin können der erste und der zweite Luftfüllungsänderungsbetrag anhand des Korrekturfaktors ermittelt werden, so dass die Summe der Teilantriebsmomente der Zylinderbänke in jedem Ansteuerzyklus ein Gesamtantriebsmoment ergibt, das einem vorgegebenen Antriebsmoment entspricht.
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Insbesondere kann das Erhöhen der Vorgabe der Sollluftfüllung für die erste Zylinderbank in jedem Ansteuerzyklus durchgeführt werden, bis die Vorgabe der Sollluftfüllung einer Luftfüllung entspricht, bei der die erste Zylinderbank das entsprechende Teilantriebsmoment bereitstellt, wobei des Weiteren das Erniedrigen der Vorgabe der Sollluftfüllung für die zweite Zylinderbank in jedem Ansteuerzyklus durchgeführt wird, bis die Vorgabe der Sollluftfüllung einer Luftfüllung entspricht, bei der die betreffende Zylinderbank ein minimales Teilantriebsmoment bereitstellt, das einem Moment bei einer minimal bereitgestellten Luftmenge entspricht.
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Gemäß einer Ausführungsform können das Erhöhen und das Erniedrigen der Vorgaben der Sollluftfüllungen synchron zueinander durchgeführt werden.
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Der Beginn des schrittweisen Deaktivierens eines oder einer Gruppe von Zylindern der zweiten Zylinderbank und der Beginn des Erniedrigens der Vorgabe der Sollluftfüllung können zeitgleich oder zeitlich versetzt zueinander durchgeführt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Ansteuerzyklus einem oder mehreren Arbeitsspielen der Zylinderbänke entspricht.
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Gemäß einer Ausführungsform kann beim Deaktivieren eines oder einer Gruppe von Zylindern der zweiten Zylinderbank eine Verbrennung von Kraftstoff unterbunden werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Umschalten von einem Vollmotorbetrieb zu einem Teilmotorbetrieb in einem Verbrennungsmotor mit jeweils einer oder mehreren ersten und zweiten Zylinderbänken mit jeweils mehreren Zylindern vorgesehen, wobei die Zylinderbänke zum Bereitstellen eines jeweiligen Teilantriebsmoments ansteuerbar sind, um ein gefordertes Gesamtantriebsmoment zu erhalten, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um:
- – die erste Zylinderbank zum Erhöhen des Teilantriebsmoments gemäß einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf anzusteuern;
- – die zweite Zylinderbank zum Erniedrigen des Teilantriebsmoments gemäß einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf anzusteuern; und
- – eine Gruppe von Zylindern der zweiten Zylinderbank zum Erniedrigen des entsprechenden Teilantriebsmoments schrittweise zu deaktivieren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Motorsystem mit einem Verbrennungsmotor mit mindestens einer ersten und einer zweiten Zylinderbank und der obigen Vorrichtung vorgesehen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln vorgesehen, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in der obigen Vorrichtung, ausgeführt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Computerprogrammprodukt vorgesehen, das einen Programmcode enthält, der auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist und der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird, das obige Verfahren durchführt.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit mehreren Zylinderbänken;
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2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zum Umschalten zwischen einem Vollmotorbetrieb und einem Teilmotorbetrieb in dem Motorsystem der 1; und
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3 eine Darstellung von Verläufen von Gesamtkorrekturfaktoren für die Luftfüllungen und des Verlaufs der Sollreduzierstufe.
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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.
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Im vorliegenden Motorsystem 1 sind die Zylinder 2 in Gruppen zu jeweils vier einer jeweiligen Zylinderbank 5 1, 5 2, im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Zylinderbänken, zugeordnet. Jede Zylinderbank 5 1, 5 2 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 5 1, 5 2 zugeordneten Kurbelwelle 3 bereitstellen. Die Summe der Teilantriebsmomente entspricht aufgrund der (nicht gezeigten) mechanischen Kopplung der Kurbelwellen 3 dem Gesamtantriebsmoment, das auf einer nicht gezeigten Abtriebswelle bereitgestellt wird.
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Die Anzahl der Zylinder 2 pro Zylinderbank 5 1, 5 2 und die Anzahl der Zylinderbänke 5 1, 5 2 sind im Wesentlichen beliebig. Zur Erläuterung eines Verfahrens zum Umschalten zwischen Betriebsarten wird von einer ersten und einer zweiten Zylinderbank 5 1, 5 2, mit jeweils vier Zylindern 2 ausgegangen.
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Der ersten und zweiten Zylinderbank 5 1, 5 2 wird über ein erstes bzw. zweites Luftzuführungssystem 7 1, 7 2 Luft zugeführt. Kraftstoff kann den Zylindern 2 der Zylinderbänke 5 1, 5 2 über eine Saugrohreinspritzung oder eine Direkteinspritzung oder eine Kombination davon zugeführt werden (nicht gezeigt). In dem ersten und dem zweiten Luftzuführungssystem 7 1, 7 2 sind eine erste bzw. zweite Drosselklappe 8 1, 8 2 angeordnet, die separat ansteuerbar sind. Verbrennungsabgase werden aus den Zylindern 2 bei Öffnen der entsprechenden Auslassventile (nicht gezeigt) über ein Abgasabführungssystem 9 abgeführt.
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Die erste Zylinderbank 5 1 wird über ein Master-Steuergerät 6 1 (erstes Steuergerät) angesteuert. Das Master-Steuergerät 6 1 übernimmt alle Funktionen zum Betreiben der Zylinderbank 5 1 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.
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Das Master-Steuergerät 6 1 steuert zum Betreiben der ersten Zylinderbank 5 1 Stellgeber an, wie beispielsweise die erste Drosselklappe 8 1, 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 6 1 angesteuert bzw. ausgeübt werden.
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Es ist weiterhin ein Slave-Steuergerät 6 2 (zweites Steuergerät) zum Betrieb der zweiten Zylinderbank 5 2 vorgesehen. Das Slave-Steuergerät 6 2 steuert die zweite Zylinderbank 5 2 analog zu dem Master-Steuergerät 6 1 an. Insbesondere kann das Slave-Steuergerät 6 2 zum Betrieb der zweiten Zylinderbank 5 2 die zweite Drosselklappe 8 2, die Ein- und Auslassventile, die Einspritzventile, die Zündeinrichtung und dergleichen für die zweite Zylinderbank 5 2 steuern.
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Die Steuergeräte 6 1, 6 2 steuern die Luftfüllung in den Zylindern 2 durch Einstellen der jeweiligen Drosselklappe 8 1, 8 2 an. Dieses Einstellen erfolgt auf Grundlage eines Sollluftfüllungswertes der von dem jeweiligen Steuergerät 6 1, 6 2 abhängig von einem Fahrerwunschmoment, sonstigen Systemgröße, Korrekturparametern und dergleichen ermittelt wird. Der Sollluftfüllungswert Ifsoll wird einer Stellgröße für die jeweilige Drosselklappe 8 1, 8 2 zugeordnet, so dass sich die tatsächliche Luftfüllung rk dem Sollluftfüllungswert Ifsoll möglichst schnell annähert.
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Im Unterschied zu dem Slave-Steuergerät 6 2 kann das Master-Steuergerät 6 1 die Betriebsbedingungen des gesamten Motorsystems überwachen und entscheiden, ob eine Zylinderbankabschaltung vorgenommen werden soll. Alternativ kann eine Anforderung einer Zylinderabschaltung auch auf dem Slave – Steuergerät 6 2 berechnet werden. Während beim Vollmotorbetrieb alle Zylinder 2 in den Zylinderbänken 5 1, 5 2 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 5 2 abgeschaltet, d. h. nicht mehr aktiv befeuert. Dies kann bei permanent geschlossenen oder permanent geöffneten Einlass- und Auslassventilen erfolgen, so dass die abgeschaltete Zylinderbank 5 2 lediglich ein Schleppmoment auf den Antriebsstrang des Motorsystems 1 ausübt. Die eine oder die mehreren weiterhin aktiv betriebenen Zylinderbänke 5 1 müssen dann das zum Bereitstellen des Gesamtantriebsmoments fehlende Teilantriebsmoment zusätzlich bereitstellen. Weiterhin kann berücksichtigt werden, dass sich das Schleppmoment des Gesamtmotors reduziert, wenn die Einlass- und Auslassventile der deaktivierten bzw. abgeschalteten Zylindern nicht mehr betrieben werden.
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Im vorliegenden Fall ist bei einer Zylinderbankabschaltung vorgesehen, die zweite Zylinderbank 5 2 abzuschalten. Das gesamte Antriebsmoment des Motorsystems 1 soll nach erfolgtem Umschalten durch die erste Zylinderbank 5 1 bereitgestellt werden, d. h. beim Übergang von dem Vollmotorbetrieb, in dem im Wesentlichen jede Zylinderbank 5 1, 5 2 50% des angeforderten Gesamtantriebsmoments bereitstellt, zu dem Teilmotorbetrieb, in dem die erste Zylinderbank 5 1 100% des Antriebsmoments und die zweite Zylinderbank 5 2 0% des angeforderten Gesamtantriebsmoments bereitstellen, müssen während einer Übergangsphase Übergänge für das Bereitstellen der Teilantriebsmomente vorgesehen werden, indem die entsprechenden Teilantriebsmomente angepasst werden.
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In 2 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zum Umschalten von einem Vollmotorbetrieb zu einem Teilmotorbetrieb dargestellt.
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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 6 1, dem Slave-Steuergerät 6 2 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.
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Wird festgestellt, dass eine Umschaltung zu dem Teilmotorbetrieb vorgenommen werden soll (Alternative: Ja), so wird dies in geeigneter Weise über eine Kommunikationsverbindung 11 an das Slave-Steuergerät 6 2 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.
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Von nun an soll die erste Zylinderbank 5 1 kontinuierlich oder schrittweise das bereitgestellte Teilantriebsmoment erhöhen, während die zweite Zylinderbank 5 2 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.
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Dies wird durch eine gezielte Steuerung der Übergänge der Luftfüllungen der beiden Zylinderbänke 5 1, 5 2 erreicht. Bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren wird die Vorgabe eines Sollantriebsmoments 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.
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Bei der Ansteuerung der Zylinderbänke 5 1, 5 2 wird nun versucht, beim Übergang zum Teilmotorbetrieb durch gezielte Vorgabe der Luftfüllungen Zündwinkeleingriffe zu vermeiden. Dies gelingt jedoch nur eingeschränkt, da, wie oben beschrieben, Vorgaben von Sollluftfüllungswerten Ifsoll nur verzögert umgesetzt werden können.
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Um zu vermeiden, dass extreme Zündwinkeleingriffe auftreten, ist nun vorgesehen, neben der Vorgabe der Sollluftfüllungswerte Ifsoll die Zylinder 2 der abzuschaltenden Zylinderbank 5 2 nacheinander einzeln oder in Gruppen passiv zu schalten bzw. zu deaktivieren, um so ebenfalls einen gesteuerten Verlauf des von der abzuschaltenden zweiten Zylinderbank 5 2 bereitgestellten Teilantriebsmoments zu erreichen. Die Kombination der einzelnen bzw. gruppenweisen Abschaltung einzelner Zylinder 2 in der abzuschaltenden Zylinderbank 5 2 und der Vorgabe der Reduzierungen der Luftfüllung der Zylinder 2 ermöglicht eine Gestaltung des Verlaufs der Teilantriebsmomente während der Zylinderbankabschaltung.
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Die stufenweise Ausblendung der einzelnen Zylinder 2 ist konfigurierbar und ermöglicht, dass bei Erreichen eines Zielwerts für die Luftfüllung in der nicht abzuschaltenden ersten Zylinderbank 5 1 alle Zylinder 2 auf der abzuschaltenden Zylinderbank 5 2 ausgeblendet sind. Die Momentensprünge, die sich aufgrund der Ausblendungen einzelner Zylinder 2 auf der abzuschaltenden Zylinderbank 5 2 ergeben, können durch geringe Zündwinkeleingriffe auf der nicht abzuschaltenden Zylinderbank 5 1 ausgeglichen werden, da dort das bereitgestellte Teilantriebsmoment deutlich höher ist als das Teilantriebsmoment der abzuschaltenden Zylinderbank 5 2.
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Die Anpassung der Luftfüllungen zum Bereitstellen der Teilantriebsmomente erfolgt mithilfe eines Korrekturfaktors fkorr, mit dem die Änderung der momentanen Luftfüllungen Ifakt für den nächsten Ansteuerzyklus bestimmt wird. Die momentane Luftfüllung Ifakt entspricht der Luftfüllung in den betreffenden Zylindern 2 unmittelbar vor dem nächsten Stellvorgang der Drosselklappen 8 1, 8 2. Der Korrekturfaktor fkorr kann an das Slave-Steuergerät 6 2 übermittelt werden.
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Gleichzeitig mit der Anpassung des Korrekturfaktors fkorr oder zeitlich verzögert hierzu kann eine Sollreduzierstufe rred erhöht werden, die angibt, wie viele Zylinder 2 der abzuschaltenden Zylinderbank 5 2 ausgeblendet bzw. passiv betrieben bzw. deaktiviert werden sollen. Die Formung der Ausblendung, d. h. der zeitliche Verlauf der Sollreduzierstufe rred, ist applizierbar. Eine verzögerte Ausblendung der einzelnen Zylinder 2 der abzuschaltenden Zylinderbank 5 2 kann sinnvoll sein, da aufgrund des bereits durch eine Anpassung der entsprechenden Luftfüllung reduzierten Teilantriebsmoments die Momentensprünge der einzelnen Ausblendungen geringer ausfallen als dies zu Beginn der Umschaltung der Fall wäre, wenn die Teilantriebsmomente noch gleich sind.
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Durch die obige Vorgehensweise wird somit die Vorgabe der Luftfüllung in den Zylindern 2 der ersten Zylinderbank 5 1 um einen ersten Luftfüllungsänderungsbetrag Ifakt × fkorr erhöht und entsprechend in gleichem Maße die Luftfüllung in den Zylindern 2 der zweiten Zylinderbank 5 2 um einen zweiten Luftfüllungsänderungsbetrag Ifakt × fkorr reduziert. Dazu erfolgt zwischen dem Master-Steuergerät 6 1 und dem Slave-Steuergerät 6 2 eine entsprechende Kommunikation des Korrekturfaktors fkorr zur Einstellung der Sollluftfüllung Ifsoll.
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Der Ansteuerzyklus kann sich an dem Arbeitsspiel eines Zylinders des Verbrennungsmotors orientieren oder an einer Häufigkeit des Austauschs von Informationen zwischen den Steuergeräten 6 1, 6 2.
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Bezüglich des Verfahrens der 2 werden in Schritt S3 die Sollluftfüllung der ersten Zylinderbank 5 1 durch das Master-Steuergerät 6 1 um den ersten Luftfüllungsänderungsbetrag erhöht und in Schritt S4 die Sollluftfüllung der zweiten Zylinderbank 5 2 durch das Slave-Steuergerät 6 2 um den zweiten Luftfüllungsänderungsbetrag erniedrigt. Der erste und der zweite Luftfüllungsänderungsbetrag bzw. der Korrekturfaktor fkorr sind so gewählt, dass sie während des Ansteuerzyklus trotz des Verzögerungsverhaltens des Luftzuführungssystems 7 1, 7 2 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 5 1, notwendig wird.
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Die Anpassung der Vorgabe der jeweiligen Sollluftfüllung Ifsoll erfolgt bei jedem Ansteuerzyklus, bis für die erste Zylinderbank 5 1 ein Teilantriebsmoment bereitsteht, das (eine konstante Momentenanforderung vorausgesetzt) etwa dem Doppelten des vor Beginn der Umschaltung bereitgestellten Teilantriebsmoments entspricht, und für die zweite Zylinderbank 5 2 ein Teilantriebsmoment von 0 bereitsteht, bei dem alle Zylinder 2 der abzuschaltenden Zylinderbank 5 2 passiv geschaltet sind. Die für die abzuschaltende Zylinderbank 5 2 vorgegebene Sollluftfüllung Ifsoll berücksichtigt jedoch die abnehmende Anzahl aktiv verbleibender Zylinder 2 der abzuschaltenden Zylinderbank 5 2 und reduziert sich daher mit einem geringeren Gradienten, da während der Ausblendung einzelner Zylinder 2 das verbleibende Teilantriebsmoment von den noch aktiven Zylindern 2 bereitgestellt werden muss.
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In Schritt S5 wird abgefragt, ob das maximale, zur Bereitstellung des Gesamtantriebsmoments durch die erste Zylinderbank 5 1 benötigte Teilantriebsmoment erreicht worden ist und entsprechend das Teilantriebsmoment der zweiten Zylinderbank 5 2 zu Null geworden ist. Dies ist der Fall, sobald der letzte verbleibende Zylinder 2 der abzuschaltenden Zylinderbank 5 2 passiv geschaltet wird. Ist dies nicht der Fall (Alternative: Nein), so wird zu Schritt S3 zurückgesprungen und die Vorgabe der einzustellenden Sollluftfüllung Ifsoll des nächsten Ansteuerzyklus auf Ifakt × (1 + fkorr) für das Master-Steuergerät 6 1 und auf Ifakt × nakt/nzyl × (1 – fkorr) für das Slave-Steuergerät 6 2 eingestellt. Dabei entsprechen nzyl der Anzahl aller Zylinder 2 der abzuschaltenden Zylinderbank 5 2 und nakt der Anzahl der noch aktiven Zylinder. Dies gilt für den Fall, dass die Einlass- und Auslassventile bei den ausgeblendeten bzw. abgeschalteten Zylindern permanent geschlossen gehalten werden. Der Faktor nakt/nzyl wird nicht berücksichtigt, wenn die Einlass- und Auslassventile auch bei den ausgeblendeten bzw. abgeschalteten Zylindern in herkömmlicher Weise weiter geöffnet und geschlossen werden. Wird festgestellt, dass der letzte verbleibende Zylinder 2 der abzuschaltenden Zylinderbank 5 2 passiv geschaltet bzw. abgeschaltet wurde (Alternative: Ja), ist die Umschaltung zu dem Teilmotorbetrieb beendet.
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In 3 ist in einem Diagramm dargestellt, wie sich die Vorgaben einer ersten und einer zweiten Sollluftfüllung Ifsoll zur Ansteuerung der Drosselklappen 8 1, 8 2 entsprechend der Beaufschlagung der aktuellen Luftfüllung Ifakt mit dem ersten bzw. zweiten Luftfüllungsänderungsbetrag Ifakt × fkorr, –fakt × fkorr × nakt/nzyl in jedem Ansteuerzyklus schrittweise erhöhen bzw. erniedrigen. Insgesamt ist das durch die Luftfüllungsänderung und Zylinderausblendung erreichte gewünschte Teilantriebsmoment der abzuschaltenden Zylinderbank 5 2 so gewählt, dass ein Eingriff in den Zündwinkel zur Korrektur des Teilantriebsmoments der abzuschaltenden Zylinderbank 5 2 Null ist oder minimal bleibt, d. h. innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegt.
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Alternativ können sich der erste und zweite Luftfüllungsänderungsbetrag auch an der Luftfüllung zu Beginn der Umschaltung TBeginn orientieren und den Luftfüllungsänderungsbetrag berechnen als Ifakt_Beginn × fkorr, –Ifakt_Beginn × nakt/nzyl × fkorr. Diese werden dann konstant in jedem Ansteuerzyklus zu der jeweils momentanen Luftfüllung Ifakt addiert oder von dieser subtrahiert.
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Durch die Vorgabe des Korrekturfaktors fkorr kann die Änderung der Vorgabe der Sollluftfüllung Ifsoll als konstant vorgegeben werden. Alternativ kann im dynamischen Betrieb des Motorsystems 1 eine Änderung bzw. Anpassung der Korrekturfaktors fkorr abhängig von Betriebsparametern bzw. Zustandsgrößen des Motorsystems 1 an das Slave-Steuergerät 6 2 kommuniziert werden.
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Bei einem verzögerten Beginn der stufenweisen bzw. schrittweisen Ausblendung (Deaktivierung) einzelner Zylinder 2 zum Zeitpunkt TAusbl ist zunächst, d. h. in einem Zeitraum vom Umschaltbeginn bis zum Zeitpunkt der Ausblendung des ersten Zylinders der abzuschaltenden Zylinderbank 5 2, der Korrekturfaktor fkorr so gewählt, dass eine Zunahme des Teilantriebsmoments für die nicht abzuschaltende Zylinderbank 5 1 und die Abnahme des Teilantriebsmoments für die abzuschaltende Zylinderbank 5 2 entsprechend einem vorgegebenen Verlauf, z. B. einem linearen Verlauf mit einem vorgegebenen Gradienten, erfolgen. Zum Zeitpunkt des Einsetzens der Ausblendungen der einzelnen Zylinder 2 sollte für die abzuschaltende Zylinderbank 5 2 der Gradient im Wesentlichen beibehalten werden, wodurch sich der Gradient für die sich reduzierende Luftfüllung nur noch entsprechend fkorr × nakt/nzyl ändert.
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Bei Abweichungen des durch die Sollreduzierstufe und die entsprechend eingestellte Luftfüllung erreichten Teilantriebsmoments in der abzuschaltenden Zylinderbank 5 2 von dem gewünschten Teilantriebsmoment kann eine Korrektur durch eine Verstellung des Zündwinkels in der nicht abzuschaltenden Zylinderbank 5 2 vorgenommen werden. Da das dort bereitgestellte Teilantriebsmoment deutlich höher ist als das Teilantriebsmoment, das die abzuschaltende Zylinderbank 5 2 bereitstellen soll, ist auch für größere Korrekturen des bereitzustellenden Teilantriebsmoments nur eine geringe Zündwinkelverstellung notwendig. Auf diese Weise lässt sich der Gesamtmomentverlauf formen und insbesondere können die durch die Zylinderabschaltungen hervorgerufenen Momentensprünge geglättet ausgeglichen werden.
