DE112015000774T5

DE112015000774T5 - Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors, durch ein solches Verfahren gesteuerter Verbrennungsmotor und Fahrzeug mit einem solchen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE112015000774T5
Application number: DE112015000774.1T
Authority: DE
Inventors: Ola Stenlåås; Eric Olofsson; Andreas Dahl
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2015-03-09
Publication date: 2016-11-24
Also published as: WO2015133957A1; SE1550267A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den folgenden Schritten: a) Antreiben eines Verbrennungsmotors (2) bei mindestens einem Zyklus des Öffnens und Schließens von Einlass- und Auslassventilen (18, 19, 24, 25) gemäß dem normalen Betrieb des Verbrennungsmotors (2); b) Vergleichen der Abgaseigenschaften mit einem vorbestimmten Wert für Abgaseigenschaften, d) Zuführen von Kraftstoff zu einem zweiten Zylinder (4) des Verbrennungsmotors (2) und e) Steuern eines ersten Einlassventils (18) und eines zweiten Auslassventils (24) derart, dass einem Abgassystem (26) von dem ersten Zylinder keine Luft zugeführt wird, wenn sich ein erster Kolben (P1) in dem ersten Zylinder (C1) hin und her bewegt, wenn die Abgaseigenschaften von den vorbestimmten Abgaseigenschaften abweichen.

Description

HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, einen durch ein solches Verfahren gesteuerten Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 21 und ein Fahrzeug mit einem solchen Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 22.
Bei bestimmten Betriebsbedingungen, wie beispielsweise geringer Last und niedriger Geschwindigkeit von Verbrennungsmotoren vom Viertakt- und Diesel-Typ, ist es wünschenswert, die Kraftstoffzufuhr zu einigen Zylindern des Verbrennungsmotors abzuschalten, um die Umweltbelastung zu reduzieren. Das Abschalten oder Deaktivieren des Kraftstoffs bedeutet immer noch, dass ohne jeglichen Verbrennungsvorgang Luft durch die Kraftstoff-deaktivierten Zylinder strömt, wodurch das Abgasbehandlungssystem gekühlt wird.
Das Behandlungssystem muss eine Betriebstemperatur im Bereich von 200°C–600°C erreichen, um die Emissionen von dem Motor zufriedenstellend zu reduzieren.
Wenn einer oder mehrere Zylinder während des Abschaltens der Kraftstoffzufuhr deaktiviert werden, während die anderen Zylinder normal in Betrieb sind, entstehen dadurch aufgrund des Ungleichgewichtes zwischen den Druckverläufen der unterschiedlichen Zylinder Vibrationen. Wenn beispielsweise eine Zylinderdeaktivierung von drei von sechs Zylindern eines 6-Zylindermotors realisiert wird, werden Vibrationen in der Größenordnung von 1,5 erzeugt, die als störend für Fahrer und Mitfahrer in dem von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrzeug empfunden werden. Wenn nur die Kraftstoffzufuhr zu den deaktivierten Zylindern abgeschaltet wird, wird keine Änderung in dem Massestrom und der Abgastemperatur erreicht. Dies trifft dann zu, wenn die Kraftstoffzufuhr zu den aktiven Zylindern erhöht wird, wobei die Last des Motors konstant gehalten wird.
Zur Reduzierung des Massestroms und der Erhöhung der Abgastemperatur können die Ablass- und Einlassventile der deaktivierten Zylinder geschlossen werden. Der Druck in den deaktivierten Zylindern bewirkt einen Drehmomentimpuls pro Umdrehung pro Zylinder, bis der Druck, durch Leckage bedingt, in diesen Zylindern so gering wird, dass für diese kein wesentliches Drehmoment erlangt wird. Dies bewirkt aufgrund des negativen Differenzdruck über die Kolbenringe während des unteren Teils des Kolbentakts in den deaktivierten Zylindern noch größere Vibrationsprobleme und einen Öl-Carryover-Effekt über die Kolbenringe von dem Kurbelgehäuse zum Verbrennungsraum. Dieses Phänomen tritt nach einer gewissen Deaktivierungsperiode auf.
Die Vibrationen können reduziert werden, wenn entweder die Auslassventile oder die Einlassventile in den deaktivierten Zylindern geschlossen gehalten werden und die aktiven Ventile sowohl die Absaug- als auch die Ansaughubvorgänge ausführen. Drehmomentimpulse werden dann von dem Kompressions-/Expansionsdruck in den deaktivierten Zylindern erlangt. Dies führt zu im Wesentlichen dem gleichen Vibrationspegel als wenn die einzige Maßnahme darin besteht, die Kraftstoffzufuhr zu den deaktivierten Zylindern abzuschalten. Darüber hinaus wird der Massestrom zu der Abgasbehandlung hin reduziert und die Abgastemperatur dadurch deutlich erhöht.
Durch Steuern der Auslass- oder Einlassventile der deaktivierten Zylinder derart, dass sie während aller Takte geschlossen bleiben, wird das Motorabgasbehandlungssystem nicht gekühlt, da keine Luft von den deaktivierten Zylindern zu dem Abgasbehandlungssystem strömt.
In dem Abgasemissionen-Antriebszyklus des Fahrzeuges kann Zylinderdeaktivierung mit geschlossenen Einlass- und/oder Auslassventilen erforderlich sein, um zu verhindern, dass die Abgastemperatur unter deren kritische Grenze abfällt. Dies geschieht, um die Umwandlung der Abgasemissionen in dem Abgasbehandlungssystem aufrechtzuerhalten.
Um gleichzeitig eine Abkühlung des Abgasbehandlungssystems zu verhindern und Vibrationen zu reduzieren, kann ein Luftstrom von null durch die deaktivierten Zylinder erzeugt werden. Dadurch wird verhindert, dass Luft durch die deaktivierten Zylinder und weiter zu dem Abgasbehandlungssystem hin strömt. Dementsprechend wird das Abgasbehandlungssystem nicht gekühlt. Der Luftstrom von null muss auf eine effiziente Weise erreicht werden, so dass Druckimpulse, Lärm und mechanische Belastung reduziert oder verhindert werden.
Dokument US 6431154 B1 offenbart eine Weise, auf die der Luftstrom durch die deaktivierten Zylinder in einem Verbrennungsmotor reduziert wird, um das Auftreten von Emissionen und Vibrationen zu verhindern.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Trotz Stand der Technik besteht ein Bedarf, ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors weiterzuentwickeln, in dem Vibrationen, die durch einen dem Abgasbehandlungssystem von einem oder mehreren der Zylinder zugeführten Luftstrom von null entstehen, reduziert werden. Außerdem besteht ein Bedarf an der Weiterentwicklung eines Verfahrens zum Steuern eines Verbrennungsmotors, das Auspuffemissionen durch Einführen eines Luftstroms von null in das Abgasbehandlungssystem von einem oder mehreren der Zylinder reduziert und folglich die Abgastemperatur stromaufwärts des Abgasbehandlungssystems erhöht, wodurch die Umwandlung von Emissionen erleichtert wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Steuern eines Verbrennungsmotors, in dem Vibrationen, die durch einen dem Abgasbehandlungssystem von einem oder mehreren der Zylinder zugeführten Luftstrom von null entstehen, reduziert werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Steuern eines Verbrennungsmotors, bei dem die Abkühlung des Abgasbehandlungssystems reduziert wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Steuern eines Verbrennungsmotors zum Verhindern, dass Öl aufgrund eines negativen Differenzdrucks in den Brennräumen in den Brennraum leckt, wenn dem Abgasbehandlungssystemen von einem oder mehreren der Zylindern ein Luftstrom von null zugeführt wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Steuern eines Verbrennungsmotors, das Auspuffemissionen reduziert, wenn dem Abgasbehandlungssystem von einem oder mehreren der Zylinder ein Luftstrom von null zugeführt wird.
Diese Aufgaben werden mit einem Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors erfüllt, das durch die in Patentanspruch 1 dargelegten Merkmale charakterisiert ist.
Gemäß dem Verfahren wird dem Abgasbehandlungssystem von einem oder mehreren der deaktivierten Zylinder des Verbrennungsmotors periodisch keine Luft zugeführt und wird die Luftmasse, die in den Zylindern des Verbrennungsmotors, die dem Abgassystem Luft zuführen, eingeschlossen ist, in Beziehung zu der Luftmasse, die in den entsprechenden Zylindern eingeschlossen ist, die dem Motorabgassystem periodisch keine Luft zu führen, reduziert. Dies bewirkt eine Reduzierung der Vibrationen in dem Verbrennungsmotor und eine gleichzeitige Zunahme der Abgastemperatur stromaufwärts des Abgasbehandlungssystems, wodurch die Umwandlung von Emissionen erleichtert wird.
Die Abgaseigenschaften werden auf der Grundlage einer Diagnose des Sauerstoffgehaltes und/oder der Temperatur der Abgase mit vorbestimmten Abgaseigenschaften verglichen. Außerdem werden die Vibrationen in dem Verbrennungsmotor auf Grundlage von Kurbelwellen-Torsionsvibrationen oder sonstigen Motorvibrationen mit einem vorbestimmten Vibrationswert des Verbrennungsmotors verglichen.
Der Verbrennungsmotor hat vorzugsweise getrennte Ventilsteuereinrichtungen für die Einlass- und die Auslassventile. Bei einer Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors, die normaler Last entspricht, steuert die Steuervorrichtung die Auslassventile derart, dass sie sich am unteren Totpunkt des Endes des Expansionstakts öffnen und sich am oberen Totpunkt für den Beginn des Ansaugtakts schließen, und dass sich die Einlassventile am oberen Totpunkt öffnen, wenn der Einlasstakt beginnt, und sich am unteren Totpunkt schließen, wenn der Kompressionstakt beginnt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden bei einer Betriebsbedingung, bei der das Risiko der Abkühlung des Abgasbehandlungssystems auf eine kritische Temperatur besteht, die Einlassventile und Auslassventile in einem oder mehreren der Zylinder derart gesteuert, dass sie einen Luftstrom von null von der Einlassseite zur Auslassseite der Zylinder erzeugen, wenn sich die Kolben in diesen Zylindern hin und her bewegen. Gleichzeitig wird die Kraftstoffeinspritzung derart gesteuert, dass sie den Zylindern mit einem Luftstrom von null ein erstes Kraftstoffvolumen zuführt und dabei auch sichergestellt wird, dass den anderen Zylindern ein zweites Kraftstoffvolumen zugeführt wird. Vorzugsweise ist das zweite Kraftstoffvolumen größer als das erste Kraftstoffvolumen, was zu einer Reduzierung von Vibrationen des Verbrennungsmotors führt. Jedoch ist bei bestimmten Betriebsbedingungen eine andere Verteilung zwischen dem ersten und dem zweiten Kraftstoffvolumen vorteilhaft. Sie können beispielsweise gleich sein oder das erste Kraftstoffvolumen kann größer sein als das zweite Kraftstoffvolumen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eines der ersten Einlassventile derart gesteuert, dass es sich am unteren Totpunkt des Kolbens im ersten Zylinder zwischen einem Expansionstakt und einem Auslasstakt öffnet und sich am oberen Totpunkt des Kolbens in dem ersten Zylinder zwischen einem Auslasstakt und einem Ansaugtakt schließt. Gleichzeitig wird das andere der ersten Einlassventile derart gesteuert, dass es sich öffnet, wenn sich eines der ersten Einlassventile schließt, und sich am unteren Totpunkt zwischen einem Einlasstakt und einem Kompressionstakt schließt, und werden die ersten Auslassventile derart gesteuert, dass sie während aller Takte des Motors geschlossen bleiben.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eines der ersten Auslassventile derart gesteuert, dass es sich an einem unteren Totpunkt des Kolbens in dem ersten Zylinder zwischen einem Expansionstakt und einem Ablasstakt öffnet und sich am oberen Totpunkt des Kolbens in dem ersten Zylinder zwischen einem Auslasstakt und einem Ansaugtakt schließt, wobei das andere der ersten Auslassventile derart gesteuert wird, dass es sich öffnet, wenn sich eines der ersten Auslassventile schließt, und sich am unteren Totpunkt zwischen einem Ansaugtakt und einem Kompressionstakt schließt, und werden die ersten Einlassventile derart gesteuert, dass sie während aller Takte des Motors geschlossen bleiben.
Die oben erwähnten Aufgaben werden auch mit einem Verbrennungsmotor erfüllt, der durch die in Patentanspruch 21 dargelegten Merkmalen gekennzeichnet ist.
Solche Verbrennungsmotoren stellen sicher, dass die Vibrationen, die von der Tatsache bewirkt werden, dass dem Abgasbehandlungssystem von einem oder mehreren Zylindern keine Luft zugeführt wird, effektiv reduziert werden. Ein solcher Verbrennungsmotor erhöht auch die Abgastemperatur stromaufwärts des Abgasbehandlungssystems, wodurch die Umwandlung von Emissionen erleichtert wird. Durch Steuern des Verbrennungsmotors derart, dass die eingeschlossene Luftmasse in dem zweiten aktiven Zylinder in Beziehung zu der eingeschlossenen Luftmasse des ersten deaktivierten Zylinders abnimmt, reduziert sich der Druck in den aktiven Zylindern und passt sich an einen Druckpegel an, der im Wesentlichen den gleichen Drehmomentbeitrag zu Kurbelwellenwinkel versus Kurbelwinkel schafft wie die Zylinder, von denen dem Abgasbehandlungssystem keine Luft zugeführt wird. Dadurch werden die Vibrationen effektiv reduziert.
Wenn beispielsweise drei von sechs Zylindern in einem 6-Zylinder-Reihenmotor deaktiviert werden, werden aufgrund des Verlustes an Drehmomentbeitrag von den deaktivierten Zylindern Vibrationen in der Größenordnung von 1,5 erzeugt. Gemäß der Erfindung werden die Vibrationen in der Größenordnung 1,5 durch Aufrechterhalten des Kompressions- und Expansionsdrucks in den deaktivierten Zylindern unterdrückt. Durch derartiges Steuern des Verbrennungsmotors, dass die eingeschlossene Luftmasse in den aktiven Zylindern in Beziehung zu der eingeschlossenen Luftmasse in den deaktivierten Zylindern abnimmt, wird die Unterdrückung von Vibrationen in der Größenordnung 1,5 weiter reduziert. Die Erfindung ist insbesondere für die Reduzierung der niederfrequenten Vibrationen, die beim Leerlaufbetrieb des Motors entstehen, effektiv.
Zur Minimierung der Erregung von Vibrationen in der Größenordnung von 1,5 sollte die Summe von Drehmomentbeiträgen von dem Druck in allen Zylindern die Größenordnung von 1,5 nicht enthalten. Dies kann durch Reduzierung der Differenz zwischen den Drehmomentbeiträgen von den deaktivierten und den aktivierten Zylindern durch Reduzierung der in den aktiven Zylindern eingeschlossenen Luftmasse erreicht werden, während die in den deaktivierten Zylindern eingeschlossene Luftmasse erhöht werden kann. Von den aktiven Zylindern wird dem Abgasbehandlungssystem Luft zugeführt. Das Ausmaß der erforderlichen Reduzierung der eingeschlossenen Luftmasse in den aktiven Zylindern hängt von der Last und der Geschwindigkeit des Motors ab und wird vorzugsweise derart gesteuert, dass die Reduzierung von Vibrationen im Leerlauf Priorität hat, wobei jedoch die Abgasemissionen immer oberste Priorität haben. Drehmoment versus Kurbelwinkel, erzeugt von den aktiven Zylindern, ist eine Funktion von Zylinderdruck, Zylinderbohrung und Kurbelmechanismus, d. h. Länge des Pleuels, Hub der Kurbelwelle und Position der Kurbelwelle. Der Kurbelmechanismus darf nicht beeinflusst werden. Aus diesem Grund wird der Zylinderdruck zur Optimierung des Drehmomentbeitrags verwendet. Von besonderer Wichtigkeit ist die Position der Kurbelwelle circa 25° vor und nach dem oberen Totpunkt, da die Kombination aus hohem Zylinderdruck und der Position des Kurbelmechanismus zu einem hohen Drehmoment führt.
Die vorstehend erwähnten Aufgaben werden auch mit einem Fahrzeug erreicht, das durch die in Patentanspruch 22 dargelegten Merkmale gekennzeichnet ist.
Ein mit einem solchen Verbrennungsmotor versehenes Fahrzeug verhindert die Abkühlung des Abgasbehandlungssystems und gewährleistet die effektive Reduzierung von Vibrationen aufgrund der Deaktivierung der Zylinder. Der Fahrkomfort für die Insassen nimmt zu, wenn die Vibrationen des Fahrzeugs im Vergleich zu bekannten Konzepten für Zylinderdeaktivierung verringert werden.
Die Beziehung betrifft auch ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zum Ausführen des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachstehend werden als Beispiele bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In denen zeigen:
1 in Seitenansicht schematisch ein Fahrzeug mit einem durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gesteuerten Motor,
2 schematisch eine Draufsicht von oben auf einen durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gesteuerten Motor,
3 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in 2,
4a–d Graphen des Kurbelwellendrehmoments von jedem Zylinder eines durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gesteuerten Motors,
5 Graphen des Drucks in einem Zylinder versus Kurbelposition eines durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gesteuerten Motors,
6 Graphen des Drucks in einem Zylinder versus Volumen eines durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gesteuerten Motors,
7 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Steuern eines Motors gemäß der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 1 in einer Seitenansicht, beispielsweise einen Lastwagen, das einen durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gesteuerten Verbrennungsmotor 2 aufweist. Der Motor 2, der ein Dieselmotor sein kann, ist mit einem Getriebe 4 verbunden, das wiederum über eine Antriebswelle 8 mit Antriebsrädern 6 des Fahrzeugs 1 verbunden ist.
Der durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gesteuerte Verbrennungsmotor wird jetzt mit Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben. 2 zeigt eine schematische Draufsicht von oben auf einen Verbrennungsmotor 2 vom Viertakttyp. Vorzugsweise ist der Motor ein Dieselmotor, der von Dieselkraftstoff angetrieben wird, und umfasst mindestens einen ersten und einen zweiten Zylinder C1, C4. Der Motor 2 der in 2 offenbarten Ausführungsform umfasst sechs Zylinder C1–C6, die in einer Reihe angeordnet sind, wobei in jedem Zylinder C1–C6 des Motors 2 ein Kolben P1–P6 angeordnet ist. Die Erfindung kann auf jegliche Zylinderkonfiguration angewendet werden und ist nicht ausschließlich auf Reihenmotoren beschränkt.
Mindestens ein erstes Einlassventil 18 ist in dem ersten Zylinder C1 vorgesehen und das erste Einlassventil 18 steht in Verbindung mit einem Ansaugsystem 20. Mindestens ein erstes Auslassventil 24 ist in dem ersten Zylinder C1 vorgesehen und das erste Auslassventil 24 steht in Verbindung mit einem Abgassystem 26. Mindestens ein zweites Einlassventil 19 ist in dem zweiten Zylinder C4 vorgesehen und das zweite Einlassventil 19 steht in Verbindung mit dem Ansaugsystem 20. Mindestens ein zweites Auslassventil 25 ist in dem zweiten Zylinder C4 vorgesehen und das zweite Auslassventil 25 steht in Verbindung mit dem Abgassystem 26. Dementsprechend sind die Einlass- und Auslassventile in den übrigen Zylindern C2, C3, C5, C6 vorgesehen.
Vorzugsweise sind zwei Einlassventile 18, 19 und zwei Auslassventile 24, 25 in jedem Zylinder C1–C6 angeordnet, wobei jedes Einlassventil 18, 19 mit dem Ansaugsystem 20 in Verbindung steht und jedes Auslassventil 24, 25 mit dem Abgassystem 26 in Verbindung steht. Gemäß einer Ausführungsform kann ein Dämpfer 23 in dem Ansaugsystem 20 angeordnet sein, wobei der Dämpfer 23 derart eingestellt sein kann, dass er die Luftzufuhr zu den Zylindern C4–C6 des Motors 2 beschränken kann.
3 zeigt eine Schnittansicht des Verbrennungsmotors 2 entlang der Linie II-II in 2. Der Kolben P1 ist über ein Pleuel 14 mit einer Kurbelwelle 16 verbunden, die bei Drehung der Kurbelwelle 16 den Kolben P1 in dem Zylinder C1 hin und her bewegt. Es ist jedoch auch möglich, die Kurbelwelle 16 zu ersetzen und eine andere Kraftübertragungseinrichtung 16 zur Übertragung von Kraft von dem Kolben P1 an das Getriebe 4 und an die Antriebswelle 8 des Fahrzeugs 1 zu übertragen. Mindestens eine erste Ventilsteuereinrichtung in Form einer ersten Nockenwelle 22 ist vorgesehen, um das erste und das zweite Einlassventil 18, 19 zu steuern. Mindestens eine zweite Ventilsteuereinrichtung in Form einer zweiten Nockenwelle 28 ist vorgesehen, um das erste und das zweite Auslassventil 24, 25 zu steuern. Entsprechend der dargestellten Ausführungsform umfasst die Ventilsteuereinrichtung Nockenwellen 22, 28, wobei es jedoch auch möglich ist, andere Typen von Ventilvorrichtungen zu verwenden, wie beispielsweise hydraulische, pneumatische oder elektrische Ventilsteuereinrichtungen.
Die Kurbelwelle 16 ist angeordnet, um jede Nockenwelle 22, 28 zusteuern. Mindestens eine Steuervorrichtung 34 ist zwischen der Kurbelwelle 16 und jeder Nockenwelle 22, 28 zum Steuern des ersten Einlassventils 18 und des ersten Auslassventils 24 vorgesehen, so dass dem Abgasbehandlungssystem 26 von den ersten Zylinder C1 keine Luft zugeführt wird, wenn der erste Kolben P1 sich in dem ersten Zylinder C1 hin und her bewegt und wenn der erste Zylinder C1 deaktiviert wird. Somit wird ein Luftstrom von null durch den ersten Zylinder C1 geschaffen. Es ist jedoch möglich, die Kurbelwelle 16 zu ersetzen und eine andere Kraftübertragungseinrichtung 16 zum Steuern jeder Nockenwelle 22, 28 zu verwenden.
Die Steuervorrichtung 34 ist auch angeordnet, um den Verbrennungsmotor 2 derart zu steuern, dass die Ansaugluftmasse in dem zweiten Zylinder C4 in Beziehung zu der Ansaugluftmasse in dem ersten Zylinder C1 abnimmt. Bei einer Betriebsbedingung, in der der Verbrennungsmotor einem normalen Zustand entspricht, wird die Steuervorrichtung 34 derart gesteuert, dass die Auslassventile 24, 25 sich am unteren Totpunkt BDC zum Beenden des Expansionstaktes öffnen und sich am oberen Totpunkt TDC zum Beginnen des Ansaugtaktes schließen und dass die Einlassventile 18, 19 sich am oberen Totpunkt TDC öffnen, wenn der Ansaugtakt beginnt, und sich am unteren Totpunkt BDC schließen, wenn der Kompressionstakt beginnt.
Je nach Typ von Verbrennungsmotor 2 können zwei erste und zwei zweite Nockenwellen 22, 28 in dem Verbrennungsmotor 2 vorgesehen sein. Dies ist vorteilhaft, wenn der Motor 2 vom V-Typ ist.
In dem Verbrennungsmotor 2 ist eine Nockenwellensteuereinrichtung 30 vorgesehen. Die Kurbelwelle 16 steuert jede Nockenwelle 22, 28 über ein Nockenwellengetriebe 32. Zwischen der Kurbelwelle 16 und jeder Nockenwelle 22, 28 ist mindestens eine Steuervorrichtung 34 vorgesehen, so dass die Ventile in eine Position gesteuert werden können, in der die Einlass- und Auslassventile 18, 19, 24, 25 derart gesteuert werden, dass dem Abgassystem 26 keine Luft zugeführt wird, wenn sich die Kolben P1–P3 in den Zylindern C1–C3 hin und her bewegen. Vorzugsweise ist eine Steuervorrichtung 34 für jede Nockenwelle 22, 28 vorgesehen. Eine elektronische Steuereinheit 36 empfängt Signale von verschiedenen Sensoren (nicht gezeigt), wie beispielsweise den absoluten Druck in dem Ansaugrohr, Ladungslufttemperatur, Luftmassestrom, Drosselposition, Drehzahl und Motorlast. Die Steuereinheit 36 wirkt auf die Steuervorrichtung 34, die die Öffnungs- und Schließzeiten der Ventile 18, 19, 24, 25 relativ zu der Position des Kurbelwellenwinkels φ einstellt.
Ein Computerprogramm P steuert den Verbrennungsmotor 2, wobei das Computerprogramm P einen Programmcode umfasst, um zu bewirken, dass die elektronische Steuereinheit 36 oder ein anderer mit der elektronischen Steuereinheit 36 verbundener Computer 46 die Schritte des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ausführt. Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt, das direkt in einem inneren Speicher M in der elektronischen Steuereinheit 36 oder dem anderen Computer 46 speicherbar ist.
Eine Kraftstoffpumpe 41 ist mit der in jedem Zylinder C1–C6 angeordneten Einspritzeinrichtung 43 verbunden. Die Einspritzeinrichtung 43 spritzt Kraftstoff in die Zylinder C1–C6 ein.
4a–d zeigen Graphen von Drehmoment versus Kurbelwellenwinkel φ eines Verbrennungsmotors 2 mit sechs Zylindern C1–C6. Die Y-Achse stellt das Drehmoment T von den Zylindern C1–C6 dar. Die X-Achse stellt den Kurbelwellenwinkel φ und dadurch die Position des Kolbens P1 dar. Jeder positive Drehmomentimpuls in 4a stellt eine jeweilige Expansion der Zylinder C1–C6 dar. Jeder negative Drehmomentimpuls stellt eine jeweilige Kompression der Zylinder C1–C6 dar.
In 4b wurden drei der sechs Zylinder, C1–C3, des Motors deaktiviert, während die übrigen drei Zylinder, C4–C6, noch aktiviert sind. In einem deaktivierten Zylinder wird dem Abgassystem keine Luft zugeführt. In der Ausführungsform in 4b wird den deaktivierten Zylindern C1–C3 kein Kraftstoff zugeführt. In einem aktivierten Zylinder werden dem Zylinder Kraftstoff und Luft entsprechend normalen Betriebsbedingungen des Motors 2 zugeführt. Alle Ventile in den drei deaktivierten Zylindern C1–C3 werden geschlossen und die Zylinder C1–C3 werden fortschreitend entlüftet. Wenn einer oder mehrere Zylinder C1–C3 deaktiviert sind und die anderen Zylinder C4–C6 aktiviert sind, entsteht ein Problem. Dann werden von dem Verbrennungsmotor 2 aufgrund eines anderen Frequenzspektrums von Expansionen des Motors 2 Vibrationen erzeugt, da kleine oder keine Drehmomentimpulse von dem Druck in den deaktivierten Zylindern C1–C3 erlangt werden.
In 4c wurden die Vibrationen durch derartiges Steuern des Verbrennungsmotors 2, dass während des Einlasstaktes die gleiche Menge von Gas in den Zylindern C1–C3 wie in Zylindern C4–C6 eingeschlossen ist, in einem gewissen Maß reduziert. Gleichzeitig werden die Zylinder C1–C3 derart gesteuert, dass der Nettogasstrom durch diese Zylinder null beträgt. Die in den deaktivierten Zylindern C1–C3 eingeschlossene Luft wird komprimiert und expandiert, wodurch ein Drehmoment an die Kurbelwelle übertragen wird. Dies ändert die Größenordnung von Vibrationen von 1,5 auf 3.
4c zeigt jedoch, dass der positive Drehmomentimpuls in den aktiven Zylindern C4–C6 größer ist als der positive Drehmomentimpuls, der sich in den deaktivierten Zylindern C1–C3 aufbaut. Diese Differenz im Drehmoment bewirkt Vibrationen in dem Motor 2, die besonders störend werden, wenn der Motor 2 bei Leerlaufgeschwindigkeit betrieben wird. Die Vibrationen werden durch die Seitenkräfte zwischen den Kolben P1–P3 und Zylindern C1–C3 und in den Lagern für die Kurbelwelle 16 erzeugt.
Durch Reduzierung der Ansaugluftmasse zu den aktiven Zylindern C4–C6 in Beziehung zu der Ansaugluftmasse in den deaktivierten Zylindern C1–C3 wird das Drehmoment der aktiven Zylinder C4–C6 reduziert und auf einen Druckpegel eingestellt, der im Wesentlichen dem Drehmoment in den deaktivierten Zylindern C1–C3 entspricht, wie von dem Graphen in 4d gezeigt. Die Vibrationen werden dadurch effektiv reduziert.
Wenn beispielsweise in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform drei von sechs der Zylinder C1–C6 in einen 6-Zylinder-Reihenmotor deaktiviert werden, dann nehmen die Vibrationen der Größenordnung 1,5 zu. Das Verfahren gemäß der Erfindung ändert jedoch die Größenordnung von Vibrationen auf 3 durch Aufrechterhalten des Kompressions- und Expansionsdruckes in den deaktivierten Zylindern C1–C3. Durch derartiges Steuern des Verbrennungsmotors 2, dass die in den aktiven Zylindern C4–C6 eingeschlossene Luftmasse in Beziehung zu der in den deaktivierten Zylindern C1–C3 eingeschlossenen Luftmasse abnimmt, nimmt der Luftmassestrom der aktiven Zylinder C4–C6 ab. Gemäß einer Ausführungsform werden die Einlassventile 19 in den aktiven Zylindern C4–C6 derart gesteuert, dass sie die Ansaugluftmasse in die aktiven Zylindern C4–C6 reduzieren. Dies wird durch Steuern der Einlassventile 19 in den aktiven Zylindern C4–C6 derart, dass sie sich vor oder nach der Schließzeit der Einlassventile 19 bei normalem Betrieb des Verbrennungsmotors 2 schließen, erreicht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Einlass- und Auslassventile 18, 24 in einem oder mehreren der Zylinder C1–C3 derart gesteuert, dass sie einen Luftstrom von null von der Einlassseite zu der Auslassseite des Zylinders erzeugen, wenn sich die Kolben in den Zylindern hin und her bewegen. Gleichzeitig wird die Kraftstoffeinspritzvorrichtung derart gesteuert, dass sie denjenigen Zylindern mit null Luftstrom während der Expansionsphase dieser Zylinder ein erstes Kraftstoffvolumen zuführt und auch ein zweites Kraftstoffvolumen denjenigen Zylindern zugeführt wird, in denen ein Gasstrom von der Einlassseite zu der Auslassseite während der Expansion dieser Zylinder bewirkt wird. Unter diesen Bedingungen nimmt der Druck in den Zylindern C1–C3 zu und wird auf einen Druckpegel eingestellt, der im Wesentlichen dem Druck in den Zylindern C4–C6 entspricht, was von dem Graphen in 4d gezeigt ist. Dadurch werden die Vibrationen effektiv reduziert. Das Verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Kraftstoffvolumen kann je nach Verbrennungsmotor und Betriebsbedingungen des Fahrzeugs variieren. Das erste und das zweite Kraftstoffvolumen können auch im Wesentlichen gleich sein.
Die Graphen in 4 stellen einen Verbrennungsmotor 2 vom Viertakttyp dar, in dem die Kurbelwelle 16 sich 270° CA dreht und jeder Kolben P1–P6 vier Takte macht, um einen vollen Zyklus fertigzustellen.
5 zeigt den Zylinderdruck versus Kurbelwellenposition φ eines Verbrennungsmotors 2. Die Y-Achse stellt den Druck p in dem Zylinder C1 und in dem Zylinder C4 dar. Die X-Achse stellt die Kurbelwellenposition φ und somit die Position des Kolbens P in dem Zylinder dar. Graph A in 5 zeigt den Druck in dem deaktivierten Zylinder C1 versus Kurbelwellenposition φ. Graph B zeigt den Druck in dem aktiven Zylinder C4 versus Kurbelwellenposition φ. Die zusätzliche Zunahme des Drucks, die nach dem oberen Totpunkt auftritt, TDC in den Graphen B und C, ist durch die Verbrennung von Kraftstoff bedingt.
Um die Erregung von Vibrationen mit der Größenordnung 1,5 vollständig zu verhindern, muss der Druck in allen Zylindern C1–C6 identisch sein. Dies wird durch Reduzierung der Differenz zwischen Drehmomentimpulsen von den deaktivierten und den aktiven Zylindern C1–C6 durch Reduzierung der in den aktiven Zylindern C4–C6 eingeschlossenen Luftmasse fast erreicht, während die in den deaktivierten Zylindern C1–C3 eingeschlossene Luftmasse erhöht werden kann. Graph C zeigt, dass die eingeschlossene Luftmasse – und somit der Druck – in dem aktiven Zylinder C4 reduziert wurde und mit der Kurbelwellenposition φ variiert. Die erforderliche Reduzierung von in den aktiven Zylindern C4–C6 eingeschlossener Luft hängt von der Last ab und wird vorzugsweise derart gesteuert, dass die Reduzierung von Vibrationen im Leerlauf Priorität hat. Drehmoment versus Kurbelwinkel, erzeugt von den aktiven Zylindern C4–C6, ist eine Funktion von Zylinderdruck, Zylinderbohrung und Kurbelmechanismus, d. h. Länge des Pleuels, Kurbelwellenhub 16 und Kurbelwellenposition φ. Der Kurbelmechanismus kann nicht beeinflusst werden und deshalb wird der Zylinderdruck zur Optimierung der Hinzufügung von Drehmoment verwendet. Von besonderer Bedeutung ist die Kurbelposition circa 25° vor und nach dem oberen Totpunkt TDC des Kolbens, da die Kombination aus einem hohen Druck im Zylinder und der Position des Kurbelmechanismus zu einem hohen Drehmoment führt. In einer Ausführungsform werden die zweiten Einlassventile derart gesteuert, dass die Ansaugluftmasse in die aktiven Zylinder C4–C6 reduziert wird. Dies wird durch Steuern der Einlassventile 19 in den aktivierten Zylindern C4–C6 derart, dass sie sich vor oder nach der Schließzeit der Einlassventile 19 beim normalen Betrieb des Verbrennungsmotors 2 schließen, erreicht.
Gemäß der ersten Ausführungsform werden die Einlassventile 19 in den Zylindern C4–C6 derart gesteuert, dass sie sich in dem Bereich schließen, der 30° Kurbelwinkel vor dem unteren Totpunkt (CA bBDC) bis 30° Kurbelwellenwinkel nach dem unteren Totpunkt (CA aBDC) entspricht, vorzugsweise am unteren Totpunkt (aBDC).
Gemäß der zweiten Ausführungsform werden die Einlassventile 19 in die Zylinder C4–C6 derart gesteuert, dass sie sich in dem Bereich schließen, der 30° CA aBDC bis 90° CA aBDC, vorzugsweise 60° CA aBDC, entspricht. Gemäß einer dritten Ausführungsform wird der Dämpfer, beispielsweise eine in dem Einlasssystem 20 angeordnete Drossel 23, aktiviert. Durch Schließen der Drossel 23, um den Luftstrom zu den aktiven Zylindern C4–C6 des Motors 2 zu beschränken, nimmt die eingeschlossene Luftmasse in den aktiven Zylindern C4–C6 ab. Die Drossel 23 kann in Kombination mit der Steuerung der Einlassventile 19 in die aktiven Zylinder C4–C6 verwendet werden.
Zur derartigen Steuerung der Einlassventile 18 und Auslassventile 24 der deaktivierten Zylinder C1–C3, dass keine Luft von den deaktivierten Zylindern C1–C3 in das Abgasbehandlungssystem 26 eintritt, wenn sich die Kolben P1–P3 in den deaktivierten Zylindern C1–C3 hin und her bewegen, werden die Einlassventile der deaktivierten Zylinder C1–C3 gemäß einer ersten Ausführungsform derart gesteuert, dass sie sich in dem Auslass- und in dem Ansaugtakt öffnen, während die Auslassventile der deaktivierten Zylinder C1–C3 für alle Takte in eine geschlossene Position gesteuert werden.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform werden die Auslassventile 24 der deaktivierten Zylinder C1–C3 derart gesteuert, dass sie sich in dem Auslasstakt und in dem Einlasstakt öffnen, während die Einlassventile der deaktivierten Zylinder C1–C3 für alle Takte in eine geschlossene Position gesteuert werden.
Dadurch wird der entstehende Strom zu dem Abgassystem 26 von den deaktivierten Zylindern C1–C3 null. Da es keinen Nettoluftstrom durch diese Zylinder des Verbrennungsmotors 2 gibt, wird die Abkühlung und Oxygenierung des Abgasbehandlungssystems 38 verhindert. Da kein Unteratmosphärendruck in den Zylindern C1–C3 entwickelt wird, findet kein Öl-Carryover-Effekt über die Kolbenringe von dem Kurbelgehäuse zum Brennraum statt. In diesem Zusammenhang sollte erwähnt werden, dass es möglich ist, den deaktivierten Zylindern C1–C3 Kraftstoff zuzuführen, während von diesen Zylindern kein Nettoluftstrom erzeugt wird. Dann nimmt der Zylinderdruck in den deaktivierten Zylindern während der Verbrennung zu, was zu einer Reduzierung von Vibrationen beiträgt.
Um die Erregung von Vibrationen in der Größenordnung 1,5 vollständig zu verhindern, muss der Druck in allen Zylindern C1–C6 identisch sein. Um dies im Wesentlichen zu erreichen, werden die Einlassventile und die Auslassventile der Zylinder C1–C3 derart gesteuert, dass ein Luftstrom von null von der Einlassseite zu der Auslassseite erreicht wird, und derart, dass dem Abgasbehandlungssystem von diesen Zylindern keine Luft zugeführt wird, wenn sich die Kolben in den Zylindern C1–C3 hin und her bewegen. Währenddessen werden die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 43 derart gesteuert, dass sie den Zylindern C1–C3 bei TDCf (oberen Totpunkt feuern) ein erstes Kraftstoffvolumen zu führen. Ein zweites Kraftstoffvolumen wird den Zylindern C4–C6 bei TDCf für diese Zylinder zugeführt. Folglich nimmt der Druck in den Zylindern C1–C3 zu und wird auf einen Druckpegel eingestellt, der im Wesentlichen dem Druck in den Zylindern C4–C6 entspricht. Dadurch werden die Vibrationen effektiv reduziert. Wenn das erste und das zweite Kraftstoffvolumen gleich sind, wird eine im Wesentlichen vollständige Aufhebung der Größenordnung 1,5 erreicht.
Gemäß einer weiteren in 6 offenbarten Ausführungsform werden die Einlassventile 18 und 19 und die Auslassventile 24 und 25 in allen Zylindern C1–C6 geschlossen gehalten, so dass dem Abgassystem 26 von den Zylindern C1–C6 keine Luft zugeführt wird, wenn sich die Kolben P1–P6 in den Zylindern C1–C6 hin und her bewegen. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 42 werden derart gesteuert, dass sie bei TDCf allen Zylindern C1–C6 Kraftstoff zuführen, durch die ein Luftstrom von null von der Einlassseite zur Auslassseite herrscht.
Gemäß dieser Ausführungsform wird Kraftstoff während mehrerer aufeinanderfolgender Expansionstakte in den Zylindern C1–C6 zugeführt. Folglich nimmt der Druck in den Zylindern C1–C6 in aufeinanderfolgenden Schritten Δ1–Δ3 zu.
Wenn die in den Zylindern eingeschlossene Luft von den aufeinanderfolgenden Verbrennungen während der Expansionstakte verbraucht wurde, werden die Einlassventile 18 und 19 und die Auslassventile 24 und 25 in den Zylindern C1–C6 zu einem Öffnungs- und Schließprozess gesteuert, der einer normalen Betriebsbedingung für den Motor 2 entspricht, so dass den Zylindern C1–C6 Frischluft zugeführt wird. Anschließend werden, wenn die Abgaseigenschaften und/oder die Abgastemperatur von den vorbestimmten Abgaseigenschaften und/oder der vorbestimmten Abgastemperatur abweichen, die Einlassventile 18 und 19 und die Auslassventile 24 und 25 in allen Zylindern C1–C6 geschlossen gehalten, so dass dem Abgassystem 26 keine Luft zugeführt wird, und wird während mehrerer aufeinanderfolgender Expansionstakte in den Zylindern C1–C6 Kraftstoff zugeführt.
Das Verfahren zum Steuern des Verbrennungsmotors 2 der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf 7 beschrieben, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

a) Antreiben des Verbrennungsmotors 2 bei mindestens einem Zyklus des Öffnens und Schließens der Einlass- und Auslassventile 18, 19, 24, 25 entsprechend einem normalen Betrieb des Verbrennungsmotors 2;
b) Vergleichen der Abgaseigenschaften mit einem vorbestimmten Wert für Abgaseigenschaften, wie z. B. Abgastemperatur,
d) Zuführen von Kraftstoff zu einem zweiten Zylinder C4 und
e) Steuern des ersten Einlassventils 18 und des zweiten Auslassventils 24 derart, dass dem Abgassystem 26 von dem ersten Zylinder C1 kein Gas zugeführt wird, wenn sich der erste Kolben P1 in dem ersten Zylinder C1 hin und her bewegt, wenn die Abgaseigenschaften von den vorbestimmten Abgaseigenschaften abweichen.

Das Verfahren umfasst folgenden zusätzlichen Schritt:

c) Diagnostizieren von Vibrationen des Verbrennungsmotors 2 und Vergleichen der Vibrationen mit einem vorbestimmten Wert von Vibrationen des Verbrennungsmotors 2.

Schritt b) und c) werden in beliebiger Reihenfolge durchgeführt oder im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt.
In Schritt b) können die Abgaseigenschaften beispielsweise die Menge von Sauerstoff in den Abgasen und/oder die Abgastemperatur der Abgase sein.
Während Schritt a) wird Information über das gegenwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_pres und vorhandene Vibrationen V_pres des Motors 2 erfasst und das erfasste vorhandene Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_pres wird in Schritt b) mit einem vorbestimmten Bezugswert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_pres verglichen und der erfasste gegenwärtige Wert der Vibrationen V_pres wird in Schritt c) mit einem vorbestimmten Bezugswert für die Vibrationen V_ref verglichen. Wenn die Abgaseigenschaften von den vorbestimmten Abgaseigenschaften abweichen, das heißt λ_pres > λ_ref, werden das erste Einlassventil 18 und das erste Auslassventil 24 derart gesteuert, dass dem Abgassystem 26 von dem ersten Zylinder C1 keine Luft zugeführt wird, wenn der erste Kolben P1 sich in dem ersten Zylinder C1 hin und her bewegt. Jedoch werden, wenn λ_pres < λ_ref, das erste Einlassventil 18 und das erste Auslassventil 24 derart gesteuert, dass sie sich gemäß normalen Motorbetriebsbedingungen öffnen und schließen.
Das Verfahren umfasst folgenden zusätzlichen Schritt: f) Reduzieren der Ansaugluftmasse in den zweiten Zylinder C4 in Beziehung zu der Ansaugluftmasse in den ersten Zylinder C1, wenn die Vibrationen in dem Verbrennungsmotor 2 größer sind als der vorbestimmte Wert für die Vibrationen in dem Verbrennungsmotor 2.
In Schritt f), wenn der erfasste gegenwärtige Wert von Vibrationen V_pres in dem Verbrennungsmotor 2 größer ist als der vorbestimmte Bezugswert für die Vibrationen V_ref in dem Verbrennungsmotor 2, d. h. V_pres > V_ref, wird die Ansaugluftmasse in den zweiten Zylinder C4 in Beziehung zu der Ansaugluftmasse in den ersten Zylinder C1 reduziert. Somit wird der Druck in dem zweiten Zylinder C4 reduziert und die Vibrationen in dem Motor 2 effektiv reduziert.
In Schritt f) wird das zweite Einlassventil 19 derart gesteuert, dass die eingeschlossene Luftmasse in dem zweiten Zylinder C4 reduziert wird. Dies kann durch Steuern des zweiten Einlassventils 19 derart, dass es sich vor oder nach der Zeit des Schließens des zweiten Einlassventils 19 bei normalem Betrieb des Verbrennungsmotors 2 schließt, erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Kraftübertragungseinrichtung 16 zum Steuern jeder Ventilsteuereinrichtung 22, 28 eine Kurbelwelle 16 und wird das zweite Einlassventil 19 derart gesteuert, dass es sich in dem Bereich schließt, der 30° CA bBDC bis 30° CA aBDC, entspricht, vorzugsweise bei BDC.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Kraftübertragungseinrichtung 16 zum Steuern jeder Ventilsteuereinrichtung 22, 28 eine Kurbelwelle 16 und wird das zweite Einlassventil 19 derart gesteuert, dass es sich in dem Bereich schließt, der der 30° CA aBDC–90° CA aBDC, vorzugsweise 60° CA aBDC, entspricht.
Gemäß einer Ausführungsform wird das erste Einlassventil 18 in Schritt e) vorzugsweise derart gesteuert, dass es sich während des Auslasstaktes und des Einlasstaktes öffnet, während das erste Auslassventil 24 während aller Takte in eine geschlossene Position gesteuert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das erste Auslassventil 24 in Schritt e) vorzugsweise derart gesteuert, dass es sich während des Auslasstaktes und des Einlasstaktes öffnet, während das erste Einlassventil 18 während aller Takte in eine geschlossene Position gesteuert wird.
Vorzugsweise ist der dem Motor 2 zugeführte Kraftstoff Dieselkraftstoff. Da ein mit diesem Diesel angetriebener Motor 2 gemäß dem Kompressionszündungsprinzip arbeitet, sind Kolben, Ventile und Ventilsteuerung mit einer geeigneten Geometrie ausgelegt, so dass eine funktionale Interaktion zwischen den Kolben und den Ventilen erreicht wird.
Das Verfahren umfasst folgenden zusätzlichen Schritt: g) Steuern der entsprechenden Ventile 18, 19, 24, 25 mittels zwei erster und zwei zweiter Ventilsteuereinrichtungen 22, 28.
Die Ventilsteuereinrichtungen 22, 28 sind vorzugsweise Nockenwellen 22, 28. Die Einlass- und Auslassventile werden von einer getrennten Ventilsteuervorrichtung gesteuert und angetrieben, die wiederum von der Kurbelwelle angetrieben wird. Die entsprechende Ventilsteuervorrichtung hat eine Steuereinrichtung, die das Ventil und somit die Öffnungs- und Schließzeiten des Ventils steuert. Die Steuervorrichtung ist vorzugsweise mit einer Steuereinheit gekoppelt, die die Steuervorrichtung in eine Position steuert, die an die Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors angepasst ist. Die Steuereinheit steuert außerdem eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die den Zylindern Kraftstoff zuführt.
Das Verfahren umfasst zusätzlich folgende Schritte:

h) Zuführen eines ersten Kraftstoffvolumens zu dem ersten Zylinder C1, das während des Expansionstaktes des ersten Zylinders C1 vollständig oder großteils zu verbrennen ist, und
i) Zuführen eines zweiten Kraftstoffvolumens zu dem zweiten Zylinder C4, das während des Expansionstaktes des zweiten Zylinders C4 vollständig oder großteils zu verbrennen ist.

Durch Steuern der Einlassventile und Auslassventile der Zylinder, wobei von der Einlassseite zur Auslassseite ein Luftstrom von null herrscht und dem Abgasbehandlungssystem dementsprechend von diesen Zylindern keine Luft zugeführt wird, wenn sich die Kolben in den Zylindern hin und her bewegen, während die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 43 derart gesteuert werden, dass sie bei TDCf ein erstes Kraftstoffvolumen denjenigen Zylindern zuführen, durch die von der Einlassseite zu der Auslassseite ein Luftstrom von null herrscht, und dabei auch sichergestellt wird, dass ein zweites Kraftstoffvolumen bei TDCf denjenigen Zylindern zugeführt wird, in denen ein Gasstrom von der Einlassseite zu der Auslassseite stattfindet, nimmt der Druck in den Zylindern C1–C3 zu und wird auf einen Druckpegel eingestellt, der im Wesentlichen dem Druck in den Zylindern C4–C6 entspricht. Somit werden die Vibrationen effektiv reduziert. Das Verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Kraftstoffvolumen kann je nach Verbrennungsmotor und Betriebsbedingungen des Fahrzeugs variieren. Das erste und das zweite Kraftstoffvolumen können im Wesentlichen gleich sein, wobei jedoch vorzugsweise das zweite Kraftstoffvolumen größer ist als das erste Kraftstoffvolumen, so dass Vibrationen effektiv reduziert werden.
Das Verfahren umfasst vorzugsweise folgenden zusätzlichen Schritt:

j) Steuern der zwei Einlassventile 18, 19 und der Auslassventile 24, 25 mittels einer entsprechenden Ventilsteuereinrichtung 22, 28. In einem solchen Verbrennungsmotor kann die Anwendung der Erfindung sehr effizient sein, da die Anzahl von Ventilen pro Zylinder sich auf den Luftstrom und das Füllen und Leeren der Zylinder auswirkt.

Gemäß einer Ausführungsform findet in Schritt j) statt:

– Steuern eines der ersten Einlassventile 18 derart, dass es sich an einem unteren Totpunkt BDC des Kolbens P1 in dem ersten Zylinder C1 zwischen einem Expansionstakt und einem Auslasstakt öffnet und sich an einem oberen Totpunkt TDC des Kolbens P1 in dem ersten Zylinder C1 zwischen einem Auslass- und einem Einlasstakt schließt;
– Steuern des anderen der ersten Einlassventile 18 derart, dass es sich öffnet, wenn sich eines der ersten Einlassventile 18 schließt, und sich am unteren Totpunkt BDC zwischen einem Einlass- und einem Kompressionstaktes schließt, und
– Steuern der ersten Auslassventile 24 derart, dass sie während aller Takte des Motors 2 geschlossen bleiben.

Gemäß einer anderen Ausführungsform findet in Schritt j) statt:

– Steuern eines der ersten Auslassventile 24 derart, dass es sich an einem unteren Totpunkt BDC des Kolbens P1 in dem ersten Zylinder C1 zwischen einem Expansionstakt und einem Auslasstakt öffnet und sich an einem oberen Totpunkt TDC des Kolbens P1 in dem ersten Zylinder C1 zwischen einem Auslass- und einem Einlasstakt schließt;
– Steuern des anderen der ersten Auslassventile 24 derart, dass es sich öffnet, wenn sich eines der ersten Auslassventile 24 schließt, und sich am unteren Totpunkt BDC zwischen einem Einlass- und einem Kompressionstaktes schließt, und
– Steuern der ersten Einlassventile 18 derart, dass sie während aller Takte des Motors 2 geschlossen bleiben.

Das Verfahren umfasst folgenden zusätzlichen Schritt: k) Steuern des zweiten Einlassventils 19 und des zweiten Auslassventils 25 derart, das dem Abgasbehandlungssystem 26 von dem zweiten Zylinder C4 keine Luft zugeführt wird, wenn sich der zweite Kolben P4 in dem zweiten Zylinder C4 hin und her bewegt, wenn die Abgaseigenschaften von den vorbestimmten Abgaseigenschaften abweichen.
Vorzugsweise wird in den Schritten e) und k) während mehrerer aufeinanderfolgender Zyklen dem ersten und dem zweiten Zylinder C1, C4 Kraftstoff zugeführt.
Wenn die diagnostizierten Abgaseigenschaften Informationen über das gegenwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_pres umfassen und die vorbestimmten Abgaseigenschaften Informationen über einen vorbestimmten Bezugswert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_ref umfassen und wenn das gegenwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_pres kleiner ist als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ_ref, werden die Einlass- und Auslassventile 18, 19, 24, 25 derart gesteuert, dass sie sich gemäß dem normalen Betrieb des Verbrennungsmotors 2 öffnen und schließen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm P (3) und ein Computerprogrammprodukt zum Ausführen der Schritte des Verfahrens. Das Computerprogramm P steuert den Verbrennungsmotor, wobei das Computerprogramm P einen Programmcode umfasst, um die elektronische Steuereinheit 36 oder einen anderen mit der elektronischen Steuereinheit 36 verbundenen Computer 46 zur Ausführung der Schritte des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, wie hierin erwähnt, zu veranlassen, wenn das Computerprogramm P auf der elektronischen Steuereinheit 36 oder einem anderen mit der elektronischen Steuereinheit 36 verbundenen Computer 46 ausgeführt wird.
Das Computerprogrammprodukt umfasst einen Programmcode, der in einem von einer elektronischen Steuereinheit 36 oder einem anderen mit der elektronischen Steuereinheit 36 verbundenen Computer 46 lesbaren Medium gespeichert ist, um die Schritte des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, wie hierin erwähnt, auszuführen, wenn das Computerprogramm P auf der elektronischen Steuereinheit 36 oder einem anderen mit der elektronischen Steuereinheit 36 verbundenen Computer 46 ausgeführt wird. Alternativ kann das Computerprogramm direkt in einem internen Speicher M in die elektronische Steuereinheit 36 oder einen anderen mit der elektronischen Steuereinheit 36 verbundenen Computer 46 gespeichert werden, die ein Computerprogramm P zum Ausführen der Schritte des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen, wenn das Computerprogramm P auf der elektronischen Steuereinheit 36 oder einem anderen mit der elektronischen Steuereinheit 36 verbundenen Computer 46 ausgeführt wird.
Die vorstehend spezifizierten Komponenten und Merkmale können innerhalb des Rahmens der Erfindung zwischen den unterschiedlichen dargelegten Ausführungsformen kombiniert werden.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors (2) mit mindestens einem ersten und einem zweiten Zylinder (C1, C4); einem in dem ersten Zylinder (C1) angeordneten ersten Kolben (P1); einem in dem zweiten Zylinder (C4) angeordneten zweiten Kolben (P4); mindestens einem in dem ersten Zylinder (C1) angeordneten ersten Einlassventil (18), wobei das erste Einlassventil (18) mit einem Ansaugsystem (20) in Verbindung steht; mindestens einem ersten in dem ersten Zylinder (C1) angeordneten Auslassventil (24), wobei das erste Auslassventil (24) mit einem Abgassystem (26) in Verbindung steht; mindestens einem in dem zweiten Zylinder (C4) angeordneten zweiten Einlassventil (19), wobei das zweite Einlassventil (19) mit dem Ansaugsystem (20) in Verbindung steht; mindestens einem in dem zweiten Zylinder (C4) angeordneten zweiten Auslassventil (25), wobei das zweite Auslassventil (25) mit dem Abgassystem (26) in Verbindung steht; mindestens einer ersten Ventilsteuereinrichtung (22), die das erste und das zweite Einlassventil (18, 19) steuert; mindestens einer zweiten Ventilsteuervorrichtung (28), die das erste und das zweite Auslassventil (24, 25) steuert; und mindestens einer Kraftübertragungseinrichtung (16) zum Steuern jeder Ventilsteuereinrichtung (22, 28), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Antreiben des Verbrennungsmotors (2) mindestens einen Zyklus des Öffnens und Schließens der Einlass- und Auslassventile (18, 19, 24, 25) gemäß dem normalen Betrieb des Verbrennungsmotors (2), b) Vergleichen der Abgaseigenschaften mit einem vorbestimmten Wert für Abgaseigenschaften, d) Zuführen von Kraftstoff zu dem zweiten Zylinder (4) und e) Steuern des ersten Einlassventils (18) und des ersten Auslassventils (24) derart, das dem Abgassystem (26) von dem ersten Zylinder (C1) keine Luft zugeführt wird, wenn sich der erste Kolben (P1) in dem ersten Zylinder (C1) hin und her bewegt, wenn die Abgaseigenschaften von den vorbestimmten Abgaseigenschaften abweichen.
Verfahren nach Anspruch 1, das durch folgenden zusätzlichen Schritt gekennzeichnet ist: c) Diagnostizieren von Vibrationen des Verbrennungsmotors (2) und Vergleichen der Vibrationen mit einem vorbestimmten Wert für Vibrationen des Verbrennungsmotors (2).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b) und c) in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden oder im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 und 3, das durch folgenden zusätzlichen Schritt gekennzeichnet ist: f) Reduzieren der Ansaugluftmasse in den zweiten Zylinder (C4) in Beziehung zu der Ansaugluftmasse in den ersten Zylinder (C1), wenn die Vibrationen in dem Verbrennungsmotor (2) größer sind als der vorbestimmte Wert für die Vibrationen in dem Verbrennungsmotor (2).
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt f) das zweite Einlassventil (19) derart gesteuert wird, dass die in dem zweiten Zylinder (C4) eingeschlossene Masse reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Einlassventil (19) derart gesteuert wird, dass es sich vor oder nach der Zeit des Schließens des zweiten Einlassventils (19) im normalen Betrieb des Verbrennungsmotors (2) schließt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungseinrichtung (16) zum Steuern jeder Ventilsteuereinrichtung (22, 28) eine Kurbelwelle (16) umfasst und dass das zweite Einlassventil (19) derart gesteuert wird, dass es sich in dem Bereich schließt, der 30° Kurbelwinkel vor dem unteren Totpunkt (CA bBDC) bis 30° nach dem unteren Totpunkt (CA aBDC) entspricht, vorzugsweise an dem unteren Totpunkt (atBDC).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungseinrichtung (16) zum Steuern jeder Ventilsteuereinrichtung (22, 28) eine Kurbelwelle (16) umfasst und dass das zweite Einlassventil (19) derart gesteuert wird, dass es sich in dem Bereich schließt, der 30° Kurbelwinkel nach dem unteren Totpunkt (CA aBDC) bis 90° nach dem unteren Totpunkt (CA aBDC), vorzugsweise bei 60° Kurbelwinkel nach dem unteren Totpunkt (CA aBDC), entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das durch folgenden zusätzlichen Schritt gekennzeichnet ist: g) Steuern der entsprechenden Ventile (18, 19, 24, 25) mittels zwei erster und zwei zweiter Ventilsteuereinrichtungen (22, 28).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsteuereinrichtungen (22, 28) Nockenwellen (22, 28) sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende weitere Schritte aufweist: h) Zuführen eines ersten Kraftstoffvolumens zu dem ersten Zylinder (C1), das beim Expansionstakt des ersten Zylinders (C1) vollständig oder zum größten Teil zu verbrennen ist, und j) Zuführen eines zweiten Kraftstoffvolumen zu dem zweiten Zylinder (C4), das beim Expansionstakt des zweiten Zylinders (C4) vollständig oder zum größten Teil zu verbrennen ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das zweite Kraftstoffvolumen größer ist als das erste Kraftstoffvolumen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das durch folgenden zusätzlichen Schritt gekennzeichnet ist: j) Steuern der zwei Einlassventile (18, 19) und zwei Auslassventile (24, 25) mittels der entsprechenden Ventilsteuereinrichtungen (22, 28).
Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch folgende Aktionen in Schritt j): – Steuern eines der ersten Einlassventile (18) derart, dass es sich am unteren Totpunkt (BDC) des Kolbens (P1) in dem ersten Zylinder (C1) zwischen einem Expansionstakt und einem Auslasstakt öffnet und sich am oberen Totpunkt (TDC) für den Kolben (P1) in dem ersten Zylinder (C1) zwischen dem Auslasstakt und dem Einlasstakt schließt; – Steuern des anderen der ersten Einlassventile (18) derart, dass es sich öffnet, wenn sich eines der ersten Einlassventile (18) schließt, und sich am unteren Totpunkt (BDC) zwischen dem Einlasstakt und dem Kompressionstakt schließt, und – Steuern des ersten Auslassventils (24) derart, dass es während aller Takte des Motors (2) geschlossen bleibt.
Verfahren nach Anspruch (13), gekennzeichnet durch folgende Aktionen in Schritt j): – Steuern eines der ersten Auslassventile (24) derart, dass es sich am unteren Totpunkt (BDC) des Kolbens (P1) in dem ersten Zylinder (C1) zwischen einem Expansionstakt und einem Auslasstakt öffnet und sich am oberen Totpunkt (TDC) des Kolbens (P1) in dem ersten Zylinder (C1) zwischen dem Auslasstakt und dem Einlasstakt schließt; – Steuern des anderen der ersten Auslassventile (24) derart, dass es sich öffnet, wenn sich eines der ersten Auslassventile (24) schließt, und sich am unteren Totpunkt (BDC) zwischen dem Einlasstakt und dem Kompressionstakt schließt und, – Steuern der ersten Einlassventile (18) derart, dass sie während aller Takte des Motors (2) geschlossen bleiben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das durch folgenden zusätzlichen Schritt gekennzeichnet ist: k) Steuern des zweiten Einlassventils (19) und des zweiten Auslassventils (25) derart, das dem Abgassystem (26) von dem zweiten Zylinder (C4) keine Luft zugeführt wird, wenn sich der zweite Kolben (P4) in dem zweiten Zylinder (C4) hin und her bewegt, wenn die Abgaseigenschaften von den vorbestimmten Abgaseigenschaften abweichen.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritten e) und k) Kraftstoff während mehrerer aufeinanderfolgender Zyklen in dem ersten und dem zweiten Zylinder (C1, C4) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlass- und die Auslassventile (18, 19, 24, 25) derart gesteuert werden, dass sie sich gemäß dem normalen Betrieb des Verbrennungsmotors (2) öffnen und schließen, wenn die diagnostizierten Abgaseigenschaften Informationen über das gegenwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ_pres) umfassen und die vorbestimmten Abgaseigenschaften Informationen über einen vorbestimmten Bezugswert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ_ref) umfassen, und wenn das gegenwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ_pres) kleiner ist als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ_ref).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e) das erste Einlassventil (18) derart gesteuert wird, dass es sich während des Auslasstaktes und des Einlasstaktes öffnet, während das erste Auslassventil (24) während aller Takte in eine geschlossene Position gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e) das erste Auslassventil (24) derart gesteuert wird, dass es sich während des Auslasstaktes und des Einlasstaktes öffnet, während das erste Einlassventil (18) während aller Takte in eine geschlossene Position gesteuert wird.
Verbrennungsmotor (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (2) gemäß dem Verfahren aus Ansprüchen 1–20 gesteuert wird.
Fahrzeug (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) einen Verbrennungsmotor (2) nach Anspruch 21 umfasst.
Computerprogramm (P) zum Steuern eines Verbrennungsmotors (2), wobei das Computerprogramm (P) einen Programmcode umfasst, um die elektronische Steuereinheit (36) oder einen anderen mit der elektronischen Steuereinheit (36) verbundenen Computer (46) zur Ausführung der Schritte nach einem der Ansprüche 1–20 zu veranlassen.
Computerprogrammprodukt, das einen Programmcode umfasst, der in einem durch einen Computer (36, 46) lesbaren Medium gespeichert ist, um die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–20 auszuführen, wenn der Computercode auf der elektronischen Steuereinheit (36) oder einem anderen mit der elektronischen Steuereinheit (36) verbundenen Computer (46) läuft.