DE102016204908A1

DE102016204908A1 - Verfahren zur Steuerung einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102016204908A1
Application number: DE102016204908.9A
Authority: DE
Inventors: Stephan Knips; Franz Xaver Schauer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2017-09-28

Abstract

Bei einem Verfahren zur Steuerung einer Verbrennungskraftmaschine, die mehrere Zylinder aufweist, denen ansteuerbare Kraftstoffeinspritzventile zugeordnet sind, sowie einen variablen Ventiltrieb, über den ein Ventilhub eines Einlassventils für den jeweiligen Zylinder variiert werden kann, kann die Kraftstoffeinspritzung für wenigstens einen der Zylinder deaktiviert werden. Dabei sind das Kraftstoff/Luft-Verhältnis sowie die Luftfüllung für zumindest die Zylinder, in die Kraftstoff eingespritzt wird, variabel wählbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines benzingetriebenen Ottomotors.
Der Betrieb in einem Magerbrennverfahren ist bekanntermaßen vorteilhaft, um eine Wirkungsgradsteigerung einer Verbrennungskraftmaschine zu erreichen. Beim Magerbrennverfahren wird der eingespritzte Kraftstoff überstöchiometrisch verbrannt, also mit Luftüberschuss.
Die Reduzierung des Anteils an eingespritztem Kraftstoff ist jedoch durch die Entflammbarkeit des Kraftstoff-/Luftgemisches und die abnehmende Robustheit der Verbrennung limitiert, wodurch ein Magerbetrieb vor allem in Richtung hin zu niedriger Motorlast eingeschränkt ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem beispielsweise ein Magerbrennbereich zu niedrigen spezifischen Lasten hin erweiterbar ist.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Steuerung einer Verbrennungskraftmaschine gelöst, die mehrere Zylinder aufweist, denen ansteuerbare Kraftstoffeinspritzventile zugeordnet sind, sowie einen variablen Ventiltrieb, über den ein Ventilhub eines Einlassventils für den jeweiligen Zylinder variiert werden kann. Die Kraftstoffeinspritzung kann für wenigstens einen der Zylinder deaktiviert werden. Das Kraftstoff-/Luftverhältnis sowie die Luftfüllung sind für zumindest die Zylinder, in die Kraftstoff eingespritzt wird, variabel wählbar.
Wenn die Kraftstoffeinspritzung für einzelne Zylinder deaktiviert wird, reduziert sich die Leistung der Verbrennungskraftmaschine, obwohl die Kraftstoffmenge für die verbleibenden, weiterhin befeuerten Zylinder (also die Zylinder, in die Kraftstoff eingespritzt wird) nicht oder nicht wesentlich reduziert werden muss. Daher läuft die Verbrennung in den weiterhin befeuerten Zylindern immer noch robust und mit einem guten Wirkungsgrad ab.
Eine Deaktivierung der Kraftstoffeinspritzung in einzelne Zylinder hat jedoch normalerweise nachteilig zur Folge, dass sich die Abgaszusammensetzung sowie die Abgastemperatur ändern, was sich auf die nachfolgende Abgasbehandlung auswirkt, sodass meist neben der Einspritzung auch der Luftpfad der nicht befeuerten Zylinder deaktiviert wird. Daher ist erfindungsgemäß die Luftfüllung der Zylinder als weiterer Parameter variierbar, während die Kraftstoffeinspritzung für wenigstens einen Zylinder deaktiviert ist. Dadurch ergibt sich neben der Anzahl der befeuerten Zylinder und der Wahl des Kraftstoff-/Luftverhältnisses für die befeuerten Zylinder ein weiterer Freiheitsgrad für die Einstellung eines gewünschten Betriebspunktes für die Verbrennungskraftmaschine.
Die Luftfüllung der einzelnen Zylinder lässt sich über die Steuerung des Hubs des jeweiligen Einlassventils direkt und unmittelbar beeinflussen. Für die nicht befeuerten Zylinder wird der Ventiltrieb vorzugsweise nicht deaktiviert, sodass diese Zylinder mit Luft durchspült werden. Über die Luftfüllung der einzelnen Zylinder lassen sich z.B. die Abgastemperatur und die Abgaszusammensetzung beeinflussen.
Hierbei ist es möglich, nur die Luftfüllung der Zylinder zu verändern, in die aktuell Kraftstoff eingespritzt wird. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, zusätzlich auch oder alternativ nur die Luftfüllung der nicht befeuerten Zylinder zu variieren, um über die durch diese Zylinder hindurch geleitete Frischluft die Abgastemperatur und die Abgaszusammensetzung zu beeinflussen.
Die Verbrennungskraftmaschine wird normalerweise in dem Lastbereich, in dem eine Kraftstoffeinspritzung in einzelne Zylinder deaktiviert werden kann, mit einem Magergemisch betrieben. Dabei ist es natürlich möglich, die Kraftstoffmenge, die in die verbleibenden befeuerten Zylinder eingespritzt wird, zu variieren, um die Leistung der Verbrennungskraftmaschine flexibel anzupassen.
Vorzugsweise wird eine Zylinderabschaltung bei niedriger Last, also einer niedrigen Leistung der Verbrennungskraftmaschine, eingesetzt. Beispielsweise kann bei einer Verbrennungskraftmaschine mit insgesamt vier Zylindern bei niedriger Last eine Kraftstoffeinspritzung mit Magergemisch in zwei Zylinder erfolgen, während bei einer mittleren Last eine Kraftstoffeinspritzung mit Magergemisch in alle vier Zylinder erfolgt. Erhöht sich die geforderte Leistung der Verbrennungskraftmaschine weiter, so wird normalerweise zu einer stöchiometrischen Verbrennung (λ = 1) auf allen Zylindern übergegangen.
Durch eine Veränderung der Anzahl der Zylinder, in die Kraftstoff eingespritzt wird, eine Veränderung des Kraftstoff-/Luftverhältnisses und eine Veränderung der Luftfüllung der einzelnen Zylinder können z.B. die Abgastemperatur und/oder die Abgasrohemission beeinflusst werden. Insbesondere lässt sich über eine Veränderung der Abgastemperatur auf einfache Weise ein Aufheizen oder Abkühlen einer Abgasnachbehandlungsanlage erreichen.
Abgasbehandlungsvorrichtungen wie Katalysatoren, beispielsweise Dreiwegekatalysatoren, aber auch NO_x-Speicherkatalysatoren sowie SCR-Systeme, mit denen Stickoxide umgesetzt werden, sind jeweils nur in einem gewissen Temperaturbereich optimal zu betreiben.
Es kann vorgesehen sein, dass die Veränderung der Anzahl der Zylinder, in die eine Kraftstoffeinspritzung erfolgt, abhängig von der Temperatur einer Abgasbehandlungsvorrichtung ist. Dies ist insbesondere in einem Magerbetrieb bei niedriger Last vorteilhaft, um die Temperatur der Abgasbehandlungsvorrichtung in deren vorgegebenen Temperaturbereich zu halten. Beispielsweise ist es möglich, die Anzahl der befeuerten Zylinder zu erhöhen, wenn die Temperatur der Abgasbehandlungsvorrichtung zu niedrig ist, und entsprechend die Anzahl der befeuerten Zylinder zu verringern, wenn die Temperatur der Abgasbehandlungsvorrichtung zu hoch ist.
Die Veränderung der Anzahl der Zylinder, in die eine Kraftstoffeinspritzung erfolgt, erfolgt dabei vorzugsweise in Abhängigkeit einer Lastschwelle der Verbrennungskraftmaschine.
Insbesondere kann die Lastschwelle, ab der die Kraftstoffeinspritzung für einzelne Zylinder aktiviert oder deaktiviert wird, dynamisch in Abhängigkeit von der Temperatur der Abgasbehandlungsvorrichtung bestimmt werden. Ist also die Abgasbehandlungsvorrichtung kälter, so wird bei einer geringeren Lastschwelle in einen Betrieb mit mehr befeuerten Zylindern gewechselt als wenn sich die Abgasbehandlungsvorrichtung auf einer Temperatur an oder über der Obergrenze ihres optimalen Betriebsbereichs befindet. Die Lastschwelle ist dabei innerhalb eines vorbestimmten Bereichs variabel, der insbesondere durch die Konstruktion der Verbrennungskraftmaschine und des angeschlossenen Abgassystems vorgegeben ist.
Die aktuelle Last, also das aktuelle Drehmoment und dementsprechend die aktuelle Leistung der Verbrennungskraftmaschine, wird dabei durch die jeweilige Fahrsituation bestimmt, z.B. bei einem normalen Personenkraftwagen durch die Stellung des Gaspedals.
Alternativ oder zusätzlich lassen sich die Abgastemperatur und die Abgaszusammensetzung durch eine Variation der Luftfüllung der Zylinder, in die Kraftstoff eingespritzt wird und/oder der Zylinder, für die die Kraftstoffeinspritzung deaktiviert ist, variieren, um innerhalb der vorgegebenen Parameter der jeweiligen Abgasbehandlungsvorrichtungen zu bleiben.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist im niedrigen Lastbereich ein Magerbetrieb in vielen Fällen bis zur Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine möglich.
Das gezielte Deaktivieren oder Aktivieren der Kraftstoffeinspritzung in einzelne Zylinder kann auch dazu genutzt werden, um das dynamische Verhalten der Verbrennungskraftmaschine bei einem Lastwechsel zu verbessern. Hierzu kann bei einem Lastwechsel der Verbrennungskraftmaschine kurzzeitig die Anzahl der Zylinder, in die Kraftstoff eingespritzt wird, erhöht oder reduziert werden, wenn die Last erhöht oder reduziert wird.
Erreicht die Last wieder einen im Wesentlichen konstanten Wert nach einer kurzzeitigen Beschleunigungs- oder Bremsphase, kann dann gegebenenfalls Kraftstoff wieder nur in die Zahl von Zylindern eingespritzt werden, die auch vor dem Lastwechsel befeuert wurden. Dies gilt natürlich nur, wenn durch den Lastaufbau oder Lastabbau keine Lastwechselschwelle über- oder unterschritten wird. Bei Über- oder Unterschreiten einer Lastschwelle wird die Verbrennungskraftmaschine mit der dann vorgegebenen Anzahl von befeuerten Zylindern betrieben.
Unter einer kurzzeitigen Zeitdauer wird hier die typische Dauer eines Beschleunigungs- oder Bremsvorgangs beispielsweise bei einem Personenkraftwagen verstanden, der sich über etwa 1 bis 60 Sekunden erstrecken kann.
Hier ist auch von Vorteil, dass eine Luftfüllungsanpassung, die über die Steuerung des Ventilhubs des Einlassventils erfolgt, im Wesentlichen gleichzeitig mit einer Aktivierung der Kraftstoffeinspritzung oder einer erhöhten oder verringerten Kraftstoffzufuhr für den jeweiligen Zylinder einsetzen kann. Genauso kann die Luftfüllung der unbefeuerten Zylinder gleichzeitig mit der Deaktivierung der Kraftstoffeinspritzung in diese Zylinder verändert werden. Da grundsätzlich sämtliche Zylinder zu einem gewissen Maß mit Luft befüllt werden, ist zur Aktivierung oder Deaktivierung der Kraftstoffeinspritzung in einzelne Zylinder nur eine Verstellung der Kraftstoffeinspritzung erforderlich, die schnell und einfach durchgeführt werden kann.
Vorzugsweise erfolgt die Kraftstoffeinspritzung im hier beschriebenen Magerbetrieb bei niedriger und mittlerer Last stets so, dass im Zylinder ein homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht, also keine Schichtung von Luftschichten mit unterschiedlicher Kraftstoffkonzentration.
Eine mögliche vorteilhafte Betriebsweise der Verbrennungskraftmaschine sieht vor, dass in einem Normalbetrieb bei einer niedrigen Last die Kraftstoffeinspritzung in wenigstens die Hälfte der gesamt vorhandenen Zylinder deaktiviert ist. Ein Normalbetrieb bezeichnet hier den Betrieb nach dem Warmlaufen der Verbrennungskraftmaschine bei normalen Betriebstemperaturen. Eine niedrige Last kann beispielsweise bis zu einem Solldrehmoment von etwa 60 Nm liegen, wobei eine mittlere Last bis zu einem Solldrehmoment von etwa 170 Nm vorliegen kann.
Außerdem ist es möglich, durch eine Veränderung der Anzahl der Zylinder, in die Kraftstoff eingespritzt wird, des Kraftstoff-/Luftverhältnisses und der Luftfüllung der einzelnen Zylinder den Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine zu erhöhen und/oder Rotationsungleichgewichte der Verbrennungskraftmaschine zu reduzieren. Je höher die spezifische Last eines einzelnen Zylinders ist, umso höher ist sein spezifischer Wirkungsgrad, da die Magerlauffähigkeit, also die Stabilität der Verbrennung und Entflammbarkeit, zunimmt. Durch die Deaktivierung eines oder mehrerer Zylinder erfolgt für die verbleibenden befeuerten Zylinder eine spezifische Lastpunkterhöhung.
Die Erfindung ist insbesondere bei einem Vierzylinder-Ottomotor einsetzbar, aber auch bei Verbrennungskraftmaschinen mit einer geringeren oder höheren Zylinderanzahl. Es kann beispielsweise jeweils die Kraftstoffeinspritzung für die Hälfte der Zylinder deaktiviert werden. Es ist jedoch genauso möglich, die Anzahl der Zylinder, für die die Kraftstoffeinspritzung deaktiviert wird, in weiteren Abstufungen zu wählen und für jeweils eine beliebige Anzahl von Zylindern unterhalb der Gesamtzahl der Zylinder die Kraftstoffeinspritzung zu deaktivieren. Die Zylinder, für die die Kraftstoffeinspritzung deaktiviert ist, können jeweils für die Dauer der Abschaltung festgelegt sein, was sich für Verbrennungskraftmaschinen mit einer geradzahligen Gesamtanzahl von Zylindern anbietet. Es ist möglich, die Kraftstoffeinspritzung in unterschiedlichen Abschaltzyklen für unterschiedliche Zylinder zu deaktivieren. Beispielsweise können bei einem Vierzylindermotor mit einer normalen Zündreihenfolge 1-3-4-2 in einem Abschaltzyklus die Kraftstoffeinspritzung für die Zylinder 1 und 4 und in einem darauffolgenden Abschaltzyklus die Kraftstoffeinspritzung für die Zylinder 2 und 3 deaktiviert sein. Die Deaktivierung der Kraftstoffeinspritzung kann aber auch rollierend erfolgen, sodass abwechselnd die Kraftstoffeinspritzung für alle Zylinder deaktiviert wird, was insbesondere bei einem Dreizylindermotor vorteilhaft ist.
Die Zylinder, bei denen die Kraftstoffeinspritzung deaktiviert ist, werden vorzugsweise mit Frischluft durchspült. Es ist jedoch auch denkbar, über eine Abgasrückführung diesen Zylindern anstelle reiner Frischluft ganz oder teilweise Abgas zuzuführen.
Im dynamischen Fahrbetrieb lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Vergrößerung des Magerkennfeldbereiches erreichen sowie eine Vereinfachung der Abgasnachbehandlung durch eine gezielte Einstellung von Abgastemperatur und Abgaszusammensetzung, eine Steigerung der Laststeuergeschwindigkeit beim Lastaufbau und Lastabbau und somit auch eine Steigerung des Gesamtwirkungsgrades der Verbrennungskraftmaschine.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
1 ein schematisches Diagramm, das die Lastbereiche einer Verbrennungskraftmaschine für den Betrieb im erfindungsgemäßen Verfahren darstellt;
2 eine schematische Darstellung des Zündungs- und des Einspritzzeitpunkts für ein erfindungsgemäßes Verfahren;
3 eine schematische Darstellung einer Möglichkeit der Temperaturbeeinflussung des Abgases durch ein erfindungsgemäßes Verfahren;
4 eine schematische Darstellung eines dynamischen Lastwechselbetriebs einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren; und
5 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine und eines Abgassystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In 5 ist schematisch eine beispielhafte Verbrennungskraftmaschine 10 mit einem Abgassystem zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Die Verbrennungskraftmaschine 10 hat mehrere Zylinder 12 und ist mit einem Abgassystem verbunden, in das das aus den Zylindern 12 ausgestoßene Rohabgas gelangt, wobei im Abgassystem 10 eine oder mehrere Abgasbehandlungsvorrichtungen 14 angeordnet sind, die hier auf eine Mager-Abgasbehandlung ausgelegt sind. In diesem Beispiel ist als Abgasbehandlungsvorrichtung 14 neben einem konventionellen Dreiwegekatalysator eine Abgasbehandlungsvorrichtung für Stickoxide vorgesehen, beispielsweise ein NO_x-Speicherkatalysator, gegebenenfalls in Verbindung mit einem SCR-System, das eine Umsetzung der freigesetzten Stickoxide bewirkt. Die Temperatur des Abgases und der Abgasbehandlungsvorrichtungen 14 wird z.B. durch Temperatursensoren 16, 18 überwacht, die mit einer Steuereinheit 20 verbunden sind. Die jeweiligen Temperaturen könnten auch durch Temperaturmodelle ermittelt werden, in die aktuelle Betriebsbedingungen sowie eine Betriebshistorie eingehen. Die Steuereinheit 20 kann den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 steuern, was die Anzahl der Zylinder 12 angeht, in die Kraftstoff eingespritzt wird, sowie das Luft-/Kraftstoffverhältnis, das in die einzelnen Zylinder 12 eingespritzt wird genauso wie die Luftfüllung sämtlicher Zylinder 12. Die Verbrennungskraftmaschine 10 kann optional mit einem Turbolader versehen sein, der den Druck der den Zylindern 12 zugeführten Luft erhöht. Auch eine Abgasrückführung ist optional möglich.
1 zeigt schematisch mehrere Last- oder Drehmomentbereiche, die verschiedenen Verbrennungsverfahren der Verbrennungskraftmaschine 10 zugeordnet sind, die in spezifischen Betriebssituationen der Verbrennungskraftmaschine 10 und des angeschlossenen Abgassystems genutzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer Verbrennungskraftmaschine, hier einem Vier-Zylinder-Ottomotor, umfasst ein Magerbrennverfahren, bei dem eine Kraftstoffeinspritzung in einzelne Zylinder deaktiviert wird. Der Ventiltrieb für die jeweiligen Zylinder 12 bleibt jedoch aktiviert, und diese Zylinder 12 werden mit Luft durchspült, ohne dass eine Kraftstoffeinspritzung stattfindet.
Jeder der Lastbereiche gilt für einen weiten Drehzahlbereich oberhalb einer Mindestdrehzahl (die für dieses Beispiel in etwa bei 900 U/min liegt) bis insbesondere zu etwa 3000 U/min. Ab dieser Drehzahl wird die Verbrennungskraftmaschine im kompletten Kennfeld bei λ = 1 betrieben. Es ist aber auch denkbar, das Verfahren bis hin zur Maximaldrehzahl der Verbrennungskraftmaschine auszuweiten. Ein Wechsel des Verbrennungsverfahrens erfolgt jeweils beim Über- oder Unterschreiten einer vorgegebenen Lastschwelle L_n. Hier sind beispielhaft insgesamt zwei Lastschwellen L₁ und L₂ gezeigt. Die Lastschwellen L_n sind hierin einem weiten Maß drehzahlunabhängig, es könnte aber auch eine stärkere Drehzahlabhängigkeit bestehen.
Oberhalb der Lastschwelle L₂ (also bei einem höheren Drehmoment als der Lastschwelle L₂ entsprechend) wird in diesem Beispiel die Verbrennungskraftmaschine 10 so betrieben, dass eine Kraftstoffeinspritzung in sämtliche Zylinder 12 erfolgt, in der Regel mit einem stöchiometrischen Kraftstoff-/Luftverhältnis von λ = 1.
Unterhalb der Lastschwelle L₂, also bei einer geringeren Last, entsprechend einem geringeren Drehmoment und einer geringeren Leistung der Verbrennungskraftmaschine 10, wird die Verbrennungskraftmaschine 10 mit einem Magermix betrieben, also mit einem überstöchiometrischen Kraftstoff-/Luftverhältnis von λ > 1, jedoch mit einer Kraftstoffeinspritzung in alle Zylinder 12.
Wird die Lastanforderung reduziert, so wird bei Unterschreiten der Lastschwelle L₁ die Kraftstoffeinspritzung für einen oder mehrere der Zylinder 12 der Verbrennungskraftmaschine 10 deaktiviert. Die weiterhin befeuerten Zylinder 12, also die Zylinder 12, in die weiterhin Kraftstoff eingespritzt wird, verbleiben dabei auf ihrer individuellen hohen spezifischen Last mit verbrauchsgünstigen und robusten Magerbrennbedingungen. Diejenigen Zylinder 12, für die die Kraftstoffeinspritzung deaktiviert ist, werden ohne Einspritzung und Verbrennung hingegen bei weiterhin aktivem Ventiltrieb hier mit Frischluft durchspült. Die mittlere Leistung der Verbrennungskraftmaschine 10 sinkt dabei auf ein niedrigeres Lastniveau, da nur noch die befeuerten Zylinder 12 zur Motorleistung beitragen.
Die eingespritzte Kraftstoffmenge kann dabei gegenüber dem Betrieb auf allen Zylindern 12 gleich bleiben, kann hier aber auch um ein gewisses Maß erhöht oder ein gewisses Maß reduziert werden, um in Kombination mit der Luftfüllungssteuerung über einen variablen Ventiltrieb eine flexible Leistungsanpassung zu ermöglichen. Es hat sich dabei herausgestellt, dass eine Laststeuerung über die Luftfüllungssteuerung im Betrieb mit einzelnen deaktivierten Zylindern einen optimalen Wirkungsgrad bringt.
Die Lastschwelle L₁, bei deren Überschreiten die Zahl der Zylinder 12, in die Kraftstoff eingespritzt wird, reduziert oder erhöht wird, ist in diesem Beispiel innerhalb eines Drehmomentbereichs ΔL₁ variabel. Die Variation der Lastschwelle L₁ erfolgt in Abhängigkeit von diversen geeigneten Fahrzeugparametern.
Die Kraftstoffeinspritzung erfolgt hier im gesamten Magerbrennbereich stets so, dass in den Zylindern 12 jeweils ein homogenes Gemisch entsteht, also nicht gezielt eine Schichtung mit unterschiedlichen Kraftstoffkonzentrationen erzielt wird.
2 zeigt, dass keine besondere Anpassung des Zünd- und Einspritzzeitpunktes gegenüber dem Betrieb bei stöchiometrischen Bedingungen auf allen Zylindern 12 erforderlich ist. Natürlich könnten eine Anpassung des Zündzeitpunkts und des Einspritzzeitpunktes erfolgen, wenn dies für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 günstig wäre.
3 zeigt einen Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Temperatur einer oder mehrerer Abgasbehandlungsvorrichtungen 14 als Parameter für die Anzahl der befeuerten Zylinder 12 verwendet wird.
Ist die Temperatur der Abgasbehandlungsvorrichtungen 14 zu hoch oder droht sie zu hoch zu werden, so kann die Anzahl der Zylinder 12, in die Kraftstoff eingespritzt wird, reduziert werden, wobei die nicht befeuerten Zylinder 12 mit Frischluft gespült werden, die in das Abgassystem gelangt, sodass die Abgastemperatur und darüber die Temperatur der Abgasbehandlungsvorrichtungen 14 gesenkt wird. Dies ist für den Fall A in 3 dargestellt.
Für den anderen Fall, dass die Temperatur der Abgasbehandlungsvorrichtungen 16 unterhalb eines optimalen Werts liegt oder sich diesem Wert nähert, kann die Anzahl der befeuerten Zylinder 12 erhöht werden, um entsprechend die Abgastemperatur und damit die Temperatur der Abgasbehandlungsvorrichtungen 14 zu erhöhen. Dies ist im Fall B in 3 dargestellt.
In den Fällen A und B, in denen die Abgasbehandlungsvorrichtung 14 eine zu hohe oder zu niedrige Temperatur aufweist, wird die Lastschwelle L₁ angehoben bzw. abgesenkt. Ändert sich nun die Lastanforderung an die Verbrennungskraftmaschine 10, so wird im Fall A, in dem die Lastschwelle L₁ auf einem erhöhten Wert liegt, erst bei einer höheren Last Kraftstoff in weitere Zylinder 12 eingespritzt, sodass die Abgastemperatur schwächer ansteigt. Im Fall B, in dem die Lastschwelle L₁ auf einen verringerten Wert gesenkt ist, wird hingegen bereits bei einer kleineren Leistungssteigerung eine höhere Anzahl Zylinder 12 befeuert, um die Abgastemperatur zu erhöhen.
Unter anderen Bedingungen wird die Lastschwelle L₁ auf ihrem Normalwert in der Mitte des Variationsbereichs ΔL₁ gehalten. Dies gilt beispielsweise bei einer optimalen Betriebstemperatur der Abgasbehandlungsvorrichtungen 14.
In manchen Fällen ist es günstig, auch in dem Bereich unterhalb der Lastschwelle L₂ die Verbrennungskraftmaschine 10 mit einem stöchiometrischen Kraftstoff-/Luftgemisch zu betreiben, beispielsweise bei einem Motorkaltstart oder im niedrigsten Lastbereich unterhalb der Lastschwelle L₁, wenn die Abgastemperatur zu kalt ist, um die Abgasbehandlungsvorrichtungen 14 betreiben zu können.
4 zeigt ein zweites Beispiel für den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei wird bei einem Lastaufbau beziehungsweise Lastabwurf der Verbrennungskraftmaschine 10 kurzzeitig die Anzahl der Zylinder 12 verändert, in die Kraftstoff eingespritzt wird.
Eine derartige kurzzeitige Laständerung besteht insbesondere beim Beschleunigen oder Abbremsen durch die Änderung der Gaspedalstellung. Unter einer kurzzeitigen Aktivierung oder Deaktivierung der Kraftstoffeinspritzung in weitere Zylinder 12 wird hier ein Zeitraum eines typischen Beschleunigungs- oder Bremsverfahrens z.B. eines Personenkraftwagens verstanden, also im Bereich von ca. 1 bis 60 Sekunden.
Wird beispielsweise das Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine 10 aus einem Zustand heraus erhöht, in dem nicht alle Zylinder 12 befeuert werden, so wird zur Beschleunigung des Lastaufbaus die Anzahl der Zylinder 12 erhöht, in die Kraftstoff eingespritzt wird, bis das neue gewünschte Lastniveau erreicht ist. Anschließend wird beispielsweise die Anzahl der befeuerten Zylinder 12 wieder reduziert, beispielsweise auf das vorherige Niveau.
Das gleiche Prinzip wird angewandt beim Lastabwurf. Hier wird kurzzeitig für den Zeitraum der Lastverringerung, also beispielsweise bei einem Bremsvorgang, die Anzahl der Zylinder 12 verringert, in die Kraftstoff eingespritzt wird, um schnell das Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine 10 zu senken.
Je nachdem, in welchem absoluten Lastbereich die Laständerung erfolgt, wird nach dem Ende des Lastaufbaus oder des Lastabwurfes die Verbrennungskraftmaschine 10 mit derselben Anzahl von befeuerten Zylindern 12 oder mit einer erhöhten oder reduzierten Anzahl von befeuerten Zylindern 12 betrieben. Dies kann über die momentan vorgegebenen Lastgrenzen L₁ und L₂ gesteuert werden. Auch hier können die Lastgrenzen L₁ und L₂ gegebenenfalls flexibel in einem gewissen Rahmen verändert werden, beispielsweise in Anpassung an andere Fahrzeugparameter wie etwa die Abgastemperatur.
Die beschriebenen Beispiele für erfindungsgemäße Verfahren sind einzeln oder kombiniert umsetzbar.
Das Verfahren wurde hier beispielhaft für einen Vierzylindermotor beschrieben, wobei jeweils eine Kraftstoffeinspritzung in alle Zylinder 12 erfolgt oder nur in die Hälfte der Zylinder 12. Selbstverständlich lässt sich die Erfindung auf eine Verbrennungskraftmaschine 10 mit einer beliebigen Zylinderanzahl umsetzen, wobei die Zahl der Zylinder 12, in die aktuell Kraftstoff eingespritzt wird, zwischen 0 und n – 1 variiert werden kann, wenn n die Gesamtzahl der Zylinder 12 ist. Genauso kann sowohl zur Anpassung der Abgastemperatur als auch kurzzeitig beim Lastaufbau und Lastabwurf die Kraftstoffeinspritzung für eine beliebige, aufgrund aktuell herrschender Fahrzeugparameter ausgewählte Anzahl von Zylindern 12 aktiviert oder deaktiviert werden.
Bei einer Verbrennungskraftmaschine 10 mit einer geradzahligen Gesamtanzahl n von Zylindern 12 wird beispielweise die Hälfte der Gesamtanzahl n der Zylinder 12 deaktiviert, und die restlichen Zylinder 12 werden im Vergleich zum Betrieb auf allen Zylindern 12 mit dem doppelten, aber gleichmäßigen Zündabstand betrieben. Dies führt zur besten Laufruhe beim Zylinderabschaltbetrieb. Beispielsweise werden bei einem 4-Zylinder-Motor mit der normalen Zündfolge 1-3-4-2 im Abschaltbetrieb nur die Zylinder 1 und 4 oder die Zylinder 3 und 2 befeuert. Analog gilt dies für 6-, 8- oder 12-Zylindermotoren.
Bei einer geraden Gesamtanzahl n von Zylindern 12 sind hier die Zylinder 12, für die eine Kraftstoffeinspritzung deaktiviert ist, für den jeweiligen Abschaltzyklus festgelegt. Die jeweiligen Zylinder 12, für die die Kraftstoffeinspritzung deaktiviert ist, können aber für unterschiedliche Abschaltzyklen wechseln, sodass z.B. einmal die Kraftstoffeinspritzung für die Zylinder 1 und 4 und im darauffolgenden Abschaltzyklus für die Zylinder 2 und 3 deaktiviert ist.
Bei einem 3-Zylindermotor ist diese Vorgehensweise nicht möglich. Dort erfolgt daher die Deaktivierung der Kraftstoffeinspritzung rollierend, d.h. es werden alle Zylinder 12 befeuert, aber die Kraftstoffeinspritzung wird bei wechselnden Zylindern 12 ausgesetzt. Bei einer normalen Zündfolge von 1-3-2 ergibt sich z.B. im Abschaltbetrieb eine Einspritzreihenfolge von 1-2-3 mit doppeltem Zündabstand, wenn jede zweite Kraftstoffeinspritzung ausgelassen wird (1-(3)-2-(1)-3-(2), wenn die Kraftstoffeinspritzungen in Klammern ausgelassen werden). Da erfindungsgemäß nur die Kraftstoffeinspritzung unterlassen wird, Einlass- und Auslassventile der jeweiligen Zylinder 12 aber normal geöffnet werden, ist eine rollierende Zylinderabschaltung nicht komplizierter als eine dauerhafte Deaktivierung der Kraftstoffeinspritzung für einzelne Zylinder 12.
Zusätzlich zu dem Parameter der Anzahl der Zylinder, in die Kraftstoff eingespritzt wird, lässt sich für jeden der Zylinder genauso flexibel die Luftfüllung variieren, indem der Ventilhub eines Einlassventils des jeweiligen Zylinders verändert wird. Auf diese Weise kann die Luftmenge, die durch die Verbrennungskraftmaschine hindurchgeleitet wird und die in das Abgassystem gelangt, variiert werden, was sich wiederum auf die Zusammensetzung und die Temperatur des Abgases auswirkt. Der Parameter der Luftfüllung kann gegebenenfalls unabhängig vom Parameter der Anzahl der befeuerten Zylinder variiert werden. Ein weiterer Parameter, der in gewissem Rahmen unabhängig variiert werden kann, ist die Zusammensetzung des Kraftstoff-/Luftgemisches, also die Menge des eingespritzten Kraftstoffes.
Im Zusammenspiel dieser drei Parameter lassen sich eine große Anzahl an stabilen Betriebspunkten für die Verbrennungskraftmaschine einstellen, bei denen sich die Abgastemperatur, die Zusammensetzung des Abgases, der Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine, die Geschwindigkeit einer Lastverstellung sowie Motorschwingungen beeinflussen lassen. Insbesondere lässt sich so der Magerkennfeldbereich im Wesentlichen bis zum Leerlauf der Verbrennungskraftmaschine hin erweitern. Außerdem kann der Betrieb der Abgasbehandlungsvorrichtungen dahingehend optimiert werden, dass diese über einen großen Bereich der Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine arbeiten können. Zusätzlich lässt sich die Geschwindigkeit des Lastaufbaus und Lastabwurfes erhöhen, ohne dass der Gesamtwirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine sinken würde.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Verbrennungskraftmaschine (10), die mehrere Zylinder (12) aufweist, denen ansteuerbare Kraftstoffeinspritzventile zugeordnet sind, sowie einen variablen Ventiltrieb, über den ein Ventilhub eines Einlassventils für den jeweiligen Zylinder (12) variiert werden kann, wobei die Kraftstoffeinspritzung für wenigstens einen der Zylinder (12) deaktiviert werden kann und wobei das Kraftstoff/Luft-Verhältnis sowie die Luftfüllung für zumindest die Zylinder (12), in die Kraftstoff eingespritzt wird, variabel wählbar sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (10) in dem Lastbereich, in dem eine Kraftstoffeinspritzung in einzelne Zylinder (12) deaktiviert werden kann, mit einem Magergemisch betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Veränderung der Anzahl der Zylinder (12), in die Kraftstoff eingespritzt wird, des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses und der Luftfüllung der Zylinder (12) eine Abgastemperatur und/oder eine Abgasrohemission beeinflusst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Anzahl der Zylinder (12), in die eine Kraftstoffeinspritzung erfolgt, in Abhängigkeit von der Temperatur einer Abgasbehandlungsvorrichtung (14) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Anzahl der Zylinder (12), in die eine Kraftstoffeinspritzung erfolgt, in Abhängigkeit einer Lastschwelle (L₁, L₂) der Verbrennungskraftmaschine (10) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastschwelle (L₁) in Abhängigkeit von der Temperatur einer Abgasbehandlungsvorrichtung (14) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Lastwechsel der Verbrennungskraftmaschine (10) kurzzeitig die Anzahl der Zylinder (12), in die Kraftstoff eingespritzt wird, erhöht oder reduziert wird, wenn die Last erhöht oder reduziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritzung so erfolgt, dass im Zylinder (12) ein homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Normalbetrieb bei einer niedrigen Last die Kraftstoffeinspritzung in wenigstens die Hälfte der gesamt vorhandenen Zylinder (12) deaktiviert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Veränderung der Anzahl der Zylinder (12), in die Kraftstoff eingespritzt wird, des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses und der Luftfüllung der Zylinder (12) ein Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine (10) erhöht und/oder Rotationsungleichgewichte der Verbrennungskraftmaschine (10) reduziert werden.