DE102015112195A1

DE102015112195A1 - Twin-Scroll-Turbolader in einem Motor mit variablem Hubraum

Info

Publication number: DE102015112195A1
Application number: DE102015112195.6A
Authority: DE
Inventors: Brad Alan Boyer; Gregory Patrick McConville; Kim Hwe Ku; James Douglas Ervin
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2015-07-27
Publication date: 2016-02-04
Also published as: CN105317539A; RU2015130085A3; CN105317539B; RU2699449C2; US20160333774A1; US9915194B2; US9399969B2; RU2015130085A; US20160032869A1; US9702295B2; US20170276061A1

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Betreiben eines mit einem Twin-Scroll-Turbolader gekoppelten Motors mit VDE-Betrieb (VDE – variable displacement engine / Motor mit variablem Hubraum) bereitgestellt. Ein Verfahren umfasst Leiten von Abgas von einem ersten äußeren Zylinder und einem ersten inneren Zylinder von vier Zylindern zu einer ersten Spirale des Twin-Scroll-Turboladers, Leiten von Abgas von einem zweiten äußeren Zylinder und einem zweiten inneren Zylinder der vier Zylinder zu einer zweiten Spirale des Twin-Scroll-Turboladers, und unter einer ersten Bedingung Zünden aller vier Zylinder mit ungleichmäßiger Zündung.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Turboladerlayout für einen Motor mit variablem Hubraum.
Hintergrund und Kurzfassung
Zweiflutige oder „Twin-Scroll“-Turbolader-Konfigurationen können in turboaufgeladenen Motoren verwendet werden. Eine Twin-Scroll-Turbolader-Konfiguration kann einen Einlass zu einer Abgasturbine in zwei getrennte Kanäle trennen, die mit Abgaskrümmerrohren verbunden sind, so dass Abgase aus den Motorzylindern, deren Abgasimpulse einander stören könnten, getrennt werden.
Zum Beispiel können bei einem typischen Reihen-Vierzylinder(I4-)Motor mit einer Zylinderzündfolge von 1-3-4-2 Abgaskrümmerrohre von Zylinder 1 und Zylinder 4 mit einem ersten Einlass einer Twin-Scroll-Turbine verbunden werden, und Abgaskrümmerrohre von Zylinder 2 und Zylinder 3 können mit einem zweiten Einlass der Twin-Scroll-Turbine verbunden werden, wobei sich der zweite Einlass von dem ersten Einlass unterscheidet. Dieses Trennen von Abgasimpulsen kann zu einem erhöhten Wirkungsgrad der Abgaszufuhr zur Turbine führen und kann die Leistungsabgabe der Turbine erhöhen.
Die obige Konfiguration ist jedoch möglicherweise nicht auf einen Motor mit einer anderen Zündfolge anwendbar. Als Beispiel können Zündereignisse in einem Vierzylindermotor so konfiguriert sein, dass sie in der Reihenfolge 1-3-2-4 auftreten. In diesem Szenario kann das Koppeln der Abgaskrümmerrohre von den Zylindern 1 und 4 mit einem ersten Einlass und das Koppeln der Abgaskrümmerrohre von den Zylindern 2 und 3 mit einem zweiten Einlass der Twin-Scroll-Turbine zu einer Abgasimpulsstörung führen, die eine Verringerung des volumetrischen Wirkungsgrads erzeugt und ein Hochlaufen der Turbine beeinträchtigt.
Die vorliegenden Erfinder haben das obige Problem identifiziert und einen Ansatz konzipiert, der diesem Problem wenigstens teilweise begegnet. Gemäß einem Ansatz umfasst ein Verfahren für den Motor Leiten von Abgas von einem ersten äußeren Zylinder und einem ersten inneren Zylinder von vier Zylindern zu einer ersten Spirale eines Twin-Scroll-Turboladers, Leiten von Abgas von einem zweiten äußeren Zylinder und einem zweiten inneren Zylinder der vier Zylinder zu einer zweiten Spirale des Twin-Scroll-Turboladers, und unter einer ersten Bedingung Betreiben aller Zylinder mit mindestens einer ungleichmäßigen Zündung. Ein beispielhafter Motor kann vier Zylinder umfassen, die in einer Reihenkonfiguration mit einer Zündfolge von 1-3-2-4, wie oben erwähnt, angeordnet sind. Basierend auf Zylinderpositionen in einem Motorblock kann Zylinder 1 als erster äußerer Zylinder kategorisiert werden, kann Zylinder 4 als zweiter äußerer Zylinder gekennzeichnet werden. Zylinder 2 kann als erster innerer Zylinder (neben Zylinder 1) kategorisiert werden und Zylinder 3 basierend auf seiner Position im Motorblock als zweiter innerer Zylinder (neben Zylinder 4) identifiziert werden. Durch Trennen von Abgas aus den Zylindern 1 und 2 von dem aus den Zylindern 3 und 4 strömenden Abgas kann eine Abgasimpulstrennung zwischen den Zylindern 1 und 4 und zwischen den Zylindern 2 und 3 aufrechterhalten werden.
Als anderes Beispiel kann ein turboaufgeladener Motor mit variablem Hubraum vier Reihenzylinder enthalten, so dass zwei Zylinder als äußere Zylinder positioniert sind, während die verbleibenden beiden Zylinder als innere Zylinder positioniert sind. Der Motor kann für Betrieb mit einer Zündfolge erster äußerer Zylinder – zweiter innerer Zylinder – zweiter äußerer Zylinder – erster innerer Zylinder – konfiguriert sein. Zur Ermöglichung einer ausreichenden Abgasimpulstrennung können Abgaskrümmerrohre vom ersten äußeren Zylinder und ersten inneren Zylinder fluidisch mit einer ersten Spirale einer Abgasturbine des Turboladers gekoppelt sein, während Abgaskrümmerrohre vom zweiten inneren Zylinder und zweiten äußeren Zylinder fluidisch mit einer zweiten Spirale der Abgasturbine des Turboladers gekoppelt sein können. Der Motor kann durch Zünden des ersten äußeren Zylinders in der Mitte zwischen dem zweiten inneren Zylinder und dem zweiten äußeren Zylinder und durch Zünden des ersten inneren Zylinders, des zweiten inneren Zylinders und des zweiten äußeren Zylinders in Abständen von 240 Kurbelwellengrad voneinander mit ungleichmäßiger Zündung betrieben werden. Somit kann der erste äußere Zylinder ungefähr 120 Kurbelwellengrad nach dem Zünden des zweiten äußeren Zylinders und 120 Kurbelwellengrad vor dem Zünden des zweiten inneren Zylinders gezündet werden. Des Weiteren kann der Motor durch Deaktivieren des ersten äußeren Zylinders und Zünden der verbleibenden drei Zylinder in Abständen von 240 Kurbelwellengrad in einem Modus mit variablem Hubraum (oder in einem Modus mit reduzierten Zylindern) betrieben werden.
Auf diese Weise kann ein turboaufgeladener Motor mit einer Zündfolge von 1-3-2-4 mit Abgasimpulstrennung betrieben werden. Durch Zuführung von Abgas von Zylinder 1 und Zylinder 2 zu einer ersten Spirale einer Abgasturbine und Leiten von Abgas von Zylinder 3 und Zylinder 4 zu einer zweiten Spirale der Abgasturbine kann Abgasimpulsstörung während eines Modus mit ungleichmäßiger Zündung reduziert werden. Jede Spirale der Abgasturbine kann im Vollzylindermodus mit ungleichmäßiger Zündung und gleichmäßigen Zündmodus mit reduzierten Zylindern durch mindestens 240 Kurbelwellengrad getrennte Abgasimpulse empfangen. Abgasimpulstrennung mit einem Twin-Scroll-Turbolader kann eine effizientere Rückgewinnung von kinetischer Energie aus den Abgasen ermöglichen. Deshalb kann der Motor mit erhöhter Leistungsabgabe und verbesserter Kraftstoffeffizienz betrieben werden.
Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung dazu vorgesehen ist, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands aufzeigen, dessen Schutzbereich einzig durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Des Weiteren ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem anderen Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile lösen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Schemadiagramm eines beispielhaften Zylinders in einem Motor.
2 stellt ein schematisches Layout eines Vierzylindermotors mit einem zweiflutigen Turbolader gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
3 ist eine Darstellung einer Kurbelwelle gemäß der vorliegenden Offenbarung.
4 zeigt ein anderes Auslass-Layout für die in 2 gezeigte Ausführungsform.
5 zeigt ein Schemadiagramm eines Motors, der eine Kurbelwelle, eine Ausgleichswelle und eine Nockenwelle enthält, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
6–8 zeigen beispielhafte Zündzeitpunktdiagramme in verschiedenen Motorbetriebsmodi.
9 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm zum Auswählen eines VDE-Betriebsmodus oder eines Nicht-VDE-Betriebsmodus basierend auf Motorbetriebsbedingungen.
10 stellt ein beispielhaftes Flussdiagramm für Wechsel zwischen verschiedenen Motormodi basierend auf Motorbetriebsbedingungen gemäß der vorliegenden Offenbarung dar.
11 legt beispielhafte Diagramme dar, die die Motorbetriebsmodusauswahl basierend auf Motordrehzahl und Motorlast darstellen.
12 zeigt ein beispielhaftes Layout des Motors von 2 mit einem integrierten Abgaskrümmer.
13 legt ein anderes Auslass-Layout für den Motor von 12 dar.
14 zeigt eine Ausführungsform des Motors von 2 mit einem Nockenprofilumschaltungssystem, das dem Motor gestattet, im Wesentlichen in einem Dreizylindermodus zu arbeiten.
15 zeigt eine beispielhafte Ventilsteuerung für die Ausführungsform von 14 gemäß der vorliegenden Offenbarung.
16 ist ein beispielhaftes Flussdiagramm für den Betrieb des beispielhaften Motors von 14.
17 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm für den Wechsel zwischen verschiedenen Motorbetriebsmodi für den beispielhaften Motor von 14.
18 zeigt beispielhafte Wechsel zwischen den zwei VDE- und Nicht-VDE-Motorbetriebsmodi.
Detaillierte Beschreibung
Die folgende Beschreibung betrifft den Betrieb eines Motorsystems, wie zum Beispiel des Motorsystems von 1. Das Motorsystem kann ein Vierzylindermotor, der in einem VDE-Modus (Betrieb des Motors mit variablem Hubraum) betrieben werden kann, gekoppelt mit einem zweiflutigen Turbolader (Twin-Scroll Turbolader), wie in 2 gezeigt, sein. Der Vierzylindermotor kann ein symmetrisches Auslass-Layout, wie in 2 gezeigt, oder ein asymmetrisches Auslass-Layout, wie in 4 gezeigt, aufweisen. Des Weiteren kann der Motor eine Kurbelwelle, wie zum Beispiel die Kurbelwelle von 3, die Motorbetrieb in einem Dreizylinder- oder Zweizylindermodus, jeweils mit gleichmäßiger Zündung, wie in den 6 bzw. 8 gezeigt, ermöglicht, enthalten. Des Weiteren kann der Motor in einem Vierzylindermodus mit ungleichmäßiger Zündung betrieben werden, wie in 7 gezeigt. Eine Steuerung kann dazu konfiguriert sein, einen Motorbetriebsmodus basierend auf Motorlast auszuwählen und kann zwischen diesen Modi basierend auf Änderungen der Drehmomentanforderung (18), Motorlast und -drehzahl (11) wechseln (9 und 10). Die Kurbelwellendrehung in dem beispielhaften Motor kann durch eine einzige Ausgleichswelle ausgeglichen werden, wie in 5 gezeigt, die in einer entgegengesetzten Richtung zu der der Kurbelwelle dreht. Das Motorsystem von 2 kann dahingehend modifiziert werden, einen integrierten Abgaskrümmer (IEM – integrated exhaust manifold) mit symmetrischem Auslass-Layout (12) oder asymmetrischem Auslass-Layout (13) zu enthalten. Eine zusätzliche Ausführungsform des Motors (14) kann einen Motor enthalten, der in der Lage ist, in erster Linie in einem Dreizylinder-VDE-Modus mit nur gelegentlichem Ausweichen in einen Vierzylindermodus zu arbeiten. Hierbei kann der Motorbetrieb im Dreizylindermodus einen Betrieb entweder mit einer kürzeren Einlassdauer oder einer längeren Einlassdauer (15) umfassen. Die Steuerung kann den Motorbetriebsmodus (16) basierend auf Motorlast auswählen und kann zwischen den zur Verfügung stehenden Modi basierend auf Änderungen der Motorlast (17) wechseln.
Nunmehr auf 1 Bezug nehmend, zeigt diese eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit Fremdzündung 10. Der Motor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem, das eine Steuerung 12 enthält, und durch Eingabe von einem Fahrzeugführer 132 über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel enthält die Eingabevorrichtung 130 ein Fahrpedal und einen Pedalstellungssensor 134 zur Erzeugung eines proportionalen Pedalstellungssignals PP.
Die Brennkammer 30 (auch als Zylinder 30 bekannt) des Motors 10 kann Brennkammerwände 32 mit darin positioniertem Kolben 36 enthalten. Der Kolben 36 kann mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, so dass die Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein Zwischengetriebesystem (nicht gezeigt) mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Des Weiteren kann ein Startermotor über ein Schwungrad (nicht gezeigt) mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, um einen Startbetrieb des Motors 10 zu ermöglichen.
Die Brennkammer 30 kann Einlassluft von dem Einlasskrümmer 44 über den Einlasskanal 42 empfangen und kann Verbrennungsgase über den Abgaskrümmer 48 und den Auslasskanal 58 ablassen. Der Einlasskrümmer 44 und der Abgaskrümmer 48 können über ein jeweiliges Einlassventil 52 bzw. Auslassventil 54 gezielt mit der Brennkammer 30 in Verbindung treten. Bei einigen Ausführungsformen kann die Brennkammer 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile aufweisen.
In dem Beispiel von 1 können das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 durch Nockenbetätigung über jeweilige Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 können jeweils einen oder mehrere Nocken enthalten, die an einer oder mehreren Nockenwellen (in 1 nicht gezeigt) angebracht sind und können Systeme zur Nockenprofilumschaltung (CPS – cam profile switching) und/oder variablen Nockenwellenverstellung (VCT – variable cam timing) und/oder variablen Ventilsteuerung (VVS) und/oder zum variablen Ventilhub (VVL – variable valve lift) verwenden, die durch die Steuerung 12 zur Änderung des Ventilbetriebs betrieben werden können. Die Winkelstellung von Einlass- und Auslassnockenwellen kann durch Positionssensoren 55 bzw. 57 bestimmt werden. Bei alternativen Ausführungsformen können das Einlassventil 52 und/oder das Auslassventil 54 durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Zylinder 30 als Alternative ein Einlassventil, das über elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil, das über Nockenbetätigung, darunter CPS und/oder VCT, gesteuert wird, enthalten.
In der Darstellung ist ein Kraftstoffeinspritzventil 66 direkt mit der Brennkammer 30 gekoppelt, um Kraftstoff proportional zu der Impulsbreite des von der Steuerung 12 über den elektronischen Treiber 99 empfangenen Signals FPW darin einzuspritzen. Auf diese Weise stellt das Kraftstoffeinspritzventil 66 eine so genannte Direkteinspritzung von Kraftstoff in die Brennkammer 30 bereit. Das Kraftstoffeinspritzventil kann zum Beispiel in der Seite der Brennkammer oder im oberen Teil der Brennkammer angebracht sein. Kraftstoff kann dem Kraftstoffeinspritzventil 66 durch ein nicht gezeigtes Kraftstoffsystem, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoff-Verteilerleitung enthält, zugeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die Brennkammer 30 als Alternative oder zusätzlich dazu in einer Konfiguration, die eine so genannte Kanaleinspritzung von Kraftstoff in den Einlassdurchgang stromaufwärts der Brennkammer 30 bereitstellt, ein im Einlasskrümmer 44 angeordnetes Kraftstoffeinspritzventil enthalten.
Das Zündsystem 88 kann der Brennkammer 30 über eine Zündkerze 91 als Reaktion auf ein Zündungsfrühverstellungssignal SA von der Steuerung 12 unter ausgewählten Betriebsmodi einen Zündfunken zuführen. Obgleich Funkenzündungskomponenten gezeigt werden, können in einigen Ausführungsformen die Brennkammer 30 oder eine oder mehrere andere Brennkammern des Motors 10 in einem Eigenzündungsmodus mit oder ohne Zündfunken betrieben werden.
Ferner kann der Motor 10 weiterhin eine Verdichtungsvorrichtung, wie zum Beispiel einen Turbolader oder einen Auflader, enthalten, die mindestens einen Verdichter 94 enthalten, der entlang dem Einlasskanal 42 angeordnet ist. Bei einem Turbolader kann der Verdichter 94 zumindest teilweise durch eine entlang dem Auslasskanal 58 angeordnete Turbine 92 (zum Beispiel über eine Welle) angetrieben werden. Der Verdichter 94 saugt Luft aus dem Einlasskanal 42 zur Versorgung der Aufladekammer 46. Abgase drehen die Abgasturbine 92, die über die Welle 96 mit dem Verdichter 94 gekoppelt ist. Bei einem Auflader kann der Verdichter 94 zumindest teilweise durch den Motor und/oder eine elektrische Maschine angetrieben werden und enthält möglicherweise keine Abgasturbine. Somit kann das Ausmaß der Verdichtung, mit der ein oder mehrere Zylinder des Motors über einen Turbolader oder Auflader beaufschlagt werden, durch die Steuerung 12 variiert werden.
Ein Wastegate 69 kann über die Abgasturbine 92 in einem Turbolader gekoppelt sein. Insbesondere kann das Wastegate 69 in einem Bypass-Kanal 67 enthalten sein, der zwischen einem Einlass und einem Auslass der Abgasturbine 92 gekoppelt ist. Durch Einstellen einer Stellung eines Wastegate 69 kann eine durch die Abgasturbine bereitgestellte Aufladungshöhe gesteuert werden.
In der Darstellung steht der Einlasskrümmer 44 mit der Drosselklappe 62 in Verbindung, die eine Drosselklappenplatte 64 aufweist. In diesem bestimmten Beispiel kann die Stellung der Drosselklappenplatte 64 durch die Steuerung 12 über ein Signal geändert werden, das einem Elektromotor oder Aktuator (in 1 nicht gezeigt), der mit der Drosselklappe 62 enthalten ist, zugeführt wird, eine Konfiguration, die gemeinhin als elektronische Drosselklappensteuerung (ETC – electronic throttle control) bezeichnet wird. Die Drosselklappenstellung kann durch den Elektromotor über eine Welle geändert werden. Die Drosselklappe 62 kann Luftstrom von der Einlassaufladekammer 46 zu dem Einlasskrümmer 44 und der Brennkammer 30 (und anderen Motorzylindern) steuern. Die Stellung der Drosselklappenplatte 64 kann der Steuerung 12 durch das Drosselklappenstellungssignal TP von dem Drosselklappenstellungssensor 158 zugeführt werden.
In der Darstellung ist ein Abgassensor 126 stromaufwärts der Emissionssteuervorrichtung 70 mit dem Abgaskrümmer 48 gekoppelt. Der Sensor 126 kann irgendein geeigneter Sensor zur Bereitstellung einer Anzeige eines Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, wie zum Beispiel ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO-(universal or wide-range exhaust gas oxygen), ein Zweizustands-Sauerstoffsensor oder ein EGO-(exhaust gas oxygen), ein HEGO-(heated EGO), ein NOx-, ein HC- oder ein CO-Sensor, sein. Die Emissionssteuervorrichtung 70 ist in der Darstellung entlang des Auslasskanals 58 stromabwärts des Abgassensors 126 und der Abgasturbine 92 angeordnet. Die Emissionssteuervorrichtung 70 kann ein Dreiwege-Katalysator (TWC – three-way catalyst), eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen daraus sein.
Es kann ein Abgasrückführungssystem (EGR-System, EGR – exhaust gas recirculation) verwendet werden, um einen Sollanteil des Abgases vom Auslasskanal 58 zum Einlasskrümmer 44 zu leiten. Als Alternative dazu kann ein Anteil von Verbrennungsgasen in den Brennkammern als interne EGR zurückgehalten werden, indem die Zeitsteuerung der Auslass- und Einlassventile entsprechend gesteuert wird.
In der Darstellung von 1 ist die Steuerung 12 ein herkömmlicher Mikrocomputer, der Folgendes enthält: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangs-Ports (I/O) 104, einen Nurlesespeicher (ROM) 106, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 108, einen Erhaltungsspeicher (KAM) 110 und einen herkömmlichen Datenbus. Die Steuerung 12 steuert verschiedene Aktuatoren, wie zum Beispiel die Drosselklappenplatte 64, das Wastegate 69, das Kraftstoffeinspritzventil 66 und dergleichen, an. Die Steuerung 12 empfängt in der Darstellung neben den zuvor besprochenen Signalen verschiedene Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren, darunter die Motorkühlmitteltemperatur (ECT – engine coolant temperature) von dem mit der Kühlhülse 114 gekoppelten Temperatursensor 112; einen mit einem Fahrpedal 130 gekoppelten Positionssensor 134 zum Erfassen der von dem Fahrzeugführer 132 eingestellten Fahrpedalstellung; eine Messung des Motorkrümmerdrucks (MAP – manifold air pressure) von dem mit dem Einlasskrümmer 44 gekoppelten Drucksensor 121; eine Messung des Aufladedrucks von dem mit der Aufladekammer 46 gekoppelten Drucksensor 122; ein Profilzündungsaufnahmesignal (PIP – profile ignition pickup signal) von dem mit der Kurbelwelle 40 gekoppelten Hall-Sensor 118 (oder Sensor anderer Art); eine Messung der in den Motor eintretenden Luftmasse von dem Luftmassensensor 120; und eine Messung der Drosselstellung (TP – throttle position) von einem Sensor 158. Barometerdruck kann zur Verarbeitung durch die Steuerung 12 auch erfasst werden (Sensor nicht gezeigt). Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung kann ein Kurbelwellensensor 118, der als ein Motordrehzahlsensor verwendet werden kann, eine vorbestimmte Anzahl von gleichmäßig beabstandeten Impulsen für jeder Umdrehung der Kurbelwelle erzeugen, aus der die Motordrehzahl (RPM) bestimmt werden kann. Solche Impulse können, wie oben erwähnt, als ein Profilzündungsaufnahmesignal (PIP) an die Steuerung 12 weitergeleitet werden.
Wie oben beschrieben, zeigt 1 nur einen Zylinder eines Mehrzylindermotors, und dass jeder Zylinder ebenso seinen eigenen Satz von Einlass-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzventilen, Zündkerzen usw. aufweist. Des Weiteren kann der Motor bei den hierbei beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen mit einem (nicht gezeigten) Startermotor zum Starten des Motors gekoppelt sein. Der Startermotor kann angetrieben werden, wenn der Fahrer zum Beispiel einen Schlüssel im Zündschalter an der Lenksäule dreht. Der Starter wird nach dem Motorstart ausgerückt, indem der Motor 10 zum Beispiel nach einer vorbestimmten Zeit eine vorbestimmte Drehzahl erreicht.
Im Betrieb erfährt jeder Zylinder im Motor 10 in der Regel einen Viertaktprozess: der Prozess umfasst den Ansaughub, den Verdichtungshub, den Arbeitshub und den Auslasshub. Während des Ansaughubs schließt sich allgemein das Auslassventil 54 und das Einlassventil 52 öffnet sich. Über den Einlasskrümmer 44 wird Luft in den Zylinder 30 eingeleitet, und der Kolben 36 bewegt sich zum Boden des Zylinders, um das Volumen in dem Zylinder 30 zu vergrößern. Die Position, in der sich der Kolben 36 nahe dem Boden des Zylinders und am Ende seines Hubs befindet (zum Beispiel, wenn der Zylinder 30 sein größtes Volumen aufweist), wird in der Regel von dem Fachmann als unterer Totpunkt (uT) bezeichnet. Während des Verdichtungshubs sind das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich zum Zylinderkopf, um die Luft in dem Zylinder 30 zu komprimieren. Der Punkt, an dem sich der Kolben 36 an seinem Hubende befindet und er am nächsten zum Zylinderkopf liegt (zum Beispiel, wenn der Zylinder 30 sein kleinstes Volumen aufweist), wird vom Fachmann in der Regel als oberer Totpunkt (oT) bezeichnet. Bei einem im Folgenden als Einspritzung bezeichneten Vorgang wird Kraftstoff in die Brennkammer eingeleitet. Bei einem im Folgenden als Zündung bezeichneten Vorgang wird der eingespritzte Kraftstoff durch ein bekanntes Zündmittel, wie zum Beispiel eine Zündkerze 91, gezündet, was zur Verbrennung führt. Zusätzlich oder als Alternative dazu kann Kompression zum Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemisches verwendet werden. Während des Arbeitshubs drücken die expandierenden Gase den Kolben 36 zum uT zurück. Die Kurbelwelle 40 wandelt die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle um. Schließlich öffnet sich das Auslassventil 54 während des Auslasshubs, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch zum Abgaskrümmer 48 abzugeben, und der Kolben kehrt zum oT zurück. Es sei darauf hingewiesen, dass Obiges nur als Beispiel gezeigt wird und dass die Zeitpunkte des Öffnens und/oder Schließens des Einlass- und Auslassventils variieren können, um eine positive oder negative Ventilüberschneidung, spätes Schließen des Einlassventils, frühes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele zu liefern.
Nunmehr auf 2 Bezug nehmend, zeigt diese ein Schemadiagramm eines Mehrzylinderverbrennungsmotors, bei dem es sich um den Motor 10 von 1 handeln kann. Die in 2 gezeigte Ausführungsform enthält ein variables Nockenwellenverstellungssystem (VCT-System) 202, ein Nockenwellenprofilumschaltungssystem (CPS-System) 204, einen Turbolader 290 und eine Emissionssteuervorrichtung 70. Es versteht sich, dass in 1 vorgestellte Motorsystemkomponenten analog nummeriert sind und nicht erneut vorgestellt werden.
Motor 10 kann mehrere Brennkammern (das heißt Zylinder) 212 enthalten, die oben durch den Zylinderkopf 216 bedeckt sein können. In dem in 2 gezeigten Beispiel enthält Motor 10 vier Brennkammern: 31, 33, 35 und 37. Es versteht sich, dass die Zylinder einen einzigen (nicht gezeigten) Motorblock und ein (nicht gezeigtes) Kurbelgehäuse teilen können.
Wie vorher unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, kann jede Brennkammer Einlassluft vom Einlasskrümmer 44 über den Einlasskanal 42 empfangen. Der Einlasskrümmer 44 kann über Einlassdurchgänge mit den Brennkammern gekoppelt sein. Jeder Einlassdurchgang kann dem Zylinder, mit dem er gekoppelt ist, Luft und/oder Kraftstoff zur Verbrennung zuführen. Jeder Einlassdurchgang kann über ein oder mehrere Einlassventile selektiv mit dem Zylinder verbunden sein. Die Zylinder 31, 33, 35 und 37 werden in 2 mit jeweils zwei Einlassventilen gezeigt. Zum Beispiel weist der Zylinder 31 zwei Einlassventile I1 und I2 auf, der Zylinder 33 weist zwei Einlassventile I3 und I4 auf, der Zylinder 35 weist zwei Einlassventile I5 und I6 auf, und der Zylinder 37 weist zwei Einlassventile I7 und I8 auf.
Die vier Zylinder 31, 33, 35 und 37 sind in einer Reihen-Vierzylinderkonfiguration angeordnet, in der die Zylinder 31 und 37 als äußere Zylinder und die Zylinder 33 und 35 als innere Zylinder positioniert sind. Mit anderen Worten, die Zylinder 33 und 35 sind nebeneinander und zwischen den Zylindern 31 und 37 am Motorblock angeordnet. Hierbei können die äußeren Zylinder 31 und 37 als die inneren Zylinder 33 und 35 flankierend beschrieben werden. Obgleich der Motor 10 als ein Reihen-Vierzylindermotor mit vier Zylindern gezeigt wird, versteht sich, dass andere Ausführungsformen eine andere Anzahl von Zylindern enthalten können.
Jede Brennkammer kann Verbrennungsgase über ein oder mehrere Auslassventile in damit gekoppelte Auslassdurchgänge ablassen. Die Zylinder 31, 33, 35 und 37 weisen in der Darstellung von 2 zwei Auslassventile auf, jeweils zum Ablassen von Verbrennungsgasen. Beispielsweise weist der Zylinder 31 zwei Auslassventile E1 und E2 auf, der Zylinder 33 weist zwei Auslassventile E3 und E4 auf, der Zylinder 35 weist zwei Auslassventile E5 und E6 auf, und der Zylinder 37 weist zwei Auslassventile E7 und E8 auf.
Jeder Zylinder kann mit einem jeweiligen Auslassdurchgang zum Ablassen von Verbrennungsgasen gekoppelt sein. In dem Beispiel von 2 empfängt der Auslassdurchgang 20 Abgase von Zylinder 31 über die Auslassventile E1 und E2. Analog dazu empfängt der Auslassdurchgang 22 den Zylinder 33 verlassende Abgase über die Auslassventile E3 und E4, der Auslassdurchgang 24 empfängt Abgase von Zylinder 35 über die Auslassventile E5 und E6, und der Auslassdurchgang 26 empfängt den Zylinder 37 verlassende Abgase über die Auslassventile E7 und E8. Von dort werden die Abgase über ein geteiltes Krümmersystem zu der Abgasturbine 92 des Turboladers 290 geleitet. Es sei darauf hingewiesen, dass in dem Beispiel von 2 der geteilte Abgaskrümmer nicht in den Zylinderkopf 216 integriert ist.
Wie in 2 gezeigt, kann der Auslassdurchgang 20 über das Krümmerrohr 39 fluidisch mit dem ersten Sammler 23 gekoppelt sein, während der Auslassdurchgang 22 über das Krümmerrohr 41 fluidisch mit dem ersten Sammler 23 verbunden sein kann. Ferner kann der Auslassdurchgang 24 über das Krümmerrohr 43 fluidisch mit dem zweiten Sammler 24 gekoppelt sein, während der Auslassdurchgang 26 über das Krümmerrohr 45 fluidisch mit dem zweiten Sammler 25 verbunden sein kann. Somit können die Zylinder 31 und 33 ihre Verbrennungsgase über jeweilige Auslassdurchgänge 20 und 22 und über Krümmerrohre 39 bzw. 41 in den ersten Sammler 23 ablassen. Die Krümmerrohre 39 und 41 können an der Y-Verzweigung 250 zu dem ersten Sammler 23 zusammengeführt sein. Die Zylinder 35 und 37 können ihre Abgase über die Auslassdurchgänge 24 bzw. 26 durch jeweilige Krümmerrohre 43 und 45 in den zweiten Sammler 25 ausstoßen. Die Krümmerrohre 43 und 45 können an der Y-Verzweigung 270 zu dem zweiten Sammler 25 zusammengeführt sein. Somit steht der erste Sammler 23 mit den Krümmerrohren 43 und 45 von den Zylindern 24 bzw. 26 möglicherweise nicht fluidisch in Verbindung. Ferner steht der zweite Sammler 25 möglicherweise mit den Krümmerrohren 39 und 41 von den Zylindern 31 bzw. 33 nicht fluidisch in Verbindung. Darüber hinaus stehen der erste Sammler 23 und der zweite Sammler 25 möglicherweise nicht miteinander in Verbindung. In dem gezeigten Beispiel sind der erste Sammler 23 und der zweite Sammler 25 möglicherweise nicht in dem Zylinderkopf 216 enthalten und befinden sich möglicherweise außerhalb des Zylinderkopfs 216.
Jede Brennkammer kann Kraftstoff von (nicht gezeigten) Kraftstoffeinspritzventilen, die als Direkteinspritzventile direkt mit dem Zylinder gekoppelt sind, und/oder von Einspritzventilen, die als Kanaleinspritzventile mit dem Einlasskrümmer gekoppelt sind, empfangen. Ferner können Luftladungen in jedem Zylinder über Funken von jeweiligen (nicht gezeigten) Zündkerzen gezündet werden. Bei anderen Ausführungsformen können die Brennkammern des Motors 10 in einem Kompressionszündungsmodus mit oder ohne Zündfunken betrieben werden.
Wie oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde, kann der Motor 10 einen Turbolader 290 enthalten. Der Turbolader 290 kann eine Abgasturbine 92 und einen Einlassverdichter 94 enthalten, die auf einer gemeinsamen Welle 96 gekoppelt sind. Die Schaufeln der Abgasturbine 92 können um die gemeinsame Welle 96 in Drehung versetzt werden, wenn ein Teil des vom Motor 10 abgeführten Abgasstroms auf die Schaufeln der Turbine auftrifft. Der Einlassverdichter 94 kann so mit der Abgasturbine 92 gekoppelt sein, dass der Verdichter 94 betätigt werden kann, wenn die Schaufeln der Abgasturbine 92 in Drehung versetzt werden. Wenn der Verdichter 94 betätigt ist, kann er druckbeaufschlagtes Gas durch die Aufladekammer 46 und den Ladeluftkühler 90 zu dem Einlasskrümmer 44 leiten, von wo es dann zum Motor 10 geleitet werden kann. Auf diese Weise kann der Turbolader 290 zur Bereitstellung einer Ladeluftladung für den Motoreinlass konfiguriert sein.
Der Einlasskanal 42 kann eine Lufteinlassdrosselklappe 62 stromabwärts des Ladeluftkühlers 90 enthalten. Die Stellung der Drosselklappe 62 kann durch das Steuersystem 15 über einen (nicht gezeigten) Drosselklappenaktuator, der kommunikativ mit der Steuerung 12 gekoppelt ist, eingestellt werden. Durch Modulieren der Lufteinlassdrosselklappe 62 kann bei Betrieb des Verdichters 94 eine Frischluftmenge aus der Atmosphäre in den Motor 10 eingespeist, durch den Ladeluftkühler 90 gekühlt und den Motorzylindern auf Verdichterdruck (oder Ladedruck) über den Einlasskrümmer 44 zugeführt werden. Zum Reduzieren eines Verdichterpumpens kann mindestens ein Teil der durch den Verdichter 94 komprimierten Ladeluft zum Verdichtereinlass zurückgeführt werden. Ein Verdichterrückführungskanal 49 kann zum Zurückführen von gekühlter komprimierter Luft von stromabwärts des Ladeluftkühlers 90 zu dem Verdichtereinlass vorgesehen sein. Ein Verdichterrückführungsventil 27 kann zur Einstellung einer Menge von zu dem Verdichtereinlass zurückgeführtem gekühltem Rückführungsstrom vorgesehen sein.
Der Turbolader 290 kann als ein mehrflutiger Turbolader (Multi-Scroll Turbolader) konfiguriert sein, wobei die Abgasturbine 92 mehrere Spiralen enthält. Bei der gezeigten Ausführungsform enthält die Abgasturbine 92 zwei Spiralen, die eine erste Spirale 71 und eine zweite Spirale 63 umfassen. Demgemäß kann es sich bei dem Turbolader 290 um einen zweiflutigen (oder Twin-Scroll-)Turbolader mit mindestens zwei getrennten Abgaseingangswegen, die in und durch die Abgasturbine 92 führen, handeln. Der Twin-Scroll-Turbolader 290 kann dazu konfiguriert sein, Abgas von Zylindern zu trennen, deren Abgasimpulse bei Zuführung zur Abgasturbine 92 einander stören. Somit können die erste Spirale 71 und die zweite Spirale 73 zur Zuführung getrennter Abgasströme zur Abgasturbine 92 verwendet werden.
In dem Beispiel von 2 wird gezeigt, wie die erste Spirale 71 Abgas von den Zylindern 31 und 33 über den ersten Sammler 23 erhält. Die zweite Spirale 73 steht in der Darstellung mit dem zweiten Sammler 25 fluidisch in Verbindung und erhält Abgas von den Zylindern 35 und 37. Deshalb kann Abgas von einem ersten äußeren Zylinder (Zylinder 31) und einem ersten inneren Zylinder (Zylinder 33) zu einer ersten Spirale 73 eines Twin-Scroll-Turboladers 290 geleitet werden. Ferner kann Abgas von einem zweiten äußeren Zylinder (Zylinder 37) und einem zweiten inneren Zylinder (Zylinder 35) zu einer zweiten Spirale 73 des Twin-Scroll-Turboladers 290 geleitet werden. Die erste Spirale 71 empfängt möglicherweise kein Abgas von dem zweiten Sammler 25, und die zweite Spirale 73 empfängt möglicherweise keine Abgasimpulse vom ersten Sammler 23.
Die Abgasturbine 92 kann mindestens ein Wastegate zur Steuerung einer durch die Abgasturbine bereitgestellten Aufladungshöhe enthalten. Wie in 2 gezeigt, kann in dem zwischen einem Einlass und einem Auslass der Abgasturbine 92 gekoppelten Bypass-Kanal 67 ein gemeinsames Wastegate 69 enthalten sein, um eine die Abgasturbine 92 umgehende Abgasmenge zu steuern. Somit kann ein Teil der vom ersten Sammler 23 zu ersten Spirale 71 strömenden Abgase über den Kanal 65 am Wastegate 69 vorbei in den Bypass-Kanal 67 umgeleitet werden. Ferner kann ein anderer Teil der vom zweiten Sammler 25 in die zweite Spirale 73 strömenden Abgase über den Kanal 63 durch das Wastegate 69 umgeleitet werden. Die Abgasturbine 92 und/oder das Wastegate 69 verlassende Abgase können durch die Emissionssteuervorrichtung 70 passieren und das Fahrzeug über ein (nicht gezeigtes) Abgasendrohr verlassen. Bei alternativen Twin-Scroll-Systemen kann jede Spirale ein entsprechendes Wastegate zur Steuerung der durch die Abgasturbine 92 passierenden Abgasmenge enthalten.
Nunmehr auf die Zylinder 31, 33, 35 und 37 Bezug nehmend, umfasst jeder Zylinder, wie zuvor beschrieben, zwei Einlassventile und zwei Auslassventile. Hierbei ist jedes Einlassventil zwischen einer geöffneten Stellung, in der Einlassluft in einen jeweiligen Zylinder gelassen wird, und einer geschlossenen Stellung, die Einlassluft aus dem jeweiligen Zylinder im Wesentlichen blockiert, betätigbar. 2 zeigt, wie die Einlassventile I1–I8 durch eine gemeinsame Einlassnockenwelle 218 betätigt werden. Die Einlassnockenwelle 218 enthält mehrere Einlassnocken, die zur Steuerung des Öffnens und Schließens der Einlassventile konfiguriert sind. Jedes Einlassventil kann durch einen oder mehrere Einlassnocken gesteuert werden, die weiter unten beschrieben werden. Bei einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere zusätzliche Einlassnocken enthalten sein, um die Einlassventile steuern. Darüber hinaus können Einlassaktuatorsysteme die Steuerung von Einlassventilen ermöglichen.
Jedes Auslassventil ist zwischen einer geöffneten Stellung, in der Abgas einen jeweiligen Zylinder verlassen kann, und einer geschlossenen Stellung, die Gas in dem jeweiligen Zylinder im Wesentlichen zurückhält, betätigbar. Des Weiteren zeigt 2, wie die Auslassventile E1–E8 durch eine gemeinsame Auslassnockenwelle 224 betätigt werden.
Die Auslassnockenwelle 224 enthält mehrere Auslassnocken, die zur Steuerung des Öffnens und Schließens der Auslassventile konfiguriert sind. Jedes Auslassventil kann durch einen oder mehrere Auslassnocken, die weiter unten beschrieben werden, gesteuert werden. Bei einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere zusätzliche Auslassnocken enthalten sein, um die Auslassventile zu steuern. Ferner können Auslassaktuatorsysteme die Steuerung von Auslassventilen ermöglichen.
Einlassventilaktuatorsyteme und Auslassventilaktuatorsysteme können ferner Stößelstangen, Kipphebel, Stößel usw. enthalten. Solche Vorrichtungen und Merkmale können die Betätigung der Einlassventile und der Auslassventile durch Umwandlung der Drehbewegung der Nocken in eine translatorische Bewegung der Ventile steuern. In anderen Beispielen können die Ventile über zusätzliche Nockenprofile an den Nockenwellen betätigt werden, wobei die Nockenprofile zwischen den verschiedenen Ventilen eine unterschiedliche Nockenhubhöhe, Nockendauer und/oder Nockensteuerung bereitstellen können. Es können jedoch auch alternative Nockenwellenanordnungen (oben liegend und/oder Stößelstange) verwendet werden, falls gewünscht. In einigen Beispielen weisen die Zylinder 212 weiterhin möglicherweise nur ein Auslassventil und/oder Einlassventil oder mehr als zwei Einlass- und/oder Auslassventile auf. In noch weiteren Beispielen können die Auslassventile und Einlassventile durch eine gemeinsame Nockenwelle betätigt werden. Bei anderen alternativen Ausführungsformen kann jedoch mindestens eines der Einlassventile und/oder Auslassventile durch seine eigene unabhängige Nockenwelle oder eine andere Vorrichtung betätigt werden.
Der Motor 10 kann ein Motor mit variablem Hubraum (VDE) sein, und eine Untergruppe der vier Zylinder 212 kann, falls gewünscht, über einen oder mehrere Mechanismen deaktiviert werden. Deshalb kann die Steuerung 12 zum Deaktivieren von Einlass- und Auslassventilen für ausgewählte Zylinder bei Betrieb des Motors 10 im VDE-Modus konfiguriert sein. Einlass- und Auslassventile von ausgewählten Zylindern können im VDE-Modus durch Schaltstößel, Schaltkipphebel oder Schaltrollenschwinghebel deaktiviert werden.
In dem vorliegenden Beispiel sind die Zylinder 31, 35 und 37 deaktivierbar. Jeder dieser Zylinder weist einen ersten Einlassnocken und einen zweiten Einlassnocken pro auf der gemeinsamen Einlassnockenwelle 218 angeordnetem Einlassventil und einen ersten Auslassnocken und einen zweiten Auslassnocken pro auf der gemeinsamen Auslassnockenwelle 224 positioniertem Auslassventil auf.
Die ersten Einlassnocken weisen ein erstes Nockenprofil zum Öffnen der Einlassventile für eine erste Einlassdauer auf. In dem Beispiel von 2 können die ersten Einlassnocken C1 und C2 des Zylinders 31, die ersten Einlassnocken C5, C6 des Zylinders 33, die ersten Einlassnocken C9, C10 des Zylinders 35 und die ersten Einlassnocken C13, C14 des Zylinder 37 ein ähnliches erstes Nockenprofil aufweisen, das jeweilige Einlassventile für eine ähnliche Dauer und einen ähnlichen Hub öffnet. In anderen Beispielen können die ersten Einlassnocken für verschiedene Zylinder andere Nockenprofile aufweisen. Die zweiten Einlassnocken sind als Nullnockenerhebungen gezeigt, die ein Profil zum Halten ihrer jeweiligen Einlassventile in der geschlossenen Stellung aufweisen können. Somit unterstützen Nullnockenerhebungen das Deaktivieren entsprechender Ventile im VDE-Modus. In dem Beispiel von 2 sind die zweiten Einlassnocken N1, N2 des Zylinders 31, die zweiten Einlassnocken N5, N6 des Zylinders 35 und die zweiten Einlassnocken N9, N10 des Zylinders 37 Nullnockenerhebungen. Diese Nullnockenerhebungen können entsprechende Einlassventile in den Zylindern 31, 35 und 37 deaktivieren.
Ferner kann jedes der Einlassventile durch ein mit der Steuerung 12 wirkgekoppeltes jeweiliges Aktuatorsystem betätigt werden. Wie in 2 gezeigt, können die Einlassventile I1 und I2 des Zylinders 31 über das Aktuatorsystem A2 betätigt werden, die Einlassventile I3 und I4 des Zylinders 33 können über das Aktuatorsystem A4 betätigt werden, die Einlassventile I5 und I6 des Zylinders 35 können über das Aktuatorsystem A6 betätigt werden, und die Einlassventile I7 und I8 des Zylinders 37 können über das Aktuatorsystem A8 betätigt werden.
Ähnlich wie die Einlassventile weist jeder der deaktivierbaren Zylinder (31, 35 und 37) einen ersten Auslassnocken und einen zweiten Auslassnocken auf, die auf der gemeinsamen Auslassnockenwelle 224 angeordnet sind. Die ersten Auslassnocken können ein erstes Nockenerhebungsprofil aufweisen, das eine erste Auslassdauer und einen ersten Auslasshub bereitstellt. In dem Beispiel von 2 können die ersten Auslassnocken C3 und C4 des Zylinders 31, die ersten Auslassnocken C7, C8 des Zylinders 33, die ersten Auslassnocken C11, C12 des Zylinders 35 und die ersten Auslassnocken C15, C16 des Zylinder 37 ein ähnliches erstes Nockenerhebungsprofil aufweisen, das jeweilige Auslassventile für eine gegebenen Dauer und einen gegebenen Hub öffnet. In anderen Beispielen können die ersten Auslassnocken für andere Zylinder andere Erhebungsprofile aufweisen. Zweite Auslassnocken sind als Nullnockenerhebungen gezeigt, die ein Profil zum Halten ihrer jeweiligen Auslassventile in der geschlossenen Stellung aufweisen. Somit unterstützen Nullnockenerhebungen das Deaktivieren von Auslassventilen im VDE-Modus. In dem Beispiel von 2 sind die zweiten Auslassnocken N3, N4 des Zylinders 31, die zweiten Einlassnocken N7, N8 des Zylinders 35 und die zweiten Auslassnocken N11, N12 des Zylinder 37 Nullnockenerhebungen. Diese Nullnockenerhebungen können entsprechende Auslassventile in den Zylindern 31, 35 und 37 deaktivieren.
Ferner kann jedes der Auslassventile durch ein mit der Steuerung 12 wirkgekoppeltes jeweiliges Aktuatorsystem betätigt werden. Deshalb können die Auslassventile E1 und E2 des Zylinders 31 über das Aktuatorsystem A1 betätigt werden, die Auslassventile E3 und E4 des Zylinders 33 können über das Aktuatorsystem A3 betätigt werden, die Auslassventile E5 und E6 des Zylinders 35 können über das Aktuatorsystem A5 betätigt werden, und die Auslassventile E7 und E8 des Zylinders 37 können über das Aktuatorsystem A7 betätigt werden.
Der Zylinder 33 (oder der erste innere Zylinder) sind möglicherweise nicht deaktivierbar und enthalten möglicherweise keine Nullnockenerhebungen für ihre Einlass- und Auslassventile. Folglich sind die Einlassventile I3 und I4 des Zylinders 33 möglicherweise nicht deaktivierbar und werden nur durch die ersten Einlassnocken C5 bzw. C6 betätigt. Somit können die Einlassventile I3 und I4 des Zylinders 33 nicht durch Nullnockenerhebungen betätigt werden. Ebenso sind die Auslassventile E3 und E4 möglicherweise nicht deaktivierbar und werden nur durch die ersten Auslassnocken C7 und C8 betätigt. Ferner werden die Auslassventile E3 und E4 möglicherweise nicht durch Nullnockenerhebungen betätigt. Deshalb kann jedes Einlassventil jedes Auslassventil des Zylinders 33 durch einen einzigen jeweiligen Nocken betätigt werden.
Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen andere Mechanismen enthalten können, die in der Technik für die Deaktivierung von Einlass- und Auslassventilen in Zylindern bekannt sind. Solche Ausführungsformen verwenden möglicherweise keine Nullnockenerhebungen zur Deaktivierung. Zum Beispiel verwenden hydraulische Rollenschwinghebelsysteme möglicherweise keine Nullnockenerhebungen zur Zylinderdeaktivierung.
Ferner können andere Ausführungsformen reduzierte Aktuatorsysteme enthalten. Zum Beispiel kann ein einziges Aktuatorsystem Einlassventile I1 und I2 sowie Auslassventile E1 und E2 enthalten. Dieses einzige Aktuatorsystem würde die Aktuatorsysteme A1 und A2 ersetzen, wodurch ein einziges Aktuatorsystem für den Zylinder 31 bereitgestellt wird. Es sind auch andere Kombinationen von Aktuatorsystemen möglich.
Das CPS-System 204 kann zur translatorischen Bewegung bestimmter Teile der Einlassnockenwelle 218 in Längsrichtung, wodurch bewirkt wird, dass der Betrieb der Einlassventile I1–I8 zwischen jeweiligen ersten Einlassnocken und zweiten Einlassnocken (wo zutreffend) variiert wird, konfiguriert sein. Weiterhin kann das CPS-System 204 zur translatorischen Bewegung bestimmter Teile der Auslassnockenwelle 224 in Längsrichtung, wodurch bewirkt wird, dass der Betrieb der Auslassventile E1–E8 zwischen jeweiligen ersten Auslassnocken und zweiten Auslassnocken variiert wird, konfiguriert sein. Auf diese Weise kann das CPS-System 204 zwischen einem ersten Nocken zum Öffnen eines Ventils für eine erste Dauer und einem zweiten Nocken zum Öffnen des Ventils für eine zweite Dauer schalten. Das CPS-System 204 kann in dem gegebenen Beispiel Nocken für Einlassventile in den Zylindern 31, 35 und 37 zwischen einem ersten Nocken zum Öffnen der Einlassventile für eine erste Dauer und einem zweiten Nullnocken zum Geschlossenhalten von Einlassventilen schalten. Ferner kann das CPS-System 204 Nocken für Auslassventile in den Zylindern 31, 35 und 37 zwischen einem ersten Nocken zum Öffnen der Auslassventile für eine erste Dauer und einem zweiten Nullnocken zum Geschlossenhalten von Auslassventilen schalten. In dem Beispiel des Zylinders 33 schaltet das CPS-System 204 möglicherweise keinen Nocken für die Einlass- und Auslassventile, da der Zylinder 33 mit einem Nocken pro Ventil konfiguriert ist und nicht deaktiviert werden kann.
Das CPS-System 204 kann Signale von der Steuerung 12 zum Schalten zwischen verschiedenen Nockenprofilen für verschiedene Zylinder im Motor 10 basierend auf Motorbetriebsbedingungen empfangen. Zum Beispiel kann der Motorbetrieb bei niedrigen Motorlasten in einem Zweizylindermodus sein. Hierbei können die Zylinder 35 und 37 über das CPS-System 204 deaktiviert werden, das ein Schalten von Nocken von einem ersten Einlass- und ersten Auslassnocken zu einem zweiten Nulleinlass- und zweiten Nullauslass-Nocken für jedes Ventil aktiviert. Gleichzeitig können die Zylinder 31 und 33 mit ihren durch ihre jeweiligen ersten Nocken betätigten Einlass- und Auslassventilen im Betrieb gehalten werden.
In einem anderen Beispiel kann ein Motor 10 bei einer mittleren Motorlast in einem Dreizylindermodus betrieben werden. Hierbei kann das CPS-System 204 zur Betätigung der Einlass- und Auslassventile der Zylinder 33, 35 und 37 mit ihren jeweiligen ersten Einlassnocken konfiguriert sein. Gleichzeitig kann der Zylinder 31 durch das CPS-System 204 durch Betätigen der Einlass- und Auslassventile des Zylinders 31 mit jeweiligen zweiten Nullnocken deaktiviert werden.
Ferner kann der Motor 10 das VCT-System 202 enthalten. Das VCT-System 202 kann ein unabhängiges variables Doppelnockenwellenverstellsystem zur voneinander unabhängigen Änderung der Einlassventilsteuerung und der Auslassventilsteuerung sein. Das VCT-System 202 enthält einen Einlassnockenwellenversteller 230 und einen Auslassnockenwellenversteller 232 zur Änderung der Ventilsteuerung. Das VCT-System 202 kann dazu konfiguriert sein, die Ventilsteuerung durch Nachfrüh- oder Nachspätverstellen der Nockensteuerung (ein beispielhafter Motorbetriebsparameter) nach früh oder nach spät zu verstellen und kann durch die Steuerung 12 gesteuert werden. Das VCT-System 202 kann dazu konfiguriert sein, die Steuerung von Ventilöffnungs- und -schließereignissen durch Ändern der Beziehung zwischen der Kurbelwellenstellung und der Nockenwellenstellung zu ändern. Zum Beispiel kann das VCT-System 202 zur Drehung der Einlassnockenwelle 218 und/oder der Auslassnockenwelle 224 unabhängig von der Kurbelwelle zum Bewirken der Nachfrüh-oder Nachspätverstellung der Ventilsteuerung konfiguriert sein. Bei einigen Ausführungsformen kann das VCT-System 202 eine nockenmomentbetätigte Vorrichtung sein, die dazu konfiguriert ist, die Nockensteuerung schnell zu ändern. Bei einigen Ausführungsformen kann die Ventilsteuerung, wie zum Beispiel Einlassventilschließen (IVC – intake valve closing) und Auslassventilschließen (EVC – exhaust valve closing), durch eine CVVL-Vorrichtung (CVVL – continuously variable valve lift / stufenlos variabler Ventilhub) geändert werden.
Die oben beschriebenen Ventil/Nockensteuervorrichtungen und -systeme können hydraulisch angetrieben oder elektrisch betätigt oder Kombinationen daraus sein.
Der Motor 10 kann zumindest teilweise durch ein eine Steuerung 12 enthaltendes Steuersystem 15 und durch Eingabe von einem Fahrzeugführer 130 über eine Eingabevorrichtung (1) gesteuert werden. In der Darstellung empfängt das Steuersystem 15 Informationen von mehreren Sensoren 16 (von denen verschiedene Beispiele unter Bezugnahme auf 1 beschrieben werden) und sendet Steuersignale zu mehreren Aktuatoren 81. Als Beispiel können das Steuersystem 15 und die Steuerung 12 Steuersignale zu dem CPS-System 204 und dem VCT-System 202 senden und eine Nockensteuerungs- und/oder Nockenwahlmessung von ihnen empfangen. Als anderes Beispiel können die Aktuatoren 81 die Kraftstoffeinspritzventile, das Wastegate 69, das Verdichterrückführungsventil 27 und die Drosselklappe 62 enthalten. Die Steuerung 12 kann Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und die Aktuatoren als Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten basierend auf Anweisungen oder darin programmiertem Code entsprechend einer oder mehrerer Routinen auslösen. Zusätzliche Systemsensoren und -aktuatoren werden unten unter Bezugnahme auf 5 näher erläutert.
4 zeigt eine andere beispielhafte Ausführungsform des Motors 10 mit einem asymmetrischen Auslasslayout im Gegensatz zu dem symmetrischen Auslasslayout von 2. Insbesondere umfasst das asymmetrische Layout Leiten von Abgas von dem Zylinder 31 (oder dem ersten äußeren Zylinder) zu der ersten Spirale 71 der Abgasturbine 92 und Leiten von Abgas von den Zylindern 33, 35 und 37 (oder dem ersten inneren Zylinder, dem zweiten inneren Zylinder und dem zweiten äußeren Zylinder) zu der zweiten Spirale 73 der Abgasturbine 92. Im Vergleich dazu zeigt die Ausführungsform von 2 ein symmetrisches Auslasslayout, bei dem die erste Spirale 71 und die zweite Spirale 73 der Abgasturbine 92 jeweils Abgas von zwei Zylindern empfangen. Das symmetrische Auslasslayout kann einen verbesserten Turbinenwirkungsgrad bezüglich des asymmetrischen Auslasslayouts bereitstellen.
In dem Beispiel von 4 kann die erste Spirale 71 der Abgasturbine 92 Abgas nur von Zylinder 31 über den Auslassdurchgang 20 und das Krümmerrohr 39 empfangen, während die zweite Spirale 73 der Abgasturbine 92 Abgas von den Zylindern 33, 35 und 37 über jeweilige Durchgänge 22, 24 und 26 und jeweilige Krümmerrohre 41, 43 und 45 empfangen kann. Ferner können die Krümmerrohre 41, 43 und 45 vor der Abgabe von Abgas zu der Abgasturbine 92 in den Sammler 425 konvergieren. Wie in 4 gezeigt, können die Krümmerrohre 43 und 45 an der Y-Verzweigung 470 mit dem Sammler 425 vereinigt werden. Ferner kann der Sammler 41 an der Y-Verzweigung 450 mit dem Sammler 425 vereinigt werden. Der Sammler 425 kann verbrannte Gase zu einem ersten Rohr 461 leiten, das Abgas an die zweite Spirale 73 der Abgasturbine 92 abgibt. Unter Bedingungen, unter denen eine geringe Aufladung angefordert wird, kann das Wastegate 69 geöffnet werden, um einen Teil der Abgase von dem Sammler 425 über den Kanal 63 zu empfangen. Ebenso kann ein Teil des Abgases von dem Krümmerrohr 39 (und der ersten Spirale 71) durch den Kanal 65 und am Wastegate 69 vorbei umgeleitet werden.
In dem Beispiel des asymmetrischen Layouts kann die zweite Spirale 73 eine größere Abmessung aufweisen als die erste Spirale 71. Zum Beispiel kann die zweite Spirale 73 dazu ausgeführt sein, eine größere Abgasmenge zu empfangen als von drei Zylindern (33, 35 und 37) empfangen werden kann.
Weitere Details des symmetrischen und asymmetrischen Auslasslayouts der 2 und 4 werden unter Bezugnahme auf die 6, 7 und 8 näher ausgeführt. Es versteht sich, dass die bereitgestellten Auslasslayouts eine kompaktere Anordnung in dem Motor zwischen dem Turbolader und dem Zylinderkopf gestatten können.
Wie zuvor erwähnt, kann der Motor 10 der 1 und 2 im VDE-Modus oder Nicht-VDE-Modus (bei dem alle Zylinder zünden) betrieben werden. Zur Bereitstellung von Kraftstoffökonomievorteilen zusammen mit reduzierten Geräuschen, Schwingungen und Rauigkeit (NVH) kann der beispielhafte Motor 10 in erster Linie entweder in einem gleichmäßig zündenden Dreizylinder- oder einem gleichmäßig zündenden Zweizylinder-VDE-Modus betrieben werden. Eine erste Version einer Vierzylinder-Kurbelwelle, bei der Motorzündung (oder Zylinderhübe) bei Abständen von 180 Kurbelwellengrad (Grad KW) auftritt (bzw. auftreten), kann NVH aufgrund von ungleichmäßiger Zündung bei Betrieb in einem Dreizylindermodus einführen. Zum Beispiel kann ein Vierzylindermotor mit der ersten Version der Kurbelwelle, die eine Zündfolge von 1-3-4-2 ermöglicht, in den folgenden ungleichmäßigen Abständen: 180°-180°-360° bei Betrieb in einem Dreizylindermodus (1-3-4) zünden.
Damit der Motor 10 im Dreizylindermodus mit reduzierten NVH arbeiten kann, kann eine Kurbelwelle, die ein gleichmäßiges Zünden während des Dreizylindermodusbetriebs gestattet, erwünscht sein. Zum Beispiel kann eine Kurbelwelle zum Zünden von drei Zylindern in Abständen von 240°, während ein vierter Zylinder deaktiviert ist, ausgeführt sein. Durch Bereitstellen einer Kurbelwelle, die gleichmäßiges Zünden im Dreizylindermodus gestattet, kann der Motor 10 für längere Zeitdauern im Dreizylindermodus betrieben werden, wodurch die Kraftstoffökonomie verbessert werden kann und NVH verringert werden können.
Demgemäß wird eine beispielhafte Kurbelwelle 300, die für den Betrieb des Motors 10 in einem Zweizylinder- oder Dreizylindermodus bei gleichmäßiger Zündung verwendet werden kann, in 3 gezeigt. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Kurbelwelle 300. Die Kurbelwelle 300 kann die in 1 gezeigte Kurbelwelle 40 sein. Die in 3 gezeigte Kurbelwelle kann in einem Motor, wie zum Beispiel dem Motor 10 der 2 und 4, mit einer Reihenkonfiguration, in der die Zylinder in einer einzigen Reihe ausgerichtet sind, verwendet werden. Mehrere Kolben 36 können, wie gezeigt, mit der Kurbelwelle 300 gekoppelt sein. Da es sich bei dem Motor 10 um einen Reihen-Vierzylindermotor handelt, zeigt 3 vier Kolben, die entlang einer Länge der Kurbelwelle 300 in einer einzigen Reihe angeordnet sind.
Die Kurbelwelle 300 weist ein freies Kurbelwellenende 330 (auch als Vorderende bezeichnet) mit der Kurbelnase 334 zur Befestigung von Riemenscheiben und/oder zum Installieren eines (nicht gezeigten) Drehschwingungsdämpfers zum Reduzieren von Drehschwingungen auf. Ferner enthält die Kurbelwelle 300 ein Flanschende 310 (auch als Hinterende bezeichnet) mit einem Flansch 314, der zur Befestigung an einem (nicht gezeigten) Schwungrad konfiguriert ist. Auf diese Weise kann durch Verbrennung erzeugte Energie von den Kolben auf die Kurbelwelle und das Schwungrad und darauf auf ein Getriebe übertragen werden, wodurch Antriebskraft für ein Fahrzeug bereitgestellt wird.
Die Kurbelwelle 300 kann auch mehrere Stifte, Zapfen, Wangen (auch als Backen bezeichnet) und Gegengewichte umfassen. In dem gezeigten Beispiel enthält die Kurbelwelle 300 einen vorderen Hauptlagerzapfen 332 und einen hinteren Hauptlagerzapfen 316. Neben diesen Hauptlagerzapfen an den beiden Enden enthält die Kurbelwelle 300 ferner drei Hauptlagerzapfen 326, die zwischen dem vorderen Hauptlagerzapfen 332 und dem hinteren Hauptlagerzapfen 316 positioniert sind. Somit weist die Kurbelwelle 300 fünf Hauptlagerzapfen auf, wobei jeder Zapfen auf eine mittlere Drehachse 350 ausgerichtet ist. Die Hauptlagerzapfen 316, 332 und 326 stützen Lager, die dazu konfiguriert sind, eine Drehung der Kurbelwelle 300 zu ermöglichen, während eine Abstützung der Kurbelwelle gewährt wird. Bei anderen Ausführungsformen kann die Kurbelwelle mehr oder weniger als fünf Hauptlagerzapfen aufweisen.
Des Weiteren enthält die Kurbelwelle 300 einen ersten Kurbelzapfen 348, einen zweiten Kurbelzapfen 346, einen dritten Kurbelzapfen 344 und einen vierten Kurbelzapfen 342 (angeordnet vom freien Kurbelwellenende 330 zum Flanschende 310). Somit weist die Kurbelwelle 300 insgesamt vier Kurbelzapfen auf. Kurbelwellen mit einer anderen Anzahl von Kurbelzapfen sind jedoch auch in Betracht gezogen worden. Kurbelzapfen 342, 344, 346 und 348 können jeweils mechanisch und schwenkbar mit jeweiligen Kolbenpleuelstangen 312 und dadurch jeweiligen Kolben 36 gekoppelt sein. Es versteht sich, dass sich die Kurbelwelle 300 während des Motorbetriebs um die mittlere Drehachse 350 dreht. Die Kurbelwangen 318 können die Kurbelzapfen 342, 344, 346 und 348 stützen. Die Kurbelwangen 318 können ferner jeden der Kurbelzapfen mit den Hauptlagerzapfen 316, 332 und 326 koppeln. Ferner können die Kurbelwangen 318 mechanisch mit Gegengewichten 320 gekoppelt sein, um Schwingungen der Kurbelwelle 300 zu dämpfen. Es sei darauf hingewiesen, dass in 3 möglicherweise nicht alle Kurbelwangen in der Kurbelwelle 300 gekennzeichnet sind.
Der zweite Kurbelzapfen 346 und der erste Kurbelzapfen 348 werden in ähnlichen Positionen bezüglich der mittleren Drehachse 350 gezeigt. Um dies näher darzulegen, können sich mit dem ersten Kurbelzapfen 348 bzw. dem zweiten Kurbelzapfen 346 gekoppelte Kolben in ihren jeweiligen Hüben in ähnlichen Positionen befinden. Der erste Kurbelzapfen 348 kann bezüglich der mittleren Drehachse 350 auch auf den zweiten Kurbelzapfen 346 ausgerichtet sein. Ferner können der zweite Kurbelzapfen 346, der dritte Kurbelzapfen 344 und der vierte Kurbelzapfen 342 in einem Abstand von 120 Grad voneinander um die mittlere Drehachse 350 angeordnet sein. Wie in 3 für die Kurbelwelle 300 dargestellt, wird zum Beispiel der dritte Kurbelzapfen 344 zu dem Betrachter hin schwenkend gezeigt, bewegt sich der vierte Kurbelzapfen 342 von dem Betrachter weg (in das Papier), während der zweite Kurbelzapfen 346 und der erste Kurbelzapfen 348 aufeinander ausgerichtet sind und sich in der Ebene des Papiers befinden.
Die Einfügung 360 zeigt eine schematische Zeichnung der Kurbelwelle 300, die die Positionen der vier Kurbelzapfen bezüglich einander und bezüglich der mittleren Drehachse 350 zeigt. Die Einfügung 370 zeigt ein Schemadiagramm einer Seitenansicht der Kurbelwelle 300 bei Betrachtung vom hinteren Ende (oder Flanschende 310) der Kurbelwelle mit Blickrichtung zum vorderen Ende (oder freien Kurbelwellenende 330) hin entlang der mittleren Drehachse 350. Die Einfügung 370 zeigt die relativen Positionen der Kurbelzapfen bezüglich der mittleren Achse der Kurbelwelle 300 und der mittleren Drehachse 350.
Wie in der Einfügung 360 gezeigt, schwenken der vierte Kurbelzapfen 342 und der dritte Kurbelzapfen 344 in im Wesentlichen entgegengesetzten Richtungen zueinander. Zur weiteren Ausführung ist der dritte Kurbelzapfen 344 bei Betrachtung vom Ende des hinteren Hauptlagerzapfens 316 zum vorderen Hauptlagerzapfen 332 nach rechts abgewinkelt, während der vierte Kurbelzapfen 342 bezüglich der mittleren Drehachse 350 nach links abgewinkelt ist. Diese Winkelplatzierung des dritten Kurbelzapfens 344 bezüglich des vierten Kurbelzapfens 342 ist auch in der Einfügung 370 dargestellt.
Ferner wird beobachtet, dass der dritte Kurbelzapfen 144 und der vierte Kurbelzapfen 342 möglicherweise nicht direkt einander gegenüber angeordnet sind. Diese Kurbelzapfen können in einem Abstand von 120 Grad im Uhrzeigersinn, wie insbesondere vom dritten Kurbelzapfen 344 zum vierten Kurbelzapfen 342 gemessen und vom (hinteren) Flanschende 310 mit dem hinteren Hauptlagerzapfen 316 zum freien Kurbelwellenende 330 mit dem vorderen Hauptlagerzapfen 332 gesehen, positioniert sein. Der vierte Kurbelzapfen 342 und der dritte Kurbelzapfen 344 sind deshalb bezüglich einander um die mittlere Drehachse 350 abgewinkelt. Analog dazu sind der dritte Kurbelzapfen 344 und der zweite Kurbelzapfen 346 bezüglich einander um die mittlere Drehachse 350 abgewinkelt. Ferner sind der erste Kurbelzapfen 348 und der zweite Kurbelzapfen 346 in der Darstellung um die mittlere Drehachse 350 aufeinander ausgerichtet und zueinander parallel. Darüber hinaus sind der erste Kurbelzapfen 348 und der zweite Kurbelzapfen 346 nebeneinander positioniert. Wie in der Einfügung 370 gezeigt, sind der zweite Kurbelzapfen 346, der dritte Kurbelzapfen 344 und der vierte Kurbelzapfen 342 in einem Abstand von 120 Grad voneinander um die mittlere Achse der Kurbelwelle 300 positioniert. Ferner sind der erste Kurbelzapfen 348 und der zweite Kurbelzapfen 346 vertikal über der mittleren Drehachse 350 (zum Beispiel bei null Grad) positioniert, während der dritte Kurbelzapfen 344 um 120 Grad im Uhrzeigersinn vom ersten Kurbelzapfen 348 und zweiten Kurbelzapfen 346 positioniert ist. Der vierte Kurbelzapfen 342 ist um 120 Grad entgegen dem Uhrzeigersinn vom ersten Kurbelzapfen 348 und zweiten Kurbelzapfen 346 positioniert.
Es versteht sich, dass obgleich der erste Kurbelzapfen 348 in der Darstellung auf den zweiten Kurbelzapfen 346 ausgerichtet ist und sich jeder der beiden mit dem ersten Kurbelzapfen 348 und dem zweiten Kurbelzapfen 346 gekoppelten Kolben in der Darstellung von 3 in der oberen Totpunktstellung befindet, sich die beiden jeweiligen Kolben am Ende verschiedener Hübe befinden können. Zum Beispiel kann sich der mit dem ersten Kurbelzapfen 348 gekoppelte Kolben am Ende eines Verdichtungshubs befinden, während sich der dem zweiten Kurbelzapfen 346 zugeordnete Kolben am Ende des Auslasshubs befinden kann. Somit kann sich der mit dem ersten Kurbelzapfen 348 gekoppelte Kolben bei Betrachtung bezüglich eines Motorarbeitstakts von 720 Kurbelwellengrad in einem Abstand von 360 Kurbelwellengrad (Grad KW) von dem mit dem zweiten Kurbelzapfen 346 gekoppelten Kolben befinden.
Die Kurbelzapfenanordnung von 3 unterstützt eine Motorzündfolge von 3-2-4 im Dreizylindermodus. Hierbei umfasst die Zündfolge 3-2-4 Zünden eines dritten Zylinders mit einem mit dem dritten Kurbelzapfen 344 gekoppelten Kolben, woran sich Zünden eines zweiten Zylinders mit einem mit dem zweiten Kurbelzapfen 346 gekoppelten Kolben und dann Zünden eines vierten Zylinders mit einem mit dem vierten Kurbelzapfen 342 gekoppelten Kolben anschließt. Hierbei ist jedes Verbrennungsereignis um einen Abstand von 240 Kurbelwellengrad getrennt.
Die Kurbelzapfenanordnung kann auch eine Zündfolge von 1-3-2-4 mechanisch beschränken, wenn alle Zylinder in einem Nicht-VDE Modus zugeschaltet werden. Hierbei kann die Zündfolge 1-3-2-4 Zünden eines ersten Zylinders mit einem mit dem ersten Kurbelzapfen 348 gekoppelten Kolben, woran sich als Nächstes Zünden des dritten Zylinders mit seinem mit dem dritten Kurbelzapfen 344 gekoppelten Kolben anschließt, umfassen. Der zweite Zylinder mit dem mit dem zweiten Kurbelzapfen 346 gekoppelten Kolben kann nach dem dritten Zylinder gezündet werden, woran sich Zünden des vierten Zylinders mit dem mit dem vierten Kurbelzapfen 342 gekoppelten Kolben anschließt. In dem Beispiel des Motors 10 mit der Kurbelwelle 300 können Zündereignisse in den vier Zylindern mit der Zündfolge 1-3-2-4 in den folgenden ungleichmäßigen Abständen erfolgen: 120°-240°-240°-120°. Da der erste Kurbelzapfen 348 auf den zweiten Kurbelzapfen 346 ausgerichtet ist und ihre Kolbenhübe in einem Abstand von 360 Kurbelwellengrad voneinander erfolgen, erfolgen Zündereignisse im ersten Zylinder und im zweiten Zylinder auch in Abständen von 360° voneinander. Motorzündereignisse werden unter Bezugnahme auf die 6, 7 und 8 weiter beschrieben.
Nunmehr auf 5 Bezug nehmend, zeigt diese eine schematische Darstellung des Motors 10, der die Zylinder, die Nockenwellen und die Kurbelwelle, die in den 1–4 beschrieben werden, enthält. Somit sind in den 1–4 vorgestellte Komponenten des Motorsystems in 5 analog nummeriert. Es versteht sich, dass der Motor 10 bezüglich der in den 2 und 4 gezeigten Ansicht in einer umgekehrten Ansicht gezeigt wird. Mit anderen Worten, der Zylinder 31 in den 2 und 4 wird ganz links gezeigt, während der Zylinder 31 in 5 ganz rechts gezeigt wird. Ebenso sind die Zylinder 33, 35 und 37 umgekehrt.
Die Kurbelwelle 300 im Motor 10 von 5 wird durch die Hin- und Herbewegung der Kolben 36, die über Pleuelstangen 312 mit der Kurbelwelle 300 gekoppelt sind, angetrieben. Die Drehbewegung der Kurbelwelle 300 treibt die Einlassnockenwelle 318 und eine einzige Ausgleichswelle 574 an. Die Einlassnockenwelle 218 kann über eine Gelenkverbindung 564 (zum Beispiel eine Steuerkette, einen Riemen usw.) mit der Kurbelwelle 300 gekoppelt sein, während die Ausgleichswelle 574 über ein Gestänge und ein Zahnradsystem 578 mit der Kurbelwelle 300 gekoppelt ist. Eine Position der Einlassnockenwelle 218 kann durch den Einlassnockenwellensensor 572 erfasst werden. Ein ähnlicher Sensor kann die Position der Auslassnockenwelle 224 (nicht gezeigt) erfassen.
Die einzige Ausgleichswelle 574 kann eine gewichtete Welle sein, um Schwingungen während des Motorbetriebs auszugleichen. In einem Beispiel kann die Ausgleichswelle 574 ein Schwenkmoment zum Ausgleichen der Zylinder 33, 35 und 37 mit einem zum Ausgleichen des Zylinders 31 hinzugefügten einzigen Gewicht aufweisen. Darüber hinaus kann sich die einzige Ausgleichswelle 574 in einer der Drehrichtung der Kurbelwelle 300 entgegengesetzten Richtung drehen. Ferner kann sich die einzige Ausgleichswelle 574 mit der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle 300 drehen. Eine einzige Ausgleichswelle kann dazu ausreichen, vom Motor 10 stammende Schwingungen auszugleichen, da der Motor 10 hauptsächlich in einem gleichmäßigen Dreizylinder- oder Zweizylinderzündmodus arbeiten kann. Ferner kann der Motor weniger Wechsel zwischen VDE-Modi und Nicht-VDE-Modi erfahren. Durch Verwendung einer einzigen Ausgleichswelle statt zwei Ausgleichswellen, die sich mit der doppelten Motordrehzahl drehen, können geringere Reibverluste erreicht werden, wodurch eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs ermöglicht wird.
Der Motor 10 von 5 weist in der Darstellung vier Zylinder 31, 33, 35 und 37, die in einer einzigen Reihe angeordnet sind, auf (wie in 2 und 4). Wie zuvor beschrieben, weisen die vier Zylinder zwei Einlassventile und zwei Auslassventile auf. Die Einlassnockenwelle 218 enthält zwei Nocken für jedes Einlassventil der Zylinder 31, 35 und 37: einen ersten Nocken zum Öffnen eines jeweiligen Einlassventils für eine gegebene Dauer und einen gegebenen Hub und einen zweiten Nullnocken zur Ermöglichung der Deaktivierung der Einlassventile in diesen Zylindern. Wie unter Bezugnahme auf 2 erwähnt, ist der Zylinder 33 nicht deaktivierbar und enthält einen Einlassnocken pro Einlassventil. In 5 ist die Auslassnockenwelle 224 nicht gezeigt.
5 zeigt die vier Kurbelzapfen der Kurbelwelle 300, die mit ihren jeweiligen Kolben gekoppelt sind. Wie in dem gezeigten Beispiel dargestellt, ist der erste Kurbelzapfen 348 mit einem Kolben im Zylinder 31 (oder ersten Zylinder) gekoppelt, ist der zweite Kurbelzapfen 346 mit einem Kolben im Zylinder 33 (oder zweiten Zylinder) gekoppelt, ist der dritte Kurbelzapfen 344 mit einem Kolben im Zylinder 35 (oder dritten Zylinder) gekoppelt und ist der vierte Kurbelzapfen 342 mit einem Kolben im Zylinder 37 (oder vierten Zylinder) gekoppelt. Wie zuvor unter Bezugnahme auf 3 dargelegt, ist der erste Kurbelzapfen 348 auf den zweiten Kurbelzapfen 346 ausgerichtet, aber die zugehörigen Kolben können sich bezüglich ihrer Motortakte in einem Abstand von 360 Kurbelwellengrad befinden. Dementsprechend können sich der Zylinder 31 und der Zylinder 33 bezüglich der in diesen Zylindern erfolgenden Takte in einem Kurbelwellenwinkel von 360 Grad befinden. Wie zuvor angemerkt, kann sich der Zylinder 31 am Ende seines Verdichtungshubs befinden, wenn sich der Zylinder 33 am Ende seines Auslasshubs befinden kann. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform können die Zylinder 31 und 33 somit Motortakte in einem Abstand von 360 Kurbelwellengrad (Grad KW) erfahren. Wie zuvor beschrieben, können darüber hinaus der zweite Kurbelzapfen 346, der dritte Kurbelzapfen 344 und der vierte Kurbelzapfen 342 in einem Abstand von ungefähr 120 Grad entlang der Kurbelwelle positioniert sein. Ferner können die Zylinder 33, 35 und 37 Motortakte in einem Abstand von 240 Kurbelwellengrad erfahren.
Der Betrieb des Motors 10, insbesondere die Zündfolge, wird nunmehr unter Bezugnahme auf die 6–8 beschrieben, die Zündzeitpunktdiagramme für die vier Zylinder des Motors 10 zeigen. 6 zeigt Motorzündung in einem zwei Zylinder-VDE-Modus für den Motor 10, 7 zeigt Motorzündung in einem Dreizylinder-VDE-Modus für den Motor 10, und 8 stellt Motorzündung in einem Nicht-VDE-Modus für den Motor 10 dar, wobei alle vier Zylinder zugeschaltet werden. Es versteht sich, dass die Zylinder 1, 2, 3 und 4 in den 6–8 den Zylindern 31, 33, 35 bzw. 37 der 2, 4 und 5 entsprechen. Für jedes Diagramm wird die Zylindernummer auf der Y-Achse gezeigt, und die Motortakte werden auf der X-Achse gezeigt. Ferner werden Zündung und das entsprechende Verbrennungsereignis in jedem Zylinder durch ein Sternsymbol zwischen dem Verdichtungs- und Arbeitshub im Zylinder dargestellt. Ferner stellen zusätzliche Diagramme 604, 704 und 804 Zylinderzündungsereignisse in jedem aktiven Zylinder in jedem Modus um einen 720 Grad Kurbelwinkel darstellenden Kreis dar.
Unter Bezugnahme auf 6 wird ein beispielhaftes Motorzünddiagramm in einem Zweizylinder-VDE-Modus für den Motor 10 dargestellt. Hierbei werden die Zylinder 3 und 4 durch Betätigen der Einlass- und Auslassventile dieser Zylinder über ihre jeweiligen Nullnocken deaktiviert. Die Zylinder 1 und 2 können in einer Zündfolge von 1-2-1-2 in einem Abstand von 360 Grad KW gezündet werden. Wie in 6 gezeigt kann Zylinder 1 zu dem Zeitpunkt einen Verdichtungshub beginnen, zu dem Zylinder 2 einen Auslasshub beginnt. Somit befindet sich jeder Motortakt in den Zylindern 1 und 2 in einem Abstand von 360 Grad KW. Zum Beispiel kann ein Auslasshub in Zylinder 2 360 Grad KW nach einem Auslasshub in Zylinder 1 erfolgen. Ebenso sind Zündereignisse im Motor um 360 Grad KW beabstandet, und dementsprechend erfolgen Arbeitshübe in den beiden aktiven Zylindern in einem Abstand von 360 Grad KW. Der Zweizylinder-VDE-Modus kann unter Bedingungen niedriger Motorlast, wenn die Drehmomentanforderung geringer ist, verwendet werden. Durch Betrieb im Zweizylindermodus können auch Kraftstoffökonomievorteile erreicht werden.
Nunmehr unter Bezugnahme auf 7 zeigt diese ein beispielhaftes Zylinderzünddiagramm für die Zylinderzündfolge in einem beispielhaften Dreizylinder-VDE-Modus für den Motor 10, wobei drei Zylinder zugeschaltet werden. In diesem Beispiel kann Zylinder 1 deaktiviert sein, während die Zylinder 2, 3 und 4 zugeschaltet werden. Zündungs- und Verbrennungsereignisse im Motor und zwischen den drei zugeschalteten Zylindern können ähnlich wie bei einem Dreizylindermotor in einem Abstand von 240 Grad KW erfolgen. Hierbei können Zündereignisse in gleichmäßig beabstandeten Abständen erfolgen. Ebenso kann jeder Motortakt in den drei Zylindern in Abständen von 240 Grad KW erfolgen. Zum Beispiel kann sich an einen Auslasshub in Zylinder 2 ein Auslasshub in Zylinder 4 ungefähr 240 Grad KW nach dem Auslasshub in Zylinder 2 anschließen. Analog dazu kann sich an den Auslasshub in Zylinder 4 ein Auslasshub in Zylinder 3 nach einem Abstand von 240 Grad KW anschließen. Zündereignisse im Motor können analog dazu erfolgen. Eine beispielhafte Zündfolge für den Dreizylinder-VDE-Modus kann 2-4-3-2-4-3 sein. Wie bei 704 dargestellt, kann Zylinder 3 ungefähr 240 Grad KW nach Zündung von Zylinder 4 gezündet werden, Zylinder 2 kann ungefähr 240 Grad KW nach dem Zündereignis in Zylinder 3 gezündet werden und Zylinder 4 kann ungefähr 240 Grad KW nach dem Zündereignis in Zylinder 2 gezündet werden. Somit kann ein Verfahren zum Betreiben eines Motors während eines ersten VDE-Modus in einem Motor mit vier Zylindern Deaktivieren eines ersten Zylinders der vier Zylinder und Zünden eines zweiten, dritten und vierten Zylinders der vier Zylinder, wobei jedes Zündereignis um 240 Kurbelwellengrad (Grad KW) getrennt ist, umfassen.
Es versteht sich, dass die gleichmäßigen Zündabstände von 240 Grad KW im Dreizylinder-VDE-Modus ein ungefährer Wert sein können. In einem Beispiel kann der Zündabstand zwischen Zylinder 3 und Zylinder 2 230 Grad KW betragen. In einem anderen Beispiel kann der Zündabstand zwischen Zylinder 3 und Zylinder 2 255 Grad KW betragen. In noch einem anderen Beispiel kann der Zündabstand zwischen Zylinder 3 und Zylinder 2 genau 240 Grad KW betragen. Ebenso kann der Zündabstand zwischen Zylinder 2 und Zylinder 4 in einem Bereich zwischen 230 Grad KW und 255 Grad KW variieren. Die gleiche Variation kann für Zündabstände zwischen Zylinder 4 und Zylinder 3 gelten. Es können auch andere Variationen möglich sein.
Nunmehr auf 2 (oder 4) Bezug nehmend, versteht sich, dass die Zündfolge von 2-4-3 verbesserten Ausgleich und reduzierte NVH ermöglichen kann. Zum Beispiel stellt Zylinder 2 Zylinder 33 der 2 und 4 dar und ist wie ein erster innerer Zylinder positioniert, Zylinder 4 stellt Zylinder 37 der 2 und 4 dar und ist wie ein zweiter äußerer Zylinder positioniert, und Zylinder 3 stellt Zylinder 35 der 2 und 4 dar und ist wie ein zweiter innerer Zylinder positioniert. Basierend auf den Positionen zugeschalteter Zylinder im Motorblock kann die Zündfolge von 2-4-3 einen besseren Ausgleich gewährleisten und kann Geräusche und Schwingungen reduzieren.
Ferner kann der Dreizylinder-VDE-Modus für Motorbetrieb unter Motorleerlaufbedingungen ausgewählt werden. Geräusche und Schwingungen können unter Motorleerlaufbedingungen auffälliger sein, und der gleichmäßige Dreizylinder-Zündmodus mit stabiler Zündung kann eine geeignetere Option für Motorbetrieb unter diesen Bedingungen sein.
Nunmehr auf 8 Bezug nehmend, stellt diese ein beispielhaftes Zylinderzünddiagramm für die Zylinderzündfolge in einem beispielhaften Nicht-VDE-Modus für den Motor 10 dar, wobei alle vier Zylinder zugeschaltet werden. Im Nicht-VDE-Modus kann der Motor 10 basierend auf der Ausführung der Kurbelwelle 300 ungleichmäßig gezündet werden. In einem Beispiel kann die in 3 gezeigte Kurbelwelle 300 die in 8 gezeigte Zylinderzündfolge erzeugen. Wie in dem gezeigten Beispiel dargestellt, kann Zylinder 1 zwischen den Zylindern 3 und 4 gezündet werden. In einem Beispiel kann Zylinder 1 ungefähr 120 Kurbelwellengrad (Grad KW) nach dem Zünden von Zylinder 4 gezündet werden. In einem Beispiel kann Zylinder 1 genau 120 Grad KW nach dem Zünden von Zylinder 4 gezündet werden. In einem anderen Beispiel kann Zylinder 1 115 Grad KW nach dem Zünden von Zylinder 4 gezündet werden. In noch einem anderen Beispiel kann Zylinder 1 125 Grad KW nach dem Zünden von Zylinder 4 gezündet werden. Ferner kann Zylinder 1 ungefähr 120 Grad KW vor Zünden von Zylinder 3 gezündet werden. Zum Beispiel kann Zylinder 1 in einem Bereich von zwischen 115 und 125 Grad KW vor Zünden von Zylinder 3 gezündet werden. Darüber hinaus können die Zylinder 2, 3 und 4 weiter Verbrennungsereignisse in einem Abstand von 240 Grad KW zu einem Verbrennungsereignis in Zylinder 1, das ungefähr in der Mitte zwischen den Verbrennungsereignissen in Zylinder 4 und Zylinder 3 erfolgt, haben. Deshalb kann der Motor 10 mit der folgenden Zündfolge: 1-3-2-4 (oder 2-4-1-3 oder 3-2-4-1 oder 4-1-3-2, da die Zündung zyklisch ist) in ungleichmäßigen Abständen gezündet werden, wobei Zylinder 1 der ungleichmäßig zündende Zylinder ist. Wie bei 804 dargestellt, kann Zylinder 3 ungefähr 120 Grad Kurbelwinkel nach dem Zünden von Zylinder 1 gezündet werden, Zylinder 2 kann ungefähr 240 Grad Kurbelwinkel nach dem Zünden von Zylinder 3 gezündet werden, Zylinder 4 kann ungefähr 240 Grad Kurbelwinkel nach dem Zünden von Zylinder 2 gezündet werden und Zylinder 1 kann ungefähr 120 Grad Kurbelwinkel nach dem Zünden von Zylinder 4 wieder gezündet werden. In anderen Beispielen können sich die Abstände zwischen den Zündereignissen in den vier Zylindern von den oben erwähnten Abständen unterscheiden.
Demgemäß kann während des Nicht-VDE-Modus in dem beispielhaften Vierzylindermotor 10 ein Verfahren für den Motorbetrieb Zünden von drei Zylindern, wobei ein mittlerer Zylinder eine erste Anzahl von Kurbelwellengrad zwischen einem früheren Zylinder und einem späteren Zylinder zündet, und Zünden eines vierten Zylinders zwischen dem späteren Zylinder und dem früheren Zylinder bei der doppelten der ersten Anzahl von Kurbelwellengrad dazwischen umfassen. Zur näheren Darlegung unter Bezugnahme auf 8 umfasst das Verfahren Zünden von drei Zylindern, wie zum Beispiel der Zylinder 4, 1 und 3, wobei der mittlere Zylinder Zylinder 1 sein kann, der eine erste Anzahl von Kurbelwellengrad, zum Beispiel 120°, zwischen dem früheren Zylinder, Zylinder 4, und dem späteren Zylinder, Zylinder 3, zündet. Der vierte Zylinder in diesem Beispiel, Zylinder 2, kann bei der doppelten der ersten Anzahl von Kurbelwellengrad, zum Beispiel 240°, zwischen dem späteren Zylinder, Zylinder 3, und dem früheren Zylinder, Zylinder 4, gezündet werden. Der Motor 10 kann eine Zündfolge von: 1-3-2-4-1-3-2-4 aufweisen, so dass die Zündfolge der frühere Zylinder, der mittlere Zylinder und der spätere Zylinder (zum Beispiel Zylinder 4, 1 bzw. 3) sein kann, während der vierte Zylinder, Zylinder 2, von den drei Zylindern weg und nicht zwischen den drei Zylindern 4, 1 und 3 gezündet wird. Der vierte Zylinder kann zum Beispiel nach dem späteren Zylinder zünden. Ferner können die vier Zylinder zum Zünden in der oben bestimmten Folge mechanisch beschränkt sein. In einem anderen Beispiel können möglicherweise keine anderen Zylinder zu irgendwelchen anderen Zeitpunkten dazwischen zünden.
Darüber hinaus kann unter einer gegebenen Bedingung, die eine mittlere Motorlast sein kann, der mittlere Zylinder (Zylinder 1) deaktiviert werden und der frühere Zylinder, der spätere Zylinder und der vierte Zylinder können in gleichmäßigen Abständen von ca. 240 Kurbelwellengrad gezündet werden. Die Zündfolge kann hierbei wie folgt sein: der frühere Zylinder, der spätere Zylinder und der vierte Zylinder.
Mit anderen Worten, ein Vierzylindermotor kann eine Kurbelwelle enthalten, die zum Zünden von drei der vier Zylinder in Abständen von 240 Kurbelwellengrad und Zünden des verbleibenden Zylinders der vier Zylinder in der Mitte zwischen zwei der drei Zylinder, die in einem Abstand von 240 Kurbelwellengrad gezündet werden, konfiguriert ist. Eine beispielhafte Zündreihenfolge kann Zünden eines ersten Zylinders, Zünden eines zweiten Zylinders bei ungefähr 120 Kurbelwellengrad nach dem Zünden des ersten Zylinders, Zünden eines dritten Zylinders bei ca. 240 Kurbelwellengrad nach dem Zünden des zweiten Zylinders und Zünden eines vierten Zylinders bei ca. 240 Kurbelwellengrad nach dem Zünden des dritten Zylinders und Zünden des ersten Zylinders bei ca. 120 Kurbelwellengrad nach dem Zünden des vierten Zylinders umfassen. Somit kann der erste Zylinder bei ungefähr 120 Kurbelwellengrad zwischen dem vierten Zylinder und dem zweiten Zylinder gezündet werden, und der dritte Zylinder kann bei 240 Kurbelwellengrad (oder dem Doppelten von 120 Kurbelwellengrad) zwischen dem vierten und dem zweiten Zylinder gezündet werden. Des Weiteren kann der Motor in einem Dreizylindermodus betrieben werden, bei dem der erste Zylinder deaktiviert ist, und der zweite, der dritte und der vierte Zylinder in Abständen von ca. 240 Kurbelwellengrad voneinander gezündet werden. Darüber hinaus kann der Motor durch Deaktivieren von zwei Zylindern und Zünden der verbleibenden beiden Zylinder in einem Abstand von 360 Kurbelwellengrad voneinander betrieben werden.
Erneut auf die 2 und 4 Bezug nehmend, werden nunmehr das symmetrische und asymmetrische Auslasslayout weiter beschrieben. Wie zuvor ausgeführt, zeigt das symmetrische Auslasslayout von 2 die erste Spirale 71 der Abgasturbine 92, die Abgas von den Zylindern 31 und 33 empfängt, während die zweite Spirale 73 der Abgasturbine 92 Abgas von den Zylindern 35 und 37 empfängt. Eine alternative Ausführungsform kann ein asymmetrisches Auslasslayout, wie zum Beispiel das in 4 gezeigte, aufweisen, wobei Zylinder 31 direkt an die erste Spirale 71 ablässt, während die Zylinder 33, 35 und 37 ihre Verbrennungsgase zu der zweiten Spirale 73 ausstoßen. Durch direkten Ablass kann der Zylinder 31 seine Verbrennungsprodukte nur zu der ersten Spirale 71 und nicht zu der zweiten Spirale 73 ablassen.
Bei einem Vierzylindermotor gemäß einer ersten Version, der einen geteilten Abgaskrümmer mit einem Twin-Scroll-Turbolader enthält, können Abgaskrümmerrohre von den Zylindern 1 und 4 (dem ersten und zweiten äußeren Zylinder oder den Zylindern 31 und 37) zusammengeführt werden, um ihr Abgas an eine erste Spirale der Abgasturbine abzugeben, während die Zylinder 2 und 3 (der erste und der zweite innere Zylinder oder die Zylinder 33 und 35) ihr Abgas an eine zweite Spirale der Abgasturbine abgeben können. Dieses Auslasslayout kann für einen Vierzylindermotor mit einer Zündfolge von 1-3-4-2 geeignet sein, so dass ein Abgasdruckimpuls von Zylinder 1 die Fähigkeit von Zylinder 2, seine Abgase auszustoßen, nicht negativ beeinflusst.
Bei einer zweiten Version, wie zum Beispiel die in den 2, 4, 5 gezeigte beispielhafte Ausführungsform des Vierzylindermotors 10, der eine Zündfolge von 1-3-2-4 (zum Beispiel Zylinder 31, gefolgt von Zylinder 35, gefolgt von Zylinder 33, gefolgt von Zylinder 37) aufweist, ist das bei der ersten Version beschriebene Auslasslayout jedoch möglicherweise nicht geeignet und kann den Turbinenwirkungsgrad beeinträchtigen. Wenn der in den 2, 4 und 5 gezeigte beispielhafte Motor 10 ein Auslasslayout, wie zum Beispiel das der ersten Version, aufweist, kann ein Abgasdruckimpuls von Zylinder 31 (dem ersten äußeren Zylinder) die Fähigkeit des Zylinders 37 (des zweiten äußeren Zylinders), seine Abgase auszustoßen, negativ beeinflussen. Wie in 8 zu sehen sein wird, kann Zylinder 31 (oder Zylinder 1) seinen Arbeitshub beenden und seine Auslassventile öffnen, während Zylinder 37 (oder Zylinder 4) seine Auslassventile immer noch geöffnet hat. Zum Trennen von Abgasimpulsen und Vergrößern von Impulsenergie, die die Turbine antreibt, kann die zweite Version Abgaskrümmerrohre von den Zylindern 1 und 2 (oder den Zylindern 31 und 33), die in den ersten Sammler 23 vereinigt werden, und Abgaskrümmerrohre von den Zylindern 3 und 4 (oder Zylinder 35 bzw. 37), die zu dem zweiten Sammler 25 zusammengeführt werden, enthalten.
Es versteht sich, dass bei dem symmetrischen Layout die erste Spirale 71 Abgasimpulse von den Zylindern 31 und 33 erhält, die um mindestens 360 Grad KW getrennt sind, während die zweite Spirale 73 Abgasimpulse von den Zylindern 35 und 37 erhält, die um mindestens 240 Grad KW getrennt sind. Auf diese Weise kann jede Spirale Abgasimpulse empfangen, die um mindestens 240 Grad KW von dem nächsten Impuls getrennt sind.
Deshalb kann ein Verfahren zum Betreiben des Motors 10 in einem Nicht-VDE-Modus Leiten von Abgas von einem ersten äußeren Zylinder (Zylinder 31) und einem ersten inneren Zylinder (Zylinder 33) von vier Zylindern zu einer ersten Spirale 71 eines Twin-Scroll-Turboladers 290, Leiten von Abgas von einem zweiten äußeren Zylinder (Zylinder 37) und einem zweiten inneren Zylinder (Zylinder 35) der vier Zylinder zu einer zweiten Spirale 73 des Twin-Scroll-Turboladers 290 und Zünden aller Zylinder in einem ungleichmäßigen Modus, zum Beispiel mit mindestens einer ungleichmäßigen Zündung, umfassen. Das Verfahren kann Zünden aller Zylinder in einem ungleichmäßigen Modus wie folgt umfassen: Zünden des zweiten inneren Zylinders bei 120 Grad Kurbelwinkel nach dem Zünden des ersten äußeren Zylinders, Zünden des ersten inneren Zylinders bei 240 Kurbelwellengrad nach dem Zünden des zweiten inneren Zylinders, Zünden des zweiten äußeren Zylinders bei 240 Kurbelwellengrad nach dem Zünden des ersten inneren Zylinders und Zünden des ersten äußeren Zylinders bei 120 Kurbelwellengrad nach dem Zünden des zweiten äußeren Zylinders. Somit können Zündereignisse in dem ersten äußeren Zylinder und dem ersten inneren Zylinder um mindestens 360 Kurbelwellengrad getrennt sein, während Zündereignisse in dem zweiten äußeren Zylinder und dem zweiten inneren Zylinder um mindestens 240 Kurbelwellengrad getrennt sein können.
Ein erster VDE-Modus kann Betreiben des Motors 10 in einem Dreizylindermodus umfassen. Ein Verfahren zum Betreiben des Motors 10 im Dreizylindermodus kann Deaktivieren des ersten äußeren Zylinders (Zylinder 31) und Leiten von Abgas nur von dem ersten inneren Zylinder (Zylinder 33) zu der ersten Spirale 71 des Twin-Scroll-Turboladers umfassen. Die zweite Spirale 73 kann weiter Abgas von dem zweiten äußeren und zweiten inneren Zylinder empfangen. Der erste VDE-Modus kann unter einer ersten Bedingung, die Motorleerlaufbedingungen (für reduzierte NVH) umfassen kann, verwendet werden. Der erste VDE-Modus kann auch unter Bedingungen mittlerer Motorlast eingesetzt werden.
Ein zweiter VDE-Modus kann Betreiben des Motors 10 in einem Zweizylindermodus umfassen. Ein Verfahren zum Betreiben des Motors 10 im Zweizylindermodus kann Deaktivieren des zweiten äußeren Zylinders (Zylinder 37) und des zweiten inneren Zylinders (Zylinder 33) umfassen. Somit kann der Motor durch Zuschalten des ersten äußeren Zylinders (Zylinder 31) und des ersten inneren Zylinders (Zylinder 33) betrieben werden. Der zweite VDE-Modus kann unter Bedingungen niedrigerer Motorlast verwendet werden.
In dem Beispiel des asymmetrischen Auslasslayouts, wie in 4 gezeigt, kann die erste Spirale 71 der Abgasturbine 92 ungefähr alle 720 Grad KW Abgase empfangen, während die zweite Spirale 73 der Abgasturbine 92 ungefähr alle 240 Grad KW Abgasimpulse empfangen kann. Auch bei diesem Layout kann jede Spirale einen Abgasimpuls empfangen, der um mindestens 240 Grad KW von dem nächsten Impuls getrennt ist. Im Dreizylindermodus kann die erste Spirale 71 möglicherweise keine Abgasimpulse empfangen, da der Zylinder 31 deaktiviert sein kann. Die zweite Spirale 73 kann jedoch weiter ausgestoßene Abgase von den drei zugeschalteten Zylindern (Zylinder 33, 35 und 37) empfangen.
Im Zweizylindermodus können die Zylinder 35 und 37 deaktiviert werden. Hierbei kann eine erste Spirale 71 ungefähr alle 720 Grad KW Abgasimpulse von Zylinder 31 empfangen, während die zweite Spirale 73 ungefähr alle 720 Grad KW Abgasimpulse von Zylinder 33 empfangen kann. Demgemäß kann die Abgasturbine 92 ungefähr alle 360 Grad KW Abgasimpulse empfangen.
Die in den 2, 4, 12, 13 und 14 gezeigte Spirale 73 der vorliegenden Offenbarung ist eine innen liegende Spirale, die näher an einem Mittelgehäuse des Turboladers 290 definiert ist. Ferner ist die Spirale 71 in den obigen Figuren weiter von dem Mittelgehäuse des Turboladers 290 weg dargestellt. Es versteht sich, dass die Lagen der Spiralen 73 und 71 in anderen Beispielen umgedreht sein können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Deshalb kann ein Verfahren zum Betreiben eines Motors im Nicht-VDE-Modus mit einem asymmetrischen Auslasslayout Leiten von Abgas von einem ersten äußeren Zylinder (Zylinder 31) der vier Zylinder zu einer erste Spirale 71 eines Twin-Scroll-Turboladers 290, Leiten von Abgas von einem ersten inneren Zylinder (Zylinder 33), einem zweiten äußeren Zylinder (Zylinder 37) und einem zweiten inneren Zylinder (Zylinder 35) der vier Zylinder zu einer zweiten Spirale 73 des Twin-Scroll-Turboladers 290 und unter einer ersten Bedingung Betreiben aller Zylinder mit mindestens einer ungleichmäßigen Zündung umfassen. Die erste Bedingung kann Bedingungen hoher Motorlast umfassen. Die ungleichmäßige Zündung kann einen ähnlichen Zündabstand wie der oben für ein symmetrisches Auslasslayout, bei dem der erste innere Zylinder, der zweite äußere Zylinder und der zweite innere Zylinder jeweils in Abständen von 240 Kurbelwellengrad gezündet werden können und der erste äußere Zylinder ungefähr in der Mitte zwischen dem Zünden des zweiten äußeren Zylinders und des zweiten inneren Zylinders gezündet werden kann, beschriebene umfassen. Ferner kann der erste äußere Zylinder ungefähr 120 Kurbelwellengrad nach dem Zünden des zweiten äußeren Zylinders und ungefähr 120 Kurbelwellengrad vor dem Zünden des zweiten inneren Zylinders gezündet werden. Hierbei kann der erste äußere Zylinder der eine Zylinder mit ungleichmäßiger Zündung sein.
Unter einer zweiten Bedingung kann der Motor durch Deaktivieren des ersten äußeren Zylinders und Zünden der verbleibenden drei Zylinder in gleichmäßigen Abständen im Dreizylindermodus betrieben werden. Zum Beispiel können die verbleibenden drei Zylinder mit gleichmäßiger Zündung bezüglich einander betrieben werden. Hierbei können der erste innere Zylinder, der zweite äußere Zylinder und der zweite innere Zylinder in Abständen von 240 Kurbelwellengrad zwischen jedem Zylinder gezündet werden. Die zweite Bedingung zur Verwendung des Dreizylindermodus kann unter Bedingungen mittlerer Motorlast verwendet werden. In einem anderen Beispiel kann der Dreizylindermodus unter Leerlaufbedingungen verwendet werden.
Unter einer dritten Bedingung kann der Motor durch Deaktivieren des zweiten äußeren und zweiten inneren Zylinders in einem Zweizylindermodus betrieben werden. Hierbei können die verbleibenden Zylinder, der erste äußere Zylinder und der erste innere Zylinder in gleichmäßigen Abständen von 360 Kurbelwellengrad gezündet werden. Die dritte Bedingung zur Verwendung des Zweizylinder-VDE-Modus kann unter Bedingungen niedrigerer Motorlast sein.
Es versteht sich, dass der Zweizylinder-VDE-Modus, Dreizylinder-VDE-Modus und der Nicht-VDE-Modus auch in einem Saugmotor verwendet werden können. In diesem Beispiel kann kein Turbolader verwendet werden.
Nunmehr auf 9 Bezug nehmend, zeigt diese eine beispielhafte Routine 900 zur Bestimmung eines Motorbetriebsmodus in einem Fahrzeug basierend auf Motorlast. Insbesondere können basierend auf Motorlasten ein Zweizylinder-VDE-Betriebsmodus, ein Dreizylinder-VDE-Betriebsmodus oder ein Nicht-VDE-Betriebsmodus ausgewählt werden. Ferner können Wechsel zwischen diesen Betriebsmodi basierend auf Änderungen der Motorlasten bestimmt werden. Die Routine 900 kann durch eine Steuerung, wie zum Beispiel die Steuerung 12 des Motors 10, gesteuert werden.
Bei 902 umfasst die Routine Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen. Diese Bedingungen können zum Beispiel Motordrehzahl, Motorlast, Solldrehmoment (zum Beispiel von einem Pedalstellungssensor), Krümmerdruck (MAP), Luftmasse (MAF), Aufladedruck, Motortemperatur, Zündzeitpunkt, Einlasskrümmertemperatur, Klopfgrenzen usw. umfassen. Bei 904 umfasst die Routine Bestimmen eines Motorbetriebsmodus basierend auf den geschätzten Motorbetriebsbedingungen. Zum Beispiel kann die Motorlast ein signifikanter Faktor zur Bestimmung des Motorbetriebsmodus sein, welcher einen Zweizylinder-VDE-Modus, Dreizylinder-VDE-Modus oder Nicht-VDE-Modus (auch als Vollzylindermodus bezeichnet) umfasst. In einem anderen Beispiel kann auch das Solldrehmoment den Motorbetriebsmodus bestimmen. Ein höherer Drehmomentbedarf kann Betreiben des Motors im Nicht-VDE- oder Vierzylindermodus umfassen. Ein geringerer Drehmomentbedarf kann einen Wechsel des Motorbetriebs in einen VDE-Modus ermöglichen. Wie später unter Bezugnahme auf 11 näher dargelegt werden wird, kann in einem bestimmten Kennfeld 1140 eine Kombination von Motordrehzahl- und Motorlastbedingungen den Motorbetriebsmodus bestimmen.
Bei 906 kann die Routine 900 deshalb bestimmen, ob Bedingungen hoher (oder sehr hoher) Motorlast vorliegen. Zum Beispiel kann der Motor höhere Lasten erfahren, wenn das Fahrzeug eine große Steigung herauffährt. In einem anderen Beispiel kann eine Klimaanlage eingeschaltet werden, wodurch die Last am Motor steigt. Wenn bestimmt wird, dass Bedingungen hoher Motorlast vorliegen, geht die Routine 900 zu 908 über, um alle Zylinder zuzuschalten und im Nicht-VDE-Modus zu arbeiten. In dem Beispiel des Motors 10 der 2, 4 und 5 können alle vier Zylinder während des Nicht-VDE-Modus betrieben werden. Somit kann ein Nicht-VDE-Modus unter sehr hohen Motorlasten und/oder bei sehr hohen Motordrehzahlen gewählt werden.
Ferner können bei 910 die vier Zylinder in der folgenden Reihenfolge gezündet werden: 1-3-2-4, wobei die Zylinder 2, 3 und 4 in einem Abstand von ca. 240 Grad KW zünden und Zylinder 1 ungefähr in der Mitte zwischen Zylinder 4 und Zylinder 3 zündet. Wie zuvor beschrieben, kann ein erster Zylinder (Zylinder 3), wenn alle Zylinder zugeschaltet werden, bei 120 Grad Kurbelwinkel nach Zylinder 1 gezündet werden, ein zweiter Zylinder (Zylinder 2) kann bei 240 Grad Kurbelwinkel nach dem Zünden des ersten Zylinders gezündet werden, ein dritter Zylinder (Zylinder 4) kann bei 240 Grad Kurbelwinkel nach dem Zünden des zweiten Zylinders gezündet werden, und ein vierter Zylinder (Zylinder 1) kann bei 120 Grad Kurbelwinkel nach dem Zünden des dritten Zylinders gezündet werden. Dann kann die Routine 900 zu 926 übergehen.
Wenn bei 906 bestimmt wird, dass keine Bedingungen hoher Motorlast vorliegen, geht die Routine 900 zu 912 über, wo sie bestimmen kann, ob Bedingungen niedriger Motorlast vorliegen. Der Motor kann zum Beispiel bei Konstantfahrt auf einer Schnellstraße mit einer leichten Last arbeiten. In einem anderen Beispiel kann es zu niedrigeren Motorlasten kommen, wenn das Fahrzeug ein Gefälle herunterfährt. Wenn bei 912 Bedingungen niedrigerer Motorlast bestimmt werden, fährt die Routine 900 bei 916 fort, um den Motor in einem Zweizylinder-VDE-Modus zu betreiben. Darüber hinaus können die beiden zugeschalteten Zylinder (Zylinder 1 und 2) bei 918 in Abständen von 360 Kurbelwellengrad gezündet werden. Dann kann die Routine von 900 zu 926 übergehen.
Wenn bestimmt wird, dass keine Bedingungen niedrigerer Motorlast vorliegen, fährt die Routine 900 mit 920 fort, wo sie einen Betrieb mit mittlerer Motorlast bestimmen kann. Als Nächstes kann der Motor bei 922 in einem Dreizylinder-VDE-Modus betrieben werden, in dem Zylinder 1 deaktiviert werden kann und die Zylinder 2, 3 und 4 zugeschaltet werden können. Ferner können die drei zugeschalteten Zylinder bei 924 in einem Abstand von 240 Kurbelwellengrad gezündet werden, so dass der Motor Verbrennungsereignisse in Abständen von 240 Kurbelwellengrad erfährt.
Nach der Wahl eines Motorbetriebsmodus und Beginn des Motorbetriebs in dem gewählten Modus (zum Beispiel entweder bei 910, 916 oder 924) kann die Routine 900 bei 926 bestimmen, ob eine Änderung der Motorlast auftritt. Zum Beispiel kann das Fahrzeug das Hochfahren der Steigung beenden und so eine ebenere Straße erreichen, wodurch die bestehende hohe Motorlast auf eine mäßige Last (oder niedrige Last) reduziert wird. In einem anderen Beispiel kann die Klimaanlage deaktiviert werden. In noch einem anderen Beispiel kann das Fahrzeug auf der Schnellstraße beschleunigen, um andere Fahrzeuge zu überholen, so dass die Motorlast von einer leichten Last auf eine mäßige oder hohe Last zunehmen kann. Wenn bei 926 bestimmt wird, dass keine Laständerung auftritt, fährt die Routine 900 mit 928 fort, um Motorbetrieb in dem gewählten Modus aufrechtzuerhalten. Ansonsten kann der Motorbetrieb bei 930 basierend auf der Änderung der Motorlast in einen anderen Modus wechseln. Moduswechsel werden unter Bezugnahme auf 10, die eine beispielhafte Routine 1000 für den Wechsel aus einem bestehenden Motorbetriebsmodus in einen anderen Betriebsmodus basierend auf bestimmten Motorlasten zeigt, ausführlich beschrieben.
Bei 932 können verschiedene Motorparameter eingestellt werden, um einen sanften Wechsel zu ermöglichen und Drehmomentstörungen während der Wechsel zu reduzieren. Es kann zum Beispiel erwünscht sein, vor, während und nach dem Wechsel zwischen VDE-Betriebsmodi ein vom Fahrer angefordertes Drehmoment auf einer konstanten Höhe zu halten. Wenn Zylinder wieder zugeschaltet werden, kann die gewünschte Luftladung und somit der gewünschte Krümmerdruck (MAP) für die wieder zugeschalteten Zylinder abnehmen (da nunmehr eine größere Anzahl von Zylindern in Betrieb ist), um eine konstante Motordrehmomentabgabe aufrechtzuerhalten. Zum Erreichen der gewünschten geringeren Luftladung kann die Drosselklappenöffnung während der Vorbereitung auf den Wechsel allmählich reduziert werden. Zum Zeitpunkt des eigentlichen Wechsels, das heißt zu dem Zeitpunkt der erneuten Zylinderzuschaltung, kann die Drosselklappenöffnung wesentlich reduziert werden, um den gewünschten Luftstrom zu erreichen. Dies gestattet eine Reduzierung der Luftladung während des Wechsels ohne Verursachung eines plötzlichen Abfalls des Motordrehmoments, während gestattet wird, dass die Luftladungs- und MAP-Höhe zu Beginn der erneuten Zylinderzuschaltung sofort auf die gewünschte Höhe reduziert werden. Darüber hinaus oder als Alternative dazu kann der Zündzeitpunkt nach spät verstellt werden, um an allen Zylindern ein konstantes Drehmoment aufrechtzuerhalten, wodurch Störungen des Zylindermoments reduziert werden. Wenn wieder ein ausreichender MAP hergestellt ist, kann der Zündzeitpunkt wieder hergestellt werden, und die Drosselklappenstellung kann erneut eingestellt werden. Zusätzlich zu den Einstellungen der Drosselklappe und des Zündzeitpunkts kann auch die Ventilsteuerzeit eingestellt werden, um Drehmomentstörungen auszugleichen. Die Routine 900 kann nach 932 enden.
Es sei darauf hingewiesen, dass bei Anzeige einer hohen oder geringen relativen Drehzahl (oder solcher Lasten oder anderer solcher Parameter) sich die Anzeige auf die relative Drehzahl im Vergleich zu dem Bereich zur Verfügung stehender Drehzahlen (oder Lasten bzw. anderer solcher Parameter) bezieht. Somit können geringere Motorlasten oder -drehzahlen im Vergleich zu mittleren oder höheren Motorlasten bzw. -drehzahlen geringer sein. Hohe Motorlasten und -drehzahlen können im Vergleich zu mittleren (oder mäßigen) und geringeren Motorlasten bzw. -drehzahlen höher sein. Mittlere oder mäßige Motorlasten und -drehzahlen können im Vergleich zu hohen oder sehr hohen Motorlasten bzw. -drehzahlen geringer sein. Ferner können mittlere oder mäßige Motorlasten und -drehzahlen im Vergleich zu geringeren Motorlasten bzw. -drehzahlen größer sein.
Nunmehr auf 11 Bezug nehmend, zeigt diese beispielhafte Kennfelder 1120, 1140 und 1160, die Motorlast-Motordrehzahl-Diagramme darstellen. Insbesondere zeigen die Kennfelder verschiedene Motorbetriebsmodi, die bei verschiedenen Kombinationen von Motordrehzahlen und Motorlasten zur Verfügung stehen. Jedes der Kennfelder zeigt entlang der X-Achse aufgetragene Motordrehzahl und entlang der Y-Achse aufgetragene Motorlast. Linie 1122 stellt eine höchste Last dar, bei der ein gegebener Motor unter einer gegebenen Drehzahl betrieben werden kann. Zone 1124 zeigt einen Vierzylinder-Nicht-VDE-Modus für einen Vierzylindermotor, wie zum Beispiel den zuvor beschriebenen Motor 10. Zone 1148 zeigt einen Dreizylinder-VDE-Modus mit standardmäßigen Einlassdauern, und Zone 1126 zeigt einen Zweizylinder-VDE-Modus für den Vierzylindermotor.
Kennfeld 1120 zeigt ein Beispiel für eine erste Version eines Vierzylindermotors, wobei der einzige zur Verfügung stehende VDE-Modus eine Zweizylindermodus-VDE-Option ist (im Gegensatz zu den Ausführungsformen in der vorliegenden Offenbarung). Der Zweizylindermodus (Zone 1126) kann in erster Linie während geringer Motorlasten und mäßiger Motordrehzahlen verwendet werden. Bei allen anderen Motordrehzahl-Motorlast-Kombinationen kann ein Nicht-VDE-Modus verwendet werden (Zone 1124). Wie aus Kennfeld 1120 hervorgeht, nimmt Zone 1126 einen geringeren Teil der Fläche unter der Linie 1122 im Vergleich zu der einen Nicht-VDE-Modus (Zone 1124) darstellenden Fläche ein. Deshalb kann ein mit zwei zur Verfügung stehenden Modi (VDE und Nicht-VDE) betriebener Motor relativ geringfügige Verbesserungen hinsichtlich der Kraftstoffökonomie gegenüber einem Motor ohne variablen Hubraum bereitstellen. Da der Wechsel zwischen den beiden Modi ein Zuschalten oder Deaktivieren von zwei von vier Zylindern beinhaltet, sind möglicherweise invasivere Steuerungen (zum Beispiel größere Änderungen beim Zündzeitpunkt zusammen mit Einstellungen an der Drosselklappe und den Ventilsteuerungen) erforderlich, um während dieser Wechsel Drehmomentstörungen auszugleichen. Wie zuvor erwähnt, liefert die erste Version des Vierzylindermotors aufgrund von verstärken NVH-Problemen möglicherweise keine Option für einen Betrieb im Dreizylindermodus.
Kennfeld 1140 zeigt ein Beispiel für Motorenbetrieb für eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, zum Beispiel des Motors 10 der 2, 4 und 5. Hierbei kann der Motor in einem von zwei zur Verfügung stehenden VDE-Modi betrieben werden, wodurch Kraftstoffökonomievorteile gegenüber der Option der ersten Version, die unter Bezugnahme auf Kennfeld 1120 beschrieben wurde, vergrößert werden. Der Motor kann während niedriger Motorlasten bei mäßigen Motordrehzahlen in einem Zweizylinder-VDE-Modus betrieben werden, wie in dem Beispiel des Kennfelds 1120. Ferner kann der Motor unter Bedingungen niedriger Last und geringer Drehzahl, unter Bedingungen mäßiger Last und mäßiger Drehzahl und unter Bedingungen mäßiger Last und hoher Drehzahl im Dreizylinder-VDE-Modus betrieben werden. Unter Bedingungen sehr hoher Drehzahl bei allen Lasten und unter Bedingungen sehr hoher Last bei allen Motordrehzahlen kann ein Nicht-VDE-Betriebsmodus eingesetzt werden.
Aus dem Kennfeld 1140 geht hervor, dass der beispielhafte Motor der 2, 4 und 5 im Wesentlichen in einem Dreizylinder- oder einem Zweizylindermodus arbeiten kann. Ein Nicht-VDE-Modus kann nur unter den Bedingungen sehr hoher Last und sehr hoher Motordrehzahl gewählt werden. Deshalb kann eine im Verhältnis höhere verbesserte Kraftstoffökonomie erreicht werden. Wie zuvor beschrieben, kann der Motor im Dreizylinder- und Zweizylindermodus bei gleichmäßiger Zündung betrieben werden, wodurch reduzierte NVH-Probleme ermöglicht werden. Bei Betrieb im Nicht-VDE-Modus kann ein nicht gleichmäßiges Zündmuster verwendet werden, das eine besondere Auslassnote erzeugen kann.
Ferner versteht sich, dass bei der Ausführungsform des Motors 10 der 2, 4 und 5 ein größerer Anteil von Wechseln des Betriebsmodus Wechsel vom Zweizylinder-VDE-Modus zum Dreizylinder-VDE-Modus oder Wechsel vom Dreizylinder-VDE-Modus zum Nicht-VDE-Modus umfassen kann. Ferner können weniger Wechsel, die einen Wechsel vom Vierzylinder-Nicht-VDE-Modus zum Zweizylinder-VDE-Modus (und umgekehrt) beinhalten, auftreten. Folglich kann bei der in den 2, 4 und 5 beschriebenen beispielhaften Ausführungsform des Motors 10 ein sanfterer und leichterer Wechsel in der Motorsteuerung ermöglicht werden. Insgesamt kann das Fahrverhalten aufgrund von reduzierten NVH und von einer sanfteren Motorsteuerung verbessert werden.
Ein anderer Motorbetrieb für den beispielhaften Motor (zu Beispiel Motor 10 der 2, 4 und 5) wird in Kennfeld 1160 dargestellt. Hierbei steht die Option des Zweizylinder- VDE-Modus nicht zur Verfügung, und der Motor kann größtenteils in einem gleichmäßig zündenden Dreizylinder-VDE-Modus betrieben werden. Zum Beispiel kann der Dreizylinder-VDE-Modus unter Bedingungen niedriger Last bei geringen, mäßigen und hohen Drehzahlen und unter Bedingungen mäßiger Last bei geringen, mäßigen und hohen Drehzahlen funktionsfähig sein. Ein Wechsel in den Nicht-VDE-Modus kann nur unter Bedingungen erfolgen, die sehr hohe Motordrehzahlen, hohe Lasten oder sehr hohe Motorlasten beinhalten. In dem in Kennfeld 1160 gezeigten Beispiel können Wechsel zwischen Nicht-VDE- und VDE-Modi signifikant reduziert sein, wodurch NVH gemindert werden und eine sanftere Motorsteuerung ermöglicht wird. Ferner enthält in dem Beispiel des Motors 10 möglicherweise nur ein einziger Zylinder einen Deaktivierungsmechanismus, wodurch eine Kostenminderung bereitgestellt wird. Die Kraftstoffökonomievorteile können im Vergleich zu dem Motorbetriebsbeispiel von Kennfeld 1140 relativ vermindert sein.
Kennfeld 1180 von 11 zeigt ein Motorbetriebsbeispiel für eine andere Motorausführungsform, die unter Bezugnahme auf die 14, 15 und 16 weiter beschrieben wird.
Nunmehr auf 10 Bezug nehmend, wird Routine 1000 zur Bestimmung von Wechseln von Motorbetriebsmodi basierend auf Motorlast- und Motordrehzahlbedingungen beschrieben. Insbesondere kann der Motor von einem Nicht-VDE-Modus in einen von zwei VDE-Modi und umgekehrt wechseln und kann auch zwischen den beiden VDE-Modi wechseln.
Bei 1002 kann der aktuelle Betriebsmodus bestimmt werden. Zum Beispiel kann der Vierzylindermotor in einem Nicht-VDE-Vollzylindermodus, einem Dreizylinder-VDE-Modus oder einem Zweizylinder-VDE-Modus arbeiten. Bei 1004 kann bestimmt werden, ob der Motor in dem Vierzylindermodus arbeitet. Ist dies nicht der Fall, kann sich die Routine 1000 zu 1006 bewegen, um zu bestimmen, ob es sich bei dem aktuellen Motorbetriebsmodus um den Dreizylinder-VDE-Modus handelt. Ist dies nicht der Fall, kann die Routine 1000 bei 1008 bestimmen, ob der Motor im Zweizylinder-VDE-Modus betrieben wird. Ist dies nicht der Fall, kehrt die Routine 1000 zu 1004 zurück.
Bei 1004 kann die Routine 1000, wenn bestätigt wird, dass ein Nicht-VDE-Motorbetriebsmodus vorliegt, zu 1010 weitergehen, um zu bestätigen, dass Motorlast und/oder Motordrehzahl abgenommen hat/haben. Wenn der bestehende Motorbetriebsmodus ein Nicht-VDE-Modus, mit allen vier Zylindern zugeschaltet, ist, kann der Motor hohe oder sehr hohe Motorlasten erfahren. In einem anderen Beispiel kann ein Nicht-VDE-Motorbetriebsmodus als Reaktion auf sehr hohe Motordrehzahlen vorliegen. Wenn der Motor hohe Motorlasten erfährt, um in einem Nicht-VDE-Modus zu arbeiten, kann bei einer Abnahme der Last eine Änderung des Betriebsmodus auftreten. Eine Verringerung der Motordrehzahl kann auch einen Wechsel in einen VDE-Modus ermöglichen. Eine Zunahme der Motorlast oder -drehzahl kann den Betriebsmodus nicht ändern.
Wenn bestätigt wird, dass keine Abnahme der Last und/oder Drehzahl aufgetreten ist, kann bei 1012 der bestehende Motorbetriebsmodus aufrechterhalten werden, und die Routine 1000 endet. Wenn jedoch bestimmt wird, dass eine Abnahme der Motorlast und/oder -drehzahl aufgetreten ist, geht die Routine 1000 zu 1014 über, um zu bestimmen, ob die Abnahme der Motorlast und/oder -drehzahl einen Betrieb im Dreizylindermodus geeignet macht. Wie zuvor unter Bezugnahme auf Kennfeld 1140 von 11 beschrieben, kann ein Wechsel zu Bedingungen mäßiger Last – mäßiger Drehzahl und zu Bedingungen mäßiger Last – hoher Drehzahl einen Motorbetrieb im Dreizylinder-VDE-Modus ermöglichen. Es versteht sich, dass ein Wechsel in den Dreizylinder-VDE-Modus auch unter Bedingungen niedriger Drehzahl – niedriger Last erfolgen kann, wie in Kennfeld 1140 von 11 gezeigt. Wenn bestätigt wird, dass bestehende Last- und/oder Drehzahlbedingungen einen Wechsel in den Dreizylindermodus ermöglichen, kann demgemäß bei 1016 ein Wechsel in den Dreizylinder-VDE-Modus erfolgen. Ferner kann Zylinder 1 der vier Zylinder deaktiviert werden, während die verbleibenden drei Zylinder zugeschaltet gehalten werden. Darüber hinaus können die verbleibenden drei Zylinder in einem Abstand von ca. 240 Grad KW voneinander weiter gezündet werden. Dann kann die Routine 1000 enden.
Wenn bei 1014 bestimmt wird, dass die Verringerung der Motorlast und/oder Motordrehzahl nicht für Betrieb im Dreizylindermodus geeignet ist, fährt die Routine 1000 mit 1018 fort, um zu bestätigen, dass die Verringerung der Motorlast und/oder Motordrehzahl Motorbetrieb im Zweizylindermodus ermöglicht. Wie in Kennfeld 1140 von 11 gezeigt, können niedrige Motorlasten bei mäßigen Motordrehzahlen einen Zweizylinder-VDE-Modus ermöglichen. Wenn die Motorlast und/oder Motordrehzahl für den Zweizylindermodus nicht geeignet ist/sind, kehrt die Routine 1000 zu 1010 zurück, ansonsten kann bei 1020 ein Wechsel in den Zweizylinder-VDE-Modus aus dem Nicht-VDE-Modus durch Deaktivieren der Zylinder 3 und 4 durchgeführt werden, während die Zylinder 1 und 2 in einem zugeschalteten Zustand gehalten werden. Die Zylinder 1 und 2 können in Abständen von 360 Grad KW dazwischen gezündet werden. Dann kann die Routine 1000 enden.
Erneut zu 1006 zurückkehrend, fährt die Routine 1000, falls bestätigt wird, dass der aktuelle Motorbetriebsmodus der Dreizylinder-VDE-Modus ist, mit 1022 fort, um zu bestimmen, ob die Motorlast zugenommen hat oder ob die Motordrehzahl sehr hoch ist. Wie in Kennfeld 1140 gezeigt, kann der Motor, wenn die Motordrehzahl sehr hoch ist, im Vollzylindermodus betrieben werden. Wenn der bestehende Betriebsmodus der Dreizylindermodus ist, kann der Motor zuvor Bedingungen mäßiger Last – mäßiger Drehzahl oder Bedingungen mäßiger Last – hoher Drehzahl erfahren haben. Als Alternative dazu kann sich der Motor unter Bedingungen niedriger Last – niedriger Drehzahl befinden. Deshalb kann ein Wechsel aus dem bestehenden Modus bei einer Zunahme der Motorlast oder einer signifikanten Zunahme der Motordrehzahl auftreten. Wenn bei 1022 eine Zunahme der Motorlast und/oder eine sehr hohe Motordrehzahl bestätigt wird, geht die Routine 1000 zu 1024 über, um in einen Nicht-VDE-Modus zu wechseln. Deshalb kann Zylinder 1 zugeschaltet werden, um den Motor im Vierzylindermodus mit ungleichmäßiger Zündung zu betreiben.
Wenn bei 1022 keine Zunahme der Motorlast und/oder keine sehr hohe Motordrehzahl bestimmt werden/wird, kann die Routine 1000 bei 1026 bestätigen, ob eine Abnahme der Motorlast oder eine Änderung der Motordrehzahl aufgetreten ist. Wie zuvor erläutert, kann eine Abnahme der Last, wenn der Motor zuvor unter Bedingungen mäßiger Last – mäßiger Drehzahl betrieben worden ist, einen Wechsel in den Zweizylinder-VDE-Modus ermöglichen. In einem anderen Beispiel kann auch ein Wechsel in den Zweizylinder-VDE-Modus eingeleitet werden, wenn sich eine bestehende Bedingungen niedriger Last – niedriger Drehzahl zu einer Bedingung niedriger Last – mäßiger Drehzahl ändert. In noch einem anderen Beispiel kann ein Wechsel von einer Bedingung niedriger Last – hoher Drehzahl zu einer Bedingung niedriger Last – mäßiger Drehzahl auch Motorbetrieb im Zweizylinder-VDE-Modus ermöglichen. Wenn keine Änderung der Drehzahl und/oder Abnahme der Last bestimmt wird, geht die Routine 1000 zu 1012 über, wo der bestehende Motorbetriebsmodus aufrechterhalten werden kann. Wenn jedoch eine Abnahme der Motorlast oder eine Änderung der Motordrehzahl bestätigt wird, fährt Routine 1000 mit 1027 fort, um zu bestimmen, ob Änderungen der Drehzahl und/oder die Abnahme der Last für Motorbetrieb im Zweizylindermodus geeignet sind/ist. Die Steuerung kann zum Beispiel bestimmen, ob die bestehende Drehzahl und/oder Last in die Zone 1126 des Kennfelds 1140 fallen. Ist dies der Fall, kann der Motorbetrieb bei 1028 in den Zweizylinder-VDE-Modus wechseln. Hierbei können die Zylinder 3 und 4 deaktiviert sein, und Zylinder 1 kann zugeschaltet sein, während Zylinder 2 in einem aktiven Modus gehalten wird. Wenn die Verringerung der Motorlast und/oder die Änderung der Motordrehzahl keinen Betrieb im Zweizylindermodus ermöglicht/ermöglichen, fährt Routine 1000 mit 1012 fort, wo der bestehende Motorbetriebsmodus gehalten werden kann.
Zu 1008 zurückkehrend, fährt die Routine 1000, wenn bestätigt wird, dass der aktuelle Motorbetriebsmodus der Zweizylinder-VDE-Modus ist, mit 1030 fort, um zu bestimmen, ob die Motorlast zugenommen hat oder ob sich die Motordrehzahl geändert hat. Wenn der bestehende Betriebsmodus der Zweizylindermodus ist, kann der Motor zuvor niedrige bis mäßige Motorlasten bei mäßigen Motordrehzahlen erfahren haben. Deshalb kann ein Wechsel aus dem bestehenden Modus mit einer Zunahme der Motorlast stattfinden. Eine Abnahme der Last ändert möglicherweise nicht den Motorbetriebsmodus. Ferner kann auch eine Änderung von dem bestehenden Modus stattfinden, wenn die Motordrehzahl auf eine niedrige Drehzahl abnimmt oder auf eine hohe (oder sehr hohe) Drehzahl zunimmt. Wenn eine Zunahme der Motorlast und/oder eine Änderung der Motordrehzahl bei 1030 nicht bestätigt werden/wird, geht die Routine 1000 zu 1032 über, um den bestehenden Zweizylinder-VDE-Modus aufrechtzuerhalten.
Wenn eine Zunahme der Motorlast und/oder eine Änderung der Motordrehzahl bei 1030 bestätigt werden/wird, kann die Routine 1000 mit 1034 fortfahren, um zu bestimmen, ob die Motorlast und/oder die Motordrehzahl einen Wechsel in den Dreizylinder-VDE-Modus ermöglichen. Die Motorlast kann sich zum Beispiel auf mäßigen Höhen befinden, um einen Wechsel in den Dreizylinder-VDE-Modus zu ermöglichen. Ist dies der Fall, kann der Motorbetrieb bei 1036 in den Dreizylinder-VDE-Modus gewechselt werden. Ferner können die Zylinder 3 und 4 zugeschaltet werden, und Zylinder 1 kann deaktiviert werden, während Zylinder 2 in einem aktiven Modus gehalten wird. Wenn die Motorlast und/oder die Motordrehzahl für Motorbetrieb im Dreizylindermodus nicht geeignet sind/ist, kann die Routine 1000 mit 1038 fortfahren, um zu bestimmen, ob die Motorlast und/oder Motordrehzahl Motorbetrieb im Vierzylindermodus ermöglichen/ermöglicht. Zum Beispiel kann die Motorlast sehr hoch sein. In einem anderen Beispiel kann die Motordrehzahl sehr hoch sein. Ist dies der Fall, können bei 1040 die Zylinder 3 und 4 zugeschaltet werden, und der Motor kann in den Nicht-VDE-Betriebsmodus gewechselt werden. Dann kann die Routine 1000 enden. Wenn die Zunahme der Motorlast und/oder Drehzahländerung für einen Betrieb des Motors im Vollzylindermodus nicht ausreicht, kann die Routine 1000 zu 1030 zurückkehren.
Somit kann eine Steuerung Motorbetriebsmodi basierend auf der bestehenden Kombination von Motordrehzahl und Motorlast bestimmen. Ein Kennfeld, wie zum Beispiel das Kennfeld 1140, kann dazu verwendet werden, Motormoduswechsel zu entscheiden. Wie unter Bezugnahme auf Kennfeld 1160 von 11 erwähnt, können ferner in einigen Beispielen die zur Verfügung stehenden Motorbetriebsmodi entweder ein Dreizylindermodus oder ein Nicht-VDE-Modus sein. Eine Steuerung kann dazu konfiguriert sein, Routinen, wie zum Beispiel die Routinen der 9 und 10 durchzuführen, um einen Motorbetriebsmodus und Übergänge zwischen den beiden Modi basierend auf einem Motorlast-Motordrehzahl-Kennfeld zu bestimmen. Durch Betrieb des Motors in einem von zwei zur Verfügung stehenden Modi können Wechsel des Motorbetriebs reduziert werden, wodurch eine Verringerung von Drehmomentstörungen und eine sanftere Motorsteuerung gewährt werden.
Nunmehr auf 18 Bezug nehmend, stellt diese das Kennfeld 1800 dar, das beispielhafte Wechsel in einem Motor, wie zum Beispiel dem Motor 10, aus dem Nicht-VDE-Modus in den VDE-Modus zeigt. Kennfeld 1800 zeigt die Drehmomentanforderung bei Auftragung 1802, den Motorbetriebsmodus (Zweizylinder-VDE-Modus, Dreizylinder-VDE-Modus und Nicht-VDE-Modus) bei Auftragung 1804, den Zuschaltstatus des Zylinders 1 bei Auftragung 1806, den Zuschaltstatus der Zylinder 3 und 4 bei Auftragung 1808, die Drosselklappenstellung bei 1810 und die Vorzündung bei Auftragung 1812. Alle obigen Parameter sind als Funktion der Zeit auf der X-Achse aufgetragen. Insbesondere zeigt Auftragung 1812 Spätzündung bei Anwendung auf aktive Zylinder. Weiterhin versteht sich, dass Zylinder 2 in allen Motorbetriebsmodi immer aktiv und betriebsbereit gehalten wird. Zur weiteren Ausführung kann Zylinder 1 hierbei Zylinder 31 von 2 sein, Zylinder 2 kann Zylinder 33 von 2 sein, Zylinder 3 kann Zylinder 35 von 2 sein und Zylinder 4 kann Zylinder 37 von 2 sein.
Bei t₀ kann der Motor aufgrund von mäßiger Drehmomentanforderung im Dreizylinder-VDE-Modus betrieben werden. Deshalb kann Zylinder 1 deaktiviert werden, während die Zylinder 2, 3 und 4 aktiv sind und in gleichmäßigen Zündabständen von 240 Grad KW zünden. Ferner kann sich die Drosselklappe in einer Stellung zwischen geöffnet und geschlossen befinden, während Vorzündung zu einem Zeitpunkt vorliegen kann, der das gewünschte Drehmoment liefert. Bei t₁ kann die Drehmomentanforderung stark zunehmen. Zum Beispiel kann eine verstärkte Drehmomentanforderung vorliegen, wenn ein Fahrzeug beschleunigt wird, um auf eine Schnellstraße mit anderen Fahrzeugen aufzufahren. Als Reaktion auf die starke Zunahme der Drehmomentanforderung kann der Motor in den Vollzylinder- oder Nicht-VDE-Modus (Auftragung 1804) gewechselt werden, um das gewünschte Drehmoment bereitzustellen, und demgemäß kann Zylinder 1 zugeschaltet werden. Ferner kann die Drosselklappe in eine vollständig geöffnete Stellung eingestellt werden, um einen stärkeren Luftstrom zu ermöglichen, während der Zündzeitpunkt auf seiner ursprünglichen Einstellung gehalten wird (zum Beispiel dem Zeitpunkt bei t₀).
Bei t₂ fällt die Drehmomentanforderung wesentlich ab. Bei Auffahrt auf die Schnellstraße kann das Fahrzeug zum Beispiel eine Reisegeschwindigkeit erreichen, die eine Reduzierung der Motordrehzahl und Motorlast gestattet. Als Reaktion auf die Verringerung der Drehmomentanforderung und die Reduzierung der Motordrehzahl und -last kann der Motor in den Zweizylinder-VDE-Modus gewechselt werden. Ferner können die Zylinder 3 und 4 deaktiviert werden, während Zylinder 1 in seinem aktiven und betriebsbereiten Zustand bleibt. Darüber hinaus kann die Drosselklappe in eine weiter geschlossene Stellung bewegt werden. Zwischen t₂ und t₃ kann die Drosselklappe in eine weiter geschlossene Stellung eingestellt werden. Es kann auch eine Spätzündung angewandt werden, um eine Reduzierung des Drehmoments (Auftragung 1812) zu ermöglichen. Wie in 18 gezeigt, kann eine Vorzündung kurz vor dem Wechsel bei t₂ reduziert werden, um Drehmoment im Nicht-VDE-Modus zu reduzieren, bevor in den Zweizylindermodus gewechselt wird. Auf diese Weise kann Drehmoment in jedem der beiden zugeschalteten Zylinder, die nach dem Wechsel in den Zweizylinder-VDE-Modus zünden, erhöht werden, so dass das durch den Motor abgegebene Gesamtdrehmoment nicht plötzlich abfällt, sondern sich sanft ändert. Nach Beendigung des Wechsels kann der Zündzeitpunkt wiederhergestellt werden.
Bei t₃ kann die Drehmomentanforderung leicht zunehmen, und der Motor kann basierend auf einer Zunahme der Motorlast in den Dreizylindermodus gewechselt werden. Demgemäß kann Zylinder 1 deaktiviert werden, und die Zylinder 3 und 4 können gleichzeitig wieder zugeschaltet werden. Ferner kann die Drosselklappenstellung leicht verstellt werden, damit ein stärkerer Luftstrom gestattet wird, um der Zunahme der Drehmomentanforderung zu entsprechen. Zum Reduzieren eines schnellen Anstiegs des Drehmoments kann der Zündzeitpunkt bei t₃ nach spät verstellt werden. Es wird beobachtet werden, dass die bei t₃ angewandte Spätzündung geringer als die bei t₂ angewandte Spätzündung sein kann. Der Zündzeitpunkt kann nach Erreichen des gewünschten Drehmoments wiederhergestellt werden.
Auf diese Weise kann ein Vierzylindermotor neben und zusätzlich zu einem Vollzylinder-(oder Nicht-VDE)Modus in einem Dreizylinder-VDE-Modus und einem Zweizylinder-VDE-Modus betrieben werden, um Kraftstoffökonomievorteile zu erzielen. Das hier beschriebene System kann einen Motor umfassen, der in Reihe angeordnete vier Zylinder, wobei drei der vier Zylinder deaktivierbar sind, eine Kurbelwelle mit vier Kurbelzapfen, eine einzige Ausgleichswelle, die sich in einer entgegengesetzten Richtung zu der Kurbelwelle dreht, und eine Steuerung, die mit in einem nicht-flüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen zum unter einer ersten Bedingung Deaktivieren von zwei der drei Zylinder, die deaktivierbar sind, und Betreiben des Motors über Zuschalten von zwei verbleibenden Zylindern mit gleichmäßiger Zündung konfiguriert ist, enthält. Die erste Bedingung kann Bedingungen niedrigerer Motorlast umfasst. Wie zuvor unter Bezugnahme auf das Beispiel des Motors 10 der 2, 4 und 5 beschrieben, können die Zylinder 31, 35 und 37 deaktivierbar sein, während der Zylinder 33 möglicherweise nicht deaktivierbar ist. Unter Bedingungen niedrigerer Motorlast können die Zylinder 35 und 37 deshalb deaktiviert werden, und die Zylinder 31 und 33 können bei gleichmäßiger Zündung in Abständen von 360 Kurbelwellengrad zugeschaltet werden.
Ferner kann die Steuerung dazu konfiguriert sein, unter einer zweiten Bedingung einen der drei Zylinder, die deaktivierbar sind, zu deaktivieren und den Motor durch Zuschalten der verbleibenden drei Zylinder bei gleichmäßiger Zündung zu betreiben. Hierbei können die zweite Bedingung mittlere Motorlasten sein, und Zylinder 31 des Motors 10 kann deaktiviert werden, während die Zylinder 33, 35 und 37 zugeschaltet werden, um den Motor im Dreizylindermodus zu betreiben. Ferner können die zugeschalteten drei Zylinder (33, 35 und 37) in einem Abstand von ca. 240 Kurbelwellengrad gezündet werden. In einem anderen Beispiel kann die zweite Bedingung Leerlaufbedingungen umfassen.
Die Steuerung kann dazu konfiguriert sein, unter einer dritten Bedingung den Motor mit allen Zylindern zugeschaltet und mindestens einem ungleichmäßig zündenden Zylinder zu betreiben. Hierbei kann der mindestens eine ungleichmäßig zündende Zylinder nur Zylinder 31 des beispielhaften Motors 10 sein, und die dritte Bedingung können Bedingungen hoher und sehr hoher Motorlast sein. Wenn alle Zylinder zugeschaltet werden, kann ferner ein erster Zylinder (zum Beispiel Zylinder 35 des Motors 10) bei 120 Grad Kurbelwinkel gezündet werden, ein zweiter Zylinder (zum Beispiel Zylinder 33 des Motors 10) kann bei 240 Grad Kurbelwinkel nach dem Zünden des ersten Zylinders gezündet werden, ein dritter Zylinder (zum Beispiel Zylinder 37 des Motors 10) kann bei 240 Grad Kurbelwinkel nach dem Zünden des zweiten Zylinders gezündet werden, und ein vierter Zylinder (zum Beispiel Zylinder 31 des Motors 10) kann bei 120 Grad Kurbelwinkel nach dem Zünden des dritten Zylinders gezündet werden.
Die Kurbelwelle kann bei dem beispielhaften System einen zweiten Kurbelzapfen, einen dritten Kurbelzapfen und einen vierten Kurbelzapfen, die in einem Abstand von 120 Grad positioniert sind, enthalten. Ferner kann die Kurbelwelle einen ersten Kurbelzapfen enthalten, der sich neben dem zweiten Kurbelzapfen befindet und auf den zweiten Kurbelzapfen ausgerichtet ist.
Nunmehr auf 12 Bezug nehmend, wird eine Ausführungsform mit einem integrierten Abgaskrümmer (IEM – integrated exhaust manifold) bei einem symmetrischen Auslasslayout für den Motor 10 gezeigt. Die Zylinder 31, 33, 35 und 37, das VCT-System 202, das CPS-System 204, einschließlich Nockenwellen und Nocken, den Turbolader 290, die Emissionssteuervorrichtung 70, den Ladeluftkühler 90 umfassende Motorkomponenten entsprechen denen in den 2 und 4. Das Auslasslayout von den Zylindern zum Turbolader unterscheidet sich von dem in den 2 und 4 gezeigten.
Der Motor 10 ist mit dem IEM 1220 dargestellt, der dazu konfiguriert ist, Verbrennungsprodukte aus den Zylindern 31, 33, 35 und 37 abzulassen. Der IEM 1220 kann Abgaskrümmerrohre 1239, 1241, 1243 und 1245 enthalten, wobei jedes Abgaskrümmerrohr mit einem entsprechenden Zylinder über einen oder mehrere Auslassdurchgänge und Auslassventile des Zylinders gezielt verbunden werden kann. Ferner können Paare von Abgaskrümmerrohren in dem IEM 1220 zusammengeführt werden, um zwei Sammler zu bilden. Wie in dem Beispiel von 12 gezeigt, können die Abgaskrümmerrohre 1239 und 1241 an der Y-Verzweigung 1250 zu dem ersten Sammler 1223 zusammengeführt werden. Die Abgaskrümmerrohre 1243 und 1245 können an der Y-Verzweigung 1270 zu dem zweiten Sammler 1225 zusammengeführt werden. Der erste Sammler 1223 und der zweite Sammler 1225 stehen möglicherweise nicht miteinander in Verbindung.
Der geteilte Abgaskrümmer kann in einem Zylinderkopf integriert sein, um den IEM 1220 zu bilden. Deshalb können auch die Abgaskrümmerrohre 1239, 1241, 1243 und 1245 und die Abgassammler 1223 und 1225 in dem IEM 1220 integriert sein. Darüber hinaus können das Abgaskrümmerrohr 1239 und das Abgaskrümmerrohr 1241 an der Y-Verzweigung 1250 in dem IEM 1220 zusammengeführt werden, so dass der erste Sammler 1223 in dem IEM 1220 seinen Ursprung hat. Ebenso können die Abgaskrümmerrohre 1243 und 1245 an der Y-Verzweigung 1270 in dem IEM 1220 vereinigt werden, so dass der zweite Sammler 1225 in dem IEM 1220 sein Ursprung hat.
Zur weiteren Ausführung kann das Abgaskrümmerrohr 1239 über den Auslassdurchgang 20 fluidisch mit dem Zylinder 31 gekoppelt sein, während das Abgaskrümmerrohr 1241 über den Auslassdurchgang 22 fluidisch mit dem Zylinder 33 verbunden sein kann. Der erste Sammler 1223, der durch Vereinigen der Abgaskrümmerrohre 1239 und 1241 gebildet ist, kann somit fluidisch mit den Zylindern 31 und 33 gekoppelt sein. Analog dazu kann das Abgaskrümmerrohr 1243 über den Auslassdurchgang 24 fluidisch mit dem Zylinder 35 gekoppelt sein, während das Abgaskrümmerrohr 1245 über den Auslassdurchgang 26 fluidisch mit dem Zylinder 37 verbunden sein kann. Der zweite Sammler 1225, der durch Vereinigen der Abgaskrümmerrohre 1243 und 1245 gebildet ist, kann somit fluidisch mit den Zylindern 35 und 37 gekoppelt sein. Wie in 12 (und in den 2 und 4) gezeigt, stehen die Abgaskrümmerrohre von den Zylindern 31 und 33 möglicherweise nicht mit den Abgaskrümmerrohren von den Zylindern 35 und 37 in Verbindung. Ferner sind der erste Sammler 1223 und der zweite Sammler 1225 möglicherweise vollständig getrennt, so dass ein Rückblasen von einem Zylinder die Verbrennung in einem in der Zündfolge daneben liegenden anderen Zylinder nicht beeinträchtigen kann. Der erste und der zweite Sammler (1123 bzw. 1225) können sich auch außerhalb des IEM 1220 erstrecken. Somit können der erste Sammler 1223 und der zweite Sammler 1225 die einzigen Austritte für Abgas außerhalb des IEM 1220 sein.
Wie in 12 gezeigt, kann der erste Sammler 1223 außerhalb des IEM 1220 Abgas aus den Zylindern 31 und 33 an die erste Spirale 71 der Abgasturbine 92 liefern, während der zweite Sammler 1225 Abgas aus den Zylindern 35 und 37 an eine zweite Spirale 73 der Abgasturbine 92 über Kanal 61 liefern kann. Deshalb kann die erste Spirale 71 nur mit dem ersten Sammler 1223 fluidisch gekoppelt sein, und die zweite Spirale 73 kann nur mit dem zweiten Sammler 1225 fluidisch gekoppelt sein.
Wie bei den Ausführungsformen der 2 und 4 kann das Wastegate 69 in dem Bypass-Kanal 67 enthalten sein, um Abgas im ersten Sammler 1223 zu gestatten, die Abgasturbine 92 über den Kanal 65 zu umgehen. Abgas im zweiten Sammler 1225 kann die Abgasturbine 92 über den Kanal 63 und am Wastegate 69 wobei umgehen.
Auf diese Weise kann ein System einen integrierten Abgaskrümmer (IEM), eine Reihengruppe von vier Zylindern mit zwei inneren Zylindern, Zylinder 33 und 35, flankiert von zwei äußeren Zylindern, Zylinder 31 und 37, umfassen. Jeder Zylinder kann mit einem von vier Abgaskrümmerrohren des IEM fluidisch in Verbindung stehen, wobei die Abgaskrümmerrohre eines ersten äußeren (Zylinder 31) und eines ersten inneren Zylinders (Zylinder 33) zu dem ersten Sammler 1223 in dem IEM 1220 zusammengeführt werden, und die Abgaskrümmerrohre eines zweiten äußeren (Zylinder 37) und eines zweiten inneren Zylinders (Zylinder 35) zu einem zweiten Sammler 1225 in dem IEM 1220 zusammengeführt werden. Des Weiteren kann das System einen Turbolader mit einer Twin-Scroll-Abgasturbine 92 enthalten, wobei eine erste Spirale 71 der Turbine mit dem ersten Sammler 1223, aber nicht mit dem zweiten Sammler 1225, fluidisch in Verbindung steht und eine zweite Spirale 73 der Turbine mit dem zweiten Sammler 1225, aber nicht mit dem ersten Sammler 1223, fluidisch in Verbindung steht. Wie in 12 aufgezeigt, können der erste und der zweite Sammler ferner die einzigen Abgasaustritte des IEM sein und stehen im IEM möglicherweise nicht fluidisch miteinander in Verbindung.
Ein asymmetrisches Auslasslayout mit einem integrierten Abgaskrümmer, wie zum Beispiel dem in 13 gezeigten, kann eine Alternative zu der Ausführungsform von 12 sein. Hierbei kann, wie in 4, Abgas aus dem Zylinder 31 getrennt und zu der ersten Spirale 71 der Abgasturbine geleitet werden. Unterdessen kann Abgas aus den Zylindern 33, 35 und 37 kombiniert und zu der zweiten Spirale 73 der Abgasturbine 92 geleitet werden. Die Ausführungsform von 13 unterscheidet sich von der Ausführungsform von 4 in erster Linie hinsichtlich der Gegenwart des IEM 1220. Alle anderen Merkmale, einschließlich Zündmuster und Abstände zwischen Abgasimpulsen, können denen bei der Ausführung von 4 entsprechen.
Das Abgaskrümmerrohr 1339 kann Abgase aus dem Zylinder 31 über den Auslassdurchgang 20 abführen und mit dem ersten Sammler 1323 fluidisch in Verbindung stehen, um Abgasimpulse zu der ersten Spirale 71 der Abgasturbine 92 zu leiten. Das Abgaskrümmerrohr 1341, das Verbrennungsgase über den Auslassdurchgang 22 vom Zylinder 33 empfängt, kann mit dem Abgaskrümmerrohr 1343, das Abgase über den Auslassdurchgang 24 vom Zylinder 35 empfängt, kombiniert werden. Ferner kann das Abgaskrümmerrohr 1345, das Abgase über den Auslassdurchgang 26 vom Zylinder 37 empfängt, an der Y-Verzweigung 1370 mit den Abgaskrümmerrohren 1341 und 1343 kombiniert werden, um den zweiten Sammler 1325 zu bilden. Der zweite Sammler 1325 kann Abgase aus den Zylindern 33, 35 und 37 über den Kanal 1361 zu der zweiten Spirale 73 der Abgasturbine 92 leiten.
Auf diese Weise kann ein integrierter Abgaskrümmer (IEM) bereitgestellt werden, um Motorgewicht, Oberfläche und Produktionskosten zu reduzieren. Durch Reduzieren von Motorgewicht können Kraftstoffökonomievorteile zusätzlich zu den durch Betrieb des Motors im Dreizylinder-VDE-Modus, wie zuvor besprochen, erhaltenen vergrößert werden. Darüber hinaus kann der Turbolader näher an den Zylindern positioniert werden, wenn ein IEM verwendet wird, der das Abführen von heißeren Abgasen in die Turbine ermöglicht, wodurch eine schnellere Erwärmung der Emissionssteuervorrichtung gewährt wird.
Nunmehr auf 14 Bezug nehmend, wird eine zusätzliche Ausführungsform des Motors 10, der in erster Linie im Dreizylindermodus über einen weiteren Bereich von Motorlasten und Motordrehzahlen betrieben werden kann, gezeigt. Insbesondere kann der Motor bei der Ausführungsform von 14 einen einzigen Zylinder von vier Zylindern enthalten, der deaktivierbar ist, im Gegensatz zu dem Motor der 2, 4 und 5, der drei Zylinder enthält, die deaktivierbar sind. Ferner können die verbleibenden drei Zylinder bei der vorliegenden Ausführungsform von 14 dazu konfiguriert sein, unter bestimmten Betriebsbedingungen mit einem frühen Schließen des Einlassventils zu arbeiten. Somit können mehrere Motorkomponenten, wie zum Beispiel der Turbolader 290, die Emissionssteuervorrichtung 70 usw., die zuvor unter Bezugnahme auf die 2 und 12 beschrieben wurden, denen in 14 entsprechen. Es werden hier unterschiedliche Komponenten beschrieben.
Wie bei den früheren Ausführungsformen enthält der Motor 10 von 14 vier Zylinder: einen ersten äußeren Zylinder 31, einen ersten inneren Zylinder 33, einen zweiten inneren Zylinder 35 und einen zweiten äußeren Zylinder 37. In dem gezeigten Beispiel ist der Zylinder 31 deaktivierbar, aber die Zylinder 33, 35 und 37 sind möglicherweise nicht in deaktivierbar. Der integrierte Abgaskrümmer (IEM) 1220 kann das Ausstoßen von Verbrennungsprodukten zum Turbolader 290 unterstützen. Weitere Details der Zylinder werden unten beschrieben. Das VCT-System (VCT – variable cam timing) 202 und das CPS-System (CPS – cam profile switching) 204 können enthalten sein, um Motorbetrieb mit variablen Ventilsteuerzeiten zu ermöglichen bzw. das Schalten von zur Verfügung stehenden Nockenprofilen zu ermöglichen.
Jeder Zylinder des Motors 10 weist in der Darstellung zwei Einlassventile und zwei Auslassventile auf. Andere Ausführungsformen können weniger Ventile oder zusätzliche Ventile enthalten. Jedes Einlassventil ist zwischen einer geöffneten Stellung, in der Einlassluft in einen jeweiligen Zylinder gelassen wird, und einer geschlossenen Stellung, in der Einlassluft aus dem jeweiligen Zylinder im Wesentlichen gesperrt wird, betätigbar. 14 zeigt die Einlassventile I1–I8, die durch die gemeinsame Nockenwelle 218 betätigt werden. Die Einlassnockenwelle 218 enthält mehrere Einlassnocken, die zur Steuerung des Öffnens und Schließens der Einlassventile konfiguriert sind. Jedes Einlassventil kann durch zwei Einlassnocken gesteuert werden, die weiter unten beschrieben werden. Bei einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere zusätzliche Einlassnocken enthalten sein, um die Einlassventile zu steuern. Darüber hinaus können Einlassaktuatorsysteme die Steuerung der Einlassventile ermöglichen.
Jedes Auslassventil ist zwischen einer geöffneten Stellung, in der Abgas einen jeweiligen Zylinder verlassen kann, und einer geschlossenen Stellung, die Gas in dem jeweiligen Zylinder im Wesentlichen zurückhält, betätigbar. 14 zeigt die Auslassventile E1–E8, die durch eine gemeinsame Auslassnockenwelle 224 betätigt werden. Die Auslassnockenwelle 224 enthält mehrere Auslassnocken, die zur Steuerung des Öffnens und Schließens der Auslassventile konfiguriert sind. Bei der gezeigten Ausführungsform kann jedes der Auslassventile der Zylinder 33, 35 und 37 durch einen einzigen Auslassnocken gesteuert werden, der weiter unten beschrieben wird. Bei einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere zusätzliche Auslassnocken enthalten sein, um die Auslassventile zu steuern. Ferner können Auslassaktuatorsysteme die Steuerung von Auslassventilen ermöglichen.
Der Motor 10 von 14 kann ein Motor mit variablem Hubraum sein, bei dem nur ein einziger Zylinder der vier Zylinder 212, falls gewünscht, über einen oder mehrere Mechanismen deaktiviert werden kann. Wie zuvor erwähnt, ist bei dieser Ausführungsform Zylinder 31 der einzige Zylinder, der einen Deaktivierungsmechanismus enthält. Einlass- und Auslassventile des einzigen Zylinders, Zylinder 31, können im VDE-Modus des Motorbetriebs über Schaltstößel, Schaltkipphebel oder hydraulische Schaltrollenschwinghebel deaktiviert werden.
Wie in dem Beispiel von 2 enthält Zylinder 31 in 14 einen ersten Einlassnocken und einen zweiten Einlassnocken pro auf der gemeinsamen Einlassnockenwelle 218 angeordnetem Einlassventil und einen ersten Auslassnocken und einen zweiten Auslassnocken pro auf der gemeinsamen Auslassnockenwelle 224 positioniertem Auslassventil. Die ersten Einlassnocken können ein erstes Nockenerhebungsprofil zum Öffnen der Einlassventile für eine erste Einlassdauer und einen ersten Ventilhub aufweisen. In dem Beispiel von 14 können die ersten Einlassnocken C1 und C2 des Zylinders 31 die Einlassventile I1 bzw. I2 für eine ähnliche Dauer und einen ähnlichen Hub öffnen. Die zweiten Einlassnocken N1 und N2 sind als Nullnockenerhebungen dargestellt, die ein Profil zum Halten ihrer jeweiligen Einlassventile I1 und I2 in der geschlossenen Stellung aufweisen können. Somit können die Nullnockenerhebungen N1 und N2 das Deaktivieren entsprechender Einlassventile unterstützen, wenn der Zylinder 31 im VDE-Modus deaktiviert wird.
Ähnlich wie die Einlassventile weist Zylinder 31 einen ersten Auslassnocken und einen zweiten Auslassnocken auf, die auf der gemeinsamen Auslassnockenwelle 224 angeordnet sind. Die ersten Auslassnocken können ein erstes Nockenerhebungsprofil aufweisen, das eine erste Auslassdauer und einen ersten Auslassventilhub bereitstellt. Die ersten Auslassnocken C3 und C4 des Zylinders 31 können ein ähnliches erstes Nockenerhebungsprofil aufweisen, das jeweilige Auslassventile E1 und E2 für eine gegebene Dauer und einen gegebenen Hub öffnet. In anderen Beispielen können die durch die Nocken C3 und C4 bereitgestellten Auslassdauern und -hübe ähnlich oder verschieden sein. Die zweiten Auslassnocken N3 und N4 sind als Nullnockenerhebungen gezeigt, die ein Profil zum Halten ihrer jeweiligen Auslassventile E1 und E2 durch einen oder mehrere Motorzyklen in der geschlossenen Stellung aufweisen können. Somit können Nullnockenerhebungen N3 und N4 das Deaktivieren entsprechender Auslassventile im Zylinder 31 während des VDE-Modus unterstützen.
Wie zuvor erwähnt, können andere Ausführungsformen verschiedene in der Technik bekannte Mechanismen zum Deaktivieren von Einlass- und Auslassventilen in Zylindern enthalten. Solche Ausführungsformen können keine Nullnockenerhebungen für die Deaktivierung verwenden.
Die Zylinder 33, 35 und 37 sind bei der Ausführungsform von 14 möglicherweise nicht deaktivierbar und ermöglichen, dass der Motor 10 über einen großen Bereich von Motordrehzahlen und -lasten weitgehend in einem Dreizylindermodus arbeitet. Bei leichteren Motorlasten können diese drei Zylinder jedoch mit einem frühen Einlassventilschließen (EIVC – early intake valve closing) betrieben werden, um Kraftstoffökonomievorteile, die sich aus reduzierten Pumpverlusten ergeben, zu nutzen.
Demgemäß können die Zylinder 33, 35 und 37 jeweils einen ersten Einlassnocken und einen zweiten Einlassnocken pro auf der gemeinsamen Einlassnockenwelle 218 angeordnetem Einlassventil und einen einzigen Auslassnocken pro auf der gemeinsamen Auslassnockenwelle 224 positioniertem Auslassventil aufweisen. Hierbei können die ersten Einlassnocken ein erstes Nockenerhebungsprofil zum Öffnen der Einlassventile für eine erste Einlassdauer und einen ersten Einlassventilhub aufweisen. Die ersten Einlassnocken für die Zylinder 33, 35 und 37 können das gleiche Profil wie die ersten Einlassnocken im Zylinder 31 aufweisen. In anderen Beispielen können die Nocken verschiedene Profile aufweisen. Ferner können in dem gezeigten Beispiel von 14 die zweiten Einlassnocken ein zweites Nockenerhebungsprofil zum Öffnen der Einlassventile für eine zweite Einlassdauer und einen zweiten Einlasshub aufweisen. Die zweite Einlassdauer kann eine kürzere Einlassdauer (zum Beispiel kürzer als die erste Einlassdauer) und ein geringerer Einlassventilhub (zum Beispiel geringer als der erste Einlassventilhub) sein.
Zur näheren Ausführung können die Einlassventile I3 und I4 des Zylinders 33 entweder durch einen jeweiligen ersten Einlassnocken C5 und C6 oder durch einen jeweiligen zweiten Einlassnocken L5 und L6 betätigt werden. Ferner können die Einlassventile I5 und I6 des Zylinders 35 entweder durch einen jeweiligen ersten Einlassnocken C9 und C10 oder durch einen jeweiligen zweiten Einlassnocken L9 und L10 betätigt werden, und die Einlassventile I7 und I8 des Zylinders 37 können entweder durch einen jeweiligen ersten Einlassnocken C13 und C14 oder durch einen jeweiligen zweiten Einlassnocken L13 und L14 betätigt werden. Die ersten Einlassnocken C5, C6, C9, C10, C13 und C14 können ein erstes Nockenerhebungsprofil aufweisen, das eine erste Einlassdauer und einen ersten Einlassventilhub bereitstellt. Die zweiten Einlassnocken L5, L6, L9, L10, L13 und L14 können ein zweites Nockenerhebungsprofil zum Öffnen jeweiliger Einlassventile für eine zweite Einlassdauer, die von der ersten Einlassdauer verschieden ist, und einen zweiten Einlassventilhub, der von dem ersten Einlassventilhub verschieden ist, aufweisen. In dem gezeigten Beispiel kann die durch die ersten Einlassnocken C5, C6, C9, C10, C13 und C14 bereitgestellte erste Einlassdauer länger sein als die durch die zweiten Einlassnocken L5, L6, L9, L10, L13 und L14 bereitgestellte zweite Einlassdauer. Darüber hinaus kann der durch die ersten Einlassnocken C5, C6, C9, C10, C13 und C14 bereitgestellte erste Einlassventilhub größer sein als der durch die zweiten Einlassnocken L5, L6, L9, L10, L13 und L14 bereitgestellte zweite Einlassventilhub.
In einem Beispiel können der Hub und die Dauer, der bzw. die durch die zweiten Einlassnocken für einen gegebenen Zylinder bereitgestellt wird, ähnlich sein. Zum Beispiel können die zweite Einlassdauer und der zweite Ventilhub, die bzw. der durch jeden der zweiten Einlassnocken L9 und L10 des Zylinders 35 bereitgestellt wird, jeweils gleich sein. Zur näheren Ausführung kann die durch den zweiten Einlassnocken L9 für das Einlassventil I5 bereitgestellte Einlassdauer der durch den zweiten Einlassnocken L10 für das Einlassventil I6 bereitgestellten Einlassdauer entsprechen. In anderen Beispielen können der Hub und die Dauer der zweiten Einlassnocken an einem gegebenen Zylinder verschieden sein. Zum Beispiel kann der zweite Einlassnocken L5 einen geringeren Hub und eine kürzere Dauer als der zweite Einlassnocken L6 aufweisen, um während des Einlassereignisses eine Verwirbelung im Zylinder 33 zu erzeugen. Ebenso können die zweiten Einlassnocken L9 und L10 des Zylinders 35 verschiedene Profile voneinander aufweisen, und die zweiten Einlassnocken L13 und L14 des Zylinders 37 können unterschiedliche Profile bezüglich einander aufweisen.
Die Auslassventile E3–E8 der Zylinder 33, 35 und 37 können jeweils durch einen einzigen Auslassnocken mit einem ersten Nockenprofil, das eine erste Auslassdauer und einen ersten Auslasshub bereitstellt, betätigt werden. Wie in 14 dargestellt, können die Nocken C7 und C8 die jeweiligen Auslassventile E3 und E4 des Zylinders 33 betätigen, können die Nocken C11 und C12 die jeweiligen Auslassventile E5 und E6 des Zylinders 35 betätigen und können die Auslassnocken C15 und C16 die jeweiligen Auslassventile E7 und E8 des Zylinders 37 betätigen. Die ersten Nockenprofile für die Auslassnocken, die den Zylindern 33, 35 und 37 zugeordnet sind, können dem ersten Auslassnockenprofil der ersten Auslassnocken C3 und C4 im Zylinder 31 entsprechen. In anderen Beispielen können die Nockenerhebungsprofile für Auslassnocken verschieden sein.
Die Einlassventile können jeweils durch ein jeweiliges Aktuatorsystem betätigt werden, das mit der Steuerung 12 wirkgekoppelt ist. Wie in 14 gezeigt, können die Einlassventile I1 und I2 des Zylinders 31 über das Aktuatorsystem A2 betätigt werden, die Einlassventile I3 und I4 des Zylinders 33 können über das Aktuatorsystem A4 betätigt werden, die Einlassventile I5 und I6 des Zylinders 35 können über das Aktuatorsystem A6 betätigt werden, und die Einlassventile I7 und I8 des Zylinders 37 können über das Aktuatorsystem A8 betätigt werden. Ferner kann jedes der Auslassventile durch ein jeweiliges Aktuatorsystem betätigt werden, das mit der Steuerung 12 wirkgekoppelt ist. Wie gezeigt, können die Auslassventile E1 und E2 des Zylinders 31 über das Aktuatorsystem A1 betätigt werden, die Auslassventile E3 und E4 des Zylinders 33 können über das Aktuatorsystem A3 betätigt werden, die Auslassventile E5 und E6 des Zylinders 32 können über das Aktuatorsystem A5 betätigt werden, und die Auslassventile E7 und E8 des Zylinders 37 können über das Aktuatorsystem A7 betätigt werden.
Andere Ausführungsformen können reduzierte Aktuatorsysteme oder andere Kombinationen von Aktuatorsystemen enthalten, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel können die Einlassventile und die Auslassventile jedes Zylinders durch einen einzigen Aktuator betätigt werden.
Das CPS-System 204 kann zur translatorischen Bewegung bestimmter Teile der Einlassnockenwelle 218 in Längsrichtung, wodurch bewirkt wird, dass der Betrieb der Einlassventile I1–I8 zwischen jeweiligen ersten Einlassnocken und zweiten Einlassnocken (oder Nullnocken für den Zylinder 31) variiert wird, konfiguriert sein.
Bei einer optionalen Ausführungsform, die in 14 gezeigt wird (gestrichelte Linien) und bei der die Aktuatorsysteme A2, A4, A6 und A8 Kipphebel zur Betätigung der ersten und zweiten Einlassnocken enthalten, kann das CPS-System 204 mit dem Solenoid S1 und dem Solenoid S2 wirkgekoppelt sein, welche wiederum mit den Aktuatorsystemen wirkgekoppelt sein können. Hierbei können die Kipphebel durch elektrische oder hydraulische Mittel über die Solenoide S1 und S2 betätigt werden, um entweder dem ersten Einlassnocken oder dem zweiten Einlassnocken zu folgen. Wie gezeigt, ist das Solenoid S1 (über 1412) allein mit dem Aktuatorsystem A2 wirkgekoppelt und nicht mit den Aktuatorsystemen A4, A6 und A8 wirkgekoppelt. Ebenso ist das Solenoid S2 (über 1422) mit den Aktuatorsystemen A4, (über 1424) A6 und (über 1426) A8 wirkgekoppelt und nicht mit dem Aktuatorsystem A2 wirkgekoppelt.
Es versteht sich, dass die Solenoide S1 und S2, obgleich dies in 14 nicht gezeigt wird, auch mit den Aktuatorsystemen A1, A3, A5 und A7 wirkgekoppelt sein können, um die jeweiligen Auslassnocken zu betätigen. Zur näheren Ausführung kann das Solenoid S1 nur mit dem Aktuatorsystem A1 und nicht mit den Aktuatorsystemen A3, A5 und A7 wirkgekoppelt sein. Ferner kann das Solenoid S2 mit A3, A5 und A7 wirkgekoppelt sein, aber nicht mit A1 wirkgekoppelt sein. Hierbei können die Kipphebel durch elektrische oder hydraulische Mittel betätigt werden, um entweder den ersten Auslassnocken oder den zweiten Nullnocken zu folgen. Als Alternative dazu kann das CPS-System 204 zur translatorischen Bewegung bestimmter Teile der Auslassnockenwelle 224 in Längsrichtung, wodurch Betrieb der Auslassventile E1–E2 zum Variieren zwischen jeweiligen ersten Auslassnocken und zweiten Nullnocken bewirkt wird, konfiguriert sein.
Das Solenoid S1 kann die Einlassnocken der Einlassventile I1 und I2 des Zylinders 31 über die Kipphebel im Aktuatorsystem A2 steuern. Wie zuvor erwähnt, aber in 14 nicht gezeigt, kann das Solenoid S1 auch die Auslassventile E1 und E2 des Zylinders 31 steuern, welche zu gleichen Zeiten wie die Einlassventile I1 und I2 deaktiviert werden können. Eine Standardstellung für das Solenoid S1 kann eine geschlossene Stellung sein, so dass der bzw. die Kipphebel, die mit dem Solenoid S1 wirkgekoppelt ist bzw. sind, in einer nicht mit Druck beaufschlagten entriegelten Stellung gehalten wird bzw. werden, was dazu führt, dass für die Einlassventile I1 und I2 kein Hub (oder ein Nullhub) bereitgestellt wird.
Das Solenoid S2 kann jedes Paar Einlassnocken der Einlassventile I3 und I4 des Zylinders 33, die Einlassventile I5 und I6 des Zylinders 35 bzw. die Einlassventile I7 und I8 des Zylinders 37 steuern. Das Solenoid S2 kann die Einlassnocken der Einlassventile der Zylinder 33, 35 und 37 über Kipphebel in jeweiligen Aktuatorsystemen A4, A6 und A8 steuern. Das Solenoid S2 kann in einer geschlossenen Standardstellung gehalten werden, so dass die zugehörigen Kipphebel in einer nicht mit Druck beaufschlagten verriegelten Stellung gehalten werden.
Auf diese Weise kann das CPS-System 204 zwischen einem ersten Nocken zum Öffnen eines Ventils für eine erste Dauer und einem zweiten Nocken zum Öffnen des Ventils für eine zweite Dauer schalten. In dem gegebenen Beispiel können das CPS-System 204 Nocken für Einlassventile in Zylindern 33, 35 und 37 zwischen einem ersten Nocken zum Öffnen der Einlassventile für eine längere Dauer und einem zweiten Einlassnocken zum Öffnen der Einlassventile für eine zweite, kürzere Dauer schalten. Das CPS-System 204 kann Nocken für Einlassventile im Zylinder 31 zwischen einem ersten Nocken zum Öffnen der Einlassventile für eine erste Dauer (die ähnlich der ersten Einlassdauer in den Zylindern 31, 35 und 37 sein kann) und einem zweiten Nullnocken zum Geschlossenhalten der Einlassventile schalten. Ferner kann das CPS-System 204 Nocken für Auslassventile nur im Zylinder 31 zwischen einem ersten Nocken zum Öffnen der Auslassventile für eine erste Dauer und einem zweiten Nullnocken zum Geschlossenhalten der Auslassventile schalten. In dem Beispiel der Zylinder 33, 35 und 37 kann das CPS-System 204 Nocken für die Auslassventile möglicherweise nicht schalten, da die Zylinder 33, 35 und 37 mit einem einzigen Nocken pro Auslassventil konfiguriert sind.
Das CPS-System 204 kann Signale von der Steuerung 12 zum Schalten zwischen verschiedenen Nockenprofilen für verschiedene Zylinder im Motor 10 basierend auf Motorbetriebsbedingungen empfangen. Zum Beispiel kann der Motorbetrieb bei hohen Motorlasten im Nicht-VDE-Modus sein. Hierbei können alle Zylinder zugeschaltet sein, und die Einlassventile in jedem Zylinder können durch ihre jeweiligen ersten Einlassnocken betätigt werden.
In einem anderen Beispiel kann ein Motor 10 bei einer mittleren Motorlast in einem Dreizylindermodus betrieben werden. Hierbei kann das CPS-System 204 zur Betätigung der Einlassventile der Zylinder 33, 35 und 37 mit ihren jeweiligen ersten Einlassnocken konfiguriert sein. Gleichzeitig kann der Zylinder 31 durch das CPS-System 204 durch Betätigen der Einlass- und Auslassventile mit jeweiligen zweiten Nullnocken deaktiviert werden. In noch einem anderen Beispiel kann der Motor 10 bei einer geringen Motorlast in einem Dreizylindermodus mit frühem Einlassventilschließen betrieben werden. Hierbei kann das CPS-System 204 zur Betätigung der Einlassventile der Zylinder 33, 35 und 37 mit ihren jeweiligen zweiten Einlassnocken, die kürzere Einlassdauern bereitstellen, konfiguriert sein.
Bei der optionalen Ausführungsform, die Aktuatorsysteme mit Kipphebeln umfasst und bei der die Kipphebel durch elektrische oder hydraulische Mittel betätigt werden, kann der Motor mit drei aktiven Zylindern und frühem Einlassventilschließen durch Erregen des mit den Zylindern 33, 35 und 37 gekoppelten Solenoids S2 zum Öffnen und Betätigen der jeweiligen Kipphebel zum Folgen der zweiten Einlassnocken mit kürzerer Einlassdauer betrieben werden. Bei mittleren Motorlasten kann das Solenoid S2 zum Schließen entregt werden, so dass die jeweiligen Kipphebel den ersten Einlassnocken mit längerer Einlassdauer in den drei aktiven Zylindern (33, 35 und 37) folgen. In beiden VDE-Modi (mit frühem Einlassventilschließen und ohne frühes Einlassventilschließen) kann das Solenoid S1 in seiner Standardstellung gehalten werden. Im Nicht-VDE-Modus kann das Solenoid S1 zum Öffnen erregt werden, so dass jeweilige Kipphebel den ersten Einlassnocken (und ersten Auslassnocken, wenn zutreffend) am Zylinder 31 folgen, und das Solenoid S2 kann zum Schließen entregt werden, so dass die jeweiligen Kipphebel den ersten Einlassnocken mit längerer Einlassdauer in den Zylindern 33, 35 und 37 folgen. Somit beschreibt 14 ein Motorsystem, das in Reihe angeordnete vier Zylinder enthält, wobei jeder Zylinder mindestens ein Einlassventil aufweisen kann. Das bzw. die Einlassventil(e) eines einzigen Zylinders (Zylinder 31) kann bzw. können durch einen von zwei Nocken betätigt werden, wobei ein erster Nocken ein Nicht- Nullhubprofil aufweist und ein zweiter Nocken ein Nullhubprofil aufweist. Hierbei kann der zweite Nocken eine Nullnockenerhebung mit einem Nicht-Hub- und Nullhubprofil sein. Ferner kann jedes der Einlassventile der verbleibenden 3 Zylinder (Zylinder 33, 35 und 37) durch einen von zwei Nocken betätigt werden, wobei beide Nocken ein Nicht-Nullhubprofil aufweisen. Demgemäß kann jeder Nocken sein jeweiliges Einlassventil zu einer Nicht-Nullhöhe anheben, und keiner der Nocken, die entweder Einlass- oder Auslassventile in den Zylindern 33, 35 und 37 betätigen, kann eine Nullnockenerhebung sein.
Der Motor 10 der Ausführungsform in 14 kann entweder in einem Nicht-VDE-Modus oder in einem VDE-Modus betrieben werden. Während des VDE-Modus kann der Zylinder 31 durch Deaktivieren seiner Einlass- und Auslassventile abgeschaltet werden. Hierbei können die Einlassventile I1 und I2 und die Auslassventile E1 und E2 durch ihre jeweiligen Nullnockenerhebungen betätigt (oder geschlossen) werden. Der VDE-Modus kann ein Dreizylindermodus sein. Es können für den Motor 10 basierend auf einer Wahl entweder des ersten Einlassnockens oder des zweiten Einlassnockens in den drei aktiven Zylindern zwei Dreizylinder-VDE-Modi zur Verfügung stehen. Insbesondere kann ein erster Dreizylinder-VDE-Modus Motorbetrieb mit längeren Einlassdauern durch Verwendung erster Nockenerhebungen zur Betätigung jedes der Einlassventile in den Zylindern 33, 35 und 37 umfassen. Der Motor 10 kann in dem ersten Dreizylinder-VDE-Modus ohne frühes Einlassventilschließen (EIVC) unter Bedingungen mittlerer Motorlast betrieben werden. Ein zweiter Dreizylinder-VDE-Modus kann Motorbetrieb mit einer verkürzten Einlassdauer (zum Beispiel EIVC) durch Verwendung der zweiten Nockenerhebungen zur Betätigung jedes der Einlassventile in den Zylindern 33, 35 und 37 umfassen. Der zweite Dreizylinder-VDE-Modus kann deshalb EIVC umfassen und kann für Motorbetrieb unter Motorleerlaufbedingungen und unter Bedingungen niedrigerer Motorlast verwendet werden. Wie zuvor angeführt, kann der Zylinder 31 während beider VDE-Modi deaktiviert werden. Das CPS-System 204 kann zwischen den ersten Nockenerhebungen und den zweiten Nockenerhebungen für Einlassventilbetätigung im VDE-Modus schalten, um einen ersten Dreizylinder-VDE-Modus oder einen zweiten Dreizylinder-VDE-Modus basierend auf Motorbetriebsbedingungen zu ermöglichen.
Insbesondere können die Einlassventile während des ersten Dreizylinder-VDE-Modus in den Zylindern 33, 35 und 37 durch die ersten Nocken C5, C6 (für die Einlassventile I3–I4) und C9 und C10 (für die Einlassventile I5–I6) und C13, C14 (für die Einlassventile I7–I8) betätigt werden. Während des zweiten Dreizylinder-VDE-Modus können die Einlassventile in den Zylindern 33, 35 und 37 durch jeweilige zweite Nocken L5, L6 und L9, L10 und L13, L14 betätigt werden.
Im Nicht-VDE-Modus kann das CPS-System 204 zu ersten Nockenerhebungen zur Betätigung aller Einlassventile in allen Zylindern mit einer längeren Einlassdauer und einem höheren Einlassventilhub schalten. Der Nicht-VDE-Modus kann unter Bedingungen hoher oder sehr hoher Motorlast verwendet werden. Zur näheren Ausführung können die Einlassventile und die Auslassventile in Zylinder 31 während des Nicht-VDE-Modus durch die Nocken C1, C2 (für I1–I2) und C3 und C4 (für E1–E2) betätigt werden, während die Einlass- und Auslassventile in den Zylindern 33, 35 und 37 durch die ersten Nocken C5, C6 (für I3–I4), C7, C8 (für E3–E4), C9, C10 (für I5–I6), C11, C12 (für E5–E6), C13, C14 (für I7–I8), C15 und C16 (für E7–E8) betätigt werden können.
Nunmehr auf 15 Bezug nehmend, zeigt Kennfeld 1500 einen beispielhaften Einlassventil- und Auslassventilbetrieb unter Verwendung von Nockenprofilumschaltung zwischen den beiden oben unter Bezugnahme auf 14 beschriebenen Nicht-Nullhubnockenerhebungen. Insbesondere zeigt 15 den Betrieb eines Einlassventils (bei dem es sich um eines der Einlassventile I3–I8 handeln kann), und eines Auslassventils (bei dem es sich um eines der Auslassventile E3–E8 handeln kann), bezüglich des Kurbelwellenwinkels.
Das Kennfeld 1500 zeigt Kurbelwellengrad, aufgetragen entlang der X-Achse, und Ventilhub in Millimetern, aufgetragen entlang der Y-Achse. Ein Auslasshub des Zyklus erfolgt in der Darstellung zwischen 180 Grad und 360 Grad Kurbelwinkel. Anschließend erfolgt in der Darstellung ein regelmäßiger Ansaughub des Zyklus zwischen 360 Grad und 540 Grad Kurbelwinkel. Der regelmäßige Ansaughub kann mit einem die Einlassventile der Zylinder 33, 35 oder 37 betätigenden ersten Nocken erfolgen.
Wie in dem Kennfeld 1500 gezeigt, weist sowohl das Auslassventil als auch das Einlassventil einen positiven Hub auf, der einer Situation entspricht, in der sich die Ventile in einer geöffneten Stellung befinden, wodurch ermöglicht wird, dass Luft aus der Brennkammer heraus oder dort hinein strömt. Während des Motorbetriebs kann das Ausmaß des Hubs während der Ansaughübe und Auslasshübe von dem in 15 gezeigten abweichen, ohne den Schutzbereich der hier beschriebenen Beispiele zu verlassen.
Kurve 1510 zeigt eine(n) beispielhafte(n) Auslassventilsteuerung, -hub und -dauer für ein Auslassventil im Zylinder 33, Zylinder 35 oder Zylinder 37. Das Auslassventilöffnen (EVO – exhaust valve opening) kann vor 180 Kurbelwellengrad, bei ungefähr 120 Kurbelwellengrad, beginnen, und das Auslassventilschließen (EVC – exhaust valve closing) kann bei ungefähr 380 Kurbelwellengrad enden. Deshalb kann die Auslassdauer ungefähr 260 Kurbelwellengrad betragen. In einem Beispiel kann die Auslassdauer 250 Kurbelwellengrad betragen. In einem anderen Beispiel kann die Auslassdauer länger als 270 Kurbelwellengrad sein. In noch einem anderen Beispiel kann die Auslassdauer genau 260 Kurbelwellengrad betragen. Ferner kann der Auslassventilhub ca. 9 mm betragen.
Kurve 1520 zeigt eine(n) beispielhafte(n) Einlassventilsteuerung, -hub und -dauer für ein Einlassventil, das durch einen ersten Nocken im Zylinder 33, Zylinder 35 oder Zylinder 37 betätigt wird. Hierbei kann das Einlassventilöffnen (IVO – intake valve opening) bei ca. 350 Kurbelwellengrad beginnen, und das Einlassventilschließen (IVC – intake valve closing) kann bei ungefähr 590 Kurbelwellengrad erfolgen. Demgemäß kann die Einlassdauer bei Betätigung mit dem ersten Nocken ungefähr 240 Kurbelwellengrad betragen. In einem Beispiel kann die Einlassdauer 230 Kurbelwellengrad betragen. In einem anderen Beispiel kann die Einlassdauer länger als 260 Kurbelwellengrad sein. In noch einem anderen Beispiel kann die Einlassdauer genau 240 Kurbelwellengrad betragen. Ferner kann der Einlassventilhub ca. 9 mm betragen. In einem Beispiel kann der Einlassventilhub 8 mm betragen, während der Einlassventilhub in einem anderen Beispiel 10 mm betragen kann. In noch einem anderen Beispiel kann der Einlassventilhub genau 9 mm betragen. Einlass- und Auslassventilhübe können von den hier angeführten abweichen, ohne den Bereich der vorliegenden Beispiele zu verlassen.
Kurve 1530 zeigt eine(n) beispielhafte(n) Einlassventilsteuerung, -hub und -dauer für ein Einlassventil, das durch einen zweiten Nocken im Zylinder 33, Zylinder 35 oder Zylinder 37 betätigt wird. Hierbei kann das Einlassventilöffnen (IVO) ungefähr zur gleichen Zeit wie bei Kurve 1520, zum Beispiel bei ca. 350 Kurbelwellengrad beginnen. Das Einlassventil kann jedoch früher geschlossen werden, und frühes Einlassventilschließen (EIVC) kann bei ungefähr 470 Kurbelwellengrad erfolgen. Demgemäß kann die Einlassdauer bei Betätigung mit dem zweiten Nocken ungefähr 120 Kurbelwellengrad betragen. In einem Beispiel kann die Einlassdauer kürzer sein und zum Beispiel 110 Kurbelwellengrad betragen. In einem anderen Beispiel kann die Einlassdauer länger, z. B. 140 Kurbelwellengrad sein. In noch einem anderen Beispiel kann die Einlassdauer genau 120 Kurbelwellengrad betragen. Ferner kann der Einlassventilhub ca. 3 mm betragen. Der Einlassventilhub bei EIVC kann in anderen Beispielen zwischen 2 mm und 5 mm variieren.
Wie in 15 dargestellt, stellt die Klammer 1572 eine Auslassdauer dar, stellt die Klammer 1574 eine Einlassdauer mit dem ersten Nocken dar und stellt die Klammer 1576 eine Einlassdauer bei Betätigung des zweiten Nockens dar. Wie zu sehen ist, ist die Klammer 1576 wesentlich kürzer als die Klammer 1574. Wie zuvor beschrieben, kann die Einlassdauer bei Betätigung des zweiten Nockens ungefähr 120 Kurbelwellengrad betragen und kürzer sein als die Einlassdauer bei Betätigung des ersten Nockens, die ungefähr 240 Kurbelwellengrad betragen kann. Ferner ist der Einlassventilhub bei dem zweiten Nocken geringer als der Einlassventilhub bei dem ersten Nocken.
Nunmehr auf 16 Bezug nehmend, zeigt diese eine beispielhafte Routine 1600 zur Bestimmung eines Betriebsmodus in einem Fahrzeug mit einem Motor, wie zum Beispiel dem beispielhaften Motor von 14. Insbesondere können ein Dreizylinder-VDE-Modus mit frühem Einlassventilschließen (EIVC), ein Dreizylinder-VDE-Modus ohne EIVC oder ein Nicht-VDE-Betriebsmodus basierend auf Motorlasten ausgewählt werden. Ferner können Wechsel zwischen diesen Betriebsmodi basierend auf Änderungen der Motorlasten bestimmt werden. Die Routine 1600 kann durch eine Steuerung, wie zum Beispiel die Steuerung 12 des Motors 10, gesteuert werden.
Bei 1602 umfasst die Routine Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen. Diese Bedingungen können zum Beispiel Motordrehzahl, Motorlast, gewünschtes Drehmoment, Krümmerdruck (MAP), Luft-Kraftstoff-Verhältnis, Luftmasse (MAF), Ladedruck, Motortemperatur, Zündzeitpunkt, Einlasskrümmertemperatur, Klopfgrenzen usw. umfassen. Bei 1604 umfasst die Routine Bestimmen eines Motorbetriebsmodus basierend auf den geschätzten Motorbetriebsbedingungen. Zum Beispiel kann die Motorlast ein signifikanter Faktor zur Bestimmung des Motorbetriebsmodus sein, der einen Dreizylinder-VDE-Modus mit EIVC, einen Dreizylinder-VDE-Modus ohne EIVC bei regelmäßigen Basiseinlassdauern oder einen Nicht-VDE-Modus (oder Vierzylindermodus) umfasst. Die regelmäßigen Basiseinlassdauern im Dreizylindermodus ohne EIVC können länger als die Einlassdauern während des Dreizylindermodus mit EIVC sein. In einem anderen Beispiel kann das erwünschte Drehmoment auch den Motorbetriebsmodus bestimmen. Eine höhere Drehmomentanforderung kann Betreiben des Motors im Nicht-VDE- oder Vierzylindermodus umfassen. Eine geringere Drehmomentanforderung kann einen Wechsel des Motorbetriebs in einen VDE-Modus ermöglichen. Wie später unter Bezugnahme auf Kennfeld 1180 von 11 näher ausgeführt, kann eine Kombination der Motordrehzahl- und Motorlastbedingungen den Motorbetriebsmodus bestimmen.
Bei 1606 kann die Routine 1600 daher bestimmen, ob Bedingungen hoher (oder sehr hoher) Motorlast bestehen. Zum Beispiel kann der Motor höhere Lasten erfahren, während das Fahrzeug an einer steilen Steigung hochfährt. In einem anderen Beispiel kann eine Klimaanlage eingeschaltet werden, wodurch Last am Motor erhöht wird. Wenn bestimmt wird, dass Bedingungen hoher Motorlast vorliegen, fährt die Routine 1600 mit 1608 fort, um alle Zylinder zuzuschalten und im Nicht-VDE-Modus zu arbeiten. In dem Beispiel von Motor 10 von 14 können während des Nicht-VDE-Modus alle vier Zylinder zugeschaltet sein. Somit kann während sehr hoher Motorlasten und/oder sehr hoher Motordrehzahlen ein Nicht-VDE-Modus gewählt werden.
Bei 1610 können die vier Zylinder in der folgenden Reihenfolge gezündet werden: 1-3-2-4, wobei die Zylinder 2, 3 und 4 in einem Abstand von ca. 240 Grad KW zünden und
Zylinder 1 ungefähr in der Mitte zwischen Zylinder 4 und Zylinder 3 zündet. In diesem Beispiel ist Zylinder 31 von 14 Zylinder 1, ist Zylinder 33 von 14 Zylinder 2, ist Zylinder 35 von 14 Zylinder 3 und ist Zylinder 37 von 14 Zylinder 4. Wenn alle Zylinder zugeschaltet werden, kann der einzige deaktivierbare Zylinder 1 (Zylinder 31) ungefähr in der Mitte zwischen Zylinder 4 im Zylinder 3 gezündet werden. Ferner können Zündereignisse in Zylinder 4 um 240 Kurbelwellengrad von Zündereignissen in Zylinder 3 getrennt werden. Somit kann Zylinder 1 ungefähr 120 Kurbelwellengrad nach dem Zünden von Zylinder 4 und ungefähr 120 Kurbelwellengrad vor dem Zünden von Zylinder 3 gezündet werden. Ferner kann Zylinder 2 ungefähr 240 Kurbelwellengrad (Grad KW) nach dem Zünden von Zylinder 3 gezündet werden, und Zylinder 4 kann ca. 240 Kurbelwellengrad nach dem Zünden von Zylinder 2 gezündet werden. Somit umfasst der Nicht-VDE-Modus ungleichmäßige Zündabstände (zum Beispiel 120°-240°-240°-120°), wobei Zylinder 3 120 Grad KW nach Zylinder 1 gezündet wird, Zylinder 2 240 Grad KW nach Zylinder 3 gezündet wird, Zylinder 4 240 Grad KW nach Zylinder 2 gezündet wird und Zylinder 1 120 Grad KW nach Zylinder 4 gezündet wird. Die Folge fährt danach mit den gleichen Zündabständen im Nicht-VDE-Modus fort.
Wenn bei 1606 bestimmt wird, dass keine Bedingungen hoher Motorlast vorliegen, geht die Routine 1600 zu 1612 über, wo sie bestimmen kann, ob Bedingungen niedriger Motorlast vorliegen. Der Motor kann zum Beispiel bei Konstantfahrt auf einer Schnellstraße mit einer geringen Last arbeiten. In einem anderen Beispiel können niedrigere Motorlasten auftreten, wenn das Fahrzeug ein Gefälle herunterfährt. Wenn bei 1612 Bedingungen niedriger Motorlast bestimmt werden, fährt die Routine 1600 mit 1614 fort, um den Motor in einem Dreizylinder-VDE-Modus mit EIVC zu betreiben. Hierbei kann Zylinder 1 deaktiviert werden. Wie unter Bezugnahme auf 15 erläutert, kann der Dreizylindermodus mit EIVC Betätigen der Einlassventile mit jeweiligen zweiten Nocken umfassen. Deshalb können die drei zugeschalteten Zylinder bei 1616 mit einer Einlassdauer von 120 Kurbelwellengrad und bei 1618 mit einem Einlassventilhub von 3 mm betrieben werden. Darüber hinaus können die drei zugeschalteten Zylinder (Zylinder 2, 3 und 4) bei 1620 in Abständen von 240 Kurbelwellengrad gezündet werden. Dann kann Routine 1600 zu 1632 übergehen.
Wenn bei 1612 bestimmt wird, dass keine Bedingungen niedriger Motorlast vorliegen, geht Routine 1600 zu 1622 über, wo sie Motorbetrieb unter mittleren Lasten bestimmen kann. Als Nächstes kann der Motor bei 1624 in einem Dreizylinder-VDE-Modus ohne EIVC betrieben werden, wobei Zylinder 1 deaktiviert werden kann und die Zylinder 2, 3 und 4 zugeschaltet werden können. Hierbei können die Einlassventile der zugeschalteten Zylinder über ihre jeweiligen ersten Nocken betätigt werden. Ferner können bei 1626 Einlassdauern in den 3 zugeschalteten Zylindern 240 Kurbelwellengrad betragen, und bei 1628 können Einlassventile auf ungefähr 9 mm angehoben werden. Darüber hinaus können bei 1630 Verbrennungsereignisse in den drei zugeschalteten Zylindern in Abständen von 240 Kurbelwellengrad erfolgen.
Nach der Wahl eines Motorbetriebsmodus und Beginn des Motorbetriebs in dem gewählten Modus (zum Beispiel entweder bei 1610, 1624 oder 1614) kann die Routine 1600 bei 1632 bestimmen, ob eine Änderung der Motorlast auftritt. Zum Beispiel kann das Fahrzeug das Hochfahren der Steigung beenden und so einen ebenen Abschnitt erreichen, wodurch die bestehende hohe Motorlast auf eine mäßige Last reduziert werden kann. In einem anderen Beispiel kann das Fahrzeug auf der Schnellstraße beschleunigen, um andere Fahrzeuge zu überholen. Hierbei kann die Motorlast auf eine mäßige oder hohe Last zunehmen. Wenn bei 1632 bestimmt wird, dass keine Laständerung auftritt, fährt die Routine 1600 mit 1634 fort, um Motorbetrieb in dem gewählten Modus aufrechtzuerhalten, ansonsten kann der Motorbetrieb bei 1636 basierend auf der Änderung der Motorlast in einen anderen Modus wechseln. Moduswechsel werden unter Bezugnahme auf 17, die eine beispielhafte Routine 1700 für den Wechsel aus einem bestehenden Motorbetriebsmodus in einen anderen Betriebsmodus basierend auf bestimmten Motorlasten zeigt, ausführlich beschrieben.
Bei 1638 können verschiedene Motorparameter eingestellt werden, um einen sanften Wechsel zu ermöglichen und Drehmomentstörungen während der Wechsel zu reduzieren. Beim Wechsel aus einem VDE-Modus in einen Nicht-VDE-Modus kann zum Beispiel ein Öffnen einer Einlassdrossel verringert werden, um eine Abnahme des MAP zu gestatten. Da die Anzahl von zündenden Zylindern beim Wechsel aus dem VDE-Modus in den Nicht-VDE-Modus zugenommen haben kann, muss der Luftstrom und somit der MAP für jeden der zündenden Zylinder möglicherweise verringert werden, um Drehmomentstörungen auf ein Minimum zu reduzieren. Deshalb können Einstellungen durchgeführt werden, so dass der Einlasskrümmer in einem geringeren Ausmaß mit Luft gefüllt werden kann, um eine Luftladung und einen MAP zu erreichen, die bzw. der das von dem Fahrer angeforderte Drehmoment bereitstellt, sobald die Zylinder wieder zugeschaltet werden. Basierend auf einer Schätzung von Motorbetriebsparametern kann die Motordrosselklappe demgemäß dazu eingestellt werden, den Luftstrom und den MAP auf eine gewünschte Höhe zu reduzieren. Darüber hinaus oder als Alternative dazu kann der Zündzeitpunkt nach spät verstellt werden, um an allen Zylindern ein konstantes Drehmoment aufrechtzuerhalten, wodurch Zylindermomentstörungen reduziert werden. Wenn wieder ausreichender MAP hergestellt ist, kann der Zündzeitpunkt wieder hergestellt werden und die Drosselklappenstellung kann neu eingestellt werden. Zusätzlich zu Einstellungen der Drosselklappe und des Zündzeitpunkts kann auch die Ventilsteuerzeit eingestellt werden, um Drehmomentstörungen auszugleichen. Die Routine 1600 kann nach 1638 enden.
Nunmehr auf das Kennfeld 1180 von 11 Bezug nehmend, zeigt dieses ein Motordrehzahl-Motorlast-Kennfeld für die Ausführungsform des Motors in 14. Insbesondere zeigt Kennfeld 1180 verschiedene Motorbetriebsmodi, die in verschiedenen Kombinationen von Motordrehzahlen und Motorlasten zur Verfügung stehen. Des Weiteren zeigt Kennfeld 1180 entlang der X-Achse aufgetragene Motordrehzahl und entlang der Y-Achse aufgetragene Motorlast. Linie 1122 stellt eine höchste Last dar, bei der ein gegebener Motor unter einer gegebenen Drehzahl betrieben werden kann. Zone 1124 zeigt einen Vierzylinder-Nicht-VDE-Modus für einen Vierzylindermotor, wie zum Beispiel den zuvor beschriebenen Motor 10. Zone 1148 zeigt einen Dreizylinder-VDE-Modus ohne EIVC, und Zone 1182 zeigt einen Dreizylinder-VDE-Modus mit EIVC.
Kennfeld 1180 zeigt ein Beispiel für Motorbetrieb, wobei der Motor größtenteils in einem von zwei zur Verfügung stehenden Dreizylinder-VDE-Modi betrieben werden kann. Eine Zweizylinder-VDE-Modus-Option steht für den Motor 10 von 14 nicht zur Verfügung. Der Motor 10 kann im Dreizylinder-VDE-Modus mit EIVC unter niedrigen Motorlasten – geringen Motordrehzahlen, unter niedrigen Motorlasten – mäßigen Motordrehzahlen und unter niedrigen Motorlasten – hohen Motordrehzahlen arbeiten. Der Motorbetriebsmodus kann unter Bedingungen mittlerer Motorlast bei allen Drehzahlen außer sehr hohen in den Dreizylindermodus ohne EIVC gewechselt werden, wie durch Zone 1148 gezeigt. Unter Bedingungen sehr hoher Drehzahl bei allen Lasten und unter Bedingungen sehr hoher Last bei allen Motordrehzahlen kann ein Nicht-VDE-Betriebsmodus verwendet werden.
Aus Kennfeld 1180 geht hervor, dass der beispielhafte Motor von 14 im Wesentlichen in einem Dreizylindermodus arbeiten kann. Ein Nicht-VDE-Modus kann nur unter Bedingungen hoher Last und hoher Motordrehzahl gewählt werden. Somit kann die Kraftstoffökonomie verbessert werden, während die Anzahl von Wechseln zwischen dem Dreizylindermodus und dem Nicht-VDE-Modus reduziert wird. In dem in Kennfeld 1180 gezeigten Beispiel können Wechsel zwischen Nicht-VDE- und VDE-Modi stark reduziert werden. Durch Reduzieren von Wechseln von Motorbetriebsmodi kann die Motorsteuerung leichter sein, und Drehmomentstörungen aufgrund solcher Wechsel können verringert werden. Ferner kann in dem Beispiel von Motor 10 ein einziger Zylinder angeordnet sein, der deaktivierbar ist, wodurch eine Kostenverringerung ermöglicht wird. Die Kraftstoffökonomievorteile können im Vergleich zu dem Motorbetriebsbeispiel von Kennfeld 1140 im Verhältnis vermindert sein.
Somit wird ein Verfahren für einen Motor bereitgestellt, das unter einer ersten Bedingung Betreiben des Motors mit einem einzigen Zylinder deaktiviert und den verbleibenden Zylindern zugeschaltet mit einer ersten Einlassdauer, unter einer zweiten Bedingung Betreiben des Motors mit einem einzigen Zylinder deaktiviert und den verbleibenden Zylindern zugeschaltet mit einer zweiten Einlassdauer und unter einer dritten Bedingung Betreiben des Motors mit allen Zylindern zugeschaltet umfasst. Hierbei kann die erste Bedingung eine erste Motorlast umfassen, kann die zweite Bedingung eine zweite Motorlast umfassen und kann die dritte Bedingung eine dritte Motorlast umfassen, so dass die zweite Motorlast niedriger ist als die erste Motorlast und die erste Motorlast niedriger ist als die dritte Motorlast. Das Verfahren kann ferner unter der ersten Bedingung Betreiben der verbleibenden Zylinder mit einem ersten Einlassventilhub und unter der zweiten Bedingung Betreiben der verbleibenden Zylinder mit einem zweiten Einlassventilhub umfassen. Ferner können unter der dritten Bedingung alle Zylinder mit der ersten Einlassdauer und dem ersten Einlassventilhub zugeschaltet werden. Hierbei kann der erste Einlassventilhub größer sein als der zweite Einlassventilhub, und die erste Einlassdauer kann länger sein als die zweite Einlassdauer. Ferner kann die erste Einlassdauer ungefähr 240 Kurbelwellengrad betragen, und die zweite Einlassdauer kann ungefähr 120 Kurbelwellengrad betragen.
Die Auslassdauer kann unter allen drei Bedingungen die gleiche sein und kann ungefähr 260 Kurbelwellengrad betragen. Ferner kann die zweite Bedingung eine Leerlaufmotorbedingung umfassen.
Das zweite Verfahren kann ferner Schalten zwischen der ersten Bedingung und der zweiten Bedingung mit einem Nockenprofilumschaltungssystem zwischen einem ersten Nocken und einem zweiten Nocken umfassen, wobei der erste Nocken zum Öffnen eines ersten Einlassventils für jeden der verbleibenden Zylinder für die erste Einlassdauer bestimmt ist und der zweite Nocken zum Öffnen des Einlassventils für jeden der verbleibenden Zylinder für die zweite Einlassdauer bestimmt ist. Hierbei kann der Motor vier in Reihe angeordnete Zylinder umfassen. Ferner können unter der ersten und der zweiten Bedingung Zündereignisse im Motor in einem Abstand von 240 Kurbelwellengrad getrennt sein. Unter der dritten Bedingung kann der einzige Zylinder ungefähr in der Mitte zwischen einem vierten Zylinder und einem dritten Zylinder gezündet werden, wobei der vierte Zylinder und der dritte Zylinder in einem Abstand von 240 Kurbelwellengrad gezündet werden können. Ferner kann das Verfahren Zünden eines zweiten Zylinders ungefähr 240 Kurbelwellengrad nach dem Zünden des dritten Zylinders umfassen.
Nunmehr auf 17 Bezug nehmend, wird Routine 1700 zur Bestimmung von Wechseln von Motorbetriebsmodi basierend auf Motorlastbedingungen für den beispielhaften Motor der 14 beschrieben. Insbesondere kann der Motor aus einem Nicht-VDE-Modus in einen von zwei Dreizylinder-VDE-Modi und umgekehrt gewechselt werden und kann auch zwischen den beiden Dreizylinder-VDE-Modi gewechselt werden.
Bei 1702 kann der aktuelle Betriebsmodus bestimmt werden. Zum Beispiel kann der Vierzylindermotor in einem Nicht-VDE-, Vollzylindermodus, einem Dreizylinder-VDE-Modus mit EIVC oder einem Dreizylinder-VDE-Modus ohne EIVC arbeiten. Bei 1704 kann bestimmt werden, ob der Motor in dem Vierzylindermodus arbeitet. Ist dies nicht der Fall, kann sich die Routine 1700 zu 1706 bewegen, um zu bestimmen, ob es sich bei dem aktuellen Motorbetriebsmodus um den Dreizylinder-VDE-Modus ohne EIVC handelt. Ist dies nicht der Fall, kann die Routine 1700 bei 1708 bestimmen, ob der Motor im Dreizylinder-VDE-Modus ohne EIVC betrieben wird. Ist dies nicht der Fall, kehrt die Routine 1700 zu 1704 zurück.
Bei 1704 kann die Routine 1700, wenn bestätigt wird, dass ein Nicht-VDE-Motorbetriebsmodus vorliegt, zu 1710 weitergehen, um zu bestätigen, dass Motorlast abgenommen hat. Wenn der bestehende Motorbetriebsmodus ein Nicht-VDE-Modus, mit allen vier Zylindern zugeschaltet, ist, kann der Motor hohe oder sehr hohe Motorlasten erfahren. In einem anderen Beispiel kann ein Nicht-VDE-Motorbetriebsmodus als Reaktion auf sehr hohe Motordrehzahlen vorliegen. Wenn der Motor hohe Motorlasten erfährt, um in einem Nicht-VDE-Modus zu arbeiten, kann nur bei einer Abnahme der Last eine Änderung des Betriebsmodus auftreten. Eine Zunahme der Motorlast kann den Betriebsmodus nicht ändern.
Wenn bestätigt wird, dass keine Abnahme der Last aufgetreten ist, kann bei 1712 der bestehende Motorbetriebsmodus aufrechterhalten werden, und die Routine 1700 endet. Wenn jedoch bestimmt wird, dass eine Abnahme der Motorlast aufgetreten ist, geht die Routine 1700 zu 1714 über, um zu bestimmen, ob die Motorlast auf eine mittlere Last abgenommen hat. In einem anderen Beispiel kann eine Änderung der Motorbedingungen eine Verringerung der Last auf mittlere Lasten und eine Verringerung der Drehzahl auf hohe, mäßige oder geringe Drehzahlen umfassen. Wie zuvor unter Bezugnahme auf Kennfeld 1180 von 11 beschrieben, kann ein Wechsel zu Bedingungen mäßiger Last – mäßiger Drehzahl und zu Bedingungen mäßiger Last – geringer Drehzahl einen Motorbetrieb im Dreizylinder-VDE-Modus ohne EIVC ermöglichen. Es versteht sich, dass ein Wechsel in den Dreizylinder-VDE-Modus ohne EIVC auch unter Bedingungen mäßiger Last – hoher Drehzahl erfolgen kann. Wenn eine Verringerung auf mittlere Last bestätigt wird, kann demgemäß bei 1716 ein Wechsel in den Dreizylinder-VDE-Modus ohne EIVC erfolgen. Hierbei kann Zylinder 1 der vier Zylinder deaktiviert werden, während die verbleibenden drei Zylinder zugeschaltet gehalten werden. Ferner können die Einlassventile in den verbleibenden drei Zylindern durch ihre jeweiligen eine längere Einlassdauer bereitstellenden ersten Nocken betätigt werden. Dann kann die Routine 1700 enden.
Wenn bei 1714 bestimmt wird, dass sich die Motorlast nicht auf eine Bedingung mittlerer Motorlast verringert hat, fährt die Routine 1700 mit 1718 fort, um zu bestätigen, dass sich die Motorlast auf eine Bedingung niedriger Last verringert hat. Wie zuvor unter Bezugnahme auf Kennfeld 1180 von 11 erklärt, können niedrige Motorlasten bei geringen bis hohen Motordrehzahlen einen Dreizylinder-VDE-Modus mit EIVC ermöglichen. Wenn sich die Last nicht auf eine Bedingung niedriger Last verringert hat, kehrt die Routine 1700 zu 1710 zurück. Ansonsten kann bei 1720 ein Wechsel in den Dreizylinder-VDE-Modus mit EIVC durch Deaktivieren von Zylinder 1 und Halten der Zylinder 2, 3 und 4 in einem zugeschalteten Zustand durchgeführt werden. Ferner können die Einlassventile in den zugeschalteten drei Zylindern durch ihre jeweiligen kürzere Einlassdauern bereitstellenden zweiten Nocken betätigt werden. Dann kann die Routine 1700 enden.
Erneut zu 1706 zurückkehrend, fährt die Routine 1700, falls bestätigt wird, dass der aktuelle Motorbetriebsmodus der Dreizylinder-VDE-Modus ohne EIVC ist, mit 1722 fort, um zu bestimmen, ob die Motorlast zugenommen hat. Wenn der bestehende Betriebsmodus der Dreizylindermodus ohne EIVC ist, kann der Motor zuvor Bedingungen mäßiger Last erfahren haben. Deshalb kann ein Wechsel aus dem bestehenden Modus bei einer Zunahme der Motorlast oder einer signifikanten Zunahme der Motordrehzahl auftreten. Ein Wechsel aus dem bestehenden Modus kann auch erfolgen, wenn eine Abnahme der Motorlast auf eine niedrige Last vorliegt. Wenn bei 1722 eine Zunahme der Motorlast bestätigt wird, geht die Routine 1700 zu 1724 über, um in einen Nicht-VDE-Modus zu wechseln. Deshalb kann Zylinder 1 zugeschaltet werden, um den Motor im Vierzylindermodus zu betreiben. Ferner können die Einlassventile in allen Zylindern durch ihre jeweiligen eine längere Einlassdauer bereitstellenden ersten Nocken betätigt werden.
Wenn bei 1722 keine Zunahme der Motorlast bestimmt wird, kann die Routine 1700 bei 1726 bestätigen, ob eine Abnahme der Motorlast aufgetreten ist. Ist dies der Fall, kann der Motorbetrieb bei 1728 in den Dreizylinder-VDE-Modus mit EIVC gewechselt werden. Das CPS-System kann Einlassventilbetätigungsnocken von einem ersten Nocken mit einer längeren Einlassdauer zu einem zweiten Nocken mit einer kürzeren Einlassdauer schalten. Wenn keine Verringerung der Motorlast bestätigt wird, kann die Routine 1700 mit 1712 fortfahren, wo der bestehende Motorbetriebsmodus aufrechterhalten werden kann. Hierbei handelt es sich bei dem bestehenden Motorbetriebsmodus um den Dreizylinder-VDE-Modus ohne EIVC.
Zu 1708 zurückkehrend, fährt die Routine 1700, wenn bestätigt wird, dass der aktuelle Motorbetriebsmodus der Dreizylinder-VDE-Modus mit EIVC ist, mit 1730 fort, um zu bestimmen, ob die Motorlast zugenommen hat. Wenn der bestehende Betriebsmodus der Dreizylinder-VDE-Modus mit EIVC ist, kann der Motor zuvor leichtere Motorlasten erfahren haben. Deshalb kann ein Wechsel aus dem bestehenden Modus mit einer Zunahme der Motorlast entweder zu mittel, hoch oder sehr hoch stattfinden. In einem anderen Beispiel kann auch ein Wechsel stattfinden, wenn die Motordrehzahl auf sehr hohe Drehzahlen zunimmt. Wenn bei 1730 keine Zunahme der Motorlast bestätigt wird, geht die Routine 1700 zu 1732 über, um den bestehenden Dreizylinder-VDE-Modus mit EIVC aufrechtzuerhalten. Es sei darauf hingewiesen, dass sich die relative Drehzahl (oder die relativen Lasten oder andere solche Parameter) als hoch oder niedrig auf die relative Drehzahl im Vergleich zu dem Bereich von zur Verfügung stehenden Drehzahlen bezieht (beziehen).
Wenn eine Zunahme der Motorlast bei 1730 bestätigt wird, kann die Routine 1700 mit 1734 fortfahren, um zu bestimmen, ob die Motorlast (von einer bestehenden niedrigen Last) auf eine mittlere Last zugenommen hat. Ist dies der Fall, kann der Motorbetrieb bei 1736 in den Dreizylinder-VDE-Modus ohne EIVC gewechselt werden. Das CPS-System kann Einlassventilbetätigungsnocken von dem zweiten Nocken mit einer kürzeren Einlassdauer zu dem ersten Nocken mit einer längeren Einlassdauer schalten. Wenn keine Zunahme auf mittlere Motorlast bestätigt wird, kann die Routine 1700 mit 1738 fortfahren, um zu bestimmen, ob die Last auf eine hohe (oder sehr hohe) Last zugenommen hat. Ist dies der Fall, kann Zylinder 1 bei 1740 zugeschaltet werden, und der Motor kann in den Nicht-VDE-Betriebsmodus gewechselt werden. Ferner können die Einlassventile in allen Zylindern über ihre jeweiligen längere Einlassdauern bereitstellenden ersten Einlassnocken betätigt werden. Dann kann die Routine 1700 enden. Wenn die Motorlast nicht auf eine hohe (oder sehr hohe) Last zugenommen hat, kann Routine 1700 zu 1730 zurückkehren.
Somit kann die Ausführungsform von 14 einen Motor mit vier Zylindern umfassen, wobei ein einziger der vier Zylinder einen Deaktivierungsmechanismus enthält. Ferner kann jeder der verbleibenden drei der vier Zylinder (mit Ausnahme des einzigen Zylinders) mindestens ein Einlassventil enthalten, das über einen ersten Einlassnocken mit einem ersten Profil zum Öffnen des Einlassventils für eine erste Einlassdauer und über einen zweiten Einlassnocken mit einem zweiten Profil zum Öffnen des Einlassventils für eine zweite Einlassdauer zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung betätigbar ist. Darüber hinaus kann der Motor eine Steuerung mit in einem nicht-flüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen zum, bei einer niedrigen Motorlast, Deaktivieren des einzigen Zylinders und Betätigen des Einlassventils jedes der verbleibenden drei Zylinder mit dem zweiten Einlassnocken enthalten. Während einer mittleren Motorlast kann die Steuerung den einzigen Zylinder deaktivieren und das Einlassventil jedes der verbleibenden drei Zylinder mit dem ersten Einlassnocken betätigen, und bei einer hohen Motorlast kann die Steuerung den einzigen Zylinder zuschalten und das Einlassventil jedes der verbleibenden drei Zylinder mit dem ersten Einlassnocken betätigen. Hierbei kann der erste Einlassnocken ein Profil aufweisen, das eine längere Einlassdauer als die durch den zweiten Einlassnocken ermöglichte Einlassdauer ermöglicht. Deshalb ist die erste Einlassdauer länger als die zweite Einlassdauer. Ferner kann das erste Profil des ersten Einlassnockens einen ersten Ventilhub aufweisen, und das zweite Profil des zweiten Einlassnockens kann einen zweiten Ventilhub aufweisen, wobei der zweite Ventilhub geringer ist als der erste Ventilhub. Mit anderen Worten ist der erste Ventilhub größer als der zweite Ventilhub.
Auf diese Weise kann ein Motor mit VDE-Betrieb (VDE – variable displacement engine / Motor mit variablem Hubraum) für eine wesentliche Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und eine sanftere Motorsteuerung betrieben werden. Der Motor kann eine Kurbelwelle enthalten, die einen Dreizylinder-VDE-Modus mit gleichmäßiger Zündung ermöglicht, so dass drei von vier Zylindern in einem Abstand von ca. 240 Kurbelwellengrad voneinander gezündet werden. Hierbei kann ein einziger Zylinder der vier Zylinder deaktiviert werden. Des Weiteren kann der Motor im Vollzylinder- oder Nicht-VDE-Modus arbeiten, wobei alle vier Zylinder mit ungleichmäßiger Zündung zugeschaltet werden. In einem Beispiel kann die Kurbelwelle ermöglichen, dass der einzige Zylinder ungefähr in der Mitte zwischen zwei der drei Zylinder gezündet wird. Der ungleichmäßige Zündmodus kann Zünden des einzigen Zylinders bei ungefähr null Kurbelwellengrad (Grad KW), gefolgt von Zünden eines ersten der drei Zylinder ungefähr 120 Grad KW nach dem Zünden des einzigen Zylinders umfassen. Ein zweiter der drei Zylinder kann ungefähr 240 Grad KW nach dem Zünden des ersten der drei Zylinder gezündet werden, gefolgt von Zünden eines dritten der drei Zylinder ungefähr 240 Grad KW nach dem Zünden des zweiten der drei Zylinder. Zum Beispiel kann in einem Vierzylindermotor mit in Reihe angeordneten Zylindern 1, 2, 3, 4 die Zündfolge im Vollzylindermodus 1-3-2-4 sein, wobei die Zylinder 2, 3 und 4 in einem Abstand von 240 Grad KW voneinander zünden und Zylinder 1 ungefähr in der Mitte zwischen Zylinder 4 und Zylinder 3 zündet.
Der oben beschriebene Motor kann entweder einen Saugmotor oder ein Motor mit Turbolader sein. In dem Beispiel eines Motors mit Turbolader mit-VDE Betrieb bei einer Zündfolge 1-3-2-4 kann eine Twin-Scroll-Abgasturbine enthalten sein, um Abgasimpulse zu trennen. Abgaskrümmerrohre von Zylinder 1 und Zylinder 2 können mit einer ersten Spirale der Abgasturbine gekoppelt sein, und Abgaskrümmerrohre von Zylinder 3 und Zylinder 4 können mit einer zweiten Spirale der Abgasturbine gekoppelt sein. Jede Spirale kann somit um mindestens 240 Grad KW getrennte Abgasimpulse empfangen. Ein symmetrisches Layout, wie zum Beispiel das oben beschriebene, kann den Turbinenwirkungsgrad verbessern. Ein alternatives Layout kann Koppeln des Abgaskrümmerrohrs von Zylinder 1 mit der ersten Spirale der Abgasturbine und Koppeln der Abgaskrümmerrohre von den Zylindern 2, 3 und 4 mit der zweiten Spirale der Abgasturbine umfassen. Dieses Layout kann auch eine Abgasimpulstrennung von mindestens 240 Grad KW in jeder Spirale bereitstellen, kann aber zu einem relativ geringen Turbinenwirkungsgrad führen. Jedes dieser Layouts kann jedoch eine Kompaktheit bieten, die durch Integrieren des Abgaskrümmers in den Zylinderkopf in Anspruch genommen werden kann. Durch Aufnahme eines integrierten Abgaskrümmers kann der Motor ein reduziertes Gewicht, eine reduzierte Oberfläche und verringerte Kosten aufweisen.
Bei einer anderen Ausführungsform kann der Motor für Betrieb in einem Zweizylinder-VDE-Modus unter Bedingungen niedriger (oder niedrigerer) Motorlast in der Lage sein. Bei dieser Ausführungsform können nur drei der vier Zylinder mit Deaktivierungsmechanismen versehen sein. Der (im Vollzylindermodus) einzige ungleichmäßig zündende Zylinder kann einer der drei mit Deaktivierungsmechanismen versehenen sein. Zum Beispiel können Zylinder 1, 3 und 4 deaktivierbar sein, während Zylinder 2 möglicherweise nicht deaktivierbar ist. Zum Betrieb im Zweizylinder-VDE-Modus kann der einzige ungleichmäßig zündende Zylinder zusammen mit dem nicht deaktivierbaren Zylinder zugeschaltet werden. Zum Beispiel können Zylinder 1 und Zylinder 2 im Zweizylinder-VDE-Modus zugeschaltet werden, während Zylinder 3 und Zylinder 4 deaktiviert werden können. Ferner kann der Motor mit gleichmäßiger Zündung betrieben werden, wobei die beiden zugeschalteten Zylinder (Zylinder 1 und 2) in Abständen von ungefähr 360 Grad KW voneinander gezündet werden. Bei dieser Ausführungsform kann der Motor, wie zuvor erwähnt, bei niedrigeren Motorlasten im Zweizylinder-VDE-Modus betrieben werden. Der Motor kann unter Bedingungen mittlerer Motorlast in den Dreizylinder-VDE-Modus gewechselt werden. Ferner kann eine Bedingung höherer Motorlast Motorbetrieb im Vollzylinder- oder Nicht-VDE-Modus umfassen. Darüber hinaus kann der Motor im Leerlauf im Dreizylinder-VDE-Modus betrieben werden. Es sei darauf hingewiesen, dass oben erwähnte Motorlastbedingungen relativ sind. Somit können Bedingungen niedriger Motorlast Bedingungen umfassen, bei denen die Motorlast niedriger ist als sowohl mittlere Motorlasten als auch hohe (oder höhere) Motorlasten. Mittlere Motorlasten umfassen Bedingungen, unter denen die Motorlast höher ist als Bedingungen niedriger Last, aber niedriger als Bedingungen hoher (oder höherer) Last ist. Bedingungen hoher oder sehr hoher Motorlast umfassen Motorlasten, die höher als sowohl mittlere als auch niedrige (oder niedrigere) Motorlasten sein können.
Bei noch einer anderen Ausführungsform ist der Motor möglicherweise nicht für einen Betrieb in einem Zweizylinder-VDE-Modus in der Lage. Hierbei kann der Motor bei niedrigeren Motorlasten in einem Dreizylindermodus mit frühem Einlassventilschließen (EIVC) betrieben werden. Bei dieser Ausführungsform kann der einzige ungleichmäßig zündende Zylinder der einzige Zylinder mit einem Deaktivierungsmechanismus sein. Die verbleibenden drei Zylinder können Einlassventile enthalten, die durch zwei Nocken betätigbar sind: einen ersten Nocken, der eine längere Einlassdauer und einen größeren Ventilhub bereitstellt, und einen zweiten Nocken, der eine kürzere Einlassdauer und einen kleineren Ventilhub bereitstellt. Hierbei kann der zweite Nocken EIVC-Betrieb ermöglichen. Bei dieser Ausführungsform kann eine Steuerung des Motors den Motor im Dreizylinder-VDE-Modus mit EIVC bei leichteren Motorlasten betreiben und kann den Motorbetrieb bei mittleren Motorlasten in einen Dreizylindermodus ohne EIVC wechseln. In einigen Beispielen kann der Motor unter Bedingungen höherer Motorlast im Dreizylindermodus ohne EIVC betrieben werden. Bei sehr hohen Motorlasten kann die Steuerung schließlich dem Motorbetrieb in den Nicht-VDE-(Vollzylinder-)Modus wechseln und den einzigen Zylinder zuschalten. Es versteht sich, dass der Dreizylinder-VDE-Modus gleichmäßige Zündung umfasst, wobei der Motor in Abständen von ungefähr 240 Grad KW gezündet wird. Ferner kann im Nicht-VDE-Modus ein ungleichmäßiges Zündmuster verwendet werden.
Auf diese Weise kann ein Dreizylinder-VDE-Modus in erster Linie für Motorbetrieb bei den oben beschriebenen Motorausführungsformen verwendet werden. Neben Kraftstoffökonomievorteilen kann der Motor mit verringerten NVH betrieben werden, wodurch ein verbessertes Fahrverhalten geboten wird. Eine einzige Ausgleichswelle kann die typischen zwei Ausgleichswellen ersetzen, um Kurbelwellendrehung entgegenzuwirken und Schwingungen auszugleichen, wodurch eine Reduzierung des Gewichts und verminderte Reibverluste bereitgestellt werden. Demgemäß kann die Kraftstoffökonomie weiter verbessert werden. Ein integrierter Abgaskrümmer (IEM) kann bei den beschriebenen Ausführungsformen auch verwendet werden, wodurch eine weitere Abnahme des Motorgewichts bereitgestellt wird. In dem Beispiel eines Motors mit Turbolader mit VDE-Betrieb und einem Twin-Scroll-Turbolader kann eine Abgasimpulstrennung erhalten werden, was zu höheren volumetrischen Wirkungsgraden und höherer Motorleistung führen kann. In dem Beispiel des Motors, der für einen Dreizylinder-VDE-Modus mit EIVC in der Lage ist, kann der Motor in erster Linie in einem Dreizylinder-VDE-Modus betrieben werden. Somit kann der Kraftstoffverbrauch verringert werden, und es kann eine verbesserte Kraftstoffeffizienz erreicht werden. Ferner kann durch Verwendung eines zweistufigen Einlassventilhubs eine Ladungsbewegung in den Zylindern erhöht werden, und Pumpverluste können reduziert werden. Darüber hinaus können Wechsel zwischen dem VDE- und Nicht-VDE-Modus reduziert werden, was zu einem sanfteren Motorbetrieb und zu verbesserter Motorsteuerung führt. Insgesamt bieten die hier beschriebenen Motorausführungsformen mit VDE-Betrieb wesentliche Kraftstoffökonomievorteile und ein verbessertes Fahrverhalten.
Gemäß einer Implementierung kann ein Verfahren für einen Motor mit VDE-Betrieb, wenn alle Zylinder zugeschaltet werden, Zünden eines ersten Zylinders bei 120 Kurbelwellengrad, Zünden eines zweiten Zylinders bei 240 Kurbelwellengrad nach dem Zünden des ersten Zylinders, Zünden eines dritten Zylinders bei 240 Kurbelwellengrad nach dem Zünden des zweiten Zylinders, Zünden eines vierten Zylinders bei 120 Kurbelwellengrad nach dem Zünden des dritten Zylinders umfassen. Wenn drei Zylinder zugeschaltet werden, kann das Verfahren ferner Zünden der drei zugeschalteten Zylinder in Abständen von 240 Kurbelwellengrad umfassen. In einem Beispiel können die drei Zylinder unter Motorleerlaufbedingungen zugeschaltet werden. In einem anderen Beispiel können die drei Zylinder unter Bedingungen mittlerer Motorlast zugeschaltet werden. Das Verfahren kann ferner bei Zuschaltung von zwei Zylindern Zünden der beiden zugeschalteten Zylinder in Abständen von 360 Kurbelwellengrad umfassen. Die beiden Zylinder können unter Bedingungen niedriger Motorlast zugeschaltet werden.
Gemäß einer anderen Implementierung kann ein System für einen Motor einen Turbolader zur Bereitstellung einer aufgeladenen Luftladung für den Motor umfassen, wobei der Turbolader einen Einlassverdichter und eine Abgasturbine enthält, wobei die Abgasturbine eine erste und eine zweite Spirale, eine Reihengruppe von vier Zylindern, wobei ein erster Zylinder mit der ersten Spirale der Abgasturbine fluidisch in Verbindung steht und die verbleibenden drei Zylinder mit der zweiten Spirale der Abgasturbine fluidisch in Verbindung stehen. Ferner kann eine Steuerung mit in einem nicht-flüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen zum unter einer ersten Bedingung Leiten von Abgas von dem ersten Zylinder zu der ersten Spirale der Abgasturbine und Leiten von Abgas von den verbleibenden drei Zylindern zu der zweiten Spirale der Abgasturbine konfiguriert sein. Hierbei kann die erste Bedingung Bedingungen hoher Motorlast umfassen. Ferner kann die erste Spirale der Abgasturbine Abgas von dem ersten Zylinder in Abständen von 720 Kurbelwellengrad empfangen, wobei die zweite Spirale der Abgasturbine Abgas von den verbleibenden drei Zylindern in Abständen von 240 Kurbelwellengrad empfangen kann. Das Abgas von dem ersten Zylinder kann durch die Abgasturbine ungefähr in der Mitte zwischen von zwei der verbleibenden drei Zylinder empfangenem Abgas empfangen werden.
Ferner kann die Steuerung dazu konfiguriert sein, unter einer zweiten Bedingung das Leiten von Abgas von dem ersten Zylinder zu der ersten Spirale der Abgasturbine und das Leiten von Abgas von den verbleibenden drei Zylindern zu der zweiten Spirale der Abgasturbine zu deaktivieren. Hierbei kann die zweite Bedingung Bedingungen mittlerer Motorlast umfassen. In einem anderen Beispiel kann die zweite Bedingung Motorleerlaufbedingungen umfassen.
Ferner kann die Steuerung dazu konfiguriert sein, unter einer dritten Bedingung den ersten Zylinder zuzuschalten, einen ersten der verbleibenden drei Zylinder zuzuschalten und einen zweiten und einen dritten Zylinder der verbleibenden drei Zylinder zu deaktivieren. Hierbei kann Abgas von dem ersten der verbleibenden drei Zylinder zu der zweiten Spirale strömen, und Abgas kann von dem ersten Zylinder der ersten Spirale der Abgasturbine strömen. Ferner kann die Abgasturbine Abgas in Abständen von 360 Kurbelwellengrad empfangen. Darüber hinaus kann die dritte Bedingung Bedingungen niedriger Motorlast umfassen.
Es wird darauf hingewiesen, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuerungs- und Schätzungsroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerungsverfahren und -routinen können im nicht-flüchtigen Speicher als ausführbare Anweisungen gespeichert sein. Die hier beschriebenen bestimmten Routinen können eine oder mehrere einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie zum Beispiel ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Somit können verschiedene dargestellte Handlungen, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwingend erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der beispielhaften Ausführungsformen, die hier beschrieben werden, zu erreichen, sondern ist zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Eine oder mehrere der dargestellten Handlungen, Operationen und/oder Funktionen kann/können in Abhängigkeit von der verwendeten bestimmten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Des Weiteren können die beschriebenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen einen in den nicht-flüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuersystem zu programmierenden Code graphisch darstellen.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen rein beispielhaft sind und dass diese bestimmten Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne betrachtet werden sollen, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Die obige Technologie kann zum Beispiel auf V-6-, I-4-, I-6, V-12-, Boxer-4- und andere Motortypen angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt somit alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart sind, ein.
Die folgenden Ansprüche weisen speziell auf bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen hin, die als neu und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf "ein" Element oder "ein erstes" Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten als den Einschluss von einem oder mehreren solchen Elementen aufweisend verstanden werden, wobei sie zwei oder mehr solcher Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage von neuen Ansprüchen in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob sie hinsichtlich des Schutzbereichs weiter, enger, gleich oder verschieden in Bezug auf die ursprünglichen Ansprüche sind, auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachten.

Claims

Verfahren für einen Motor, umfassend: Leiten von Abgas von einem ersten äußeren Zylinder und einem ersten inneren Zylinder von vier Zylindern zu einer ersten Spirale eines Twin-Scroll-Turboladers; Leiten von Abgas von einem zweiten äußeren Zylinder und einem zweiten inneren Zylinder der vier Zylinder zu einer zweiten Spirale des Twin-Scroll-Turboladers; und, unter einer ersten Bedingung, Betreiben aller Zylinder mit mindestens einer ungleichmäßigen Zündung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Zündereignisse in dem ersten äußeren Zylinder und dem ersten inneren Zylinder um mindestens 360 Kurbelwellengrad getrennt sind.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei Zündereignisse in dem zweiten äußeren Zylinder und dem zweiten inneren Zylinder um mindestens 240 Kurbelwellengrad getrennt sind.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei Betreiben aller Zylinder mit mindestens einer ungleichmäßigen Zündung umfasst: Zünden des zweiten inneren Zylinders bei 120 Kurbelwellengrad nach dem Zünden des ersten äußeren Zylinders, Zünden des ersten inneren Zylinders 240 Kurbelwellengrad nach dem Zünden des zweiten inneren Zylinders, Zünden des zweiten äußeren Zylinders 240 Kurbelwellengrad nach dem Zünden des ersten inneren Zylinders und Zünden des ersten äußeren Zylinders 120 Kurbelwellengrad nach dem Zünden des zweiten äußeren Zylinders, und wobei die erste Bedingung Bedingungen hoher Motorlast umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend, unter einer zweiten Bedingung, Deaktivieren des ersten äußeren Zylinders und Leiten von Abgas nur von dem ersten inneren Zylinder zu der ersten Spirale des Twin-Scroll-Turboladers.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die zweite Bedingung Leerlaufbedingungen oder Bedingungen mittlerer Motorlast umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, ferner umfassend, unter einer dritten Bedingung, Deaktivieren des zweiten äußeren Zylinders und des zweiten inneren Zylinders.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die dritte Bedingung Bedingungen niedriger Motorlast umfasst.
System für einen Motor, umfassend: einen integrierten Abgaskrümmer (IEM); eine Reihengruppe von vier Zylindern mit zwei inneren Zylindern, flankiert von zwei äußeren Zylindern, wobei jeder Zylinder mit einem von vier Abgaskrümmerrohren des IEM fluidisch in Verbindung steht, wobei die Abgaskrümmerrohre eines ersten äußeren und eines ersten inneren Zylinders zu einem ersten Sammler in dem IEM zusammengeführt werden und die Abgaskrümmerrohre eines zweiten äußeren und eines zweiten inneren Zylinders zu einem zweiten Sammler in dem IEM zusammengeführt werden; einen Turbolader mit einer Twin-Scroll-Turbine, wobei eine erste Spirale der Turbine mit dem ersten Sammler, aber nicht mit dem zweiten Sammler, fluidisch in Verbindung steht und eine zweite Spirale der Turbine mit dem zweiten Sammler, aber nicht mit dem ersten Sammler, fluidisch in Verbindung steht.
System nach Anspruch 9, wobei der erste und der zweite Sammler die einzigen Abgasaustritte des IEM sind und in dem IEM nicht fluidisch miteinander in Verbindung stehen.
Verfahren für einen Motor, umfassend: Leiten von Abgas von einem ersten äußeren Zylinder von vier Zylindern zu einer ersten Spirale eines Twin-Scroll-Turboladers; Leiten von Abgas von einem ersten inneren Zylinder, einem zweiten äußeren Zylinder und einem zweiten inneren Zylinder der vier Zylinder zu einer zweiten Spirale des Twin-Scroll-Turboladers; und, unter einer ersten Bedingung, Betreiben aller Zylinder mit mindestens einer ungleichmäßigen Zündung.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei Betreiben aller Zylinder mit ungleichmäßiger Zündung unter der ersten Bedingung ferner umfasst: Zünden jedes des ersten inneren Zylinders, des zweiten äußeren Zylinders und des zweiten inneren Zylinders in Abständen von 240 Kurbelwellengrad und Zünden des ersten äußeren Zylinders ungefähr in der Mitte zwischen dem Zünden des zweiten äußeren Zylinders und des zweiten inneren Zylinders.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der erste äußere Zylinder ungefähr 120 Kurbelwellengrad nach dem Zünden des zweiten äußeren Zylinders gezündet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die erste Bedingung Bedingungen hoher Motorlast umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, ferner umfassend, unter einer zweiten Bedingung, Deaktivieren des ersten äußeren Zylinders und Betreiben aller verbleibenden Zylinder mit jeweils gleichmäßiger Zündung bezüglich einander.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei Betreiben des Motors mit gleichmäßiger Zündung Zünden jedes des ersten inneren Zylinders, des zweiten äußeren Zylinders und des zweiten inneren Zylinders in Abständen von 240 Kurbelwellengrad ohne Zünden des ersten äußeren Zylinders umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei die zweite Bedingung Bedingungen mittlerer Motorlast umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die zweite Bedingung Leerlaufbedingungen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, ferner umfassend, unter einer dritten Bedingung, Deaktivieren des zweiten äußeren Zylinders und des zweiten inneren Zylinders und Betreiben des Motors in einem Modus mit gleichmäßiger Zündung.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei Betreiben des Motors in dem Modus mit gleichmäßiger Zündung Zünden des ersten äußeren Zylinders und des ersten inneren Zylinders in Abständen von 360 Kurbelwellengrad umfasst, und wobei die dritte Bedingung Bedingungen niedriger Motorlast umfasst.