DE102016101218A1 - Verfahren und system zur abgaskatalysator-erwärmung - Google Patents

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Abstract

Verfahren und Systeme werden für das wirksame Einsetzen eines Motorzündungsüberspringungsvorgangs während eines Motor-Kaltstarts bereitgestellt, um ein Katalysator-Erwärmen zu beschleunigen. Auf Basis des erforderlichen Wärmestroms kann der Motor mit einer Gruppe von wahlweise deaktivierten Zylindern, mit einer erhöhten Zündfunkenverzögerung auf verbleibenden aktiven Zylindern und mit erhöhter Motordrehzahl zur Reduzierung von NVH-Problemen während des Zündungsüberspringungsvorgangs betrieben werden. Die Parameterkombination kann auf Basis von Veränderungen in Abgastemperatur und NVH-Grenzen des Motors eingestellt werden.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Systeme zur Steuerung der Motordrehzahl während einer Abgaskatalysatoraufwärmphase in einem Motorsystem, das zur Ausführung von Zündungsüberspringungsverbrennung konfiguriert ist.
  • Hintergrund und Zusammenfassung
  • Motor-AUS-Kaltstart-Emissionen, die vor dem Anspringen eines Abgassystemkatalysators erzeugt werden, können einen großen Prozentsatz der Gesamtabgasemissionen ausmachen. Verschiedene Vorgangsweisen können bei Motorsteuerungssystemen angewandt werden, um die Erreichung der Katalysator-Anspringtemperatur zu beschleunigen.
  • Eine, von Surnilla et al. in US 6,978,204 offenbarte Vorgangsweise beruht auf einer wesentlichen Zündzeitpunkteinstellungsverzögerung auf einer Motorbank, um ein erhebliches Ausmaß an Wärme und geringer Motordrehmomentleistung während eines Motor-Kaltstartzustands herzustellen. Gleichzeitig läuft die andere Motorbank geringfügig magerer als Stöchiometrie und mit einer von der Maximaldrehmomentzeitsteuerung leicht verzögerten Zündzeitpunkteinstellung, um die Zylinder bei einer Soll-Motordrehzahl aufrechtzuerhalten. Dadurch, dass der Zündfunke erheblich verzögert auf einer Bank durchgeführt wird, wird die Luftströmung, die für die Aufrechterhaltung des Leerlaufdrehmoments erforderlich ist, erhöht, während die Verbrennung zeitlich später einsetzt. Dadurch ergibt sich, dass Wärme an das Abgassystem abgegeben wird, wodurch der Katalysator schneller die Betriebstemperatur erreicht. Es gibt noch andere Lösungsansätze, welche die Anwendung von instationären Anreicherungen, erhöhter Motordrehzahl oder einer Kombination von erhöhter Treibstoffeinspritzung und einer Zündzeitpunkteinstellungsverzögerung umfassen, um ein Warmwerden des Katalysators zu beschleunigen.
  • Die Erfinder haben hierin jedoch erkannt, dass dem zu erreichenden Ausmaß an Zündfunkenverzögerung und an Luftströmung Grenzen gesetzt sein können. Ist die Zündzeitpunkteinstellung beispielsweise übermäßig verzögert, kann die Motorverbrennung instabil werden. Und als solche kann das zu unerwünschten NVH-Auswirkungen führen.
  • In den vergangenen Jahren sind Motoren konfiguriert worden, um mit einer variablen Anzahl an aktiven oder deaktivierten Zylindern in Betrieb zu sein, um die die Treibstoffeinsparung zu erhöhen, während gegebenenfalls das Luft-Treibstoff-Verhältnis über Stöchiometrie der Gesamtabgabemischung aufrechterhalten wurde. Solche Motoren sind als Zylinderabschaltmotoren (VDE) bekannt. Darin kann ein Teil der Zylinder eines Motors während ausgewählter Zustände, die durch Parameter, beispielsweise ein Geschwindigkeits-/Last-Fenster, definiert sind, als auch während verschiedener anderer Betriebszustände, umfassend Fahrzeuggeschwindigkeit, deaktiviert sein. Ein VDE-Steuerungssystem kann eine ausgewählte Gruppe von Zylindern, beispielsweise eine Zylinderbank, durch die Steuerung einer Vielzahl an Zylinderventil-Deaktiviereinheiten, die den Betrieb der Ansaug- und Abgas-Ventile der Zylinder beeinflussen, oder durch die Steuerung einer Vielzahl an selektiv deaktivierbaren Treibstoffeinspritzungsvorrichtungen, die die Zylindertreibstoffversorgung beeinträchtigt, deaktivieren. Weitere Verbesserungen bei der Treibstoffeinsparung können bei Motoren erzielt werden, die konfiguriert sind, den effektiven Hubraum des Motors zu variieren, indem die Treibstoffzufuhr an bestimmte Zylinder in einem indexgebundenen Zylinderzündungsmuster übersprungen wird, das auch als ein „Zündungsüberspringungs“-Muster bezeichnet wird.
  • Die Erfinder haben hierin erkannt, dass die die Anwendung der Zündfunkenverzögerung während der Kaltstartzustände betreffenden Einschränkungen durch das wirksame Einsetzen des Zündungsüberspringungsvorgangs von Motorzylindern überwunden werden können. In einem Beispiel können die Probleme durch ein Verfahren, das Folgendes umfasst, gelöst werden: das Arbeiten mit einer Anzahl von wahlweise deaktivierten Zylindern und einer um ein Ausmaß verzögerten Zündzeitpunkteinstellung von verbleibenden aktiven Zylindern, während eines Motor-Kaltstarts; und Erhöhen der Motordrehzahl zur Aufrechterhaltung eines Leerlaufdrehmoments, wobei die erhöhte Motordrehzahl auf der Anzahl der deaktivierten Zylinder basiert. Auf diese Art und Weise kann eine weitere Zündfunkenverzögerung in den aktiven Zylindern toleriert werden, um die Katalysator-Erwärmung zu beschleunigen, während die Motordrehzahl erhöht werden kann, um eine Lösung für NVH-Probleme zu finden.
  • Beispielsweise kann, während eines Motor-Kaltstarts, ein Motor mit individuellen Zylinderventilmechanismen mit einem Zylindermuster betrieben werden, in dem eine Anzahl von Zylindern wahlweise deaktiviert ist. Die Anzahl und Identität von individuellen Zylinderventilmechanismen, die deaktiviert sind, und eine verbleibende Anzahl von Motorzylindern, die aktiv aufrechterhalten werden, können auf der Motortemperatur bei Kaltstart basieren. Die aktiven Zylinder können mit einer von MBT verzögerten Zündzeitpunkteinstellung betrieben werden. Als solche können, da die verbleibenden aktiven Zylinder bei einer höheren durchschnittlichen Zylinderlast betrieben werden, um dieselbe Nettodrehmomentleistung wie beim Zünden aller Motorzylinder zu erzeugen, die aktiven Zylinder fähig sein, ein höheres Ausmaß an Zündfunkenverzögerung zu tolerieren, bevor Verbrennungsstabilitätsgrenzen erreicht sind. Somit kann der Zündfunke in den aktiven Zylindern um ein höheres Ausmaß verzögert werden, als dies andernfalls möglich wäre, wenn alle Zylinder in Betrieb wären. Um eine Lösung auch für diejenigen NVH-Probleme zu finden, die sich aus dem Zünden von verbleibenden aktiven Zylindern bei verschiedenen Gesamtfrequenzen, und mit größeren Eingabe(Drehmoment)-Impulsen, ergeben, kann die Motordrehzahl, die zur Aufrechterhaltung des Motorleerlaufdrehmoments angewandt wird, eingestellt werden. Beispielsweise kann die Motordrehzahl bei Abnahme der Anzahl der zündenden Zylinder erhöht werden, während der Motor mit einem vorgegebenen Zündfunkenverzögerungsausmaß betrieben wird.
  • Auf diese Art und Weise können, auf Basis des während eines Motor-Kaltstarts erforderlichen Wärmestroms, verschiedene Kombinationen von Zündfunkenverzögerung, Zylinderdeaktivierung (Anzahl und Struktur), und Motordrehzahleinstellung angewandt werden, um eine Katalysator-Erwärmung zu beschleunigen, ohne NVH-Probleme mit sich zu bringen. Die verschiedenen Kombinationen können in Nachschlagtabellen angeordnet und bei offenem Regelkreis, oder bei geschlossenem Regelkreis auf Basis von Abgastemperatur, angewandt werden. Der technische Effekt der Deaktivierung von individuellen Zylinderventilmechanismen gemäß einem definierten Zündungsüberspringungsmuster während eines Motorkaltstarts besteht darin, dass die aktiven Motorzylinder mit einem größeren Ausmaß an Zündfunkenverzögerung betrieben werden können. Darüber hinaus kann der Motor mit einem oder mehreren deaktivierten Zylindern betrieben werden, wodurch ein geringerer Wärmetransport auf das Kühlmittel ermöglicht wird, da eine kleinere Zylinderoberfläche in Kontakt mit dem Kühlmittel ist. Dadurch wird die Katalysator-Erwärmung beschleunigt. Darüber hinaus kann, durch ein Steuern der Motordrehzahl auf Basis der Zylinderdeaktivierung während des Kaltstarts, ein Katalysatoranspringen mit verbesserten NVH-Charakteristiken erreicht werden. Insgesamt können Motor-Kaltstartleistungsverhalten und Emissions-Vorschriften-Einhaltung verbessert werden.
  • Die obige Diskussion umfasst die von den Erfindern angeführten Erkenntnisse, und die zugegebenermaßen nicht allgemein bekannt sind. Daher wird darauf hingewiesen, dass die obige Zusammenfassung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die weiter in der ausführlichen Beschreibung beschrieben sind. Schlüsselmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands sollen nicht identifiziert werden, dessen Schutzumfang in einzigartiger Weise durch die Ansprüche definiert ist, die auf die ausführliche Beschreibung folgen. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen eingeschränkt, die alle oben oder an irgendeiner Stelle dieser Offenbarung angeführten Nachteile lösen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Motorsystemauslegung.
  • 2 zeigt eine Motorteilansicht.
  • 3 zeigt eine beispielhafte Zylinderzündungskurve eines Motors, der ohne Zündungsüberspringung gemäß einer ursprünglichen Motorzündungsreihenfolge in Betrieb ist.
  • 4 zeigt eine beispielhafte Zylinderzündungskurve eines Motors, der mit Zündungsüberspringung gemäß einer befohlenen Zündungsreihenfolge in Betrieb ist.
  • 5 zeigt ein Flussdiagramm auf hoher Ebene zur Einstellung eines Zylinderdeaktivierungsmusters, einer Zündzeitpunkteinstellung von aktiven Zylindern, und einer Motordrehzahl während eines Motor-Kaltstarts, um Katalysator-Erwärmung zu beschleunigen.
  • 6 zeigt eine beispielhafte Motordrehzahleinstellung während des Betreibens eines Motors in einem Zündungsüberspringungsbetriebsmodus, um Katalysator-Erwärmung während eines Motor-Kaltstarts zu beschleunigen.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Das Betreiben eines Motors mit Zündungsüberspringung, wobei mindestens ein Zylinder des Motors übersprungen und während jedes Motorzyklus nicht gezündet wird, kann die Treibstoffeinsparung und -emissionen während gewisser Betriebszustände, beispielsweise Niedrig-Motor-Last, verbessern. Ein Motor, der konfiguriert ist, mit Zündungsüberspringung in Betrieb zu sein, ist in 1–2 dargestellt, und 3–4 veranschaulichen Zylinderzündungskurven für den Motor von 1–2 in einem Nicht-Zündungsüberspringungsmodus (3) und in einem Zündungsüberspringungsmodus (4). Eine Motorsteuerungseinheit kann konfiguriert sein, eine Steuerungsroutine auszuführen, wie beispielsweise die beispielhafte Routine von 5, um eine Motordrehzahl einzustellen, während der Motor in einem Zündungsüberspringungsmodus während eines Motor-Kaltstarts betrieben wird. Dadurch kann der Wärmestrom zum Motor erhöht werden, wodurch die Abgaskatalysatoraktivierung beschleunigt wird. Ein beispielhafter Arbeitsablauf ist mit Bezug auf 6 gezeigt.
  • 1 zeigt einen beispielhaften Motor 10 mit einer ersten Bank 15a und einer zweiten Bank 15b. Im abgebildeten Beispiel ist Motor 10 ein V8-Motor, bei dem die erste und zweite Bank jeweils vier Zylinder aufweisen. Motor 10 weist einen Ansaugkrümmer 16 mit Drossel 20, und einen Abgaskrümmer 18 auf, der mit einem Emissionssteuerungssystem 30 gekoppelt ist. Emissionssteuerungssystem 30 umfasst einen oder mehrere Katalysatoren und Luft-Treibstoff-Verhältnis-Sensoren, wie beispielsweise mit Bezug auf 2 beschrieben ist. Als ein nicht-einschränkendes Beispiel kann Motor 10 als Teil eines Antriebsystems für ein Personenkraftfahrzeug umfasst sein.
  • Motorsystem 10 kann Zylinder 14 mit wahlweise deaktivierbaren Ansaugventilen 50 und wahlweise deaktivierbaren Abgasventilen 56 aufweisen. In einem Beispiel sind Ansaugventile 50 und Abgasventile 56 zur elektrischen Ventilbetätigung (EVA) über einzelne elektrische Zylinderventilbetätigungseinheiten konfiguriert. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass in alternativen Beispielen eine Reihe von unterschiedlichen Hardware-Konfigurationen angewandt werden kann, die eine individuelle Zylinderventilbetätigung ermöglichen. Während das abgebildete Beispiel jeden Zylinder mit einem einzigen Ansaugventil und einem einzigen Abgasventil zeigt, kann in alternativen Beispielen, wie bei 2 ausgearbeitet, jeder Zylinder eine Vielzahl an wahlweise deaktivierbaren Ansaugventilen und/oder eine Vielzahl an wahlweise deaktivierbaren Abgasventilen aufweisen.
  • Während ausgewählter Zustände, beispielsweise wenn die volle Drehmomentleistungsfähigkeit des Motors nicht erforderlich ist, können ein oder mehrere Zylinder von Motor 10 zur wahlweisen Deaktivierung (hierin auch als individuelle Zylinderdeaktivierung bezeichnet) ausgewählt werden. Darüber hinaus können, wie mit Bezug auf 5 ausgearbeitet ist, ein oder mehrere Zylinder von Motor 10 für eine wahlweise Deaktivierung während eines Motor-Kaltstarts ausgewählt werden, um den Wärmestrom zu einem Abgaskatalysator zu erhöhen. Die wahlweise Deaktivierung kann das wahlweise Deaktivieren eines oder mehrerer Zylinder lediglich auf der ersten Bank 15a, eines oder mehrerer Zylinder lediglich auf der zweiten Bank 15b, oder eines oder mehrerer Zylinder von jeder der ersten und zweiten Bank umfassen. Die Anzahl und Identität der auf jeder Bank deaktivierten Zylinder kann symmetrisch oder asymmetrisch sein. Ferner können die Zylinder gemäß einem vordefinierten Muster, das hierin auch als ein Zündungsüberspringungsmuster bezeichnet wird, deaktiviert sein.
  • Während der Deaktivierung können ausgewählte Zylinder durch ein Schließen der einzelnen Zylinderventilmechanismen, beispielsweise Ansaugventilmechanismen, Abgasventilmechanismen, oder einer Kombination von beiden, deaktiviert werden. Zylinderventile können über hydraulisch betätigte Heber (beispielsweise Heber, die mit Ventilstoßstangen gekoppelt sind), über einen Nockenprofilschaltmechanismus, bei dem ein Nocken ohne Hub für deaktivierte Ventile eingesetzt wird, oder über die elektrisch betätigten Zylinderventilmechanismen, die mit jedem Zylinder gekoppelt sind, wahlweise deaktiviert werden. Darüber hinaus können Treibstofffluss und Zündfunke zu den deaktivierten Zylindern angehalten werden, wie beispielsweise durch das Deaktivieren von Zylindertreibstoffeinspritzvorrichtungen.
  • In einigen Beispielen kann Motorsystem 10 wahlweise deaktivierbare (direkte) Treibstoffeinspritzvorrichtungen aufweisen, und die ausgewählten Zylinder können durch das Absperren der jeweiligen Treibstoffeinspritzvorrichtungen deaktiviert werden, während der Betrieb der Ansaug- und Abgas-Ventile derart aufrechterhalten wird, dass Luft weiterhin durch die Zylinder hindurch gepumpt werden kann.
  • Während die ausgewählten Zylinder deaktiviert sind, setzen die verbleibenden betriebsbereiten oder aktiven Zylinder die Verbrennung mit aktiven und in Betrieb befindlichen Treibstoffeinspritzvorrichtungen und Zylinderventilmechanismen fort. Um den Drehmomentanforderungen zu entsprechen, erzeugt der Motor dasselbe Drehmomentausmaß auf den aktiven Zylindern. Das erfordert höhere Ladedrücke, was zu verringerten Pumpverlusten und erhöhter Motoreffizienz führt. Ferner reduziert die wirsamkeitsverringerte Oberfläche (von lediglich den betriebsbereiten Zylindern), die der Verbrennung ausgesetzt ist, Motorwärmeverluste, wobei die Wärmeeffizienz des Motors erhöht wird.
  • Zylinder können deaktiviert werden, um ein spezifisches Zündungs-(oder Zündungsüberspringungs)-Muster auf Basis eines festgelegten Steuerungsalgorithmus bereitzustellen. Genauer gesagt werden ausgewählte „übersprungene“ Arbeitszyklen nicht gezündet, während andere „aktive“ Arbeitszyklen gezündet werden. Wahlweise kann eine Zündzeitpunkteinstellung, die einem ausgewählten Zünden einer ausgewählten Arbeitskammer zugeordnet ist, auch auf Basis einer Zündungsreihenfolge oder einer Zündungsvorgeschichte der ausgewählten Arbeitskammer eingestellt werden. Beispielsweise kann, wie mit Bezug auf 5 ausgearbeitet ist, die Zündzeitpunkteinstellung auf aktiven Zylindern während eines Motor-Kaltstarts verzögert werden, um Abgaswärme zu erhöhen. Die Motorsteuerungseinheit 12 kann mit einer geeigneten Logik, wie nachstehend beschrieben, konfiguriert sein, um ein Zylinderdeaktivierungs-(oder Zündungsüberspringungs)-Muster auf Basis von Motorbetriebszuständen zu bestimmen.
  • Motor 10 kann mit einer Vielzahl an Substanzen arbeiten, die über Treibstoffsystem 8 zugeführt werden können. Motor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuerungssystem, umfassend Steuerungseinheit 12, gesteuert sein. Steuerungseinheit 12 kann verschiedene Signale von Sensoren 16 empfangen, die mit Motor 10 gekoppelt sind (und mit Bezug auf 2 beschrieben sind), und Steuerungssignale an verschiedene Betätigungseinheiten 81 senden, die mit dem Motor und/oder Fahrzeug (wie mit Bezug auf 2 beschrieben) gekoppelt sind. Die verschiedenen Sensoren können beispielsweise verschiedene Temperatur-, Druck- und Luft-Treibstoff-Verhältnis-Sensoren umfassen. Darüber hinaus kann Steuerungseinheit 12 einen Hinweis auf Zylinderklopfen oder Vorzündung von einem oder mehreren Klopfsensoren empfangen, die entlang des Motorblocks verteilt sind. Wenn davon umfasst, kann die Vielzahl an Klopfsensoren symmetrisch oder asymmetrisch entlang des Motorblocks verteilt sein. Ferner können der eine oder die mehreren Klopfsensoren Beschleunigungsmesser, Ionisierungssensoren oder Druckwandler im Zylinder umfassen.
  • Die Motorsteuerungseinheit kann einen Ansteuerungsimpulsgenerator und einen Sequenzer zum Bestimmen eines Zylindermusters auf Basis der Soll-Motor-Leistung bei aktuellen Motorbetriebszuständen umfassen. Beispielsweise kann der Ansteuerungsimpulsgenerator eine adaptive prädiktive Steuerung anwenden, um ein Ansteuerungsimpulssignal dynamisch zu berechnen, das anzeigt, welche Zylinder und in welchen Intervallen gezündet werden müssen, um die Soll-Leistung (d.h. das Zylinder-Zündungs-/-Überspringungs-Muster) zu erreichen. Das Zylinderzündungsmuster kann eingestellt sein, um die Soll-Leistung bereitzustellen, ohne eine übermäßige oder unangemessene Vibration im Motor zu erzeugen. Als solches kann das Zylindermuster auf Basis der Motorkonfiguration ausgewählt werden, beispielsweise auf Basis dessen, ob der Motor ein V-Motor oder ein Reihenmotor ist, auf Basis der Anzahl der im Motor vorhandenen Motorzylinder etc. Auf Basis des ausgewählten Zylindermusters können die einzelnen Zylinderventilmechanismen der ausgewählten Zylinder geschlossen sein, während Treibstofffluss und Zündungsfunke zu den Zylindern angehalten werden.
  • Da eine optimale Effizienz für einen vorgegebenen Zylinder beinahe einer vollen Leistungsausgabe entspricht, kann eine niedrigere Frequenz von Zündungsereignissen ausgewählt werden, um die Leistung zu reduzieren. Beispielsweise würde das Überspringen jedes zweiten Zylinders durchschnittlich die halbe Leistung ergeben. Werden die Zündungsereignisse in so weit als möglich gleichmäßige Abstände verteilt, so können die Vibrationen aufgrund der variierenden Drehmomentleistung minimiert werden. Die Tatsache, ob alle Zylinder im Zündungsüberspringungsmuster umfasst sind, kann vom Anteil der Soll-Leistung abhängen, aber auch von anderen Überlegungen, umfassend Zylindertemperatur, Motortemperatur etc.
  • Auf diese Art und Weise kann durch das Einstellen des Zylindermusters einzelner Zylinderventilmechanismen und einzelner Zylindertreibstoffeinspritzvorrichtungen eine Soll-Motorleistung durch ein effizienteres Betreiben von weniger Zylindern bereitgestellt werden, und dadurch eine Verbesserung der Treibstoffeinsparung.
  • Wie hierin mit Bezug auf 5 ausgearbeitet, kann die Steuerungseinheit ein Zylindermuster auf Basis einer Motortemperatur zu einem Zeitpunkt eines Motor-Kaltstarts auswählen. Insbesondere kann das Zylindermuster, umfassend die Anzahl und Identität von wahlweise deaktivierten Zylindern, auf einem Wärmestrom basieren, der beim Motor-Kaltstart erforderlich ist. Die Steuerungseinheit kann ein Muster auswählen, bei dem das Zünden über alle Zylinder derart verteilt wird, dass keiner der Zylinder zu sehr auskühlt. Alternativ dazu kann ein Muster ausgewählt werden, bei dem das Zünden auf einen spezifischen Satz von Zylindern konzentriert ist, um diese warmzuhalten und die Abgaswärme zu beschleunigen. Darüber hinaus kann eine Treibstoffeinspritzung in die aktiven Zylinder eingestellt werden, beispielsweise durch die Anwendung einer verzögerten Einspritzung, um die Abgaskatalysator-Erwärmung weiter zu beschleunigen.
  • 2 bildet eine beispielhafte Ausführungsform einer Verbrennungskammer oder eines Zylinders von Verbrennungsmotor 10 ab. Motor 10 kann Steuerungsparameter von einem Steuerungssystem, umfassend Steuerungseinheit 12, und eine Eingabe von einer Fahrzeugbedienperson 130 über eine Eingabevorrichtung 132 empfangen. In diesem Beispiel umfasst Eingabevorrichtung 132 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Zylinder (hierin auch „Verbrennungskammer“) 14 von Motor 10 kann Verbrennungskammerwände 136 mit darin positioniertem Kolben 138 umfassen. Kolben 138 kann mit Kurbelstange 140 derart gekoppelt sein, dass die Hin- und Her-Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Kurbelwelle 140 kann mit mindestens einem Antriebsrad des Personenkraftfahrzeugs über ein Getriebesystem gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlassmotor mit Kurbelwelle 140 über ein Schwungrad gekoppelt sein, um einen Startvorgang von Motor 10 zu ermöglichen.
  • Zylinder 14 kann Ansaugluft über eine Reihe von Ansaugluftdurchlässen 142, 144 und 146 aufnehmen. Ansaugluftdurchlass 146 kann, zusätzlich zu Zylinder 14, mit anderen Zylindern von Motor 10 kommunizieren. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Ansaugdurchlässe eine Verstärkungsvorrichtung, beispielsweise einen Turbolader oder einen Superlader, umfassen. 2 zeigt beispielsweise Motor 10, der mit einem Turbolader konfiguriert ist, der einen Kompressor 174, der zwischen Ansaugdurchlässen 142 und 144 angeordnet ist, und eine Abgasturbine 176 umfasst, die entlang Abgasdurchlass 148 angeordnet ist. Kompressor 174 kann zumindest teilweise durch Abgasturbine 176 über eine Welle 180 angetrieben sein, wo die Verstärkungsvorrichtung als ein Turbolader konfiguriert ist. In anderen Beispielen jedoch, beispielsweise dort, wo Motor 10 mit einem Superlader versehen ist, kann Abgasturbine 176 wahlweise weggelassen sein, wo Kompressor 174 durch eine mechanische Eingabe von einem Elektromotor oder dem Motor angetrieben sein kann. Eine Drossel 20, die eine Drosselplatte 164 umfasst, kann entlang eines Ansaugdurchlasses des Motors bereitgestellt sein, um die Strömungsrate und/oder den Druck von Ansaugluft, die den Motorzylindern bereitgestellt wird, zu variieren. Drossel 20 kann beispielsweise stromabwärts von Kompressor 174, wie in 1 dargestellt, angeordnet oder alternativ dazu stromaufwärts von Kompressor 174 bereitgestellt sein.
  • Abgasdurchlass 148 kann Abgase von anderen Zylindern von Motor 10, zusätzlich zu Zylinder 14, aufnehmen. Abgassensor 128 ist mit Abgasdurchlass 148 stromaufwärts von Emissionssteuerungsvorrichtung 178 gekoppelt gezeigt. Sensor 128 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren zur Bereitstellung einer Anzeige für ein Abgas-Luft-Treibstoff-Verhältnis ausgewählt sein, wie beispielsweise ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO-(universeller oder weitreichender Abgas-Sauerstoff-), ein Zwei-Zustands-Sauerstoffsensor oder EGO-(wie abgebildet), ein HEGO-(erwärmter EGO-), ein NOx-, HC-, oder CO-Sensor. Emissionssteuerungsvorrichtung 178 kann ein Dreiwegekatalysator (TWC), eine NOx-Auffangvorrichtung, verschiedene andere Emissionssteuerungsvorrichtungen oder Kombinationen davon sein.
  • Abgastemperatur kann durch einen oder mehrere (nicht gezeigte) Temperatursensoren gemessen werden, die im Abgasdurchlass 148 angeordnet sind. Alternativ dazu kann Abgastemperatur auf Basis von Motorbetriebszuständen, beispielsweise Geschwindigkeit, Last, Luft-Treibstoff-Verhältnis (AFR), Zündfunkenverzögerung etc. erschlossen werden. Außerdem kann Abgastemperatur durch einen oder mehrere Abgassensoren 128 berechnet werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die Abgastemperatur alternativ dazu durch jede beliebige Kombination von hierin aufgelisteten Temperaturschätzverfahren geschätzt werden kann.
  • Jeder Zylinder von Motor 10 kann ein oder mehrere Ansaugventile und ein oder mehrere Abgasventile umfassen. Zylinder 14 wird beispielsweise mindestens ein Ansaugtellerventil 150 und mindestens ein Abgastellerventil 156 umfassend gezeigt, die in einem oberen Bereich von Zylinder 14 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder von Motor 10 einschließlich Zylinder 14, mindestens zwei Ansaugtellerventile und mindestens zwei Abgastellerventile umfassen, die in einem oberen Bereich des Zylinders angeordnet sind.
  • Ansaugventil 150 kann durch Steuerungseinheit 12 durch Nockenbetätigung über ein Nockenbetätigungssystem 151 gesteuert sein. In ähnlicher Art und Weise kann Abgasventil 156 durch Steuerungseinheit 12 über Nockenbetätigungssystem 153 gesteuert sein. Nockenbetätigungssysteme 151 und 153 können jeweils eine oder mehrere Nocken umfassen und können ein oder mehrere von Nockenprofilschalt-(CPS), variablen Nockenzeitsteuerungs-(VCT), variablen Ventilsteuerungs-(VVT) und/oder variablen Ventilhub(VVL)-Systemen einsetzen, die durch Steuerungseinheit 12 betätigt werden können, um die Ventilwirkung zu variieren. Die Wirkungsweise von Ansaugventil 150 und Abgasventil 156 kann durch (nicht gezeigte) Ventilpositionssensoren und/oder Nockenwellenpositionssensoren 155 beziehungsweise 157 bestimmt werden. In alternativen Ausführungsformen kann das Ansaug- und/oder Abgasventil durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert sein. Zylinder 14 kann beispielsweise alternativ dazu ein Ansaugventil, das über elektrische Ventilbetätigung gesteuert ist, und ein Abgasventil, das über Nockenbetätigung gesteuert ist, umfassend CPS- und/oder VCT-Systeme, umfassen. In noch weiteren Ausführungsformen können das Ansaug- und das Abgasventil durch eine gemeinsame Ventilbetätigungseinheit oder ein -betätigungssystem oder eine variable Ventilzeitsteuerungs-Betätigungseinheit oder -Betätigungssystem gesteuert sein.
  • Zylinder 14 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen, das das Verhältnis der Volumina ist, wenn Kolben 138 an unterer Mitte zu oberer Mitte ist. Herkömmlicherweise ist das Verdichtungsverhältnis im Bereich von 9:1 bis 13:1. In einigen Beispielen jedoch, in denen unterschiedliche Treibstoffe eingesetzt werden, kann das Verdichtungsverhältnis erhöht sein. Das kann der Fall sein, wenn beispielsweise höhere oktanige Treibstoffe oder Treibstoffe mit einer höheren latenten Verdampfungsenthalpie eingesetzt werden. Das Verdichtungsverhältnis kann ebenfalls erhöht sein, wenn eine direkte Einspritzung aufgrund ihrer Auswirkung auf ein Motorklopfen angewandt wird.
  • In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder von Motor 10 eine Zündkerze 192 umfassen, um die Verbrennung zu initiieren. Zündsystem 190 kann der Verbrennungskammer 14 über Zündkerze 192 in Antwort auf das Frühzündungssignal SA von der Steuerungseinheit 12, bei ausgewählten Betriebsarten, einen Zündfunken bereitstellen.
  • In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder von Motor 10 mit einer oder mehreren Einspritzvorrichtungen konfiguriert sein, um dem Zylinder Treibstoff zuzuführen. Als ein nicht-einschränkendes Beispiel ist Zylinder 14 mit zwei Treibstoffeinspritzvorrichtungen 166 und 170 gezeigt. Treibstoffeinspritzvorrichtungen 166 und 170 können konfiguriert sein, den aus Treibstoffsystem 8 aufgenommenen Treibstoff über eine Hochdrucktreibstoffpumpe und einen Treibstoffzuteiler zuzuführen. Alternativ dazu kann Treibstoff durch eine Ein-Stufen-Treibstoffpumpe bei niedrigerem Druck zugeführt werden, und in diesem Fall kann die Zeitsteuerung der Treibstoff-Direkteinspritzung während des Verdichtungstakts eingeschränkter als bei Anwendung eines Hochdrucktreibstoffsystems sein. Ferner kann der Treibstofftank einen Druckwandler aufweisen, der Steuerungseinheit 12 ein Signal bereitstellt.
  • Treibstoffeinspritzvorrichtung 166 wird direkt mit Zylinder 14 zum Einspritzen von Treibstoff direkt in diesen im Verhältnis zur Impulsbreite von Signal FPW-1 gekoppelt gezeigt, das von Steuerungseinheit 12 über den elektronischen Treiber 168 empfangen wird. Auf diese Art und Weise stellt Treibstoffeinspritzvorrichtung 166 die sogenannte Direkteinspritzung (nachstehend als „DI“ bezeichnet) von Treibstoff in Verbrennungszylinder 14 bereit. Während 1 Einspritzvorrichtung 166 zeigt, die zu einer Seite von Zylinder 14 angeordnet ist, kann sie alternativ dazu über dem Kolben, beispielsweise in der Nähe von Zündkerze 192, angeordnet sein. Eine solche Position kann das Vermischen und Verbrennen verbessern, wenn der Motor mit einem Alkohol-basierten Treibstoff betrieben wird, aufgrund der niedrigeren Flüchtigkeit einiger Alkohol-basierten Treibstoffe. Alternativ dazu kann die Einspritzvorrichtung über und in der Nähe des Ansaugventils angeordnet sein, um das Vermischen zu verbessern.
  • Treibstoffeinspritzvorrichtung 170 wird eher in Ansaugdurchlass 146 als in Zylinder 14, in einer Konfiguration angeordnet gezeigt, die die sogenannte Treibstoff-Kanaleinspritzung (nachstehend als “PFI” bezeichnet) in den Einlasskanal stromaufwärts von Zylinder 14 bereitstellt. Treibstoffeinspritzvorrichtung 170 kann den aus Treibstoffsystem 8 aufgenommenen Treibstoff im Verhältnis zur Impulsbreite von Signal FPW-2 einspritzen, das von Steuerungseinheit 12 über den elektronischen Treiber 171 empfangen wird. Man beachte, dass für beide Treibstoffeinspritzsysteme ein einziger Treiber 168 oder 171, oder mehrere Treiber, beispielsweise Treiber 168 für Treibstoffeinspritzvorrichtung 166 und Treiber 171 für Treibstoffeinspritzvorrichtung 170, wie abgebildet, eingesetzt werden können.
  • Treibstoffeinspritzvorrichtungen 166 und 170 können unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Diese umfassen Unterschiede in Bezug auf die Größe; eine Einspritzvorrichtung kann beispielsweise ein größeres Einspritzloch als eine andere aufweisen. Andere Unterschiede umfassen, sind aber nicht darauf eingeschränkt, unterschiedliche Spritzwinkel, unterschiedliche Betriebstemperaturen, eine unterschiedliche Zielausrichtung, eine unterschiedliche Einspritzzeitsteuerung, unterschiedliche Einspritz-Charakteristiken, unterschiedliche Stellen etc. Überdies können, je nach dem Verteilungsverhältnis von eingespritztem Treibstoff unter Einspritzvorrichtungen 166 und 170, unterschiedliche Auswirkungen erzielt werden.
  • Treibstoff kann dem Zylinder durch beide Einspritzvorrichtungen während eines Einzelzyklus des Zylinders zugeführt werden. Jede Einspritzvorrichtung kann beispielsweise einen Teil einer Gesamttreibstoffeinspritzung, die in Zylinder 14 verbrannt wird, zuführen. Als ein solcher kann eingespritzter Treibstoff, sogar für ein Einzel-Verbrennungsereignis, zu unterschiedlichen Zeitsteuerungen aus der Kanal- oder Direkt-Einspritzvorrichtung eingespritzt werden. Überdies können für ein Einzel-Verbrennungsereignis mehrere Einspritzungen des zugeführten Treibstoffs pro Zyklus ausgeführt werden. Die mehrfachen Einspritzungen können während des Verdichtungstakts, Einlasstakts oder jeder beliebigen geeigneten Kombination davon ausgeführt werden.
  • Wie oben beschrieben, zeigt 2 lediglich einen Zylinder eines Multi-Zylinder-Motors. Als solcher kann jeder Zylinder auf ähnliche Art und Weise seinen eigenen Ansaug-/Abgas-Ventile-, Treibstoffeinspritzvorrichtungs-(en-), Zündkerzen-Satz etc. umfassen. Es wird darauf hingewiesen, dass Motor 10 jede beliebige Anzahl an Zylindern, umfassend 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 oder mehr Zylinder, umfassen kann. Ferner kann jeder dieser Zylinder einige oder alle dieser verschiedenen Komponenten umfassen, die durch 2 mit Bezug auf Zylinder 14 beschrieben und abgebildet sind.
  • Der Motor kann ferner einen oder mehrere Abgasrückführungsdurchlässe zum Rückführen eines Teils des Abgases aus dem Motorauslass zum Motoreinlass umfassen. Das Rückführen eines Teils von Abgas kann sich auf eine Motorverdünnung auswirken, was das Motorleistungsverhalten durch ein Verringern von Motorklopfen, sehr hohen Zylinderverbrennungstemperaturen und -drücken, Drosselverlusten und NOx-Emissionen verbessern kann. In der abgebildeten Ausführungsform kann Abgas aus Abgasdurchlass 148 in Ansaugdurchlass 144 über EGR-Durchlass 141 rückgeführt werden. Das EGR-Ausmaß, das Ansaugdurchlass 148 bereitgestellt wird, kann durch Steuerungseinheit 12 über EGR-Ventil 143 variiert werden. Ferner kann ein EGR-Sensor 145 innerhalb des EGR-Durchlasses angeordnet sein und kann einen Hinweis auf einen oder mehrere Drücke, Temperatur und Konzentration des Abgases bereitstellen.
  • Steuerungseinheit 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, der Mikroprozessoreinheit 106, Eingangs-/Ausgangs-Ports 108, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, die als Nurlesespeicherchip 110 in diesem bestimmten Beispiel gezeigt sind, Direktzugriffsspeicher 112, Keep-Alive-Speicher 114 und einen Datenbus umfasst. Steuerungseinheit 12 kann verschiedene Signale von Sensoren, die mit Motor 10 gekoppelt sind, zusätzlich zu den zuvor erörterten Signalen empfangen, umfassend das Messen von induziertem Luftmassenstrom (MAF) vom Luftmassenstromsensor 122; Motorkühlmitteltemperatur (ECT) vom Temperatursensor 116, der mit Kühlmantel 118 gekoppelt ist; eines Zündungsimpulsgebersignals (PIP) vom Hall-Effekt-Sensor 120 (oder eines anderen Typs), der mit Kurbelwelle 140 gekoppelt ist; Drosselposition (TP) von einem Drosselpositionssensor; und des Ladeabsolutdrucksignals (MAP) vom Sensor 124. Motorgeschwindigkeitssignal, RPM, kann durch Steuerungseinheit 12 aus dem Signal PIP erzeugt werden. Ladedrucksignal MAP aus einem Ladedrucksensor kann zur Bereitstellung eines Hinweises auf Vakuum, oder Druck, im Ansaugkrümmer eingesetzt werden. Und noch weitere andere Sensoren können Treibstofffüllstandsensoren und Treibstoffzusammensetzungssensoren umfassen, die mit dem/den Treibstofftank(s) des Treibstoffsystems gekoppelt sind.
  • Speichermedium Nurlesespeicher 110 kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, welche durch Prozessor 106 ausführbare Befehle zur Ausführung der nachstehend beschriebenen Verfahren als auch anderer Varianten, die vorweggenommen, jedoch nicht eigens aufgelistet sind, darstellen.
  • Während eines Standard-Motorbetriebs wird Motor 10 typischerweise betrieben, jeden Zylinder pro Motorzyklus zu zünden. Daher wird für jede 720-CA (beispielsweise zwei Umdrehungen der Kurbelwelle) jeder Zylinder einmal gezündet. Um Verbrennung in jedem Zylinder zu ermöglichen, wird jedes Ansaug- und Abgasventil zu einem bestimmten Zeitpunkt betätigt (beispielsweise geöffnet). Ferner wird Treibstoff in jeden Zylinder eingespritzt, und das Funkenzündungssystem stellt jedem Zylinder einen Funken zu einem bestimmten Zeitpunkt bereit. Demgemäß zündet der Funke für jeden Zylinder die Treibstoff-Luft-Mischung, um Verbrennung zu initiieren. 3 veranschaulicht einen beispielhaften Entwurf von Zylinderzündungsereignissen für einen beispielhaften Vierzylindermotor (beispielsweise Motor 10 von 1) während eines Standard-Nicht-Zündungsüberspringungsbetriebs. Die Motorposition jedes Zylinders des Vierzylindermotors ist durch die mit CYL. 1–4 gekennzeichneten Ablauffolgen beschrieben. Die vertikalen Kennzeichnungen entlang der Länge der Ablauffolgen CYL. 1–4 stellen obere-Totpunkt- und untere-Totpunkt-Kolbenpositionen für die jeweiligen Zylinder dar. Die entsprechenden Zylindertakte jedes Zylinders sind durch EINLASS-, COMP.-(Verdichtungstakt), EXPAN.-(Ausdehnungshub), und EXH.(Auslasshub)-Identifikatoren angezeigt.
  • Der Motor weist eine ursprüngliche Motorzündungsreihenfolge von 1-3-4-2 auf, sodass CYL. 1 zuerst gezündet wird, gefolgt von CYL. 3, CYL. 4 und CYL. 2, jeweils einem Motorzyklus. Somit ereignet sich, wie gezeigt, die Verbrennung in CYL. 1 bei oder nahe TDC (oberer Totpunkt) zwischen dem Verdichtungstakt und dem Ausdehnungshub, wie durch Stern 300 veranschaulicht ist. Um Verbrennung zu erzielen wird Treibstoff in CYL. 1 eingespritzt, das Ansaugventil wird betätigt, um Ladeluft hereinzuziehen (und wird in der Folge geschlossen, um die Ladung im Zylinder einzufangen), und Verbrennung wird durch ein Funkenzündungsereignis initiiert. Verbrennung in CYL. 3 wird durch einen Funken initiiert, wie durch Stern 302 veranschaulicht ist. Während CYL. 3 auf einem Verdichtungstakt ist, ist CYL. 1 auf einem Ausdehnungshub. Verbrennung wird in CYL. 4 durch einen Funken initiiert, wie durch Stern 304 veranschaulicht ist. Während CYL. 4 auf einem Verdichtungstakt ist, ist CYL. 1 auf einem Auslasshub, und CYL. 3 ist auf einem Ausdehnungshub. Verbrennung wird in CYL. 2 durch einen Funken initiiert, wie durch Stern 306 veranschaulicht ist. Während CYL. 2 auf einem Verdichtungstakt ist, ist CYL. 1 auf einem Ansaugtakt, CYL. 3 ist auf einem Auslasshub, und CYL. 4 ist auf einem Ausdehnungshub. Bei Beendigung der Verbrennung in CYL. 2 beginnt ein neuer Motorzyklus und Verbrennung findet erneut in CYL. 1 statt, wie durch Stern 308 veranschaulicht ist. Die Verbrennung setzt dann gemäß der, wie veranschaulicht, Motorzündungsreihenfolge fort.
  • Während gewisser Betriebszustände kann Motor 10 in einem Zündungsüberspringungsmodus arbeiten, in dem weniger als alle Zylinder des Motors in jedem Motorzyklus gezündet werden. Der Zündungsüberspringungsmodus kann beispielsweise während Niedrig-Last-Zuständen oder anderen Zuständen durchgeführt werden, in denen die in jeden Zylinder einzuspritzende per-Zylinder-Treibstoffquantität relativ gering ist (beispielsweise so gering, dass eine genaue Treibstoffzufuhr schwierig sein kann). Außerdem kann der Zündungsüberspringungsmodus während ausgewählter Motor-Kaltstarts ausgeführt werden. Während der Zündungsüberspringung werden ein oder mehrere Zylinder des Motors während jedes Motorzyklus übersprungen (beispielsweise nicht gezündet). Um das Soll-Drehmoment aufrechtzuerhalten, wird der Treibstoff an die gezündeten Zylinder neu verteilt, wodurch die per-Zylinder-Treibstoffquantität erhöht wird und somit die Treibstoffversorgungsfehler reduziert werden. Das Zündungsüberspringen kann auch Pumpverluste reduzieren, wodurch die Motoreffizienz erhöht wird.
  • Zum Überspringen eines bestimmten Zylinders wird das Ansaug- und das Abgasventil des bestimmten Zylinders (beispielsweise über Steuerung der Betätigungseinheiten 152 und 154) deaktiviert, beispielsweise wird das Ansaug- und das Abgasventil während eines jeden Taktes des Zylinderzyklus hindurch geschlossen gehalten. Auf diese Art und Weise wird dem Zylinder keine frische Ladung zugestanden. Ferner ist die Treibstoffeinspritzung über Kanaleinspritzvorrichtung 170 und/oder Direkteinspritzvorrichtung 166 beispielsweise deaktiviert. In einigen Beispielen kann ein Zündfunke (beispielsweise von Zündkerze 192) ebenfalls deaktiviert sein. In anderen Beispielen kann dem bestimmten Zylinder ein Zündfunke bereitgestellt werden. Ohne Ladeluft und Treibstoff wird eine Verbrennung jedoch, selbst mit Zündfunken, im bestimmen Zylinder nicht stattfinden.
  • 4 veranschaulicht eine beispielhafte Kurve von Zylinderzündungsereignissen für einen beispielhaften Vierzylindermotor (beispielsweise Motor 10 von 1) während eines während eines Motor-Kaltstarts ablaufenden Zündungsüberspringungsvorgangs. Ähnlich wie in 3 ist die Motorposition jedes Zylinders des Vierzylindermotors durch die mit CYL. 1–4 gekennzeichneten Ablauffolgen beschrieben. Vertikale Kennzeichnungen entlang der Länge von Ablauffolgen CYL. 1–4 stellen obere-Totpunkt- und untere-Totpunkt-Kolbenpositionen für die jeweiligen Zylinder dar. Die entsprechenden Zylindertakte jeden Zylinders sind durch EINLASS-, COMP.-, EXPAN.- und EXH.-Identifikatoren angezeigt.
  • Wie oben erläutert, weist der Motor eine ursprüngliche Motorzündungsreihenfolge von 1-3-4-2 auf. Während der Zündungsüberspringung werden ein oder mehrere Zylinder des Motors in jedem Motorzyklus übersprungen. Die Anzahl der übersprungenen Zylinder kann auf Basis von Betriebszuständen, beispielsweise Motorlast und Motortemperatur, ausgewählt werden, wie nachstehend mit Bezug auf 5 ausführlich erläutert werden wird. Ferner kann in jedem Motorzyklus ein anderer Zylinder übersprungen werden, sodass während einer Vielzahl an Motorzyklen jeder Zylinder mindestens einmal gezündet und jeder Zylinder mindestens einmal übersprungen wird. Abgesehen davon, werden in einigen Motorzyklen während einer vorgegebenen Umdrehung der Kurbelwelle vielleicht keine Zylinder gezündet.
  • Während einer Zündungsüberspringung kann die ursprüngliche Motorzündungsreihenfolge eingestellt sein, um eine angeordnete Zündungsreihenfolge zu erreichen, in der ein oder mehrere Zylinder übersprungen werden. Die angeordnete Zündungsreihenfolge kann dieselbe grundlegende Zündungsreihenfolge aufrechterhalten, in der ein oder mehrere Zylinder in jedem Motorzyklus übersprungen werden, und kann übersprungene Zylinder von Motorzyklus zu Motorzyklus abwechselnd anordnen. Wie in 4 gezeigt, kann die angeordnete Zündungsreihenfolge des Motors während der Zündungsüberspringung zwei Zylinder zünden, einen Zylinder überspringen, zwei Zylinder zünden, einen Zylinder überspringen etc., und so zu einer Zündungsreihenfolge von 1-3-X-2-1-X-4-2-X-3-4-X führen. Auf diese Art und Weise wird jedes Mal, wenn ein Zylinder übersprungen wird, ein anderer Zylinder übersprungen, bis sich das Muster wiederholt.
  • Somit findet Verbrennung in CYL. 1, wie gezeigt, bei oder nahe an TDC zwischen dem Verdichtungstakt und dem Ausdehnungshub statt, wie durch Stern 400 veranschaulicht ist. Als nächstes wird Verbrennung in CYL. 3 durch einen Zündfunken initiiert, wie durch Stern 402 veranschaulicht ist. CYL. 4, der planmäßig nach CYL. 3 in der ursprünglichen Zündungsreihenfolge gezündet werden soll, wird übersprungen. Somit wird, während ein Zündfunke noch immer in CYL. 4 während des Verdichtungstakts auftreten kann, aufgrund fehlender Ventilbetätigung und Treibstoffeinspritzung keine Verbrennung initiiert, wie durch gestrichelten Stern 404 veranschaulicht ist. Verbrennung in CYL. 2 wird durch einen Zündfunken, wie durch Stern 406 veranschaulicht ist, initiiert.
  • Während des nächsten Motorzyklus tritt Verbrennung in CYL. 1, CYL. 4 und CYL. 2 (wie durch Stern 408, Stern 412 beziehungsweise Stern 414 veranschaulicht ist) auf. Verbrennung findet nicht in CYL. 3 statt, wie durch den gestrichelten Stern 410 veranschaulicht ist. Während des folgenden Motorzyklus, werden CYL. 1 und 2 übersprungen, wie durch die gestrichelten Sterne 416 beziehungsweise 422 veranschaulicht ist, während CYL. 3 und 4 gezündet werden, wie durch die Sterne 418 beziehungsweise 420 veranschaulicht ist. Auf diese Art und Weise wird während einiger Motorzyklen lediglich ein Zylinder übersprungen, während in anderen Motorzyklen mehr als ein Zylinder übersprungen wird. Die angeordnete Zündungsreihenfolge hält jedoch, wie veranschaulicht, ein gleichmäßiges Verbrennungsmuster (ein Zylinder wird für je zwei gezündete Zylinder übersprungen) aufrecht, wodurch NVH-Probleme herabgesetzt werden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die durch 3 und 4 veranschaulichte Reihenfolge und Sequenz lediglich beispielhaften Charakter aufweisen und als den Schutzumfang der Beschreibung nicht einschränkend zu deuten sind. Beispielsweise können in einigen Ausführungsformen drei Zylinder eine Luft-Treibstoff-Mischung verbrennen, bevor Verbrennung in einem Zylinder übersprungen wird. In anderen Ausführungsformen können vier Zylinder eine Luft-Treibstoff-Mischung verbrennen, bevor Verbrennung in einem Zylinder übersprungen wird. In anderen Ausführungsformen kann Verbrennung eher in zwei Zylindern in einer Reihe als in, wie durch 4 abgebildet ist, einem übersprungen werden. Außerdem kann in anderen Ausführungsformen eine ausgewählte Gruppe von Zylindern kontinuierlich während eines Zündungsüberspringungsmodus übersprungen werden, während die verbleibenden Zylinder gezündet werden. Dann kann, während eines darauffolgenden Zündungsüberspringungsmodus, ein unterschiedlicher Zylindersatz kontinuierlich übersprungen werden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass das in 4 abgebildete Muster ein nicht-einschränkendes Beispiel eines auswählbaren Deaktivierungsmusters ist, das während eines Motor-Kaltstarts ausgewählt und angewandt wird. Als solche können die möglichen Muster auch eine Funktion der Motoraufhängung (beispielsweise Längs-gegenüber Quer-Aufhängung, Durometer-gegenüber Aktiv-Aufhängung etc.) sein. Somit können Deaktivierungsmuster je nach Einbauanordnung des Motors abgebildet sein, annehmbare Muster zu bestimmen, in denen eine Vibrationsübertragung in den Insassenraum/-sitz niedrig ist.
  • Mit nunmehriger Bezugnahme auf 5 wird ein Verfahren 500 zum Betreiben eines Motors mit Zündungsüberspringung veranschaulicht. Verfahren 500 kann durch eine Steuerungseinheit, wie beispielsweise Steuerungseinheit 12 von 1, gemäß darauf gespeicherten, nicht-flüchtigen Befehlen durchgeführt werden, um Motor 10 wahlweise in einem Zündungsüberspringungsmodus während eines Motor-Kaltstarts, wie nachstehend beschrieben, zu betreiben.
  • Bei 502 umfasst Verfahren 500 das Bestimmen von Betriebszuständen. Die bestimmten Betriebszustände umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt, Motorlast, Motordrehzahl, Bedienungsperson-Drehmomentanforderung, Motortreibstoffbedarf, Katalysatortemperatur, Motorkühlmitteltemperatur und Umgebungszustände, wie beispielsweise Umgebungstemperatur. Die Betriebszustände können auf Basis der Ausgabe von einem oder mehreren Motorsensoren bestimmt werden, die oben mit Bezug auf 1 beschrieben sind.
  • Bei 504 bestimmt Verfahren 500, ob Motor-Kaltstartzuständen entsprochen wird. In einem Beispiel können Motor-Kaltstartzustände bestätigt werden, wenn die Motortemperatur oder die Katalysatortemperatur unter einem Schwellenwert ist. Der Schwellenwert kann einer Anspringtemperatur entsprechen, oberhalb der der Katalysator aktiviert wird. Wird Motor-Kaltstartzuständen nicht entsprochen, wenn der Motor beispielsweise bereits ausreichend warm ist, dann umfasst die Routine bei 506 das Einstellen eines Zylinderdeaktivierungsmusters und das Übergehen in einen Zündungsüberspringungsvorgang auf Basis eines oder einer Kombination von verschiedenen Motorbetriebsparametern. Diese Zustände können Motordrehzahl, Treibstoffbedarf und Motorlast umfassen, die unter vorbestimmten jeweiligen Schwellenwerten sind. Während eines Motorleerlaufbetriebs beispielsweise kann die Motordrehzahl niedrig, beispielsweise 500 RPMs, sein und die Motorlast kann niedrig sein. Somit kann der Treibstoffbedarf, der auf Geschwindigkeit, Last und Betriebszuständen, beispielsweise Motortemperatur, Ladedruck etc. basiert, zu gering sein, um die Soll-Treibstoffmenge genau zuzuführen. Typischerweise erhöht sich bei Abnahme der Motordrehzahl die Motorlast bei konstantem Drehmoment und einer konstanten Anzahl an Zylinderzündungen. Beim Betreiben von weniger Zylindern ist die durchschnittliche Last in den zündenden Zylindern höher, und so kann der Zylinder eine zusätzliche Zündfunkenverzögerung bei Aufrechterhaltung einer annehmbaren Verbrennung tolerieren, wodurch ein erhöhter Wärmestrom in den Katalysator ermöglicht wird. Zündungsüberspringungsbetriebszustände können ferner auf der Steuerungseinheit, die den in einem stationären Betriebszustand befindlichen Motor abfühlt, basieren, da vorübergehende Betriebszustände einen fluktuierenden Treibstoffbedarf erfordern können. Stationäre Betriebszustände können durch eine bei aktueller Last aufgewandte Zeitdauer oder durch ein anderes geeignetes Verfahren bestimmt werden. Somit, wenn die Motorbetriebszustände nicht anzeigen, dass eine Zündungsüberspringung initiiert werden sollte (beispielsweise falls die Motorlast hoch ist), dann umfasst bei 506 das Verfahren, die aktuellen Betriebszustände beizubehalten und nicht im Zündungsüberspringungsmodus zu arbeiten. Beispielsweise können die aktuellen Betriebszustände es umfassen, dass jeder Zylinder des Motors gemäß der ursprünglichen Motorzündungsreihenfolge gezündet wird, wobei alle Ansaug- und Abgasventile zu angemessenen Zeitpunkten betätigt und die Treibstoffeinspritzung und der Zündfunke für jeden Zylinder aktiviert werden. Dann endet das Verfahren 500.
  • Wird ein Motor-Kaltstart bestätigt, dann umfasst das Verfahren bei 508 während des Motor-Kaltstarts das Schätzen eines Wärmestroms, der für die Aktivierung des Abgaskatalysators erforderlich ist. Fällt die Motortemperatur (oder Katalysatortemperatur) beispielsweise unter den Schwellenwert (oder die Anspringtemperatur), kann die erforderliche Wärmestrommenge erhöht werden. Ein weiteres Beispiel ist folgendes: fällt die Umgebungstemperatur unter einen Schwellenwert (auf Basis der Anspringtemperatur), kann die erforderliche Wärmestrommenge erhöht werden.
  • Bei 510 umfasst das Verfahren, auf Basis des geschätzten Wärmestroms, die Deaktivierung der einzelnen Zylinderventilmechanismen für einen oder mehrere der Vielzahl an Zylindern gemäß einem Muster, wobei das Muster eine Gesamtanzahl von deaktivierten gegenüber aktiven Zylindern und eine Zündungsreihenfolge der aktiven Zylinder umfasst. Bei 511 umfasst das Verfahren beispielsweise das Bestimmen der Anzahl und Identität der wahlweise zu deaktivierenden Zylinder. Das Bestimmen kann auf der Motortemperatur bei Kaltstart basieren, wobei die Anzahl an deaktivierten Zylindern zunimmt, wenn sich die Motortemperatur verringert. Wie nachstehend ausgearbeitet, kann durch das Deaktivieren einer Anzahl an Zylindern eine verbleibende Anzahl an aktiven Zylindern mit größerer Zündfunkenverzögerung betrieben werden, wobei die dem Abgaskatalysator zugeführte Wärmemenge erhöht wird. Die Identität der Zylinder, die wahlweise deaktiviert werden, kann ferner auf der Zylinderzündungsreihenfolge basieren. Beispielsweise kann, wie mit Bezug auf das Zündungsüberspringungsmuster von 4 erörtert, ein Muster ausgewählt werden, in dem jeder Motorzylinder intermittierend übersprungen wird, wodurch ein übermäßiges Abkühlen irgendeines Zylinders verhindert wird. In einem alternativen Beispiel kann auf Basis der Position des Zylinders auf dem Motorblock und der Zylinderzündungsreihenfolge ein bestimmter Zylinder vorzugsweise übersprungen oder gezündet werden. Ein Zylinder, der auf dem Motorblock näher dem Abgasdurchlass angeordnet ist, kann beispielsweise wiederholt gezündet werden, während ein Zylinder, der auf dem Motorblock näher zum Ansaugdurchlass angeordnet ist, wiederholt übersprungen werden kann.
  • Als ein weiteres Beispiel kann bei 512 eine Betriebsdauer im Zündungsüberspringungsmodus bestimmt werden. Das kann das Bestimmen einer Anzahl von Verbrennungszyklen, über die die ausgewählten Zylinder deaktiviert werden, umfassen. Das kann ferner das Bestimmen einer zurückgelegten Entfernung oder Dauer, über die die Zylinder deaktiviert werden, umfassen. Als solcher kann der Motor nach der festgesetzten Dauer/Entfernung in den Nicht-Zündungsüberspringungsmodus zurückgesetzt werden, in dem alle Motorzylinder zünden.
  • Bei 513 umfasst das Verfahren das Betreiben der verbleibenden aktiven Zylinder mit einer Zündzeitpunkteinstellung, die um ein Ausmaß verzögert ist. Das auf die aktiven Zylinder angewandte Zündfunkenverzögerungsausmaß kann auf dem geschätzten Wärmestrom und dem ausgewählten Zylindermuster basieren. Das Zündzeitpunkteinstellungsverzögerungsausmaß kann beispielsweise auf der Motortemperatur bei Kaltstart und der Anzahl und Identität der wahlweise deaktivierten Zylinder basieren. Beispielsweise kann das auf die aktiven Zylinder angewandte Zündzeitpunkteinstellungsverzögerungsausmaß erhöht werden, wenn die Motortemperatur abnimmt oder wenn sich die Anzahl der deaktivierten Zylinder erhöht. Durch das wirksame Einsetzen des Zündungsüberspringungsbetriebs von Motorzylindern während des Motor-Kaltstarts kann eine größere Zündfunkenverzögerung in den aktiven Zylindern toleriert werden, bevor eine Verbrennungsstabilitätsgrenze erreicht ist oder NVH-Probleme (im Vergleich zur durchschnittlichen Zündfunkenverzögerung, die toleriert worden wäre, wenn alle Zylinder aktiv wären) entstehen. Das ermöglicht, dass ein Katalysator-Erwärmen durch das Erhöhen der an den Auslass abgeführten Wärmemenge beschleunigt wird.
  • Bei 514 umfasst das Verfahren das Einstellen der Motordrehzahl, die erforderlich ist, um das Leerlaufdrehmoment während des Motor-Kaltstarts auf Basis des angewandten Zylinderdeaktivierungsmusters aufrechtzuerhalten. Insbesondere kann, um auch eine Lösung für alle möglichen NVH-Probleme, die sich aus den verbleibenden, bei unterschiedlichen Gesamtfrequenzen zündenden, aktiven Zylindern mit breiteren Eingabe(Drehmoment)-Impulsen ergeben, zu finden, die zur Aufrechterhaltung des Motorleerlaufdrehmoments angewandte Motordrehzahl eingestellt werden. Das Verfahren kann beispielsweise das Erhöhen der Motordrehzahl zur Aufrechterhaltung des Leerlaufdrehmoments umfassen, wobei die erhöhte Motordrehzahl auf der Anzahl der deaktivierten Zylinder basiert. Als ein Beispiel kann die Motordrehzahl erhöht werden, wenn die Anzahl der zündenden Zylinder abnimmt, während der Motor mit einem vorgegebenen Zündfunkenverzögerungsausmaß betrieben wird. Die Erhöhung der Motordrehzahl kann ferner auf der Identität der wahlweise deaktivierten Zylinder basieren. Die Zündungsfrequenz kann sich beispielsweise bei einer Erhöhung der Motordrehzahl im Zeitbereich erhöhen, was sie ruckfreier macht. Außerdem kann die Motordrehzahl ferner auf dem angewandten Zündzeitpunkteinstellungsverzögerungsausmaß basieren. Die Motordrehzahl kann beispielsweise erhöht werden, wenn das Zündzeitpunkteinstellungsverzögerungsausmaß erhöht wird, während eine vorgegebene Anzahl an Zylindern deaktiviert wird. Die Motorlast kann ebenfalls erhöht werden, um die Drehmomentleistung aufrechtzuerhalten. Als solche werden die Motordrehzahl und -last die erforderliche Leistung bestimmen.
  • Eine Motorsteuerungseinheit kann zur Optimierung einer Kombination des ausgewählten Zylinder-Deaktivierungsablaufplans (umfassend die Anzahl der deaktivierten Zylinder und die Dauer der Deaktivierung der Zylinder), eines Motordrehzahlablaufplans und eines Zündfunkenverzögerungsablaufplans auf Basis des Soll-Wärmestroms in Richtung Katalysator unter Anwendung eines Wärmestrommodells und/oder von Dynamometer-Versuchsdaten konfiguriert sein. Die Ergebnisse können in einer Nachschlagtabelle mit offenem Regelkreis angeordnet sein. Die Steuerungseinheit kann eine Kombination von Zylinderdeaktivierung, Motordrehzahl und Zündzeitpunkteinstellung von der Nachschlagtabelle auf Basis der Motortemperatur (oder Abgastemperatur) beim Kaltstart abrufen. Alternativ dazu kann die Kombination von einer Nachschlagtabelle in einer geschlossenen-Kreislauf-Art- und-Weise auf Basis von Abgastemperatur abgerufen werden. Die Nachschlagtabelle kann weiter eingestellt werden, um eine Eingabe aus den Beschleunigungsmessern zu umfassen, die entlang des Motorblocks zur Messung der Vibrationswerte angeordnet sind. Eine Kombination kann beispielsweise ausgewählt sein, die die NVH innerhalb einer NVH-Grenze aufrechterhält. Beispielsweise können Deaktivierungsmuster ausgestaltet sein, annehmbare Muster zu bestimmen, in denen eine Vibrationsübertragung in den Insassenraum/-abteil/-sitz gering ist.
  • Bei 516 kann bei Betreiben des Motors mit einer Anzahl von Zylindern, die wahlweise deaktiviert sind und in dem die Zündzeitpunkteinstellung der verbleibenden aktiven Zylinder durch ein Ausmaß verzögert wird, und bei einer, zur Aufrechterhaltung des Leerlaufdrehmoments erhöhten Motordrehzahl bestimmt werden, ob NVH-Probleme vorliegen. Beispielsweise kann bestimmt werden, ob eine Vibrationsausgabe eines Beschleunigungsmessers, der mit dem Motor gekoppelt ist, höher als ein Schwellenwert ist. Wenn ja, dann umfasst das Verfahren bei 518 das Modifizieren des Zylindermusters und des Motordrehzahlsteuerungsablaufplans. Die Motordrehzahl kann beispielsweise bei Erhöhung der Anzahl der Zylinder, die deaktiviert sind, erhöht werden, bis eine Motor-NVH-Grenze erreicht ist. In der Folge kann die Steuerungseinheit die Motordrehzahl senken, während die Anzahl der Zylinder, die deaktiviert sind, gesenkt wird, oder während eine Identität von Zylindern, die deaktiviert sind, variiert wird.
  • Werden NVH-Grenzen bei 516 nicht erreicht, oder nach Modifizieren der Kombination von Motordrehzahl-, Zylinderdeaktivierungs- und Zündfunkenverzögerungsablaufplänen bei 518, setzt die Routine bei 520 fort, worin bestimmt werden kann, ob die Abgaskatalysatortemperatur (Tcat) höher als ein Schwellenwert ist, wie beispielsweise oberhalb der Anspringtemperatur. Ist der Abgaskatalysator nicht ausreichend erwärmt, dann umfasst das Verfahren bei 522 das Aufrechterhalten des Kaltstartzylindermusters mit der bestimmten Anzahl der deaktivierten Zylinder, der erhöhten Motordrehzahl und der erheblich verzögerten Zündzeitpunkteinstellung von aktiven Zylindern. Ist der Abgaskatalysator ausreichend erwärmt und hat die Aktivierungstemperatur erreicht, dann umfasst das Verfahren bei 522 das Einstellen eines oder mehrerer Zylindermuster und der Zündzeitpunkteinstellung auf Basis der aktuellen Motorbetriebszustände, beispielsweise der Motorlast. Das umfasst, wie bei 506, das Bestimmen, ob Zündungsüberspringungszustände vorliegen, und das Einstellen von Zylinderdeaktivierung in Übereinstimmung damit. Ebenso können Zündzeitpunkteinstellung und Motordrehzahl ebenfalls auf Basis von Betriebszuständen, beispielsweise Motorlast und Drehmomentanforderung, eingestellt werden.
  • In einem Beispiel umfasst ein Motorsystem einen Motor, der eine Vielzahl an Zylindern; einen Abgaskatalysator; einen mit einem Motorauslass gekoppelten Temperatursensor; einen mit einem Motorblock zur Schätzung der Motorvibration gekoppelten Beschleunigungsmesser; elektrisch betätigte Zylinderventilmechanismen, die mit jedem aus der Vielzahl an Zylindern gekoppelt sind; und eine wahlweise deaktivierbare Treibstoffeinspritzvorrichtung, die mit jedem aus der Vielzahl der Zylinder gekoppelt ist, umfasst. Das Motorsystem kann ferner eine Motorsteuerungseinheit umfassen, die mit computerlesbaren Befehlen konfiguriert ist, die auf einem nicht-flüchtigen Speicher für Folgendes gespeichert sind: Schätzen eines zur Aktivierung des Abgaskatalysators erforderlichen Wärmestroms während eines Motor-Kaltstarts; und, basierend auf dem geschätzten Wärmestrom, Deaktivieren der einzelnen Zylinderventilmechanismen für einen oder mehrere aus der Vielzahl der Zylinder gemäß einem Muster, wobei das Muster eine Gesamtanzahl von deaktivierten gegenüber aktiven Zylindern und eine Reihenfolge der Zündung von aktiven Zylindern umfasst. Der Wärmestrom kann auf Basis einer Differenz zwischen einer Temperatur des Abgaskatalysators und einer Aktivierungstemperatur geschätzt werden, worin sich der Wärmestrom erhöht, wenn sich die Differenz erhöht. Ferner kann die Steuerungseinheit die aktiven Zylinder mit einem Zündfunkenverzögerungsausmaß auf Basis des geschätzten Wärmestroms und des Musters betreiben. Außerdem kann die Steuerungseinheit eine Motordrehzahl während des Kaltstarts auf Basis des Musters und des Zündfunkenverzögerungsausmaßes einstellen. Das Einstellen der Motordrehzahl kann das Erhöhen der Motordrehzahl umfassen, wenn die Anzahl von aktiven Zylindern im Muster abnimmt. Die Steuerungseinheit kann ferner Befehle für Folgendes umfassen: Einstellen eines oder mehrerer Muster, des Zündfunkenverzögerungsausmaßes und der Motordrehzahl als Antwortverhalten darauf, dass eine Vibrationsausgabe des Beschleunigungsmessers höher als eine NVH-Grenze ist. Beispielsweise kann das Einstellen des Musters eines oder mehrere des Einstellens einer Gesamtanzahl von deaktivierten gegenüber aktiven Zylindern im Muster und des Einstellens einer Identität von deaktivierten Zylindern umfassen, während die Gesamtanzahl von deaktivierten zu aktiven Zylindern aufrechterhalten wird. Das Einstellen kann ferner das Herabsetzen der Motordrehzahl umfassen, während das Zündfunkenverzögerungsausmaß aufrechterhalten wird, oder das Herabsetzen des Zündfunkenverzögerungsausmaßes umfassen, während die Motordrehzahl aufrechterhalten wird.
  • Mit nunmehriger Bezugnahme auf 6 bildet Abbildung 600 beispielhafte Einstellungen auf eine Kombination eines Zylinderdeaktivierungsmusters, einer Zündzeitpunkteinstellung von aktiven Zylindern und Motordrehzahlablaufplänen während Motor-Kaltstarts ab. Abbildung 600 bildet einen Motorbetriebsmodus (Zündungsüberspringung oder normal) bei Kurve 602, eine Anzahl an deaktivierten Zylindern bei Kurve 604, eine Zündzeitpunkteinstellungsverzögerung, die auf aktive Zylinder angewandt wird, bei Kurve 606, Abgaskatalysatortemperatur bei Kurve 608 und Motordrehzahl bei Kurve 610 ab.
  • Vor t1 kann der Motor abgeschaltet sein. Bei t1 kann der Motor gestartet werden. Aufgrund kalter Umgebungszustände zum Zeitpunkt des Motor-Neustarts kann eine Temperatur des Abgaskatalysators unter einer Anspringtemperatur (LOT, gestrichelte Linie) sein und daher kann der Motor-Neustart als ein Motor-Kaltstart bezeichnet werden. Auf Basis des beim Motor-Kaltstart erforderlichen Wärmestroms kann, bei t1, eine größere Anzahl an Zylindern deaktiviert werden, und die verbleibenden aktiven Zylinder können mit einer um ein größeres Ausmaß verzögerten Zündzeitpunkteinstellung betrieben werden. Darüber hinaus kann die Motordrehzahl erhöht werden, um das Leerlaufdrehmoment aufrechtzuerhalten (hierin wird die Motordrehzahl in der erhöhten Höhe nach einem Anlaufen-Lassen aufrechterhalten). Zwischen t1 und t2 kann der Motor im Zündungsüberspringungsmodus unter Anwendung der erheblichen Zündfunkenverzögerung der aktiven Zylinder betrieben werden, um die Katalysator-Erwärmung zu beschleunigen.
  • Bei t2 kann die Abgaskatalysatortemperatur die LOT übersteigen. Demgemäß ist für ein Katalysator-Erwärmen vielleicht kein weiterer Wärmestrom erforderlich. Auf Basis der Motorlast und der Drehmomentanforderung bei t2 kann der Motor im Zündungsüberspringungsmodus aufrechterhalten werden, jedoch mit einer geringeren Anzahl an Zylindern, die deaktiviert sind, und mehr Zylindern, die zünden. Darüber hinaus kann die Zündzeitpunkteinstellung an MBT zurückgeführt werden. Noch ferner kann die Motorleerlaufdrehzahl herabgesetzt werden. Bei t3 kann der Motor in einem Antwortverhalten auf eine weitere Veränderung in der Motorlast und Drehmomentanforderung aus dem Zündungsüberspringungsmodus aussteigen und mit allen Zylindern, die zünden, und mit dem Zündfunken bei MBT in Betrieb sein. Ferner kann die Motordrehzahl auf Basis von Pedalposition und Drehmomentanforderung festgesetzt sein.
  • Zwischen t3 und t5 kann eine Fahrzeugbetriebsdauer ablaufen, worin der Motor betrieben und in der Folge abgeschaltet wird. Bei t5 kann der Motor neu gestartet werden. Bei t5, wie bei t1, kann aufgrund von kalten Umgebungszuständen zum Zeitpunkt des Motor-Neustarts eine Temperatur des Abgaskatalysators unter der Anspringtemperatur (LOT, gestrichelte Linie) sein, und daher kann der Motor-Neustart bei t5 auch als ein Motor-Kaltstart bezeichnet werden. Hierin kann im Wesentlichen dasselbe Wärmestromausmaß beim Motor-Kaltstart bei t5 erforderlich sein wie bei t1 erforderlich war. Aufgrund der NVH- und Verbrennungsstabilitäts-Einschränkungen kann jedoch eine geringere Anzahl an Zylindern deaktiviert sein, und die verbleibenden aktiven Zylinder können mit einer um ein geringeres Ausmaß verzögerten Zündzeitpunkteinstellung betrieben werden. Darüber hinaus kann die Motordrehzahl zur Aufrechterhaltung des Leerlaufdrehmoments (nach dem Anlaufen) gesenkt werden. Zwischen t5 und t6 kann der Motor im Zündungsüberspringungsmodus unter Anwendung der niedrigeren Zündfunkenverzögerung der aktiven Zylinder betrieben werden, um eine Katalysator-Erwärmung zu beschleunigen. Bei t6 kann jedoch eine NVH-Begrenzung erreicht sein und eine nicht unerhebliche Motorvibration kann wahrgenommen werden. In Antwort darauf kann die Motordrehzahl erhöht werden, während das Zylindermuster eingestellt wird, um die Anzahl der deaktivierten Zylinder zu erhöhen, während die Zündzeitpunkteinstellung aufrechterhalten wird.
  • In der Nähe von t7 kann die Abgaskatalysatortemperatur die LOT übersteigen. Demgemäß besteht die Möglichkeit, dass für ein Katalysator-Erwärmen kein weiterer Wärmestrom erforderlich ist. Auf Basis der Motorlast und der Drehmomentanforderung bei t7 kann der Motor im Zündungsüberspringungsmodus aufrechterhalten werden, jedoch mit einer geringeren Anzahl an Zylindern, die deaktiviert sind, und mehr Zylindern, die zünden. Darüber hinaus kann die Zündzeitpunkteinstellung in Richtung MBT zurückgeführt werden, und die aktiven Zylinder können mit einer geringeren Zündfunkenverzögerung betrieben werden. Darüber hinaus kann die Leerlaufmotordrehzahl herabgesetzt sein. Bei t8 kann der Motor, in einem Antwortverhalten auf eine weitere Veränderung in der Motorlast und Drehmomentanforderung, aus dem Zündungsüberspringungsmodus aussteigen und mit allen zündenden Zylindern und dem an MBT zurückgeführten Zündfunken in Betrieb sein. Darüber hinaus kann die Motordrehzahl auf Basis der Pedalposition und der Drehmomentanforderung festgesetzt sein.
  • Auf diese Art und Weise kann während eines ersten Motor-Kaltstarts eine Steuerungseinheit konfiguriert sein, den Motor mit einer ersten Gruppe von deaktivierten Zylindern, mit einem ersten Zündfunkenverzögerungsausmaß, das auf die verbleibenden aktiven Zylinder angewandt wird, und mit einer ersten Motordrehzahl zu betreiben. Im Vergleich dazu kann während eines zweiten Motor-Kaltstarts die Steuerungseinheit konfiguriert sein, den Motor mit einer zweiten Gruppe von deaktivierten Zylindern, mit einem zweiten größeren Zündfunkenverzögerungsausmaß, das auf die verbleibenden aktiven Zylinder angewandt wird, und mit einer zweiten höheren Motordrehzahl zu betreiben. Hierin kann die zweite Gruppe von deaktivierten Zylindern eine größere Anzahl an deaktivierten Zylindern im Vergleich zur ersten Gruppe umfassen. Alternativ dazu können die erste und zweite Gruppe der deaktivierten Zylinder eine gemeinsame Anzahl von deaktivierten Zylindern umfassen, während eine Identität von Zylindern in der ersten Gruppe sich nicht mit der Identität von Zylindern in der zweiten Gruppe überschneidet. Eine Umgebungstemperatur während des ersten Kaltstarts kann höher als die Umgebungstemperatur während des zweiten Kaltstarts sein. Ferner kann der Motor eine niedrigere NVH-Grenze während des ersten Kaltstarts als während des zweiten Kaltstarts aufweisen.
  • Die technische Auswirkung der Einstellung von jeweils der Motordrehzahl, eines Zylinderdeaktivierungsmusters und einer Zündzeitpunkteinstellung von aktiven Zylindern besteht darin, dass das Katalysator-Erwärmen während eines Motor-Kaltstarts beschleunigt werden kann. Insbesondere kann ein Zündungsüberspringungsmotorbetrieb während des Kaltstarts wirksam eingesetzt werden, um es aktiven Zylindern zu ermöglichen, mit einem größeren Zündfunkenverzögerungsausmaß betrieben zu werden, bevor die Verbrennungsstabilität beeinträchtigt wird. Als solche ermöglicht die Anwendung einer zusätzlichen Zündfunkenverzögerung, dass zusätzliche Wärme in den Motorauslass geführt wird, und Katalysatortemperaturen schneller ansteigen. Durch ein gleichzeitiges Erhöhen der Motordrehzahl, die zur Aufrechterhaltung des Leerlaufdrehmoments erforderlich ist, können NVH, die sich aus der Anwendung einer erhöhten Zündfunkenverzögerung und dem Zünden von Zylindern bei unterschiedlichen Frequenzen (und mit unterschiedlichen Impulsen) ergeben, reduziert werden. Durch ein Beschleunigen der Katalysator-Erwärmung können Motor-Kaltstart-Emissionen verbessert werden.
  • Man beachte, dass die hierin umfassten, beispielhaften Steuerungs- und Schätzungs-routinen bei verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen angewandt werden können. Die hierin offenbarten Steuerungsverfahren und -routinen können als ausführbare Befehle in einem nicht-flüchtigen Speicher gespeichert sein, und können durch das Steuerungssystem, umfassend die Steuerungseinheit in Kombination mit verschiedenen Sensoren, Betätigungseinheiten und anderer Motor-Hardware durchgeführt werden. Die hierin beschriebenen, spezifischen Routinen können eine oder mehrere von einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie beispielsweise ereignisgesteuerte, unterbrechungsgesteuerte, Multi-Tasking-, Multi-Threading- und ähnliches, darstellen. Als solche können verschiedene veranschaulichte Arbeitsvorgänge, Betriebsweisen und/oder Funktionen in der veranschaulichten Sequenz parallel ausgeführt oder in einigen Fällen weggelassen sein. Auf ähnliche Art und Weise ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht notwendigerweise erforderlich, um die Funktionen und Vorteile der hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, wird zu einer besseren Veranschaulichung und Beschreibung jedoch bereitgestellt. Einer oder mehrere der veranschaulichten Arbeitsvorgänge, Betriebsweisen und/oder Funktionen können je nach der bestimmten Strategie, die eingesetzt wird, wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Arbeitsvorgänge, Betriebsweisen und/oder Funktionen graphisch einen Code darstellen, der in einen nicht-flüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuerungssystem zu programmieren ist, in dem die beschriebenen Arbeitsvorgänge durch ein Ausführen der Befehle in einem System, umfassend die verschiedenen Motor-Hardware-Komponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerungseinheit, durchgeführt werden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhaften Charakter aufweisen, und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen sind, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die obige Technologie auf V-6, I-4, I-6, I-3, V-12, Boxeranordnung und andere Motortypen angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung umfasst alle neuartigen und nicht-offenkundigen Kombinationen und Unter-Kombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen, und andere hierin offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
  • Die folgenden Ansprüche heben insbesondere bestimmte Kombinationen und Unter-Kombinationen, die als neuartig und nicht-offenkundig erachtet werden, hervor. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder auf das Äquivalent davon beziehen. Derartige Ansprüche sind dahingehend zu verstehen, dass sie eine Integrierung von einem oder mehreren solcher Elemente umfassen, wobei zwei oder mehrere solcher Elemente weder gefordert noch ausgeschlossen werden. Andere Kombinationen und Unter-Kombinationen 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. Derartige Ansprüche, seien sie breiter, enger, gleich oder unterschiedlich im Schutzumfang gegenüber den ursprünglichen Ansprüchen gefasst, werden auch als vom Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst erachtet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 6978204 [0003]

Claims (20)

  1. Verfahren, umfassend: während eines Motor-Kaltstarts, Arbeiten mit einer Anzahl von Zylindern, die wahlweise deaktiviert werden, und mit einer um ein Ausmaß verzögerten Zündzeitpunkteinstellung von verbleibenden aktiven Zylindern; und Erhöhen der Motordrehzahl, um ein Leerlaufdrehmoment aufrechtzuerhalten, wobei die erhöhte Motordrehzahl auf der Anzahl von deaktivierten Zylindern basiert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Anzahl und Identität von wahlweise deaktivierten Zylindern auf einer Motortemperatur beim Kaltstart basieren.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, worin die Identität wahlweise deaktivierter Zylinder ferner auf einer Zylinderzündungsreihenfolge basiert.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, worin die Erhöhung in der Motordrehzahl ferner auf der Identität der wahlweise deaktivierten Zylinder basiert.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, worin das Ausmaß der Zündzeitpunkteinstellungsverzögerung auf der Motortemperatur und der Anzahl und Identität der wahlweise deaktivierten Zylinder basiert.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, worin das Ausmaß der Zündzeitpunkteinstellungsverzögerung, die auf die aktiven Zylinder angewandt wird, bei einem Ansteigen der Anzahl deaktivierter Zylinder erhöht wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Motordrehzahl erhöht wird, wenn sich die Anzahl von deaktivierten Zylindern erhöht.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, worin die Motordrehzahl ferner auf dem Ausmaß der angewandten Zündzeitpunkteinstellungsverzögerung basiert, wobei die Motordrehzahl erhöht wird, wenn sich das Ausmaß der Zündzeitpunkteinstellungsverzögerung erhöht.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, worin ein Erhöhen der Motordrehzahl ein Erhöhen der Motordrehzahl bei einem Erhöhen der Anzahl der Zylinder, die deaktiviert sind, bis zur Erreichung einer Motor-NVH-Grenze, und in der Folge ein Senken der Motordrehzahl bei gleichzeitigem Senken der Anzahl der Zylinder oder bei gleichzeitigem Variieren einer Identität von Zylindern, die deaktiviert sind, umfasst.
  10. Verfahren, umfassend: während eines ersten Motor-Kaltstarts, Betreiben eines Motors mit einer ersten Gruppe deaktivierter Zylinder, mit einem ersten Ausmaß an Zündfunkenverzögerung, die auf verbleibende aktive Zylinder angewandt wird, und mit einer ersten Motordrehzahl; und während eines zweiten Motor-Kaltstarts, Betreiben des Motors mit einer zweiten Gruppe von deaktivierten Zylindern, mit einem zweiten größeren Ausmaß an Zündfunkenverzögerung, die auf verbleibende aktive Zylinder angewandt wird, und mit einer zweiten höheren Motordrehzahl.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, worin die zweite Gruppe von deaktivierten Zylindern eine größere Anzahl an deaktivierten Zylindern im Vergleich zur ersten Gruppe umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, worin die erste und zweite Gruppe von deaktivierten Zylindern eine gemeinsame Anzahl an deaktivierten Zylindern umfasst, und worin eine Identität von Zylindern in der ersten Gruppe sich nicht mit der Identität von Zylindern in der zweiten Gruppe überschneidet.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, worin eine Umgebungstemperatur während des ersten Kaltstarts höher als die Umgebungstemperatur während des zweiten Kaltstarts ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 10, worin der Motor eine niedrigere NVH-Grenze während des ersten Kaltstarts als während des zweiten Kaltstarts aufweist.
  15. Motorsystem, umfassend: einen Motor, der eine Vielzahl von Zylindern umfasst; einen Abgaskatalysator; einen Temperatursensor, der mit einem Motorauslass gekoppelt ist; einen Beschleunigungsmesser, der mit einem Motorblock zur Schätzung von Motorvibration gekoppelt ist; elektrisch betätigte Zylinderventilmechanismen, die mit jedem der Vielzahl von Zylindern gekoppelt sind; eine wahlweise deaktivierbare Treibstoffeinspritzvorrichtung, die mit jedem der Vielzahl von Zylindern gekoppelt ist; und eine Motorsteuerungseinheit, die mit computerlesbaren Befehlen konfiguriert ist, die in einem nicht-flüchtigen Speicher für Folgendes gespeichert sind: während eines Motor-Kaltstarts, Schätzen eines Wärmestroms, der zur Aktivierung des Abgaskatalysators erforderlich ist; und basierend auf dem geschätzten Wärmestrom, Deaktivieren von einzelnen Zylinderventilmechanismen für einen oder mehrere der Vielzahl von Zylindern gemäß einem Muster, wobei das Muster eine Gesamtanzahl von deaktivierten zu aktivierten Zylindern und eine Reihenfolge für das Zünden von aktiven Zylindern umfasst; Betreiben der aktiven Zylinder mit einem Ausmaß an Zündfunkenverzögerung auf Basis des geschätzten Wärmestroms und des Musters; und Einstellen einer Motordrehzahl während des Kaltstarts auf Basis des Musters und des Ausmaßes an Zündfunkenverzögerung.
  16. System nach Anspruch 15, worin das Einstellen der Motordrehzahl das Erhöhen der Motordrehzahl bei Abnahme einer Anzahl von aktiven Zylindern im Muster umfasst.
  17. System nach Anspruch 16, worin die Steuerungseinheit ferner Befehle für Folgendes umfasst: Einstellen eines oder mehrerer des Musters, des Ausmaßes an Zündfunkenverzögerung und der Motordrehzahl in einem Antwortverhalten auf eine Vibrationsausgabe des Beschleunigungsmessers, die höher als eine NVH-Grenze ist.
  18. System nach Anspruch 17, worin das Einstellen des Musters einen oder mehrere des Einstellens einer Gesamtanzahl von deaktivierten zu aktiven Zylindern im Muster und des Einstellens einer Identität von deaktivierten Zylindern bei gleichzeitigem Aufrechterhalten der Gesamtanzahl von deaktivierten zu aktiven Zylindern umfasst.
  19. System nach Anspruch 17, worin das Einstellen das Reduzieren der Motordrehzahl bei gleichzeitigem Aufrechterhalten des Ausmaßes an Zündfunkenverzögerung, oder das Reduzieren des Ausmaßes an Zündfunkenverzögerung bei gleichzeitigem Aufrechterhalten der Motordrehzahl umfasst.
  20. System nach Anspruch 18, worin der Wärmestrom auf Basis einer Differenz zwischen einer Temperatur des Abgaskatalysators und einer Aktivierungstemperatur geschätzt wird, wobei sich der Wärmestrom bei Erhöhung der Differenz erhöht.
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