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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer quantitätsgeregelten Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 sowie eine quantitätsgeregelte Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 8.
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Bei quantitätsgeregelten Brennkraftmaschinen, die auch als füllungsgeregelt bezeichnet werden, wird zur Leistungsregelung eine Menge eines den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführten, brennbaren Frischluft-Brennstoff-Gemischs abhängig von einem Betriebs- oder Lastpunkt der Brennkraftmaschine variiert. Die Leistung der Brennkraftmaschine wird demnach geregelt, indem den Zylindern variierende Füllungen beziehungsweise Quantitäten des brennbaren Frischluft-Brennstoff-Gemischs zugeführt werden. Dabei wird in allen Betriebspunkten stets ein exaktes Verhältnis zwischen einer zugeführten Brennstoffmenge und einer zugeführten Frischluftmenge eingehalten, wobei den Zylindern typischerweise ein stöchiometrisches Verhältnis von Brennstoff zu Frischluft zugeführt wird, wobei ein Lambda-Wert von 1 realisiert wird. Es ist allerdings möglich, dass das Brennstoff-Frischluftverhältnis mit dem jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine variiert, also insbesondere auch betriebspunktabhängig von einem Lambda-Wert von 1 abweichen kann. Es sind Brennkraftmaschinen bekannt, bei welchen das Brennstoff-Frischluft-Gemisch in einem Gasmischer oder Vergaser erzeugt und in ein zu den einzelnen Zylindern führendes Saugrohr eingespeist wird. Zur Quantitätsregelung werden Strömungsbeeinflussungselemente wie Drosselklappen oder Einlassventile mit vollvariablem Ventiltrieb eingesetzt. Es ist möglich, dass der Brennstoff den Zylindern durch Mehrpunkteinspritzung oder Direkteinspritzung zylinderindividuell zugeführt wird, während eine der Brennstoffmenge angepasste Frischluftmenge separat über ein Saugrohr zugeführt wird. Auch hierbei können zur Regelung der zugeführten Frischluftmenge Drosselklappen oder Einlassventile mit vollvariablem Ventiltrieb eingesetzt werden. Eine zylinderindividuelle Brennstoffzufuhr erlaubt eine Abschaltung einzelner Zylinder oder Zylindergruppen im Teillast- oder Leerlaufbetrieb. Zu den quantitäts- oder füllungsgeregelten Brennkraftmaschinen gehören auch Gasmotoren. Für den Betrieb der Brennkraftmaschine in niedrigen Lastbereichen werden geringe Füllungen benötigt. Entsprechend werden die Drosselklappen oder Einlassventile mit vollvariablem Ventiltrieb geschlossen, sodass den Zylindern nur ein geringer Frischmassenstrom zugeführt wird. Dabei fällt auch ein geringer Abgasmassenstrom an. Weist die Brennkraftmaschine einen Abgasturbolader auf, der einen Verdichter und eine diesen antreibende Turbine aufweist, wird die Turbine in niedrigen Lastbereichen nur von dem geringen Abgasmassenstrom beaufschlagt, sodass der Abgasturbolader insgesamt bei geringer Drehzahl einen geringen Massenstrom über den Verdichter fördert. Dabei besteht die Gefahr, dass eine Pumpgrenze des Verdichters unterschritten wird, wodurch es zu einem Verdichterpumpen kommt. Um dies zu verhindern, ist typischerweise ein Fluidpfad vorgesehen, der den Abgasturbolader überbrückt, und in dem ein Ventilelement angeordnet ist, durch das der Fluidpfad in einer ersten Funktionsstellung gesperrt und in einer zweiten Funktionsstellung freigegeben werden kann. Es ist möglich, dass der Fluidpfad die Turbine des Abgasturboladers überbrückt, sodass er als Turbinen-Bypass ausgebildet ist. Mithilfe des als Wastegate ausgebildeten Ventilelements kann dann der Turbinen-Bypass im niedrigen Lastbereich geöffnet werden, um ein Unterschreiten der Pumpgrenze zu verhindern. Es ist auch möglich, dass der Fluidpfad den Verdichter des Abgasturboladers überbrückt, wobei er als Verdichter-Bypass ausgebildet ist. Dieser Verdichter-Bypass wird im niedrigen Lastbereich mithilfe des Ventilelements geöffnet, sodass eine Rückströmung aus einem Hochdruckbereich stromabwärts des Verdichters in einen Niederdruckbereich stromaufwärts des Verdichters entlang des Fluidpfads möglich ist. Auf diese Weise wird der nominell von dem Verdichter geförderte Massenstrom erhöht, sodass die Pumpgrenze nicht unterschritten wird und es nicht zum Verdichterpumpen kommt. Bei einer Lastaufschaltung, bei welcher der Brennkraftmaschine eine höhere Last abgefordert wird, wird das Ventilelement in dem Fluidpfad geschlossen, und die Drosselklappe oder das Einlassventil mit vollvariablem Ventiltrieb werden geöffnet, um die Zylinderfüllung zu erhöhen. Die derart erhöhte, den Zylindern zugeführte Frischmasse, führt auch zu einem erhöhten Abgasmassenstrom beziehungsweise zu einer Erhöhung der für den Abgasturbolader zur Verfügung stehenden Abgasenergie. Somit steht auch am Verdichter wiederum mehr Ladedruck zur Verfügung. Insgesamt stellt sich so ein iterierender Prozess ein, der letztlich zu einem stationären Gleichgewichtszustand führt. Problematisch ist jedoch, dass der Abgasturbolader langsam und verzögert anspricht, wodurch sich auch ein langsamer und verzögerter Aufbau des Ladedrucks und somit ein wenig spontanes Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine bei Lastausschaltung ergibt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer quantitätsgeregelten Brennkraftmaschine sowie eine quantitätsgeregelte Brennkraftmaschine zu schaffen, bei welcher die genannten Nachteile nicht auftreten. Insbesondere soll es mithilfe des Verfahrens möglich sein, das Verhalten der Brennkraftmaschine bei Lastaufschaltung zu verbessern, wobei diese insbesondere weniger langsam und verzögert, vorzugsweise spontan, auf eine erhöhte Lastanforderung ansprechen soll.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 geschaffen wird. Im Rahmen des Verfahrens wird zunächst ein momentaner Betriebszustand der Brennkraftmaschine ermittelt. Abhängig von dem momentanen Betriebszustand wird eine Anzahl abzuschaltender Zylinder oder Zylindergruppen bestimmt. Ist die bestimmte Anzahl von Null verschieden, soll also mindestens ein Zylinder oder mindestens eine Zylindergruppe abgeschaltet werden oder – abhängig von dem vorangegangen Betriebszustand – abgeschaltet bleiben, wird eine Brennstoffzufuhr für mindestens einen abzuschaltenden Zylinder oder mindestens eine abzuschaltende Zylindergruppe deaktiviert oder deaktiviert gehalten. Ein dem mindestens einen Zylinder oder der mindestens einen Zylindergruppe zugeordnetes Strömungsbeeinflussungselement für eine Frischmassenzufuhr zu dem mindestens einen abzuschaltenden Zylinder oder der mindestens einen abzuschaltenden Zylindergruppe wird geöffnet.
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Das Verfahren macht sich zunutze, dass es bei Brennkraftmaschinen mit mindestens zwei Zylindern und zylinderindividueller Brennstoffzufuhr, beispielsweise durch Mehrpunkteinspritzung oder durch Direkteinspritzung, möglich ist, einzelne Zylinder oder Zylindergruppen abzuschalten, indem diesen kein Brennstoff zugeführt und sie mithin nicht befeuert werden. Üblicherweise werden bei einer Brennkraftmaschine, bei der einzelne Zylinder oder Zylindergruppen abschaltbar sind, entsprechend zugeordnete Strömungsbeeinflussungselemente, beispielsweise Drosselklappen oder Einlassventile mit vollvariablem Ventiltrieb, geschlossen, sodass den abgeschalteten Zylindern kein oder nur ein minimaler Frischmassenstrom zugeführt wird. Im Rahmen der Erfindung ist allerdings erkannt worden, dass die abgeschalteten Zylinder genutzt werden können, um Frischluft ohne Verbrennung durch diese zu pumpen. Eine Zylinderabschaltung erfolgt typischerweise im Leerlauf und/oder in einem Teillastbetrieb, wobei es möglich ist, dass abhängig von dem momentanen Betriebszustand eine variierende Anzahl von Zylindern oder Zylindergruppen abgeschaltet wird. In einem Volllastbetrieb wird typischerweise kein Zylinder abgeschaltet, beziehungsweise alle Zylinder werden befeuert. Im Rahmen des Verfahrens wird nun – abweichend von der sonst üblichen Vorgehensweise – ein dem mindestens einen abgeschalteten Zylinder oder der mindestens einen abgeschalteten Zylindergruppe zugeordnetes Strömungsbeeinflussungselement geöffnet, sodass ein erhöhter Frischmassenstrom über den mindestens einen abgeschalteten Zylinder strömt. Hierdurch wird eine insgesamt über die Brennkraftmaschine geführte Ladungsmasse erhöht, wodurch zugleich der Abgasmassenstrom erhöht wird. Dies wiederum führt zur Erhöhung der am Turbolader zur Verfügung stehenden Energie. Ein Unterschreiten der Pumpgrenze des Verdichters und ein Verdichterpumpen werden wirksam vermieden, und die zusätzliche Energie kann zur Ladedruckerzeugung genutzt werden. Es kommt so zu höheren Drehzahlen des Turboladers und zu einem höheren Druckniveau. Hierdurch verbessert sich das dynamische Ansprechverhalten des Turboladers und auch der Brennkraftmaschine, weil die Drehzahl des Turboladers auch im niedrigen Lastbereich nicht in der bisher bekannten Weise absinkt, wobei der Turbolader bei einer Lastaufschaltung nicht erst hochgefahren werden muss. Vielmehr steht die volle Verdichterleistung unmittelbar bei Lastaufschaltung zur Verfügung.
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Im Rahmen des Verfahrens wird insbesondere ermittelt, ob der momentane Betriebszustand beziehungsweise Betriebspunkt einem Leerlauf, einem Teillastbetrieb oder einem Volllastbetrieb entspricht. Dabei werden im Leerlauf und bei Teillast Zylinder abgeschaltet, wobei die konkrete Anzahl abzuschaltender Zylinder oder Zylindergruppen vorzugsweise abhängig von der momentanen Lastanforderung bestimmt wird. In einer einfachen Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, im Leerlauf sowie in Teillast stets genau eine vorherbestimmte Gruppe von Zylindern, beispielsweise eine Zylinderbank eines V-Motors, abzuschalten. Komplexere Ausführungsformen des Verfahrens sehen eine vollständig variable Abschaltung einzelner Zylinder vor, wobei es betriebspunktabhängig insbesondere möglich ist, keinen Zylinder abzuschalten, oder auch nur einen Zylinder nicht abzuschalten. Insbesondere im Leerlauf ist es möglich, dass nur ein Zylinder befeuert wird. Zwischen diesen Extremen sind bei komplexen Ausführungsformen des Verfahrens bevorzugt alle Möglichkeiten realisierbar, eine beliebige Anzahl von Zylindern betriebspunktabhängig abzuschalten.
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Die Brennstoffzufuhr und das Strömungsbeeinflussungselement andererseits dienen der Quantitätsregelung der Brennkraftmaschine. Dabei sind diese bevorzugt derart aufeinander abgestimmt und/oder gemeinsam ansteuerbar, dass sich stets ein – vorzugsweise betriebspunktabhängiges – vorherbestimmtes Verhältnis von Brennstoff zu Frischluft für die Füllung der nicht abgeschalteten Zylinder ergibt. Das mindestens eine Strömungsbeeinflussungselement ist vorzugsweise in einer ersten Funktionsstellung vollständig geschlossen und in einer zweiten Funktionsstellung vollständig geöffnet. Besonders bevorzugt ist zwischen diesen beiden Funktionsstellungen eine Vielzahl, besonders bevorzugt ein Kontinuum von Funktionsstellungen mit variablem Öffnungsgrad realisierbar. Im Rahmen des Verfahrens wird das dem mindestens einen abzuschaltenden Zylinder oder der mindestens einen abzuschaltenden Zylindergruppe zugeordnete Strömungsbeeinflussungselement vorzugsweise vollständig geöffnet, sodass ein maximaler Frischmassenstrom über den mindestens einen abgeschalteten Zylinder geführt werden kann.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, dass sich dadurch auszeichnet, dass ein in einem einen Abgasturbolader überbrückenden Fluidpfad angeordnetes Ventilelement geschlossen wird. Dies wird bevorzugt, wenn das Verfahren in einer Brennkraftmaschine durchgeführt wird, welche einen Verdichter-Bypass aufweist, nämlich einen Fluidpfad, der einen Frischmassen-Verdichter überbrückt, wobei das Ventilelement in dem Verdichter-Bypass angeordnet ist. Es ist dank des Verfahrens im niederen Lastbereich nicht mehr nötig, das Ventilelement in dem Fluidpfad zu öffnen, weil der ansonsten gemäß dem Stand der Technik entlang des Fluidpfads geführte Massenstrom nun über die abgeschalteten Zylinder geführt wird. Somit wird über den Verdichter ein hinreichend großer Massenstrom geführt, sodass ein Unterschreiten der Pumpgrenze und ein Verdichterpumpen sicher vermieden werden. Im Gegenteil würde sich in diesem Fall ein Öffnen des Ventilelements negativ auf die Leistung der Brennkraftmaschine auswirken.
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Alternativ oder zusätzlich wird bevorzugt, dass ein Ventilelement geschlossen wird, das in einem eine Turbine des Abgasturboladers überbrückenden Fluidpfad angeordnet ist. In diesem Fall ist es im Rahmen des Verfahrens nicht mehr nötig, das als Wastegate ausgebildete Ventilelement in dem als Turbinen-Bypass ausgebildeten Fluidpfad zu öffnen, um den Abgasturbolader zu entlasten.
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Es ist demnach möglich, das Verfahren bei einer Brennkraftmaschine einzusetzen, die einen Abgasturbolader mit einem Verdichter-Bypass und einem darin angeordneten Ventilelement aufweist. Es ist auch möglich, das Verfahren bei einer Brennkraftmaschine einzusetzen, die einen Abgasturbolader mit einem die Turbine überbrückenden Fluidpfad, mithin einen Turbinen-Bypass, und einem darin angeordneten Ventilelement, nämlich einem sogenannten Wastegate, aufweist. Schließlich ist es möglich, das Verfahren bei einer Brennkraftmaschine anzuwenden, welche einen Abgasturbolader umfasst, der sowohl einen Verdichter-Bypass mit einem Ventilelement als auch einen Turbinen-Bypass mit einem Ventilelement, nämlich einem sogenannten Wastegate, aufweist. In diesem Fall werden bevorzugt im Rahmen des Verfahrens beide Ventilelemente in beiden Fluidpfaden geschlossen.
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Es ist allerdings auch möglich, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Verfahren zu betreiben, welche keinen den Frischmassen-Verdichter oder die Turbine überbrückenden Fluidpfad, aufweist. In diesem Fall ist selbstverständlich kein Ventilelement vorhanden, das geschlossen werden könnte. Auf den Fluidpfad kann verzichtet werden, weil auch im niederen Lastbereich und im Leerlauf kein Verdichterpumpen zu befürchten ist, wenn die Brennkraftmaschine mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren betrieben wird.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass kein Zylinder abgeschaltet wird, wenn ein Volllastbetrieb ermittelt wird. Dies bedeutet, dass im Volllastbetrieb allen Zylindern der Brennkraftmaschine Brennstoff zugeführt wird. Somit ergibt sich im Volllastbetrieb nicht das Problem eines zu geringen Abgasmassenstroms, und auch das Problem des Verdichterpumpens tritt nicht auf. Im Rahmen des Verfahrens wird die Anzahl abzuschaltender Zylinder oder Zylindergruppen zu Null bestimmt, wenn ein Volllastbetrieb festgestellt wird. Abhängig von der Vorgeschichte des Betriebs der Brennkraftmaschine, insbesondere abhängig von dem zuletzt ermittelten Betriebszustand, wird dann die Brennstoffzufuhr für alle Zylinder aktiviert, oder aktiviert gehalten.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, bei welchem den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine Brennstoff über eine Mehrpunkteinspritzung mittels den einzelnen Zylindern zugeordneten Injektoren zugeführt wird. Dabei erfolgt die Mehrpunkteinspritzung nicht unmittelbar in den entsprechenden Zylinder, sondern vielmehr in einen von einem gemeinsamen Saugrohr abzweigenden, dem jeweiligen Zylinder zugeordneten Saugrohrabschnitt. Die einzelnen Injektoren werden abhängig von dem ermittelten Betriebszustand aktiviert oder deaktiviert, um die zugeordneten Zylinder zuzuschalten oder abzuschalten.
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Alternativ wird ein Verfahren bevorzugt, bei welchem den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine Brennstoff über eine Direkteinspritzung mittels den Zylindern zugeordneten Injektoren zugeführt wird. Hierbei wird der Brennstoff unmittelbar in eine von einem Zylinder umfasste Brennkammer eingedüst. Auch bei dieser Ausführungsform des Verfahrens werden die Injektoren abhängig von dem ermittelten Betriebszustand aktiviert oder deaktiviert, um die Zylinder zu- oder abzuschalten.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass den Zylindern über die Frischmassenzufuhr Frischluft zugeführt wird. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Brennstoff über eine Mehrpunkteinspritzung oder über eine Direkteinspritzung zugeführt wird. Über die Ansteuerung der Injektoren wird die den Zylindern zugeführte Brennstoffmenge betriebspunktabhängig gesteuert. Über die Strömungsbeeinflussungselemente wird dann entsprechend die zugeführte Frischluftmasse an die zugeführte Brennstoffmenge angepasst, sodass ein vorherbestimmtes Verhältnis von Frischluft zu Brennstoff eingehalten wird. Dabei wird bevorzugt ein stöchiometrisches Verhältnis eingestellt, mithin ein Lambda-Wert von 1. Es ist allerdings möglich, dass das Verhältnis betriebspunktabhängig variiert.
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Alternativ wird ein Verfahren bevorzugt, bei welchem den Zylindern über die Frischmassenzufuhr ein Luft-Brennstoff-Gemisch zugeführt wird. Insbesondere in Zusammenhang mit einer Mehrpunkteinspritzung und einer Ausführungsform, bei welcher als Strömungsbeeinflussungselement ein Einlassventil mit vollvariablem Ventiltrieb verwendet wird, das stromabwärts eines Einspritzorts der Mehrpunkteinspritzung vorgesehen ist, ist es allerdings möglich, dass den Zylindern über die Frischmassenzufuhr ein Luft-Brennstoff-Gemisch zugeführt wird, wobei die Menge des zugeführten Luft-Brennstoff-Gemischs durch das Einlassventil mit vollvariablem Ventiltrieb gesteuert wird.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, dass sich dadurch auszeichnet, dass als Strömungsbeeinflussungselement eine Drosselklappe verwendet wird. Dabei ist es möglich, dass einzelnen Zylindern oder einzelnen Zylindergruppen jeweils eine Drosselklappe zugeordnet wird. Insbesondere ist eine Ausführungsform des Verfahrens möglich, mit der eine als V-Motor ausgebildete Brennkraftmaschine betrieben wird, wobei zwei Drosselklappen verwendet werden, die jeweils einer Zylinderbank des V-Motors zugeordnet sind.
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Alternativ wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher als Strömungsbeeinflussungselement ein Einlassventil mit vollvariablem Ventiltrieb verwendet wird. Das Einlassventil mit vollvariablem Ventiltrieb ist unmittelbar an einem Zylinder der Brennkraftmaschine angeordnet und diesem insoweit zugeordnet. Im Rahmen der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsform weist vorzugsweise jeder Zylinder ein ihm zugeordnetes Einlassventil mit vollvariablem Ventiltrieb auf, sodass die Frischmassenzufuhr zylinderindividuell gesteuert werden kann.
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Es ist auch eine Ausführungsform des Verfahrens möglich, bei welcher als Strömungsbeeinflussungselemente sowohl mindestens eine Drosselklappe als auch mindestens ein Einlassventil mit vollvariablem Ventiltrieb verwendet werden.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Zylinder einzeln abgeschaltet werden. Dabei ist vorzugsweise jedem Zylinder ein Strömungsbeeinflussungselement, insbesondere ein Einlassventil mit vollvariablem Ventiltrieb, zugeordnet. Es ist auch möglich, dass jedem Zylinder eine eigene Drosselklappe zugeordnet ist, die dann in einem separaten Saugrohrabschnitt, welches von einem gemeinsamen Saugrohr zu dem Zylinder führt, angeordnet ist.
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Alternativ wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher die Zylinder in Gruppen abgeschaltet werden. Dabei wird bevorzugt jeder Gruppe von Zylindern ein Strömungsbeeinflussungselement zugeordnet. Dieses Strömungsbeeinflussungselement ist vorzugsweise als Drosselklappe ausgebildet. Bevorzugt wird jeder Gruppe von Zylindern ein separates Saugrohr zugeordnet, in welchem das jeweilige Strömungsbeeinflussungselement, insbesondere die Drosselklappe, angeordnet ist. Insbesondere ist es möglich, dass das Verfahren in einem V-Motor durchgeführt wird, wobei jeder Zylinderbank des V-Motors ein separates Saugrohr mit einer separaten Drosselklappe zugeordnet ist.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine quantitätsgeregelte Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 8 geschaffen wird. Diese weist mindestens zwei Zylinder auf, wobei jedem Zylinder eine separate Brennstoffzufuhr-Einrichtung zugeordnet ist. Mindestens zwei Gruppen von Zylindern oder jedem Zylinder ist ein separates Strömungsbeeinflussungselement für eine Frischmassenzufuhr zugeordnet. Die Brennkraftmaschine weist einen Abgasturbolader mit einer Turbine und einem von der Turbine angetriebenen Verdichter auf. Dabei ist die Turbine in einem Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordnet, wobei der Verdichter in einem Frischmassenstrang der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Die Brennkraftmaschine zeichnet sich durch ein Motorsteuergerät aus, das ausgebildet und eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen.
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Dadurch verwirklichen sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
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Es ist möglich, dass das Verfahren fest auf elektronischer Basis in eine Hardware des Motorsteuergeräts implementiert ist. Alternativ ist es möglich, dass ein Computerprogramm in das Motorsteuergerät geladen ist, das Anweisungen umfasst, aufgrund derer das Verfahren durch das Motorsteuergerät durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf dem Motorsteuergerät läuft.
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Die Brennkraftmaschine ist als Hubkolbenmotor und besonders bevorzugt als Gasmotor ausgebildet.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb, Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Die Brennkraftmaschine kann als Dieselmotor, als Benzinmotor, bevorzugt aber als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet sein. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die jedem Zylinder zugeordnete, separate Brennstoffzufuhr-Einrichtung als Mehrpunkt-Injektor ausgebildet. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Brennstoffzufuhr-Einrichtung als Injektor für eine Direkt-Einspritzung ausgebildet.
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Es wird ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine bevorzugt, bei welchem mindestens ein Strömungsbeeinflussungselement als Drosselklappe oder als Einlassventil mit vollvariablem Ventiltrieb ausgebildet ist. Bevorzugt sind alle Strömungsbeeinflussungselemente entweder als Drosselklappe oder als Einlassventile mit vollvariablem Ventiltrieb ausgebildet. Es ist allerdings auch ein Ausführungsbeispiel möglich, bei welchem sowohl mindestens ein als Drosselklappe ausgebildetes Strömungsbeeinflussungselement als auch mindestens ein als Einlassventil mit vollvariablem Ventiltrieb ausgebildetes Strömungsbeeinflussungselement vorgesehen ist.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine weist einen Fluidpfad auf, der den Verdichter in dem Frischmassenstrang überbrückt. Es ist also ein Verdichter-Bypass vorgesehen, um den Verdichter umgehen zu können. Vorzugsweise ist in dem Fluidpfad ein Ventilelement angeordnet, durch welches der Fluidpfad in einer ersten Funktionsstellung sperrbar und in einer zweiten Funktionsstellung freigebbar ist. Es ist in diesem Fall möglich, den Verdichter-Bypass bedarfsgerecht, insbesondere betriebspunktabhängig, zu öffnen oder zu schließen.
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Alternativ oder zusätzlich weist die Brennkraftmaschine vorzugsweise einen Fluidpfad auf, der die Turbine in dem Abgasstrang überbrückt. Es ist also ein Turbinen-Bypass vorgesehen, um die Turbine umgehen zu können. Vorzugsweise ist in dem Fluidpfad ein Ventilelement angeordnet, durch welches dieser in einer ersten Funktionsstellung sperrbar und in einer zweiten Funktionsstellung freigebbar ist. Ein solches Ventilelement wird auch als Wastegate bezeichnet. Es ist in diesem Fall möglich, den Turbinen-Bypass bedarfsgerecht, insbesondere betriebspunktabhängig, zu öffnen oder zu schließen.
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Es wird also ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine bevorzugt, welches nur einen den Verdichter überbrückenden Fluidpfad, mithin einen Verdichter-Bypass, mit einem Ventilelement aufweist. Es wird auch ein Ausführungsbeispiel bevorzugt, welches nur einen die Turbine überbrückenden Fluidpfad, mithin einen Turbinen-Bypass, mit einem Ventilelement, nämlich einem sogenannten Wastegate, aufweist. Schließlich wird auch ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine bevorzugt, welches einen ersten Fluidpfad aufweist, der den Verdichter überbrückt, mithin einen Verdichter-Bypass, wobei in diesem ersten Fluidpfad ein erstes Ventilelement vorgesehen ist. Dieses Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine weist zusätzlich einen zweiten Fluidpfad auf, der die Turbine in dem Abgasstrang überbrückt, sodass er als Turbinen-Bypass ausgebildet ist, wobei in dem zweiten Fluidpfad ein zweites Ventilelement, nämlich ein sogenanntes Wastegate, vorgesehen ist. In diesem Fall ist es möglich, sowohl den Verdichter-Bypass als auch den Turbinen-Bypass – vorzugsweise unabhängig voneinander – bedarfsgerecht, insbesondere betriebspunktabhängig, zu öffnen oder zu schließen.
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Damit zeigt sich insgesamt, dass die Brennkraftmaschine vorzugsweise mindestens einen Fluidpfad aufweist, der den Abgasturbolader in dem Frischmassenstrang und/oder in dem Abgasstrang überbrückt, wobei in dem Fluidpfad bevorzugt ein Ventilelement angeordnet ist, durch das dieser in einer ersten Funktionsstellung sperrbar und in einer zweiten Funktionsstellung freigebbar ist.
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Das Motorsteuergerät weist vorzugsweise ein Betriebszustand-Ermittlungs-Element zur Ermittlung eines momentanen Betriebszustands auf. Weiterhin umfasst es bevorzugt ein Anzahl-Bestimmungselement zur Bestimmung einer Anzahl abzuschaltender Zylinder oder Zylindergruppen abhängig von dem momentanen Betriebszustand.
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Es wird auch eine Brennkraftmaschine bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das Motorsteuergerät mit den mindestens zwei Strömungsbeeinflussungselementen, den mindestens zwei Brennstoffzufuhr-Einrichtungen, und bevorzugt – wenn dieses vorgesehen ist – mit dem mindestens einen Ventilelement zur Beeinflussung dieser Elemente wirkverbunden ist. Das Motorsteuergerät ist demnach ausgebildet und eingerichtet, um über die Wirkverbindung die mindestens zwei Strömungsbeeinflussungselemente betriebspunktabhängig anzusteuern, insbesondere zu öffnen oder zu schließen. Weiterhin ist das Motorsteuergerät bevorzugt ausgebildet und eingerichtet, um über die Wirkverbindung die mindestens zwei Brennstoffzufuhr-Einrichtungen betriebspunktabhängig zu aktivieren oder zu deaktivieren. Weiterhin ist das Motorsteuergerät bevorzugt ausgebildet und eingerichtet, um über die entsprechende Wirkverbindung das mindestens eine Ventilelement in dem Verdichter-Bypass und/oder in dem Turbinen-Bypass betriebspunktabhängig zu öffnen oder zu schließen.
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Schließlich wird eine Brennkraftmaschine bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das Motorsteuergerät mit einem Erfassungsmittel für eine Lastanforderung oder Drehmomentanforderung wirkverbunden ist, um den Last- beziehungsweise Betriebszustand der Brennkraftmaschine ermitteln zu können. Vorzugsweise ist das Motorsteuergerät zusätzlich mit einem Drehzahlerfassungsmittel wirkverbunden, sodass in die Ermittlung des Last- beziehungsweise Betriebszustands auch eine Drehzahl der Brennkraftmaschine einfließen kann. Im Rahmen des Verfahrens wird entsprechend der momentane Betriebszustand vorzugsweise abhängig von einer momentanen Last- oder Drehmomentanforderung und einer momentanen Drehzahl der Brennkraftmaschine bestimmt.
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Die Beschreibung des Verfahrens einerseits und der Brennkraftmaschine andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Insbesondere sind Merkmale, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurden, bevorzugt einzeln oder in Kombination miteinander Merkmale eines Ausführungsbeispiels der Brennkraftmaschine. Ebenso sind Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine beschrieben wurden, bevorzugt einzeln oder in Kombination miteinander Schritte einer Ausführungsform des Verfahrens.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine, und
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2 eine schematische Darstellung in Form eines Flussdiagramms einer Ausführungsform des Verfahrens.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer quantitätsgeregelten Brennkraftmaschine 1. Diese ist hier als Gasmotor ausgebildet. Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist als Hubkolbenmaschine, hier als V-Motor mit zwei separaten Zylinderbänken 3, 3’ ausgebildet, wobei jede Zylinderbank 3, 3’ sechs Zylinder umfasst, von denen hier der besseren Übersichtlichkeit wegen jeweils nur einer mit den Bezugszeichen 5, 5’ gekennzeichnet ist. Die Brennkraftmaschine 1 weist demnach insgesamt zwölf Zylinder 5, 5’ auf. Jedem Zylinder 5, 5’ ist eine separate Brennstoffzufuhr-Einrichtung zugeordnet, wobei hier der besseren Übersichtlichkeit wegen für jede Zylinderbank 3, 3’ nur eine der Brennstoffzufuhr-Einrichtungen mit den Bezugszeichen 7, 7’ gekennzeichnet ist. Den Brennstoffzufuhr-Einrichtungen 7 wird ein Brennstoff, insbesondere Gas, über eine gemeinsame Brennstoffleitung 8 zugeführt.
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Die Brennstoffzufuhr-Einrichtungen 7, 7’ sind hier als den Zylindern zugeordnete Injektoren 9, 9’ für eine Mehrpunkteinspritzung ausgebildet, wobei der den einzelnen Zylindern 5, 5’ zugeführte Brennstoff jeweils in einen, den Zylindern 5, 5’ separat zugeordneten, von einem gemeinsamen Saugrohr 11, 11’ abzweigenden Saugrohrabschnitt eingedüst wird, wobei hier jeder Zylinderbank 3, 3’ ein separates, gemeinsames Saugrohr 11, 11’ zugeordnet ist, und wobei der besseren Übersichtlichkeit wegen für jede Zylinderbank 3, 3’ nur einer der separaten Saugrohrabschnitte mit dem Bezugszeichen 13, 13’ gekennzeichnet ist. Es ist offensichtlich, dass die einzelnen Saugrohrabschnitte 13, 13’ einerseits mit den gemeinsamen Saugrohren 11, 11’ und andererseits mit den jeweils zugeordneten Zylindern 5, 5’ in Fluidverbindung stehen, sodass jedem Zylinder 5, 5’ über den ihm separat zugeordneten Saugrohrabschnitt 13, 13’ entweder – bei deaktivierter Brennstoff-Zufuhr – Frischluft oder – bei aktivierter Mehrpunkteinspritzung – ein Frischluft-Brennstoff-Gemisch zuführbar ist.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die Zylinderbänke 3, 3’ zwei Gruppen 15, 15’ von Zylindern 5, 5’, wobei jeder Zylindergruppe 15, 15’ ein separates Strömungsbeeinflussungselement 17, 17’ zugeordnet ist. Die Strömungsbeeinflussungselemente 17, 17’ dienen dabei der Beeinflussung einer Frischmassenzufuhr, insbesondere eines Frischmassenstroms, zu den Zylindern 5, 5’ beziehungsweise den Gruppen 15, 15’ von Zylindern 5, 5’. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Strömungsbeeinflussungselemente 17, 17’ als Drosselklappen 19, 19’ ausgebildet.
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Eine Leistungsregelung der Brennkraftmaschine 1 erfolgt zum einen durch Anpassung der den Zylindern 5, 5’ über die Brennstoffzufuhr-Einrichtungen 7, 7’ zugeführten Brennstoffmenge, und zum anderen über eine Anpassung einer Funktionsstellung der Strömungsbeeinflussungselemente 17, 17’ beziehungsweise der Drosselklappen 19, 19’. Dabei werden die Strömungsbeeinflussungselemente 17, 17’ insbesondere derart angesteuert, dass eine über die Saugrohre 11, 11’ und die Saugrohrabschnitte 13, 13’ zugeführte Frischluftmenge in einem – vorzugsweise betriebspunktabhängig – vorherbestimmten Verhältnis zu der zugeführten Brennstoffmenge steht. Insgesamt wird so eine Quantitäts- oder Füllungsregelung der Brennkraftmaschine 1 verwirklicht.
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Die Strömungsbeeinflussungselemente 17, 17’ sind vorzugsweise kontinuierlich zwischen einer ersten, geschlossenenen Funktionsstellung und einer zweiten, vollständig geöffneten Funktionsstellung variabel einstellbar.
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Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Abgasturbolader 21 mit einer Turbine 23 und einem von der Turbine angetriebenen Verdichter 25 auf. Das bei der Verbrennung in den Zylindern 5, 5’ entstehende Abgas wird in einem Abgasstrang 27 gesammelt und der Turbine 23 zugeführt, die in dem Abgasstrang 27 angeordnet ist. Die Turbine 23 wird daher von dem Abgasmassenstrom der Brennkraftmaschine 1 angetrieben. Sie ist über eine Welle 29 mit dem Verdichter 25 wirkverbunden, sodass dieser durch die Turbine 23 antreibbar ist.
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Der Verdichter 25 ist in einem Frischmassenstrang 31 angeordnet, über den der Brennkraftmaschine 1 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Frischluft zuführbar ist. Stromaufwärts des Verdichters 25 ist ein Frischluftfilter 33 angeordnet. Die von dem Verdichter 25 verdichtete Frischluft wird in einem Ladeluftkühler 35 gekühlt, bevor sie weiter über den Frischmassenstrang 31 zu den Strömungsbeeinflussungselementen 17, 17’ und über diese in die Saugrohre 11, 11’ strömt.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Fluidpfad 37 vorgesehen, der den Verdichter 25 in dem Frischmassenstrom 31 überbrückt, wodurch ein Verdichter-Bypass 39 verwirklicht ist. In dem Fluidpfad 37 ist ein Ventilelement 41 angeordnet, durch welches der Fluidpfad 37 in einer ersten Funktionsstellung sperrbar und in einer zweiten Funktionsstellung freigebbar ist. Bevorzugt ist das Ventilelement 41 zwischen diesen Extremalpositionen variabel, besonders bevorzugt kontinuierlich einstellbar, sodass ein Durchtrittsquerschnitt durch den Fluidpfad 37 – insbesondere betriebspunktabhängig – variabel ist.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass ein Fluidpfad vorgesehen ist, der die Turbine 23 in dem Abgasstrang 27 überbrückt, wodurch dann ein Turbinen-Bypass verwirklicht ist. In diesem ist vorzugsweise ein Ventilelement, nämlich ein sogenanntes Wastegate angeordnet, durch welches der Turbinen-Bypass in einer ersten Funktionsstellung sperrbar und in einer zweiten Funktionsstellung freigebbar ist. Bevorzugt ist das als Wastegate ausgestaltete Ventilelement zwischen diesen Extremalpositionen variabel, besonders bevorzugt kontinuierlich einstellbar, sodass ein Durchtrittsquerschnitt durch den Turbinen-Bypass – insbesondere betriebspunktabhängig – variabel ist.
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Die Brennkraftmaschine 1 weist ein Motorsteuergerät 43 auf, welches den Betrieb derselben steuert oder bevorzugt regelt. Insbesondere ist das Motorsteuergerät 43 eingerichtet zur Ausführung des hier beschriebenen Verfahrens.
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Das Motorsteuergerät 43 ist hierzu mit den Strömungsbeeinflussungselementen 17, 17’ wirkverbunden, was jeweils durch eine strichlierte Linie 45, 45’ schematisch angedeutet ist. Weiterhin ist das Motorsteuergerät 43 mit den Brennstoffzufuhr-Einrichtung 7, 7’ wirkverbunden, was jeweils durch eine strichlierte Linie 47, 47’ schematisch angedeutet ist. Schließlich ist das Motorsteuergerät 43 auch mit dem Ventilelement 41 wirkverbunden, was durch eine strichlierte Linie 49 schematisch angedeutet ist. Über die Wirkverbindungen sind die Funktionsstellungen der einzelnen Elemente durch das Motorsteuergerät 43 einstellbar, insbesondere kann das Motorsteuergerät 43 die Strömungsbeeinflussungselemente 17, 17’ und das Ventilelement 41 öffnen und schließen, und es kann die Brennstoffzufuhr-Einrichtungen 7, 7’ aktivieren und deaktivieren, sowie die über die Brennstoffzufuhr-Einrichtungen 7, 7’ zugeführte Brennstoffmenge steuern oder regeln.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist es möglich, in einem niedrigen Lastbereich und/oder im Leerlauf eine der Zylinderbänke 3, 3’ abzuschalten, indem die der abzuschaltenden Zylinderbank 3, 3’ zugeordneten Brennstoffzufuhr-Einrichtungen 7, 7’ deaktiviert werden. Dementsprechend werden die Zylinder 5, 5’ der abgeschalteten Zylinderbank 3, 3’ nicht mehr befeuert und tragen nicht mehr zur Leistung der Brennkraftmaschine 1 bei. Diese wird vielmehr alleine durch die noch befeuerte Zylinderbank 3, 3’ beziehungsweise deren Zylinder 5, 5’ erbracht.
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Bei bekannten Brennkraftmaschinen 1 und bekannten Verfahren zu deren Betrieb wird in einem solchen Betriebszustand reduzierter Leistung das zugeordnete Strömungsbeeinflussungselement 17, 17’ für die abgeschaltete Zylinderbank 3, 3’ geschlossen, sodass keine oder nur eine geringe Frischluftmenge über die abgeschaltete Zylinderbank 3, 3’ strömt. Zugleich wird das Ventilelement 41 geöffnet, um – wie bereits beschrieben – ein Unterschreiten der Pumpgrenze des Verdichters 25 und somit ein Verdichterpumpen zu verhindern. Dies hat allerdings den Nachteil, dass der Abgasturbolader 21 und somit auch die gesamte Brennkraftmaschine 1 bei einer Lastaufschaltung nur sehr träge anspricht und die angeforderte Leistung verzögert abgibt.
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Daher wird nach dem hier vorgeschlagenen Verfahren anders vorgegangen: Das Motorsteuergerät 43 ermittelt, welcher Betriebszustand momentan vorliegt, insbesondere ob der momentane Betriebszustand einem Leerlauf, einem Teillastbetrieb oder einem Volllastbetrieb entspricht. Hierzu ist das Motorsteuergerät 43 bevorzugt mit einem Erfassungsmittel 51 für eine Last- oder Drehmomentanforderung sowie bevorzugt zusätzlich mit einem Drehzahlerfassungsmittel 53 wirkverbunden. Aus der momentanen Last- oder Drehmomentanforderung und bevorzugt der momentanen Drehzahl wird der momentane Betriebszustand durch das Motorsteuergerät 43 ermittelt. Wird dabei ein Teillastbetrieb oder ein Leerlauf festgestellt, wird eine der Zylinderbänke 3, 3’ abgeschaltet, indem die Brennstoffzufuhr-Einrichtungen 7, 7’ dieser Zylinderbank 3, 3’ deaktiviert werden.
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Im Folgenden wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit davon ausgegangen, dass bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die erste Zylinderbank 3 abgeschaltet wird, während die zweite Zylinderbank 3’ auch in niedrigen Lastbereichen sowie im Leerlauf befeuert wird. Das Motorsteuergerät deaktiviert dann die Brennstoffzufuhr-Einrichtungen 7, sodass die Zylinder 5 nicht mehr befeuert werden. Zugleich wird allerdings – im Gegensatz zu der bekannten Vorgehensweise – das Strömungsbeeinflussungselement 17, mithin die Drosselklappe 19, vollständig geöffnet, sodass den Zylindern 5 ein maximal möglicher Frischluftstrom zugeführt wird. Dieser wird ohne Verbrennung über die Zylinder 5 gepumpt und trägt somit zu dem über den Abgasstrang 27 geförderten Abgasmassenstrom bei.
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Entsprechend wird die Turbine 23 nicht nur mit dem Abgas der befeuerten Zylinder 5’, sondern zusätzlich mit der Frischluftmasse aus den Zylindern 5 beaufschlagt, sodass insgesamt ein großer Massenstrom über die Turbine 23 geführt wird. Entsprechend weisen die Turbine 23 und der Verdichter 25 auch im Teillastbetrieb sowie im Leerlauf eine hohe Drehzahl auf. Es ist nicht zu befürchten, dass die Pumpgrenze des Verdichters 25 unterschritten wird, sodass auch kein Risiko eines Verdichterpumpens besteht. Dementsprechend schließt das Motorsteuergerät 43 das Ventilelement 41, weil es nicht nötig ist, Frischluft über den Fluidpfad 37 zurückzuführen, wobei dies sich sogar negativ auf die Leistung der Brennkraftmaschine 1 auswirken würde.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel schließt das Motorsteuergerät bevorzugt zusätzlich oder alternativ ein in einem Turbinen-Bypass angeordnetes Ventilelement, nämlich ein sogenanntes Wastegate.
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Bei einer Lastaufschaltung muss nun der Abgasturbolader 21 nicht erst hochgefahren werden, sondern steht vielmehr sofort mit voller Drehzahl und Leistung zur Verfügung. Daher spricht er – und mithin auch die Brennkraftmaschien 1 – unmittelbar und ohne Verzögerung auf eine Lastaufschaltung an, und stellt insbesondere verzögerungsfrei ein angefordertes Drehmoment zur Verfügung. Das dynamische Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine 1 ist hierdurch verbessert.
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In einem Volllastbetrieb aktiviert das Motorsteuergerät 43 die Brennstoffzufuhr-Einrichtungen 7, 7’ beider Zylinderbänke 3, 3’, sodass alle Zylinder 5, 5’ befeuert werden.
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Bevorzugt nimmt das Motorsteuergerät 43 in stationären Betriebspunkten, wenn sich also der Betriebszustand nicht ändert, keine Änderung an dem Aktivierungs- oder Deaktivierungszustand der Brennstoffzufuhr-Einrichtungen 7, 7’ vor. Diese werden also entsprechend des vorliegenden, stationären Betriebszustandes aktiviert oder deaktiviert gehalten.
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Alternativ zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 1 möglich, bei welchem statt der Drosselklappen 19, 19’ jedem der Zylinder 5, 5’ ein Einlassventil mit vollvariablem Ventiltrieb zugeordnet ist. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel bestimmt das Motorsteuergerät 43 bevorzugt abhängig von dem momentanen Betriebszustand eine Anzahl abzuschaltender Zylinder, wobei je nach angeforderter Leistung eine beliebige Anzahl von Zylindern 5, 5’ bis auf einen Zylinder 5, 5’ abgeschaltet werden kann. In einem Volllastbetrieb werden vorzugsweise alle Zylinder 5, 5’ befeuert. In einem Leerlaufbetrieb wird bevorzugt nur einer der Zylinder 5, 5’ befeuert. In allen dazwischen angeordneten Leistungsbereichen wird die Anzahl der befeuerten Zylinder von einem Zylinder 5, 5’ bis zu allen Zylindern 5, 5’ variiert. Dabei ist es nicht zwingend erforderlich, dass die abgeschalteten Zylinder 5, 5’ sämtlich einer Zylinderbank 3, 3’ zugeordnet sind. Vielmehr ist es möglich, die abgeschalteten Zylinder 5, 5’ variabel auf die Zylinderbänke 3, 3’ zu verteilen, wobei besonders bevorzugt ein Drehmomenten- oder Kräfteausgleich für eine Kurbelwelle berücksichtigt wird.
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Um die Zylinder 5, 5’ einzeln abzuschalten, wird jeweils die zugeordnete Brennstoffzufuhr-Einrichtung 7, 7’ deaktiviert. Zugleich wird für die abgeschalteten Zylinder 5, 5’ das zugeordnete Strömungsbeeinflussungselement 17, 17’, hier das Einlassventil mit vollvariablem Ventiltrieb, vollständig geöffnet, um eine maximal mögliche Frischluftmasse über die abgeschalteten Zylinder in den Abgasstrang 27 zu fördern.
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Alternativ zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist weiterhin ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 1 möglich, bei welchem statt einer Mehrpunkteinspritzung eine Direkteinspritzung vorgesehen ist, wobei die Injektoren 9, 9’ Brennstoff unmittelbar in die Zylinder 5, 5’ eindosieren.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 1, welches einerseits eine Mehrpunkteinspritzung und andererseits Einlassventile mit vollvariablem Ventiltrieb aufweist, wird den Zylindern 5, 5’ über die Frischmassenzufuhr im befeuerten Zustand ein Luft-Brennstoff-Gemisch zugeführt, wobei die zugeführte Menge des Luft-Brennstoff-Gemischs über die Stellung der Einlassventile mit vollvariablem Ventiltrieb variiert wird.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens als Flussdiagramm. In einem Schritt S1 startet das Verfahren. In einem Schritt S2 wird ein momentaner Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 ermittelt, wobei insbesondere festgestellt wird, ob der momentane Betriebszustand einem Leerlauf, einem Teillastbetrieb oder einem Volllastbetrieb entspricht.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird hierzu eine momentan vorliegende Last- oder Drehmomentanforderung einerseits mit einem vorherbestimmten, unteren Grenzwert und andererseits mit einem vorherbestimmten oberen Grenzwert verglichen. Ist die Lastanforderung kleiner oder gleich dem unteren Grenzwert, wird ein Leerlaufbetrieb festgestellt. Alternativ ist es auch möglich, dass ein Leerlaufbetrieb festgestellt wird, wenn die Lastanforderung kleiner ist als der untere Grenzwert, wobei kein Leerlaufbetrieb mehr sondern ein Teillastbetrieb festgestellt wird, wenn die Lastanforderung gleich dem unteren Grenzwert ist. Wird ein Leerlaufbetrieb festgestellt, wird das Verfahren in einer Abzweigung A1 fortgesetzt.
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Ist die Lastanforderung kleiner oder gleich dem vorherbestimmten oberen Grenzwert und größer oder gleich dem unteren Grenzwert, wird ein Teillastbetrieb festgestellt. Alternativ ist es auch möglich, dass ein Teillastbetrieb festgestellt wird, wenn die Lastanforderung kleiner ist als der obere Grenzwert, wobei kein Teillastbetrieb mehr festgestellt wird, wenn die Lastanforderung gleich dem oberen Grenzwert ist. Wird ein Teillastbetrieb festgestellt, wird das Verfahren in einer Abzweigung A2 fortgesetzt.
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Schließlich wird ein Volllastbetrieb festgestellt, wenn die Lastanforderung größer ist als der obere, vorherbestimmte Grenzwert. Alternativ ist es auch möglich, dass ein Volllastbetrieb bereits festgestellt wird, wenn die Lastanforderung gleich dem oberen, vorherbestimmten Grenzwert ist. Wird ein Volllastbetrieb festgestellt, wird das Verfahren in einer Abzweigung A3 fortgesetzt. In der Abzweigung A3 folgt ein dritter Verfahrensschritt S3, in dem alle Zylinder 5, 5’ der Brennkraftmaschine 1 befeuert oder befeuert gehalten werden. Das Verfahren endet in diesem Fall in einem Schritt S4.
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Vorzugsweise wird das Verfahren kontinuierlich durchgeführt, also nach Abschluss des Schritts S4 erneut in dem Schritt S1 begonnen.
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Die Abzweigungen A1 und A2 werden bei der in 2 dargestellten Ausführungsform des Verfahrens zusammengeführt, wobei das Verfahren in beiden Fällen mit einem Schritt S5 fortgesetzt wird. In diesem Schritt wird vorzugsweise abhängig von dem ermittelten Betriebszustand eine Anzahl abzuschaltender Zylinder 5, 5’ bestimmt. Wird das Verfahren für das Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 1 gemäß 1 durchgeführt, wird in dem Schritt S5 stets die erste Zylinderbank 3 deaktiviert, mithin werden die Brennstoffzufuhr-Einrichtungen 7 deaktiviert. Alternativ ist es möglich, das Brennstoffzufuhr-Einrichtungen 7, 7’ von ausgewählten Zylindern 5, 5’ deaktiviert werden, wobei deren Anzahl von dem ermittelten Betriebszustand abhängt.
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In einem Schritt S6 werden den in dem Schritt S5 bestimmten, abgeschalteten Zylindern 5, 5’ zugeordnete Strömungsbeeinflussungselemente 17, 17’ vollständig geöffnet. Bei dem Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 1 gemäß 1 wird beispielsweise die Drosselklappe 19 vollständig geöffnet. Alternativ ist es möglich, dass den abgeschalteten Zylindern 5, 5’zugeordnete Einlassventile mit vollvariablem Ventiltrieb vollständig geöffnet werden.
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Es ist auch ein Ausführungsbeispiel möglich, bei welchem mehr als zwei Zylindergruppen 15, 15’ vorgesehen sein, wobei jeder Zylindergruppe 15, 15’ ein Strömungsbeeinflussungselement 17, 17’ zugeordnet ist. In diesem Fall wird in dem Schritt S5 eine Anzahl abzuschaltender Zylindergruppen 15, 15’ bestimmt, wobei in dem Schritt S6 die den abzuschaltenden Zylindergruppen 15, 15’ zugeordneten Strömungsbeeinflussungselemente 17, 17’ vollständig geöffnet werden.
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Das vollständige Öffnen der Strömungsbeeinflussungselemente 17, 17’ erfolgt vorzugsweise nicht schlagartig, sondern indem diese in Form einer Rampe kontinuierlich oder schrittweise geöffnet werden.
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In einem Schritt S7 wird das Ventilelement 41 geschlossen. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass ein Ventilelement in einem Turbinen-Bypass, mithin ein sogenanntes Wastegate, geschlossen wird. Auch dies wird vorzugsweise nicht schlagartig durchgeführt, sondern in Form einer Rampe, mithin kontinuierlich oder schrittweise.
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In einem Schritt S8 endet das Verfahren.
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Es ist möglich, dass der Schritt S7 entfällt, insbesondere wenn bei dem Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 1, bei welchem das Verfahren durchgeführt wird, kein Fluidpfad 37 beziehungsweise Verdichter-Bypass 39, kein Ventilelement 41 und auch kein Turbinen-Bypass mit einem Wastegate vorgesehen ist.
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Das Verfahren wird bevorzugt kontinuierlich während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 durchgeführt, sodass es unmittelbar anschließend an den Schritt S8 wiederum in dem Schritt S1 beginnt. Wird in dem Schritt S2 ein stationärer Betriebszustand festgestellt, der sich von einem in einem vorgehenden Durchlauf des Verfahrens festgestellten Betriebszustand nicht unterscheidet, ergibt sich in den Schritten S5 bis S7 beziehungsweise S3 keine Änderung. Die deaktivierten und/oder aktivierten Brennstoffzufuhr-Einrichtungen 7 werden demnach aktiviert oder deaktiviert gehalten, und die Stellung der Strömungsbeeinflussungselemente 17, 17’ sowie des Ventilelements 41 werden nicht verändert. Vorzugsweise umfasst das Motorsteuergerät 43 einen Speicherbereich, in dem zumindest der zuletzt festgestellte Betriebszustand gespeichert wird. Besonders bevorzugt wird eine Historie von aufeinanderfolgenden Betriebszuständen protokolliert. Es ist dann möglich, in dem Schritt S2 zu entscheiden, ob ein stationärer Betriebszustand vorliegt. Ist dies der Fall, können die Schritte S3 beziehungsweise S5 bis S7 übersprungen werden, ohne dass Neuberechnungen erforderlich sind.
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Insgesamt zeigt sich, dass es mithilfe des Verfahrens und der Brennkraftmaschine 1 möglich ist, ein Lastaufschaltverhalten der quantitätsgeregelten Brennkraftmaschine 1, insbesondere eines Gasmotors, und damit insbesondere deren dynamisches Ansprechverhalten zu verbessern.
