DE112018000453T5

DE112018000453T5 - Verfahren und System für Zylinderabschaltung eines Motors

Info

Publication number: DE112018000453T5
Application number: DE112018000453.8T
Authority: DE
Inventors: Pradheepram Ottikkutti; Alok Kumar; Michael Majewski; Seung-hyuck Hong; Kevin Scott Mcelhaney; Roy James Primus; Omowooleola Akinyemi; Thomas Michael Lavertu; Santosh Meghani
Original assignee: GE Global Sourcing LLC
Current assignee: Transportation IP Holdings LLC
Priority date: 2017-02-16
Filing date: 2018-02-16
Publication date: 2019-10-10
Also published as: CN110462187B; US20200232403A1; CN110462187A; WO2018152384A1; US10947917B2

Abstract

Es werden verschiedene Verfahren und Systeme für Zylinderabschaltung eines Motors vorgesehen. Als eine Ausführungsform umfasst ein Verfahren für einen Motor das Feuern aller Zylinder des Motors und das Nichtändern des Schließzeitpunkts der Einlassventile, wenn Kraftstoffzufuhrforderungen größer als ein Schwellenwert sind. Das Verfahren umfasst weiterhin Zylinderabschaltung des Motors, wenn Kraftstoffzufuhrforderungen unter einem Schwellenwert liegen, und das Offenhalten der Einlassventile der abgeschalteten Zylinder über eine längere Zeitdauer als bei Einlassventilen von feuernden Zylindern.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität aus der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/459,799 mit dem Titel „METHODS AND SYSTEM FOR SKIP-FIRING OF AN ENGINE“, eingereicht am 16. Februar 2017, deren gesamter Inhalt hiermit durch Verweis für alle Zwecke mitaufgenommen ist.
HINTERGRUND
TECHNISCHES GEBIET
Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands betreffen die Abschaltung von Zylindern eines Verbrennungsmotors, das so genannte Skip Firing, und das Reduzieren von Pumpverlusten von abgeschalteten Zylindern.
DISKUSSION DER TECHNIK
Rauch und Emissionen können während eines Motorleerlaufs durch Abschalten eines oder mehrerer Motorzylinder reduziert werden. Zylinderabschaltung beinhaltet das Stoppen von Kraftstoffeinspritzung in einige der Zylinder, so dass keine Verbrennung in diesen Zylindern stattfindet. Ein Motorzylinder kann bei einem bestimmten Motorzyklus „abgeschaltet“ werden, indem während dieses Motorzyklus kein Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird. Daher durchlaufen bei der Zylinderabschaltung nur einige der Zylinder einen normalen Verbrennungszyklus, während sich die restlichen „abgeschalteten“ Zylinder weitern hin- und herbewegen, jedoch ohne Kraftstoff. Da Ventilbetätigung jedoch mechanisch von der Kurbelwelle angetrieben wird, bleibt die Ventilsteuerung gleich, unabhängig davon, ob ein Zylinder Verbrennung durchläuft oder nicht. So bleibt das Einlassventil eines abgeschalteten Zylinders während des größten Teils des Verdichtungstakts und des gesamten Arbeitstakts geschlossen, so wie es bei einer Kraftstoffeinspritzung der Fall gewesen wäre. Wenn das Einlassventil während des Verdichtungstakts geschlossen ist, muss der Kolben arbeiten, um die Luft im Zylinder zu verdichten, was zu erhöhten Pumpverlusten und reduziertem Motorwirkungsgrad führt.
Selbst wenn sich der Motor nicht im Leerlauf befindet, etwa während des Zustands niedrigen Ausgangsdrehmoments, können ferner die Kraftstoffzufuhrforderungen so niedrig sinken, dass jedes Kraftstoffeinspritzventil vor dem vollständigen Öffnen die gewünschte Kraftstoffmenge einspritzt. Bei solch minimalen Kraftstoffeinspritzmengen können die Einspritzventile ungenauer sein, was zu größeren relativen Kraftstoffdosierfehlern und prozentualer Schwankung der Einspritzmengen von Einspritzung zu Einspritzung und von Einspritzventil zu Einspritzventil führt. Infolge der Einspritzvariabilität bei niedrigen Kraftstoffzufuhrwerten können die geregelten Emissionen zunehmen. Darüber hinaus kann die Motordrehzahl bei niedrigen Kraftstoffzufuhrwerten über den festgelegten oder zulässigen Bereich hinaus schwanken, was zu einem instabilen Motorbetrieb führen könnte. Moderne Motoren schwächen jedoch den instabilen Betrieb bei geringer Kraftstoffzufuhr durch die in der Motorsteuerung integrierten Strategien zur Motordrehzahlregelung ab. Allerdings kann das Leistungsvermögen der Motorsteuerung eingeschränkt sein. Beispielsweise sind typische Motorsteuerungen eventuell nicht in der Lage, große Schwankungen der Kraftstoffzufuhrmenge auszugleichen oder abzuschwächen.
KURZBESCHREIBUNG
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren für einen Motor (z.B. ein Verfahren zum Steuern eines Motorsystems) die Zylinderabschaltung des Motors, wenn die Kraftstoffzufuhrforderungen unter einem Schwellenwert liegen; und das Offenhalten von Einlassventilen abgeschalteter Zylinder über eine längere Zeitdauer als von Einlassventilen von feuernden Zylindern.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Motor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2A zeigt eine schematische Darstellung eines Zylinders des Motors von 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2B zeigt eine schematische Darstellung eines Einlassventils des Zylinders aus 2A und eine erste Konfiguration für einen Einlassventilaktor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2C zeigt eine schematische Darstellung eines Einlassventils des Zylinders aus 2A und eine zweite Konfiguration für den Einlassventilaktor von 2B gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt eine schematische Darstellung des Motors von 1, einschließlich des Einlassventilaktors von 2B und 2C gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Zylinderabschaltfolge für einen Motor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Zylinderabschalten eines Motors und zum Einstellen des Einlassventil-Schließzeitpunkts für Zylinder, die während des Zylinderabschaltvorgangs abgeschaltet sind, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen, wann die Zylinderabschaltung eines Motors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auszulösen ist.
7 zeigt einen Graph, der Einstellungen des Einlassventil-Schließzeitpunkts darstellt, die darauf basieren, ob der Zylinder, in den das Einlassventil eingebaut ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung Verbrennung überspringt oder Verbrennung durchläuft.

EINGEHENDE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft Ausführungsformen der Zylinderabschaltung eines Motors basierend auf den Kraftstoffzufuhrforderungen und/oder der Motordrehzahl und das Einstellen eines Zeitpunkts für das Einlassventilschließen für abgeschaltete Zylinder. Als eine Ausführungsform kann ein Verfahren für einen Motor die Zylinderabschaltung des Motors umfassen, wenn die Kraftstoffzufuhrforderungen unter einem Schwellenwert liegen; und das Offenhalten von Einlassventilen abgeschalteter Zylinder über eine längere Zeitdauer als von Einlassventilen von feuernden Zylindern. Der Motor kann mehrere Zylindern umfassen, wobei jeder Zylinder ein Kraftstoffeinspritzventil und mindestens ein Einlassventil und ein Auslassventil umfasst. Die Betätigung (z.B. Öffnen und Schließen) der Einlass- und Auslassventile kann durch Drehung einer Kurbelwelle über ein Nockensystem, wie beispielsweise eine Nockenwelle und zugehörige Nockenbuckel, erfolgen. Eine Motorsteuerung kann ein Signal von einer Eingabevorrichtung, wie beispielsweise einem Handhebel, für eine gewünschte Motordrehzahl empfangen. Die Steuerung kann als Reaktion darauf eine Kraftstoffmenge bestimmen, die von den Einspritzventilen einzuspritzen ist, um die gewünschte Motordrehzahl zu erreichen.
Wenn die Motordrehzahl und die Last ausreichend tief sinken, z. B. während Verzögerung und/oder Leerlauf des Motors, kann die von den Einspritzventilen einzuspritzende Kraftstoffsollmenge bis zu einem Punkt sinken, an dem die Einspritzdüse den maximalen Hub nicht mehr erreicht. Dieser Betriebsbereich wird als ballistischer Bereich der Einspritzventile bezeichnet und ist eine Betriebsart, bei der die relative Genauigkeit der Kraftstoffeinspritzventile reduziert ist. Als Reaktion darauf kann die Steuerung eine Zylinderabschaltung des Motor vornehmen, indem sie einige der Kraftstoffeinspritzventile anweist, während eines Motorzyklus keinen Kraftstoff einzuspritzen, um die Ausgangsdrehmomentforderungen auf weniger „feuernde“ Zylinder zu verteilen und so die Kraftstoffmenge zu erhöhen, die von jedem aktiven Einspritzventil eingespritzt werden soll. In einem Beispiel kann die Steuerung beruhend auf Kraftstoffzufuhrforderungen bestimmen, wann eine Zylinderabschaltung vorgenommen werden soll. In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung zusätzlich oder alternativ basierend auf Motordrehzahl bestimmen, wann eine Zylinderabschaltung vorgenommen werden soll. In einem noch weiteren Beispiel kann die Steuerung zusätzlich oder alternativ beruhend auf einem vom Fahrer geforderten Drehmoment bestimmen, wann eine Zylinderabschaltung vorgenommen werden soll. In noch einem weiteren Beispiel kann die Steuerung zusätzlich oder alternativ basierend auf dem Kraftstoffraildruck und/oder der Pulsweite (z.B. der Größenordnung der Pulsweite) des pulsweitenmodulierten (PWM) Einspritzventils (d.h. der PWM des elektromagnetischen Aktors, der zur Steuerung der Einspritzventildüse und damit des Kraftstoffeinspritzvorgangs verwendet wird) bestimmen, wann eine Zylinderabschaltung ausgelöst werden soll.
Die Steuerung kann ferner Drehmoment-Ungleichgewichte zwischen den Zylindern überwachen und die gemessenen Drehmoment-Ungleichgewichte nutzen, um Fehler bei der Kraftstoffdosierung (verursacht durch ein oder mehrere Kraftstoffeinspritzventile, die im ballistischen Bereich arbeiten) zu folgern, die dann bestimmen können, wann eine Zylinderabschaltung ausgelöst werden muss. Wenn beispielsweise die Schwankung der Drehmomentausgabe von Zylinder zu Zylinder relativ hoch ist, können die Schwankung der Kraftstoffeinspritzung und daher auch ein Fehler des Kraftstoffeinspritzventils relativ groß sein, und die Steuerung kann zur Zylinderabschaltung des Motors wechseln. Somit kann die Steuerung beruhend auf den gemessenen Drehmoment-Ungleichgewichten einstellen, wann Zylinderabschaltung ausgelöst wird.
Weiterhin können während Zylinderabschaltung des Motors die Einlassventile der feuernden Zylinder über das Nockensystem weiter betätigt werden. Die Steuerung kann jedoch den Schließzeitpunkt der Einlassventile von nicht feuernden Zylindern über einen zweiten Satz von Aktoren variieren, die nicht von der Kurbelwelle angetrieben werden. Insbesondere kann es sich bei dem zweiten Satz von Aktoren um elektromagnetische Aktoren handeln, die die Einlassventile als Reaktion auf von der Steuerung empfangene Signale öffnen und schließen, unabhängig vom kurbelwellenangetriebenen Nockensystem. Die Steuerung kann das Einlassventil bzw. die Einlassventile von nicht feuernden Zylindern während des Verdichtungstakts und mindestens eines Teils oder des gesamten Arbeitstakts offen halten.
1 zeigt eine Ausführungsform eines Fahrzeugs mit einem Motor. Der Motor kann einen oder mehrere Zylinder umfassen, wie beispielsweise den in 2A dargestellten Zylinder. 2A zeigt zusätzlich einen Einlassventilaktor, der zum Öffnen und Schließen eines Einlassventils des Zylinders unabhängig von mechanisch angetriebenen Nockenbuckeln geeignet ist. Ein erstes Beispiel für den Einlassventilaktor ist in 2B dargestellt, und ein zweites Beispiel für den Aktor ist in 2C dargestellt. 3 zeigt ein detaillierteres Beispiel für den Motor von 1, einschließlich Einlass- und Auslassventile für jeden der Zylinder, und den Einlassventilaktor von 2A-2C, der in die Einlassventile integriert ist. Bei Zylinderabschaltung des Motors wird nur in einige der Zylinder Kraftstoff eingespritzt. 4 zeigt eine beispielhafte Zylinderzündfolge bei Zylinderabschaltung des Motors. 5 zeigt ein Verfahren für Zylinderabschaltung des Motors. Insbesondere kann die Zylinderabschaltung bei niedrigeren Motordrehzahlen, niedrigeren Drehmomentleistungen, Leerlauf des Motors, niedrigeren Motorlasten, geringeren geforderten Kraftstoffzufuhrwerten usw. ausgelöst werden. Bei Zylinderabschaltung des Motors können Einlassventile abgeschalteter Zylinders länger offen gehalten werden als beim Zünden während eines typischen Verbrennungszyklus. 7 zeigt beispielsweise, wie sich das Einlassventil normalerweise während des Verdichtungstakts schließt, wenn der Zylinder einen Verbrennungszyklus durchläuft, aber bei Zylinderabschaltung während des Verdichtungstakts und während mindestens eines Teils des Arbeitstakts nicht schließt oder geschlossen bleibt. 6 stellt ferner ein beispielhaftes Verfahren zum Bestimmen des Zeitpunktes für das Auslösen einer Zylinderabschaltung dar.
Der hierin beschriebene Ansatz kann bei verschiedenen Motortypen und verschiedenen motorbetriebenen Systemen eingesetzt werden. Einige dieser Systeme können stationär sein, während andere auf semimobilen oder mobilen Plattformen laufen. Semimobile Plattformen können zwischen den Betriebszeiten umgesetzt werden, z.B. auf Tieflader gesetzt werden. Zu den mobilen Plattformen gehören selbstfahrende Fahrzeuge. Zu diesen Fahrzeugen können sowohl Straßentransportfahrzeuge als auch Bergbaumaschinen, Seeschiffe, Schienenfahrzeuge und andere geländegängige Fahrzeuge (OHV, kurz für Off-Highway Vehicles) gehören. Zur deutlichen Veranschaulichung ist eine Lokomotive als Beispiel für eine mobile Plattform gezeigt, die ein System trägt, das eine Ausführungsform der Erfindung enthält.
Vor der weiteren Diskussion des Ansatzes für die Zylinderabschaltung eines Motors wird eine beispielhafte Plattform offenbart, in der der Motor in ein Fahrzeug, wie beispielsweise ein Schienenfahrzeug, eingebaut werden kann. 1 zeigt beispielsweise ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Fahrzeugsystems 100, hierin dargestellt als Schienenfahrzeug 106 (z.B. Lokomotive), das konfiguriert ist, um über mehrere Rädern 112 auf einer Schiene 102 zu fahren. Wie dargestellt umfasst das Schienenfahrzeug einen Motor 104. In anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen kann der Motor ein stationärer Motor sein, wie beispielsweise in einer Stromerzeugungs- oder Kraftwerksanwendung, oder kann ein Motor in einem Seefahrzeug oder in einem anderen Antriebssystems bzw. anderen Antriebssystemen eines geländegängigen Fahrzeugs sein, wie vorstehend erwähnt wurde.
Der Motor erhält Ansaugluft zur Verbrennung aus einem Ansaugkanal 114. Der Ansaugkanal erhält Umgebungsluft von einem Luftfilter 160, der Luft von außerhalb des Schienenfahrzeugs filtert. Das bei der Verbrennung im Motor entstehende Abgas wird einem Abgaskanal 116 zugeführt. Das Abgas strömt durch den Abgaskanal und aus einem Abgasstutzen des Schienenfahrzeugs. In einem Beispiel ist der Motor ein Dieselmotor, der Luft und Dieselkraftstoff durch Kompressionszündung verbrennt. In anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen kann der Motor zusätzlich Kraftstoff einschließlich Benzin, Kerosin, Erdgas, Biodiesel oder andere Erdöldestillate ähnlicher Dichte durch Kompressionszündung (und/oder Fremdzündung und/oder andere Zündformen wie Laser, Plasma oder dergleichen) verbrennen.
In einigen Ausführungsformen kann das Fahrzeugsystem einen Turbolader 120 umfassen, der zwischen dem Ansaugkanal und dem Abgaskanal angeordnet ist. Der Turbolader erhöht den Druck der in den Ansaugkanal angesaugten Umgebungsluft, um eine höhere Ladeluftdichte vorzusehen, um die Masse der für die Verbrennung verfügbaren Luft zu erhöhen, um die Ausgangsleistung und/oder den Arbeitswirkungsgrad des Motors zu erhöhen. Der Turbolader kann einen Verdichter (nicht dargestellt) umfassen, der zumindest teilweise von einer Turbine angetrieben wird (nicht dargestellt). Während in diesem Fall ein einzelner Turbolader enthalten ist, kann das System mehrere Turbinen- und/oder Verdichterstufen umfassen. In einer weiteren Ausführungsform kann das Motorsystem einen Lader umfassen, wobei ein Kompressor oder Gebläse mechanisch von dem Motor angetrieben wird, um Umgebungsluft zu verdichten, um eine größere Ladedichte für/während der Verbrennung bereitzustellen, um die Ausgangsleistung und/oder den Arbeitswirkungsgrad des Motors zu erhöhen. In anderen Ausführungsformen kann das Motorsystem selbstansaugend sein, wobei es Frischluftladung für die Verbrennung im Zylinder erhält, und keinen Turbolader, keinen Lader bzw. kein Gebläse umfassen.
Das Fahrzeugsystem umfasst ferner ein Abgasbehandlungssystem 130, das in dem Abgaskanal stromabwärts des Turboladers angeschlossen ist. Das Abgasbehandlungssystem kann eine oder mehrere Komponenten umfassen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Abgasbehandlungssystem einen Dieselpartikelfilter (DPF) 132 umfassen. In anderen Ausführungsformen kann das Abgasbehandlungssystem zusätzlich oder alternativ einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), einen Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR), einen Dreiwegekatalysator, eine NOx-Falle, verschiedene andere Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen oder Kombinationen derselben umfassen. Der DPF kann durch Regeneration gereinigt werden, die durch Erhöhung der Temperatur zum Verbrennen von Partikelmaterial, das sich im Filter angesammelt hat, eingesetzt werden kann. Eine passive Regeneration kann erfolgen, wenn eine Temperatur des Abgases hoch genug ist, um das Partikelmaterial im Filter zu verbrennen. Während der aktiven Regeneration können das Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder andere Betriebsparameter eingestellt und/oder Kraftstoff eingespritzt und im Abgaskanal stromaufwärts des DPF verbrannt werden, um die Temperatur des DPF auf eine Temperatur zu bringen, bei der das Partikelmaterial vollständiger verbrennt und oxidiert.
Darüber hinaus kann in einigen Ausführungsformen ein Brenner in den Abgaskanal integriert werden, so dass der durch den Abgaskanal stromaufwärts der Abgasbehandlungsvorrichtung strömende Abgasstrom erwärmt werden kann. Auf diese Weise kann die Temperatur des Abgasstroms erhöht werden, um die aktive Regeneration der Abgasbehandlungsvorrichtung zu erleichtern. In anderen Ausführungsformen ist eventuell kein Brenner in dem Abgasstrom enthalten.
Das Abgasbehandlungssystem kann ferner einen Temperatursensor 133 zum Anzeigen einer Temperatur des Abgasbehandlungssystems umfassen. Somit kann der Temperatursensor in dem Abgasbehandlungssystem positioniert und konfiguriert werden, um eine Temperatur des Abgasbehandlungssystems zu messen. Ausgänge des Temperatursensors können über eine elektrische Verbindung (z.B. drahtgebunden oder drahtlos) an eine Steuerung 148 (z.B. eine elektronische Steuerung mit einem oder mehreren Prozessoren) übermittelt werden, und die Steuerung kann eine Temperatur des Abgasbehandlungssystems basierend auf den vom Temperatursensor empfangenen Ausgaben schätzen. Weiterhin kann die Steuerung einen oder mehrere Motorbetriebsparameter wie Kraftstoffeinspritzmengen, Einspritzzeitpunkt, Zylinderabschaltfolge usw. basierend auf der gemessenen Temperatur des Abgasbehandlungssystems einstellen, um das Abgasbehandlungssystem auf eine gewünschte Temperatur zu bringen. Wenn beispielsweise eine Regeneration des DPF gewünscht wird, kann die Steuerung eine Zylinderabschaltfolge und/oder die Anzahl der Zylinder, die sich einer Zylinderabschaltung unterziehen, anpassen, um die Temperatur des Abgasbehandlungssystems zu erhöhen, um die Regeneration des DPF zu erleichtern.
Die Steuerung kann zum Steuern verschiedener Komponenten im Zusammenhang mit dem Fahrzeugsystem genutzt werden. In einem Beispiel umfasst die Steuerung ein Computersteuerungssystem. Die Steuerung umfasst ferner maschinell lesbare Speichermedien (z.B. Speicher) mit Code zur Ermöglichung der On-Board-Überwachung und Steuerung des Schienenfahrzeugbetriebs. Die Steuerung kann, während sie die Steuerung und Pflege des Fahrzeugsystems überwacht, Signale verschiedener Sensoren 151 empfangen, wie hierin weiter ausgeführt wird, um Betriebsparameter und Betriebsbedingungen zu bestimmen und verschiedene Motoraktoren 152 entsprechend anzupassen, um den Betrieb des Fahrzeugs zu steuern. So kann die Steuerung beispielsweise Signale von verschiedenen Motorsensoren empfangen, einschließlich, aber nicht ausschließlich Motordrehzahl, Motorausgangsdrehmoment, Motorlast, Ladedruck, Abgasdruck, Umgebungsdruck, Abgastemperatur, Klopfen, Fehlzündung, Kraftstoffraildruck und dergleichen. Dementsprechend kann die Steuerung Aspekte und Abläufe des Fahrzeugsystems steuern, indem sie Befehle an verschiedene Komponenten wie Kraftstoffeinspritzventile, Zylinderventile und Zylinderventilaktoren, Kraftstoffpumpe, Luft- und/oder Kraftstoffdrossel und dergleichen sendet.
Wie in 1 dargestellt umfasst der Motor verschiedene Zylinder 108. Obwohl 1 einen Motor mit zwölf Zylindern darstellt, sind andere Zylinderanzahlen möglich. Jeder Zylinder des Motors kann ein Kraftstoffeinspritzventil 111 umfassen. Jedes Kraftstoffeinspritzventil kann Kraftstoff in den Zylinder, mit dem es gekoppelt ist, zu einem anderen Zeitpunkt als die anderen Kraftstoffeinspritzventile einspritzen. Die Reihenfolge, in der jedes Kraftstoffeinspritzventil feuert (z.B. Kraftstoff in den entsprechenden Zylinder einspritzt), kann hierin als Zylinderzündfolge bezeichnet werden. Bei einem einzelnen Motorzyklus kann jedes Kraftstoffeinspritzventil zu einem anderen Zeitpunkt in der Zylinderzündfolge feuern. So kann beispielsweise jedes Kraftstoffeinspritzventil eine Primäreinspritzung (hierin auch als „Haupteinspritzung“ bezeichnet) in den Zylinder, mit dem es gekoppelt ist, in einem einzigen Motorzyklus liefern. In einigen Ausführungsformen können die Kraftstoffeinspritzventile auch zusätzliche Sekundäreinspritzungen vor und/oder nach der Primär-/Haupteinspritzung durchführen. Die Einspritzung bevor (oder vor) der Haupteinspritzung kann hierin als „Voreinspritzung“ und die Einspritzung nach der Haupteinspritzung kann hierin als „Nacheinspritzung“ bezeichnet werden.
Wie durch die gestrichelten Linien in 1 gezeigt ist, steht die Steuerung mit jedem Kraftstoffeinspritzventil über eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung in elektrischer Verbindung. Das Kraftstoffeinspritzventil kann ein elektromagnetisch betätigtes Kraftstoffeinspritzventil sein, das als Reaktion auf von der Steuerung empfangene Signale (z.B. pulsweitenmodulierte Signale, PWMs) öffnet und schließt. Somit passt die Steuerung eine Kraftstoffmenge an, die jedem der Zylinder zugeführt wird, indem sie die Steuersignale moduliert, die an den Aktor jedes Kraftstoffeinspritzventils gesendet werden, was wiederum die Einschaltzeit des Einspritzventilaktors oder Solenoids einstellt. Wenn der Einspritzventilaktor oder das Solenoid des Einspritzventils eingeschaltet ist, spritzt das Einspritzventil Kraftstoff in den Zylinder.
In einem Beispiel kann die Steuerung das Kraftstoffeinspritzventil entweder auf eine vollständig geschlossene erste Position oder eine vollständig geöffnete zweite Position einstellen. In der vollständig geschlossenen ersten Position spritzt das Kraftstoffeinspritzventil keinen Kraftstoff ein. In der vollständig geöffneten zweiten Position spritzt das Kraftstoffeinspritzventil jedoch Kraftstoff ein. Somit kann die Steuerung Kraftstoff einspritzen, indem sie das Kraftstoffeinspritzventil von der vollständig geschlossenen ersten Position in die vollständig geöffnete zweite Position stellt. Die Steuerung kann das Kraftstoffeinspritzventil auf die vollständig geöffnete zweite Position einstellen, indem sie ein Steuersignal, wie beispielsweise die Pulsweite eines pulsweitenmodulierten Signals, das an das Kraftstoffeinspritzventil gesendet wird, einstellt. Das Stellen des Einspritzventils von der ersten Position in die zweite Position kann hierin als Öffnen des Einspritzventils bezeichnet werden. Das Öffnen des Einspritzventils umfasst nicht das Offenhalten des Einspritzventils, bei dem das Einspritzventil in der vollständig geöffneten zweiten Position gehalten wird. Somit wird das Öffnen des Einspritzventils verwendet, um die Bewegung des Einspritzventils zu bezeichnen, von dem Zeitpunkt an, an dem es sich von der ersten Position zu entfernen beginnt, bis es die zweite Position erreicht.
Die Steuerung kann dann das Kraftstoffeinspritzventil in der zweiten Position offen halten, bis die gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge eingespritzt ist. Sobald die gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge eingespritzt ist, kann die Steuerung dann das Kraftstoffeinspritzventil wieder in die vollständig geschlossene erste Position bringen und die Einspritzung von Kraftstoff stoppen. Die gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge kann somit eine Einheitskraftstoffzufuhr umfassen, die die gewünschte Kraftstoffmenge (z.B. Kraftstoffvolumen) ist, die während einer einzelnen Einspritzung oder einem einzelnen Arbeitstakt des zugehörigen Motorzylinders eingespritzt wird. In der vorliegenden Beschreibung kann auch „Kraftstoffzufuhrforderung“ zur Bezeichnung der gewünschten Kraftstoffeinspritzmenge und/oder Pulsweite eines pulsweitenmodulierten Signals (PWM) des Einspritzventils verwendet werden.
Von dem Zeitpunkt, an dem das Einspritzventil zu öffnen beginnt (es beginnt, sich von der ersten Position in Richtung der zweiten Position zu bewegen), bis das Einspritzventil die offene zweite Position erreicht, kann jedoch eine Verzögerung vorliegen. Daher kann es eine gewisse Zeit dauern, bis das Einspritzventil von der ersten Position in die zweite Position gestellt und vollständig geöffnet ist. Der Kraftstoff kann von dem Einspritzventil eingespritzt werden, während es öffnet, bevor es die vollständig geöffnete zweite Position erreicht. D.h. das Einspritzventil muss sich nicht in der vollständig geöffneten zweiten Position befinden, um Kraftstoff einzuspritzen; es kann auch Kraftstoff einspritzen, wenn es sich in einer Position zwischen der ersten und zweiten Position befindet.
In einigen Beispielen kann, wenn das Einspritzventil in die vollständig geöffnete zweite Position gesteuert wird, die gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge eingespritzt werden, bevor das Einspritzventil die vollständig geöffnete zweite Position erreicht. In solchen Beispielen kann das Einspritzventil in einem Bereich arbeiten, der üblicherweise als „ballistischer Bereich“ bezeichnet wird. Wenn also die gewünschte Einspritzmenge kleiner ist als die, die das Einspritzventil einspritzen würde, bevor das Einspritzventil die vollständig geöffnete zweite Position erreicht, sagt man, dass das Einspritzventil im ballistischen Bereich arbeitet. D.h. der ballistische Bereich kann eine Kraftstoffmenge darstellen, die vom Einspritzventil bei Öffnen des Einspritzventils abgegeben wird (Wechsel von der ersten zur zweiten Position). Wenn also die Kraftstoffzufuhrforderung ausreichend sinkt, so dass die angeordnete Kraftstoffeinspritzmenge in den ballistischen Bereich des Einspritzventils sinkt, muss das Kraftstoffeinspritzventil möglicherweise nur teilweise öffnen, um die gewünschte Kraftstoffmenge einzuspritzen.
Da das Einspritzventil jedoch nur entweder in die erste oder zweite Position verstellbar sein kann, ist die Genauigkeit und Steuerung der Kraftstoffeinspritzung bei Betrieb im ballistischen Bereich stark reduziert. Darüber hinaus kann die Kraftstoffmenge, die von dem Einspritzventil beim Öffnen und damit im ballistischen Bereich eingespritzt wird, vom Kraftstoffraildruck, der Pulsweite des Einspritzventils, PWM, und dem Zylinderinnendruck abhängen. Insbesondere kann die Kraftstoffmenge, die beim Öffnen des Einspritzventils eingespritzt wird, bei Erhöhung des Kraftstoffraildrucks und/oder der Pulsweite des Einspritzventils PWM zunehmen. Daher können sich Kraftstoffdosierungsfehler bei höheren Kraftstoffraildrücken und/oder kürzeren PWMs, bei denen die Auswirkung des ballistischen Bereichs größer und tiefgreifender ist, verschärfen.
In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung das Kraftstoffeinspritzventil auf eine oder mehrere Positionen zwischen der vollständig geschlossenen ersten Position und der vollständig geöffneten zweiten Position stellen. Die Steuerung kann die eingespritzte Kraftstoffmenge erhöhen, indem sie das Einspritzventil näher an die vollständig geöffnete zweite Position und weg von der vollständig geschlossenen ersten Position stellt. Das Steuersignal kann in Form eines pulsweitenmodulierten Signals vorliegen. Durch Einstellen der Pulsweite des Signals kann die Steuerung die Größe der Öffnung des Kraftstoffeinspritzventils und/oder die Dauer, für die das Einspritzventil geöffnet ist, einstellen.
Wie nachstehend unter Bezugnahme auf 6 näher erläutert wird, kann die Steuerung dem Motor befehlen, mindestens einen der Zylinder abzuschalten, wenn die gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge pro Einspritzung in den ballistischen Bereich abnimmt (z.B. unter die Kraftstoffmenge sinkt, die eingespritzt werden würde, wenn das Einspritzventil vollständig in die zweite Position öffnet). Auf diese Weise kann die Steuerung die Einheitskraftstoffzufuhr für aktive Zylinder über den ballistischen Bereich hinaus erhöhen, wodurch die Genauigkeit und Steuerung der Kraftstoffzufuhr erhöht wird.
Wenn beispielsweise alle Zylinder feuern, kann die Steuerung beschließen, in den Zylinderabschaltmodus zu gehen und die Verbrennung für einige der Zylinder zu überspringen, wenn die angeordnete Kraftstoffeinspritzmenge (z.B. das an jedes Kraftstoffeinspritzventil gesendete Steuersignal, wie z.B. das PWM-Signal) unter einen Schwellenwert sinkt. Der Schwellenwert kann den Wechsel vom nicht-ballistischen zum ballistischen Bereich des Einspritzventils darstellen. So kann beispielsweise der Schwellenwert für einen bestimmten Kraftstoffraildruck einem angeordneten Einspritzvolumen von ca. 200 mm³ bis 500 mm³ pro Einspritzvorgang entsprechen, unterhalb dessen das Einspritzventil im ballistischen Bereich und oberhalb dessen das Einspritzventil im nicht-ballistischen Bereich arbeitet. Im nicht-ballistischen Bereich wird die gewünschte Einspritzmenge erreicht, wenn das Einspritzventil die vollständig geöffnete zweite Position erreicht, oder nachdem das Einspritzventil die vollständig geöffnete zweite Position erreicht und in der zweiten Position gehalten wird. Somit kann die vom Einspritzventil eingespritzte Kraftstoffmenge linear in Bezug auf die Dauer der Öffnung des Einspritzventils im nicht-ballistischen Bereich sein. Durch Reduzierung der Anzahl der feuernden Zylinder kann das gewünschte Ausgangsdrehmoment (und damit die Kraftstoffeinspritzmenge) auf weniger Zylinder verteilt werden, wodurch die von jedem feuernden Zylinder einzuspritzende Kraftstoffmenge erhöht wird. Somit können die Einspritzventile von feuernden Zylindern in ihren nicht-ballistischen Bereichen auch bei niedrigeren Kraftstoffzufuhrforderungswerten betrieben werden, bei denen sie in ihren ballistischen Bereichen betrieben worden wären, wenn alle Zylinder gefeuert worden wären.
In einigen Beispielen kann die Steuerung unabhängig mit jedem der Kraftstoffeinspritzventile elektrisch gekoppelt sein. Anders ausgedrückt kann die Steuerung elektrisch mit jedem Kraftstoffeinspritzventil einzeln über verschiedene drahtgebundene oder drahtlose Verbindungen gekoppelt werden. So kann beispielsweise die Steuerung über separate Leitungen mit jedem Kraftstoffeinspritzventil gekoppelt werden. Somit kann die Steuerung einzelne Steuersignale für die Kraftstoffeinspritzung an jedes der Kraftstoffeinspritzventile senden. Auf diese Weise kann die Steuerung die Kraftstoffmenge, die in jeden Zylinder eingespritzt wird, einzeln einstellen, indem sie das Steuersignal, das an jedes der Einspritzventile gesendet wird, einstellt. In anderen Beispielen kann die Steuerung jedoch unabhängig mit verschiedenen Untergruppen von Einspritzventilen elektrisch gekoppelt sein und kann die von den Einspritzventilen verschiedener Untergruppen eingespritzte Kraftstoffmenge variieren.
Die Steuerung kann befehlen, dass unterschiedliche Kraftstoffmengen in verschiedene Zylinder eingespritzt werden. So kann die Steuerung bei Zylinderabschaltung beispielsweise ein oder mehrere Einspritzventile anweisen, während eines bestimmten Motorzyklus keinen Kraftstoff einzuspritzen. Die Steuerung kann eine Zylinderabschaltung auslösen, wenn die Kraftstoffzufuhrforderung und/oder die Motordrehzahl unter die entsprechenden Schwellenwerte sinken. Somit kann die Steuerung beruhend auf den Kraftstoffzufuhrforderungen bestimmen, wann Zylinderabschaltung ausgelöst werden soll. Wenn die Kraftstoffzufuhrforderungen auf ein ausreichend niedriges Niveau sinken, wie z.B. während Leerlauf des Motors, nehmen relative Kraftstoffdosierungsfehler zu (z.B. die Differenz zwischen der tatsächlichen Kraftstoffeinspritzmenge und der gewünschten Kraftstoffeinspritzmenge im Vergleich zur gewünschten Kraftstoffeinspritzmenge). Um solche Messfehler zu reduzieren, kann die Zylinderabschaltung ausgelöst werden, so dass während eines bestimmten Motorzyklus weniger Zylinder einspritzen, wodurch die Kraftstoffmenge, die in jeden der feuernden Zylinder eingespritzt wird, erhöht wird. Durch Erhöhen der in die feuernden Zylinder eingespritzten Kraftstoffmenge können Kraftstoffdosierfehler reduziert werden, da die Dosierungsfehler für die Einspritzventile umgekehrt proportional zur Einspritzmenge sind, so dass die Dosierungsfehler bei Abnahme der Kraftstoffeinspritzmenge zunehmen.
In einigen Ausführungsformen, wie in 1 dargestellt, umfasst der Motor einen Motor-Kurbelwellen-Drehmomentausgangssensor 113 für den gesamten Motor, und ein Drehmomentbeitrag zur Kurbelwelle von jedem einzelnen Zylinder kann gemessen und basierend auf Drehmomentdaten, die dem jeweiligen beitragenden Zylinder zugeordnet sind, bestimmt werden. In einem Beispiel kann der Drehmomentsensor ein Kontakttyp oder ein kontaktloser Typ oder ein Schleifringtyp sein. Jeder der Typen kann Dehnungsmessstreifen, piezoelektrische oder andere derartige Technologien verwenden. Der Drehmomentsensor kann eine elektrische Spannung ausgeben, die dann als Spannungssignal an der Steuerung empfangen wird. In einer Ausführungsform verarbeitet die Steuerung das Spannungssignal des Drehmomentsensors, um eine entsprechende zylinderweise Drehmomentausgabe für den gesamten Motor für jeden vollen Zyklus des Motorbetriebs zu bestimmen und anschließend den Motorbetrieb basierend auf den empfangenen Drehmomentdaten anzupassen.
Als ein Beispiel kann die Steuerung Kraftstoffdosierungsfehler in einem oder mehreren der Zylinder folgern, indem sie die zylinderweisen Drehmomentbeiträge vergleicht und dadurch Drehmomentungleichgewichte zwischen den Zylindern misst. So können beispielsweise die Drehmomentungleichgewichte bei zunehmenden Kraftstoffdosierfehlern zunehmen, da die Änderung der Kraftstoffzufuhr von Einspritzventil zu Einspritzventil und damit die Drehmomentabgabe bei größerer Variabilität der Kraftstoffeinspritzungen zunimmt (höhere Kraftstoffdosierfehler). Die Steuerung kann den Schwellenwert, bei dem sie auf den Betrieb im Zylinderabschaltungsmodus umschaltet, basierend auf den Drehmomentungleichgewichten einstellen. So kann beispielsweise die Steuerung den Kraftstoffschwellenwert, bei dem sie die Zylinderabschaltung auslöst, als Reaktion auf ein erhöhtes Drehmomentungleichgewicht zwischen den Zylindern anheben. So kann der Kraftstoffbedarf, bei dem die Steuerung auf Zylinderabschaltung des Motors umschaltet, von den Drehmomentungleichgewichten zwischen den Zylindern abhängen. Auf diese Weise kann die Steuerung die Zylinderabschaltung bei einem höheren Kraftstoffbedarfswert auslösen, wenn die gemessenen Drehmomentungleichgewichte höher sind als bei niedrigeren Drehmomentungleichgewichten. Wenn beispielsweise der Kraftstoffbedarf gleichbleibend abnimmt, kann die Steuerung früher auf die Zylinderabschaltung umschalten, wenn die gemessenen Drehmomentungleichgewichte höher sind, als wenn die Drehmomentungleichgewichte niedriger sind.
Weiterhin kann die Steuerung von einer Eingabevorrichtung 150, mit der die Steuerung über eine drahtgebundene und/oder drahtlose Verbindung elektrisch gekoppelt werden kann, eine Angabe über das vom Fahrer geforderte Drehmoment und/oder die Motordrehzahl empfangen. Die Eingabevorrichtung kann eine elektrische/elektronische Steuerung, wie beispielsweise eine Motorsteuereinheit (ECU), umfassen, mit der der Kraftstoffzufuhrwert eingestellt werden kann, um die gewünschte Motordrehzahl und/oder das gewünschte Motordrehmoment zu erreichen. In anderen Beispielen kann die Eingabevorrichtung jedoch ein mit dem Fuß betätigtes Gaspedal oder eine andere Art von manueller Eingabevorrichtung umfassen. Auf diese Weise kann ein Fahrzeugführer eine gewünschte Motordrehzahl und/oder ein gewünschtes Motordrehmoment einstellen oder anpassen, indem er die Position der Eingabevorrichtung ändert. In noch weiteren Beispielen kann die Eingabevorrichtung eine elektronische Vorrichtung wie beispielsweise ein Touchscreen sein, über den ein Fahrzeugführer die gewünschte Motordrehzahl und/oder das Motordrehmoment einstellen kann. Die Steuerung kann eine oder mehrere Motorbetriebsbedingungen basierend auf der von der Eingabevorrichtung erhaltenen Eingabe anpassen. So kann beispielsweise die Steuerung eine Kraftstoffmenge, die in die Motorzylinder eingespritzt wird, basierend auf der vom Fahrer geforderten Motordrehzahl und/oder dem von ihm geforderten Motordrehmoment anpassen.
2A stellt eine Ausführungsform eines Brennraums oder Zylinders 200 eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors dar, wie beispielsweise des vorstehend anhand von 1 beschriebenen Motors 104. Der Zylinder kann ein repräsentativer Zylinder für die Zylinder 108 in 1 sein. Zusätzlich kann der in 2A dargestellte Zylinder durch einen Zylinderkopf 201, der die nachstehend beschriebenen Einlass- und Auslassventile und das Kraftstoffeinspritzventil beherbergt, sowie einen Zylinderblock 203 ausgebildet sein. In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Mehrzylindermotors einen separaten Zylinderkopf umfassen, der mit einem gemeinsamen Zylinderblock gekoppelt ist.
Der Motor kann zumindest teilweise durch ein die Steuerung 148 umfassendes Steuersystem, gesteuert werden, das in weiterer Verbindung mit einem Fahrzeugsystem stehen kann, wie beispielsweise dem vorstehend anhand von 1 beschriebenen Fahrzeugsystem 100. Wie vorstehend beschrieben kann die Steuerung weiterhin Signale von verschiedenen Motorsensoren empfangen, einschließlich, aber nicht ausschließlich die Motordrehzahl von einem Kurbelwellendrehzahlsensor 209, Motorlast, Ladedruck, Abgasdruck, Umgebungsdruck, O₂-Werte, Abgastemperatur, NO_x-Emission, Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von Temperatursensor 230, der mit der Kühlhülse 228 gekoppelt ist, etc. In einem Beispiel kann der Kurbelwellendrehzahlsensor/-wandler ein Halleffekt-Sensor, ein variabler Reluktanzsensor, ein linearer variabler Differentialtransformator, ein optischer Sensor oder andere Arten/Formen von Drehzahlsensoren sein, die konfiguriert sind, um die Kurbelwellendrehzahl (z.B. U/min) basierend auf der Drehzahl eines oder mehrerer Zähne auf einem Rad der Kurbelwelle zu bestimmen. In einem weiteren Beispiel kann der Kurbelwellendrehzahlsensor auch eine Position der Kurbelwelle bestimmen. Dementsprechend kann die Steuerung das Fahrzeugsystem steuern, indem sie Befehle an verschiedene Komponenten wie Lichtmaschine/Generator, Zylinderventile, Luft- und/oder Kraftstoffdrossel, Kraftstoffeinspritzventile etc. sendet.
Wie in 2A dargestellt empfängt die Steuerung ein Signal (z.B. Ausgabe) vom Kurbelwellendrehzahlsensor. In einem Beispiel kann dieses Signal (das eine analoge Ausgabe sein kann, die jedes Mal, wenn ein Zahn des Rades der Kurbelwelle den Kurbelwellendrehzahlsensor passiert, einen Puls enthält) von einem Prozessor der Steuerung in ein Signal der Motordrehzahl (z.B. U/min.) umgewandelt werden. Die Steuerung kann dann das Motordrehzahlsignal nutzen, um den Motorbetrieb anzupassen (z.B. die Primärkraftstoffzufuhr zu dem Zylinder anzupassen), um die erforderliche/geforderte Drehzahl und das erforderliche/geforderte Drehmoment zu erreichen. So kann beispielsweise die Steuerung basierend auf dem Motordrehzahlsignal bestimmen, wann eine Zylinderabschaltung ausgelöst werden soll. In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung eine Zündfolge (z.B. welche Zylinder während eines bestimmten Motorzyklus abgeschaltet werden) einstellen, wenn eine Zylinderabschaltung des Motor basierend auf dem Motordrehzahlsignal erfolgt. In noch einem weiteren Beispiel kann die Steuerung die Anzahl der Zylinder, die bei Zylinderabschaltung des Motors abgeschaltet werden sollen, basierend auf dem Motordrehzahlsignal anpassen.
Der Zylinder (d.h. der Brennraum) kann Brennraumwände 204 mit einem darin angeordneten Kolben 206 umfassen. Der Kolben kann einen Kolbenring und/oder eine Laufbahn umfassen, die zwischen einer Außenwand des Kolbens und der Innenwand des Zylinders angeordnet sind. Der Kolben kann mit einer Kurbelwelle 208 gekoppelt sein, so dass eine Hubbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. In einigen Ausführungsformen kann der Motor ein Viertaktmotor sein, bei dem jeder der Zylinder gemäß einer Zündfolge während zwei Umdrehungen der Kurbelwelle feuert (z.B. wird Kraftstoff in jeden Zylinder eingespritzt). In anderen Ausführungsformen kann der Motor ein Zweitaktmotor sein, bei dem jeder der Zylinder während einer Kurbelwellenumdrehung in einer Zündfolge feuert.
Der Zylinder erhält Ansaugluft zur Verbrennung von einem Einlass, der ein Saugrohr (oder Krümmer) 210 umfasst. Das Saugrohr nimmt die Ansaugluft über einen Ansaugkrümmer auf. Das Saugrohr kann so konfiguriert sein, dass es ein Rohr pro Zylinder gibt oder dass ein einzelne Saugrohr mit mehreren Zylindern (z.B. ein Rohr pro Bank eines V-Motors, der mit allen Zylindern auf einer Bank kommuniziert, wobei der V-Motor aus zwei Saugrohren besteht) des Motors zusätzlich zu beispielsweise dem einem Zylinder kommuniziert, oder dass das Saugrohr ausschließlich mit diesem einen Zylinder kommunizieren kann.
Das aus der Verbrennung im Motor resultierende Abgas wird einer Abgasanlage mit einem Abgasrohr 212 zugeführt. Abgas strömt in einigen Ausführungsformen über einen Abgaskrümmer durch den Abgaskanal zu einem Turbolader (Turbolader in 2A nicht dargestellt) und zur Atmosphäre. Der Abgaskanal kann zusätzlich zu beispielsweise dem einzelnen Zylinder (wie dargestellt) auch Abgase aus anderen Zylindern des Motors aufnehmen.
Jeder Zylinder des Motors kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile umfassen. So ist beispielsweise der Zylinder in 2A mit mindestens einem Einlassventil 214 und mindestens einem Auslassventil 216 in einem oberen Bereich des Zylinders angeordnet dargestellt. In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors mindestens zwei Einlass-Tellerventile und mindestens zwei Auslass-Tellerventile, die sich am Zylinderkopf befinden, umfassen.
Die Position des Einlassventils 214 kann durch einen ersten Aktor 218 eingestellt werden. Ebenso kann die Position des Auslassventils 216 durch einen zweiten Aktor 220 eingestellt werden. In einigen Beispielen können die ersten und zweiten Aktoren Nockenbuckel sein, die von der Kurbelwelle mechanisch angetrieben werden. So können beispielsweise die Aktoren physikalisch mit jeweiligen Nockenwellen gekoppelt werden, so dass sich die Aktoren mit ihren jeweiligen Nockenwellen drehen. Die Nockenwellen können wiederum von der Kurbelwelle über eine mechanische Kopplung mit der Kurbelwelle angetrieben werden, beispielsweise über ein Zahnrad, einen Riemen oder eine Kette. Auf diese Weise kann das Öffnen und Schließen der Ein- und Auslassventile durch Kurbelwellendrehung (z.B. Kurbelwellendrehzahl) bestimmt werden und von Motorzyklus zu Motorzyklus gleich sein. So kann beispielsweise das Einlassventil durch Drehen der Kurbelwelle über eine Nockenbuckel zu einem vorbestimmten Zeitpunkt während der Kolbenhubstellung in dem Brennraum geöffnet werden. Ebenso kann das Einlassventil bei einem anderen vorbestimmten Zeitpunkt während der Kolbenhubstellung in dem Brennraum schließen. So kann beispielsweise das Einlassventil während des Auslasstakts öffnen, wenn der Kolben etwa 30 Grad unter dem oberen Totpunkt liegt (z.B. wenn sich der obere Totpunkt auf eine Position bezieht, in der der Kolben den Punkt der nächsten Annäherung an den Zylinderkopf erreicht) und während des Verdichtungstakts schließen, wenn der Kolben etwa 40 Grad über dem unteren Totpunkt liegt (z.B. wenn sich der untere Totpunkt auf eine Position bezieht, in der der Kolben den Punkt einer weiteren Annäherung vom Zylinderkopf erreicht).
In solchen Beispielen, in denen die Ventilsteuerung durch die Kurbelwelle festgelegt wird, kann ein dritter Aktor 240 enthalten sein, der das Einlassventil unabhängig vom ersten Aktor betätigt (z.B. Nockenbuckel). Der dritte Aktor 240 kann über eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung elektrisch mit der Steuerung gekoppelt werden, und die Steuerung kann Signale an den dritten Aktor senden, um die Position des Einlassventils unabhängig von der Kurbelwellenposition einzustellen. Der Aktor kann einen elektrischen, elektromagnetischen, mechanischen, pneumatischen und/oder hydraulischen Aktor umfassen. In dem Beispiel von 2A ist der dritte Aktor 240 als elektromagnetischer Aktor konfiguriert, der ein Solenoid 242 und einen Stößel 246 umfasst. Die Steuerung kann Signale an das Solenoid senden, um das Solenoid einzuschalten und eine elektromotorische Kraft bereitzustellen, die eine Translationsbewegung des Stößels antreibt, was wiederum eine Translationsbewegung des Einlassventils antreibt.
Wie im Beispiel von 2A dargestellt kann der dritte Aktor über dem Einlassventil (z.B. über dem ersten Aktor) so positioniert werden, dass der erste Aktor zwischen dem Einlassventil und dem dritten Aktor positioniert ist. In einigen Beispielen kann der dritte Aktor im Zylinderkopf integriert sein. In anderen Beispielen kann der dritte Aktor jedoch über dem Zylinderkopf integriert sein. In noch weiteren Beispielen, wie in den nachstehenden 2B und 2C dargestellt, kann der dritte Aktor umlaufend um das Einlassventil positioniert werden. Beim Einschalten des Solenoids durch die Steuerung wird der Stößel verlagert, und seine Bewegung kann dazu führen, dass das Einlassventil öffnet, wie nachstehend anhand von 2B und 2C näher beschrieben wird.
Auf diese Weise kann die Steuerung Signale an den Aktor senden, um die Position des Einlassventils unabhängig von der Drehung oder Position der Kurbelwelle einzustellen. Somit kann die Steuerung den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Einlassventils über den dritten Aktor beliebig einstellen. So kann die Steuerung beispielsweise die Zeitsteuerung für das Einlassventil einstellen, wenn der Zylinder während der Zylinderabschaltung abgeschaltet wird. Im Einzelnen kann die Steuerung das Einlassventil während der Einlass-, Verdichtungs- und Arbeitstakte offen halten. Als ein Beispiel kann die Steuerung das Einlassventil während des Arbeitstakts zwischen 0 und 50 Grad von der Position des unteren Totpunkts des Kolbens aus schließen. Durch das Offenhalten des Einlassventils während der gesamten Verdichtung und eines Teils oder des gesamten Arbeitstakts können Pumpverluste reduziert und damit der Motorwirkungsgrad erhöht werden. In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung das Einlassventil während des Einlass-, des Verdichtungs-, des Arbeits- und während eines Teils des Abgastakts offen halten. Somit kann die Steuerung das Einlassventil während des Abgastakts schließen. Daher kann das Einlassventil nur für einen Teil des Abgastakts geschlossen sein.
In noch weiteren Beispielen kann das Öffnen und Schließen der Ein- und/oder Auslassventile über ein System für variable Nockenzeitsteuerung von Zyklus zu Zyklus variiert werden. So kann der Motor beispielsweise Motoröl oder anderes Fluid verwenden, um eine Frühverstell- oder Spätverstellkammer eines Systems für variable Nockenzeitsteuerung zu füllen, das die Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle auf früher oder später verstellt, wodurch der relative Zeitpunkt der Einlassventilbetätigung zur Kurbelwelle geändert wird. Auf diese Weise wird das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile auf früher oder später verstellt.
Die Einlass- und Auslassventilsteuerung kann gleichzeitig gesteuert werden oder es kann eine der Möglichkeiten der variablen Einlassnockensteuerung, der variablen Auslassnockensteuerung, einer dualen unabhängigen variablen Nockensteuerung oder einer festen Nockensteuerung genutzt werden. In anderen Ausführungsformen können die Einlass- und Auslassventile durch einen gemeinsamen Ventilaktor oder ein gemeinsames Betätigungssystem oder einen Aktor oder ein Betätigungssystem für unabhängig variable Ventilsteuerung gesteuert werden. Darüber hinaus können die Einlass- und Auslassventile so gesteuert werden, dass sie basierend auf Betriebsbedingungen einen unabhängig variablen Hub durch die Steuerung aufweisen.
In noch weiteren Beispielen können die Einlass- und Auslassventile von der Steuerung aktiv angetrieben und nicht mechanisch von der Kurbelwelle angetrieben werden. In solchen Beispielen können die ersten und zweiten Aktoren elektromagnetische Aktoren umfassen, und die Steuerung kann die Signale variieren, die den ersten und zweiten Aktoren zur Verfügung gestellt werden, um das Öffnen und Schließen der jeweiligen Ein- und Auslassventile zu steuern. In solchen Beispielen muss der dritte Aktor nicht enthalten sein, da die Steuerung die Position des Einlassventils beliebig verändern kann. Die Position des Einlassventils und des Auslassventils kann durch die jeweiligen Ventilstellungssensoren 222 und 224 bestimmt werden.
In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors mit einem oder mehreren Kraftstoffeinspritzventilen zum Liefern von Kraftstoff zu diesem konfiguriert werden (wie in 1 dargestellt). Als nicht einschränkendes Beispiel zeigt 2A den Zylinder mit einem Kraftstoffeinspritzventil 226. Das Kraftstoffeinspritzventil ist laut Darstellung direkt mit dem Zylinder gekoppelt, um Kraftstoff direkt in diesen einzuspritzen. Auf diese Weise sieht das Kraftstoffeinspritzventil eine als Kraftstoffdirekteinspritzung bekannte Einspritzung in den Zylinder vor. Der Kraftstoff kann dem Kraftstoffeinspritzventil aus einem Hochdruck-Kraftstoffsystem zugeführt werden, das einen Kraftstofftank 232, Kraftstoffpumpen und ein Kraftstoffrail umfasst (nicht dargestellt). In einem Beispiel ist der Kraftstoff Dieselkraftstoff, der im Motor durch Kompressionszündung verbrannt wird. In anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen kann es sich bei dem Kraftstoff um Benzin, Kerosin, Düsentreibstoff, aus Rohölen gewonnene schwere Kohlenwasserstofföle, nichterdöl-basierte schwere Kohlenwasserstofföle, schweren Biodiesel oder andere Erdöldestillate ähnlicher Dichte durch Kompressionszündung (und/oder Fremdzündung) handeln. In anderen Ausführungsformen kann der Kraftstoff eine Kombination aus zwei oder mehr dieser verschiedenen Kraftstoffarten sein. In noch weiteren Ausführungsformen wird die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches durch den Einsatz von Laser- oder Plasmazündern oder andere Zündverfahren erreicht. Darüber hinaus kann jeder Zylinder des Motors konfiguriert werden, um gasförmigen Kraftstoff (z.B. Erdgas) alternativ zum oder zusätzlich zum Dieselkraftstoff aufzunehmen. Der gasförmige Kraftstoff kann dem Zylinder über den Ansaugkrümmer, wie nachstehend erläutert, oder einen oder mehrere andere geeignete Fördermechanismen wie die Multiport-Einspritzung von gasförmigem Kraftstoff ganz in der Nähe des/der Einlassventile(s) jedes Zylinders oder Direkteinspritzung von gasförmigem Kraftstoff in den Motorzylinder zugeführt werden. In einer noch weiteren Ausführungsform könnte die Kraftstoffeinspritzung in jeden Motorzylinder eine Direkteinspritzung zu dem Brennraum sein (wie in dieser Offenbarung näher beschrieben und diskutiert), oder alternativ könnte der Kraftstoff „indirekt“ über eine Vorkammer zu dem Brennraum eingespritzt werden - solche Motoren werden als Verbrennungsmotoren mit indirekter Einspritzung oder Vorkammer-Verbrennungsmotoren bezeichnet. Motorkonstruktionen, die Direkteinspritzung des Kraftstoffs oder die indirekte Einspritzung des Kraftstoffs nutzen, können als herkömmliche Verbrennungsmotoren bezeichnet werden. Die hierin beschriebene Zylinderabschaltungstechnologie ist sowohl auf herkömmliche als auch auf nicht herkömmliche Verbrennungsmotoren anwendbar, um Verbrennungszeitsteuerung, Verbrennungsqualität/-stabilität und stabile Motordrehzahl aufrechtzuerhalten. Die hierin beschriebenen Zylinderabschaltungsverfahren sind auch bei nicht herkömmlichen Verbrennungsmotoren anwendbar, wie z.B. Benzin-Direkteinspritzung (GDI), Niedertemperaturverbrennung (LTC), wie z. B. gesteuerte Vorgemisch-Kompressionszündung (PCCI) oder homogene Kompressionszündung (HCCI), und reaktivitätsgesteuerte Kompressionszündung (RCCI), um stabile und wiederholbare Verbrennungsvorgänge und stabile Motordrehzahl zu erreichen.
Wie vorstehend erläutert kann der Motor einen oder mehrere Motordrehzahlsensoren umfassen (z.B. der in 2A dargestellte Kurbelwellendrehzahlsensor 209). In einem Beispiel kann der Kurbelwellendrehzahlsensor/-wandler ein Halleffekt-Sensor, ein variabler Reluktanzsensor, ein linearer variabler Differentialtransformator, ein optischer Sensor oder andere Arten/Formen von Drehzahlsensoren sein, die konfiguriert sind, um die Kurbelwellendrehzahl (z.B. U/min) basierend auf der Drehzahl eines oder mehrerer Zähne auf einem Rad der Kurbelwelle zu bestimmen. Die Steuerung empfängt ein Signal (z.B. Ausgabe) vom Kurbelwellendrehzahlsensor. In einem Beispiel kann dieses Signal (das eine analoge Ausgabe sein kann, die jedes Mal, wenn ein Zahn des Rades der Kurbelwelle den Kurbelwellendrehzahlsensor passiert, einen Puls enthält) von einem Prozessor der Steuerung in ein Signal der Motordrehzahlsignal (z.B. U/min.) umgewandelt werden. Die Steuerung kann dann das Motordrehzahlsignal nutzen, um den Motorbetrieb anzupassen (z.B. die Kraftstoffzufuhr und/oder den Zylinderabschaltungsbetrieb anzupassen), um die erforderliche/geforderte Drehzahl und das erforderliche/geforderte Drehmoment zu erreichen.
So kann die Steuerung beispielsweise einen oder mehrere Motorbetriebsparameter (z.B. eine Kraftstoffmenge, die über ein oder mehrere Einspritzventile in die Motorzylinder eingespritzt wird) basierend auf der erfassten (instabilen oder schwankenden) Motordrehzahl einstellen, um die Motordrehzahl bei einer gewünschten Motordrehzahl zu halten. Wie vorstehend anhand von 1 erläutert ist, kann die Steuerung basierend auf der Motordrehzahl zusätzlich bestimmen, wann die Zylinderabschaltung des Motors erfolgen und nur Kraftstoff in eine Untergruppe der Zylinder eingespritzt werden soll. Wenn beispielsweise die Motordrehzahl schwankt und unter einen Schwellenwert fällt, kann die Steuerung eine Zylinderabschaltung auslösen. Auf diese Weise können Kraftstoffdosierungsfehler reduziert werden, was einen stabilen Motorbetrieb bei niedrigeren Motordrehzahlen ermöglicht, was zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch führt.
Mit Blick auf 2B und 2C zeigen diese zwei Ausführungsformen des dritten Aktors, der vorstehend anhand von 2A beschrieben ist. Insbesondere zeigen 2B und 2C Beispiele, wie der dritte Aktor die Position des Einlassventils unabhängig von Nockenbuckeln einstellen kann. In den Beispielen von 2B und 2C ist der dritte Aktor in Umfangsrichtung um das Einlassventil herum angeordnet gezeigt und betätigt das Einlassventil durch Drücken oder Ziehen an einem am Einlassventil befindlichen Knopf 254. Es ist jedoch zu beachten, dass in anderen Beispielen der dritte Aktor in dem Einlassventil integriert sein kann und die Länge des Einlassventils (und damit das Öffnen und Schließen des Einlassventils) durch Einschalten des Solenoids anpassen kann. So kann beispielsweise der dritte Aktor einen Abschnitt des Einlassventils umfassen, und durch Einschalten des Solenoids kann die Steuerung den Stößel vom Solenoid weg in Richtung der Oberseite/Schaft des Einlassventils drücken, wodurch das Einlassventil geöffnet wird.
Das erste Aktor ist als Nockenbuckel in zwei Positionen, die um 180 Grad versetzt sind, konfiguriert gezeigt, wobei der dritte Aktor AUS und EIN ist. Wie beim AUS des dritten Aktors und bei dem Nockenbuckel in einer ersten Position (z.B. 0°) dargestellt, befindet sich das Einlassventil in einer vollständig geschlossenen ersten Position. Wenn sich der Nockenbuckel um 180° in eine zweite Position (z.B. 180°) dreht, befindet sich das Einlassventil in einer vollständig geöffneten zweiten Position. Die Gradmarkierungen in 2B und 2C entsprechen nicht dem Kurbelwinkel oder Kolbenwinkel, sondern dienen lediglich dazu, zu zeigen, dass der Nockenbuckel in den beiden verschiedenen Positionen um 180 Grad versetzt ist. In der durch Aktor AUS und den Nockenbuckel bei 0° gezeigten Position tritt im Wesentlichen keine Ansaugluft in den Zylinder ein. Die Drehung des Nockenbuckels kann jedoch ein Öffnen des Einlassventils bewirken, während der dritte Aktor AUS ist. In der zweiten Position, in der der Nockenbuckel gegenüber der ersten Position um 180 Grad versetzt ist, ist das Einlassventil geöffnet, was die Ansaugluft in den Brennraum eintreten lässt. Wenn jedoch der dritte Aktor von der Steuerung eingeschaltet wird (z.B. die vorstehend in 1 und 2A beschriebene Steuerung 148), wird das Einlassventil vom dritten Aktor offen gehalten, und der Nockenbuckel kann sich frei drehen, ohne die Position des Einlassventils zu beeinflussen.
In dem Beispiel von 2B ist der dritte Aktor als Schiebe-Aktor konfiguriert gezeigt, wobei sich der Stößel 246 von dem Solenoid 242 weg erstreckt, wenn das Solenoid von der Steuerung eingeschaltet wird. 2C zeigt jedoch ein Beispiel, bei dem der dritte Aktor als Ziehtyp-Aktor konfiguriert ist, bei dem der Stößel zum Solenoid gezogen wird, wenn das Solenoid von der Steuerung eingeschaltet wird. Es versteht sich, dass alternative Arten von Aktoren verwendet werden können, um die Position des Einlassventils einzustellen, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen
Das erste Aktor kann somit ein Nockenbuckel sein, der mechanisch mit einer Nockenwelle gekoppelt ist, so dass er sich mit der Nockenwelle mitdreht. Dadurch werden Nockenbuckel und Nockenwelle miteinander in Rotation verriegelt. Die Nockenwelle und der Nockenbuckel können von der Kurbelwelle über eine geeignete Kopplung wie Zahnrad, Riemen oder Kette mechanisch angetrieben werden. Die Nockenwelle und der Nockenbuckel können sich nur einmal (360° Drehung) pro zwei Umdrehungen (720°) der Kurbelwelle drehen. Somit öffnet der Nockenbuckel das Einlassventil für eine Zeitdauer, die von der Form und dem geometrischen Profil des Nockenbuckels und der Drehzahl der Kurbelwelle vorgegeben wird, nur einmal (pro Motorzylinder) während eines Viertakt-Verbrennungszyklus, bei dem die Kurbelwelle zwei ganze Umdrehungen vollendet.
3 zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung 300 des Motors von 1, wobei der dritte Aktor 240 in jedem Zylinder des Motors enthalten ist. Jedes Einlassventil 214 kann mit einem dritten Aktor gekoppelt werden, so dass die Position jedes Einlassventils über einen entsprechenden dritten Aktor eingestellt werden kann. Die Steuerung ist mit jedem Aktor elektrisch gekoppelt, um dessen Position einzustellen. Weiterhin ist die Steuerung wie vorstehend anhand von 1 beschrieben mit jedem Kraftstoffeinspritzventil elektrisch gekoppelt. Die Steuerung kann eine Zylinderabschaltung auslösen, indem sie Signale an eines oder mehrere der Kraftstoffeinspritzventile sendet, um während eines Motorzyklus keinen Kraftstoff einzuspritzen. 4 zeigt eine beispielhafte Zündfolge für den Betrieb in einem Zylinderabschaltungsmodus. Wenn die Steuerung in einem Zylinderabschaltungsmodus arbeitet, kann sie Signale an die dritten Aktoren von Zylindern senden, die keine Verbrennung durchlaufen, um die Einlassventile während des Verdichtungstakts und während mindestens eines Teils des Arbeitstakts offen zu halten. Somit kann die Steuerung die Einlassventile länger offen halten, als die Einlassventile normalerweise während eines normalen Verbrennungszyklus von den Nockenbuckeln offen gehalten werden. Die Steuerung kann mit jedem Einlassventilaktor unabhängig elektrisch gekoppelt werden, so dass die Steuerung die Position jedes Aktors einzeln nach Bedarf einstellen kann.
Wie nachstehend anhand von 5 näher beschrieben wird, kann die Steuerung basierend auf Motordrehzahl und/oder vom Fahrer gefordertem Drehmoment und/oder vom Fahrer geforderter Drehzahl und/oder Kraftstoffzufuhrforderungen und/oder Temperatur eines Abgasnachbehandlungssystems (z.B. Abgasbehandlungssystem 130, das vorstehend in 1 beschrieben ist), etc. bestimmen, wann der Zylinderabschaltungsmodus ausgelöst werden soll. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerung basierend auf dem Kraftstoffraildruck und der Pulsweitenmodulation des Einspritzventils (PWM) bestimmen, wann eine Zylinderabschaltung ausgelöst werden soll, und/oder kann die Zylinderabschaltung anpassen. Der Druck eines Kraftstoffrails 336 kann von der Steuerung basierend auf Ausgaben eines in dem Kraftstoffrail angeschlossenen Drucksensors 358 geschätzt werden. Das Kraftstoffrail kann über eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe 334 mit Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 232 versorgt werden. Die Steuerung kann einen der Kraftstoffpumpe zugeführten Energiebetrag und damit eine dem Kraftstoffrail zugeführte Kraftstoffmenge regeln. Insbesondere kann die Steuerung den Betrieb der Kraftstoffpumpe steuern, um einen gewünschten Kraftstoffraildruck in dem Kraftstoffrail aufrechtzuerhalten. Das Kraftstoffrail kann wiederum die Einspritzventile mit Kraftstoff zur Einspritzung in die Zylinder versorgen.
Der gewünschte Kraftstoffraildruck und die Pulsweite des Einspritzventils, PWM, können von einer oder mehreren von Motorlast, gewünschtem Ausgangsdrehmoment, gewünschter Motordrehzahl etc. abhängen. So können der gewünschte Kraftstoffraildruck und die Pulsweite des Einspritzventils PWM eingestellt werden, um das gewünschte Ausgangsdrehmoment zu erreichen. So kann beispielsweise die Steuerung den gewünschten Kraftstoffraildruck und/oder den Pulsweitenbefehl des Einspritzventils erhöhen, um die Motorlast und das gewünschte Drehmoment zu erhöhen. Der gewünschte Kraftstoffraildruck und die Pulsweite des Einspritzventils, PWM, können von der Steuerung auf reduzierte Werte eingestellt werden, z.B. während Leerlauf des Motors und/oder niedrigen Motorlasten.
Auf diese Weise kann die Steuerung die Einspritzmenge beruhend auf dem Kraftstoffraildruck und dem entsprechenden PWM-Befehl folgern. Somit kann die Steuerung basierend auf dem Kraftstoffraildruck und dem PWM-Befehl des Einspritzventils bestimmen, wann Zylinderabschaltung auszulösen ist und wie viele Zylinder während des Zylinderabschaltungsbetriebs abgeschaltet werden müssen. So kann die Steuerung beispielsweise den Zylinderabschaltungsbetrieb auslösen, wenn die PWM-Pulsweite des Einspritzventils für einen bestimmten Kraftstoffraildruck unter einen Schwellenwert sinkt. Die Steuerung kann dann die Anzahl der Zylinder erhöhen, die abgeschaltet werden sollen, um die PWM-Pulsweite des Einspritzventils weiter unter den Schwellenwert für einen bestimmten Kraftstoffraildruck zu verringern.
Weiter zu 4 zeigt diese eine beispielhafte Zündfolge für einen Motor 404 in einem Zylinderabschaltungsmodus während vier aufeinanderfolgender vollständiger Motorzyklen. Der Motor 404 kann gleich oder ähnlich dem vorstehend anhand von 1 und 3 beschriebenen Motor 104 sein. Feuernde Zylinder sind durch gestrichelte Linien gekennzeichnet, während abgeschaltete Zylinder ohne gestrichelte Linien dargestellt sind. In dem Beispiel von 4 ist der Motor als Zwölfzylindermotor dargestellt, wobei die Zylinder als 1-12 bezeichnet sind. Wie in 4 dargestellt können die Zylinder für nachfolgende Motorzyklen zwischen Zündung und Abschaltung hin und her wechseln. Die abwechselnde Zünd- und Abschaltstrategie stellt sicher, dass kein Zylinder aufgrund von anhaltenden, langfristigen oder längeren Betriebszeiten im Zylinderabschaltungsmodus zu kalt läuft. Ein Motorzyklus ist hierin für einen Viertaktmotor definiert als zwei vollständige Umdrehungen der Kurbelwelle (720 Grad Drehung).
So können, wie für einen ersten Motorzyklus 410 dargestellt, die ungeraden Zylinder 1, 3, 5, 7, 9 und 11 feuern, während die geraden Zylinder 2, 4, 6, 8, 10 und 12 abgeschaltet werden können. Während eines zweiten Motorzyklus 420, der unmittelbar auf den ersten Motorzyklus folgt, werden dann die ungeraden Zylinder abgeschaltet, während die geraden Zylinder feuern. Ebenso feuern während eines dritten Motorzyklus 430, der unmittelbar auf den zweiten Motorzyklus folgt, ungerade Zylinder wieder, während die geraden Zylinder abgeschaltet werden. Während eines vierten Motorzyklus 440, der unmittelbar auf den dritten Motorzyklus folgt, werden wie im zweiten Motorzyklus die ungeraden Zylinder abgeschaltet und die geraden Zylinder feuern.
Wie hierin verwendet wird ein „feuernder“ Zylinder genutzt, um einen Zylinder zu beschreiben, in den Kraftstoff eingespritzt wird und in dem die Verbrennung während des Viertakt-Verbrennungszyklus des Zylinders stattfindet. Wenn also ein Zylinder „feuert“, wird er über ein Kraftstoffeinspritzventil Kraftstoff in diesen eingespritzt und verbrannt. Weiterhin wird der Begriff „abschalten“ verwendet, um einen Zylinder zu beschreiben, in den kein Kraftstoff eingespritzt wird und in dem keine Verbrennung während des Viertakt-Verbrennungszyklus des Zylinders stattfindet.
So wird in der in 4 dargestellten beispielhaften Zündfolge in Zylinder, die während eines bestimmten Motorzyklus abgeschaltet werden (z.B. keine Verbrennung durchlaufen), Kraftstoff eingespritzt und durchlaufen im unmittelbar nachfolgenden Motorzyklus Verbrennung. Auf diese Weise wechselt jeder Zylinder von Motorzyklus zu Motorzyklus zwischen Feuern und Abschaltung hin und her. Einfacher ausgedrückt feuert jeder Zylinder bei jedem zweiten Motorzyklus.
Es versteht sich jedoch, dass die in 4 dargestellte Zündfolge nur ein Beispiel für eine Zündfolge ist, die während des Zylinderabschaltungsbetriebs verwendet werden kann. Eine Steuerung (z.B. die vorstehend in 1-3 beschriebene Steuerung 148) kann Zylinder in anderen Folgen als in der in 4 dargestellten Folge zünden und abschalten. Darüber hinaus kann die Steuerung die Zündfolge und/oder die Anzahl der Zylinder, die während des Zylinderabschaltungsbetriebs abgeschaltet werden sollen, basierend auf Motorbetriebsbedingungen anpassen. Beispielsweise kann die Steuerung mehr Zylinder abschalten, wenn die Kraftstoffzufuhrforderungen niedriger sind als wenn die Kraftstoffzufuhrforderungen höher sind. Wenn die Kraftstoffzufuhrforderungen niedrig genug sind, dass die Steuerung feststellt, dass eine Zylinderabschaltung erwünscht ist, kann die Steuerung anschließend die Anzahl der abgeschalteten Zylinder und/oder die abzuschaltenden Zylinder basierend auf Betriebsbedingungen des Motors in Verbindung mit der im Programm/Code der ECU-Steuerung integrierten Zylinderabschaltungslogik anpassen. Wie nachstehend näher beschrieben kann die Anzahl der abgeschalteten Zylinder während des Zylinderabschaltungsbetriebs die Zündfolge beeinflussen. In 4 sind beispielsweise sechs Zylinder pro Motorzyklus abgeschaltet. Somit kann jeder Zylinder bei jedem zweiten Motorzyklus feuern. Wenn jedoch mehr Zylinder abgeschaltet werden, kann die Häufigkeit, mit der ein Zylinder feuert, abnehmen. Wenn beispielsweise acht Zylinder pro Motorzyklus abgeschaltet werden, kann ein Zylinder nur bei jedem dritten Motorzyklus feuern. In noch weiteren Beispielen ist die Häufigkeit, mit der ein Zylinder feuert, möglicherweise nicht regelmäßig. D.h. die Zylinder können in einer sich nicht wiederholenden Weise feuern, die zufällig sein kann, oder von der Steuerung basierend auf sich ändernden Motorbetriebsbedingungen dynamisch bestimmt werden kann.
Weiter zu 5 zeigt diese ein Flussdiagramm eines Verfahrens 500 für Zylinderabschaltung eines Motors (z.B. Motor 104, der vorstehend in 1-3 beschrieben ist) basierend auf Kraftstoffzufuhrforderungen und für Einstellen des Schließzeitpunkts des Einlassventils abgeschalteter Zylinder bei Zylinderabschaltung des Motors. Wie vorstehend erläutert kann mindestens ein Kraftstoffeinspritzventil (z.B. Kraftstoffeinspritzventil 111, das vorstehend in 1 und 3 beschrieben ist) mit jedem Zylinder (z.B. Zylinder 108, der vorstehend in 1 und 3 beschrieben ist) des Motors gekoppelt werden. Wenn jedoch die Kraftstoffzufuhrforderungen abnehmen, z. B. wenn die von einem Fahrzeugführer geforderte Drehzahl oder das vom Fahrzeugführer geforderte Drehmoment sinkt, nimmt die von den Einspritzventilen eingespritzte Kraftstoffmenge ab. Fehler bei der Kraftstoffdosierung können bei niedrigeren Einspritzmengen zunehmen. D.h. die Einspritzventile können bei niedrigeren Kraftstoffeinspritzmengen, die dem Einspritzventilbetrieb im ballistischen Bereich entsprechen, ungenauer sein. Dementsprechend kann bei Sinken der Kraftstoffzufuhrforderungen unter einen Schwellenwert eine Zylinderabschaltung ausgelöst werden und es wird kein Kraftstoff in mindestens einen der Zylinder eingespritzt. Durch die Zylinderabschaltung des Motors wird die gesamte Kraftstoffmenge, die von allen Zylindern während eines bestimmten Motorzyklus gemeinsam einzuspritzen ist, auf weniger Zylinder verteilt, wodurch die Kraftstoffmenge, die von jedem feuernden Zylinder eingespritzt wird, erhöht wird und dadurch Kraftstoffdosierungsfehler verringert werden, wodurch die mit den feuernden Zylindern gekoppelten Einspritzventile im nicht-ballistischen Modus betrieben werden.
Befehle zum Ausführen des Verfahrens 500 und des Rests der hierin enthaltenen Verfahren können von einer Steuerung (etwa der in 1-3 gezeigten Steuerung 148) beruhend auf Befehlen, die in dem Speicher der Steuerung gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Motorsystems erhalten werden, etwa den vorstehend unter Verweis auf 1-3 beschriebenen Sensoren (z.B. Kurbelwellendrehzahlsensor 209), ausgeführt werden. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems (etwa Aktoren von Kraftstoffeinspritzventilen) nutzen, um gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren Motorbetrieb anzupassen.
Bei 502 umfasst das Verfahren das Schätzen und/oder Messen der Motorbetriebsbedingungen. Die Betriebsbedingungen des Motors können eine oder mehrere von Motordrehzahl, Motorausgangsdrehmoment, vom Fahrer gefordertes Drehmoment, vom Fahrer geforderte Drehzahl, Kraftstoffraildruck, geschätzte Kraftstoffmenge, Temperatur eines Abgasnachbehandlungssystems (z.B. Abgasbehandlungssystem 130, wie vorstehend in 1 beschrieben) oder dergleichen umfassen.
Bei 503 umfasst das Verfahren das Bestimmen, ob es erwünscht ist, Zylinderabschaltung auszulösen. Insbesondere umfasst das Verfahren 500 bei 503 das Bestimmen, ob ein oder mehrere Kraftstoffeinspritzventile in ihrem ballistischen Bereich arbeiten oder arbeiten werden. D.h. das Verfahren 500 bei 503 umfasst das Bestimmen, ob die gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge kleiner als die tatsächlich von dem Einspritzventil eingespritzte Kraftstoffmenge ist oder sein wird, während das Einspritzventil öffnet, bevor es eine vollständig geöffnete zweite Position erreicht. So umfasst das Verfahren 500 bei 503 das Vergleichen der gewünschten Einspritzmenge mit dem ballistischen Bereich des Einspritzventils. Wenn sich die gewünschte Einspritzmenge innerhalb des ballistischen Bereichs befindet (weniger als die tatsächliche Kraftstoffmenge, die eingespritzt wird oder wurde, während das Einspritzventil vollständig in die zweite Position öffnet), kann die Steuerung bestimmen, dass es gewünscht ist, einen oder mehrere Motorzylinder abzuschalten. Liegt die gewünschte Einspritzmenge jedoch über dem ballistischen Bereich, dann kann die Steuerung bestimmen, dass eine Zylinderabschaltung nicht erwünscht ist.
Die gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge kann eine gewünschte Einheitskraftstoffzufuhr umfassen, bei der es sich um eine gewünschte Kraftstoffmenge handelt, die während einer einzelnen Einspritzung oder während eines einzelnen Arbeitstaktes eines zugehörigen Motorzylinders, in dem das Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff positioniert ist, einzuspritzen ist. Die gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge bzw. der PWM-Befehl kann von der Steuerung basierend auf einem oder mehreren von: Motorbetriebsbedingungen, wie Motordrehzahl und Kraftstoffraildruck, und einem gewünschten Drehmoment, wie beispielsweise einem vom Fahrer geforderten Drehmoment, bestimmt werden. Wie vorstehend in 1 beschrieben kann das gewünschte Ausgangsdrehmoment von einem Fahrzeugführer über einen Hebel oder eine andere Eingabevorrichtung (z.B. Eingabevorrichtung 150, wie vorstehend in 1 beschrieben) eingestellt werden. Im Einzelnen stellt die Steuerung die gewünschte Einspritzmenge ein, um das gewünschte Ausgangsdrehmoment zu erreichen. Somit bestimmt die Steuerung basierend auf den Motorbetriebsbedingungen, wie viel Kraftstoff eingespritzt werden muss, um das gewünschte Ausgangsdrehmoment zu erreichen.
Insbesondere kann die gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge bei abnehmender Motordrehzahl unter der Annahme relativ konstanter Leistungsabgabe zunehmen und umgekehrt. D.h. die gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge kann direkt proportional zum gewünschten Ausgangsdrehmoment sein, wobei sich das tatsächliche Ausgangsdrehmoment in Abhängigkeit von Änderungen der Motordrehzahl ändern kann.
Die Steuerung kann basierend auf Kraftstoffraildruck und der Einspritzventilpulsweite (PWM) zusätzlich den ballistischen Bereich und damit den Zeitpunkt zum Auslösen der Zylinderabschaltung bestimmen. Wie vorstehend anhand von 3 beschrieben kann die Steuerung beispielsweise den Zylinderabschaltungsbetrieb auslösen, wenn die PWM bei einem bestimmten Kraftstoffraildruck unter einen Schwellenwert sinkt. Wie vorstehend anhand von 3 erläutert ist die Einspritzmenge proportional zum Kraftstoffraildruck und dem Pulsweitenbefehl (PWM) des Einspritzventils. Der Kraftstoffraildruck und die Einspritzventil-PWM (die von der Steuerung kontinuierlich überwacht wird) können daher verwendet werden, um die Einspritzmenge abzuleiten. Somit entsprechen niedrige Kraftstoffraildrücke und/oder eine kürzere Einspritzventil-PWM den Betriebsbedingungen des Motors im Leerlauf (keine Last) und bei leichten Lasten. Unter diesen Bedingungen ist die erforderliche Einspritzmenge im Wesentlichen klein oder niedrig (weniger als 5% bis 10% der maximalen Einspritzmenge, die für das Erreichen/Erfüllen des Volllastbetriebs des Motors erforderlich ist). Somit kann die Steuerung bestimmen, wann der Zylinderabschaltungsbetrieb ausgelöst werden muss, und kann die Zündfolge und die Anzahl der abzuschaltenden Zylinder basierend auf dem Kraftstoffraildruck und der PWM-Pulsweite des Einspritzventils bestimmen. So kann beispielsweise die Steuerung für höhere Kraftstoffraildrücke und/oder eine kürzere PWM-Pulsweite des Einspritzventils mehr Zylinder abschalten. In einem Beispiel kann der Leerlaufbetrieb des Motors (bei niedriger Motordrehzahl) erreicht und aufrechterhalten werden, indem 6 oder 8 Zylinder eines 12-Zylinder-Motors abgeschaltet werden.
Wie vorstehend anhand von 1 erläutert kann der tatsächliche Kraftstoffdurchsatz aus dem Einspritzventil bei einem Anstieg des Kraftstoffraildrucks und/oder einem Abfall des Zylinderinnendrucks steigen. Somit erhöht sich die Kraftstoffmenge, die eingespritzt wird, bevor das Einspritzventil die vollständig geöffnete zweite Position (den ballistischen Bereich) erreicht, bei Erhöhung des Kraftstoffraildrucks und/oder Verringerung des Zylinderinnendrucks. Somit können die Kraftstoffeinspritzventile im ballistischen Bereich mit höheren gewünschten Kraftstoffeinspritzmengen für einen Anstieg des Kraftstoffraildrucks und/oder einen Abfall des Zylinderinnendrucks betrieben werden. Einfacher ausgedrückt kann die Steuerung bei gleichbleibender Abnahme der gewünschten Einspritzmenge bei fehlender Zylinderabschaltung bei höheren Kraftstoffraildrücken und/oder längeren PWM-Pulsweiten des Einspritzventils früher zu Zylinderabschaltung umschalten.
In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung als Reaktion auf eine unter einen Schwellenwert fallende Motordrehzahl eine Zylinderabschaltung auslösen. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerung basierend auf der Motorlast bestimmen, wann eine Zylinderabschaltung ausgelöst werden soll. Die Motorlast kann Hilfslasten aus einer Lichtmaschine und anderen elektrischen Vorrichtungen umfassen. Die Steuerung kann als Reaktion auf unter einen Schwellenwert fallende Motorlasten eine Zylinderabschaltung auslösen. In noch weiteren Beispielen kann die Steuerung anhand der vom Fahrer geforderten Motordrehzahl und/oder Änderungen von Kraftstoffeinspritzung von Zylinder zu Zylinder (z.B. Änderung des Ausgangsdrehmoments von Zylinder zu Zylinder) bestimmen, ob eine Zylinderabschaltung erwünscht ist. Die Steuerung kann als Reaktion auf ein Sinken der Motorlast unter einen Lastschwellenwert, auf Leerlauf des Motors, Bremsen, dynamisches Bremsen und/oder anomale Bedingungen wie ein oder mehrere fehlerhafte (z.B. verschlechterte) Einspritzventile, ein oder mehrere fehlerhafte Motorzylinder und dergleichen eine Zylinderabschaltung auslösen. Somit kann die in dieser Offenbarung beschriebene Zylinderabschaltungstechnik verwendet werden, um einen instabilen Motorbetrieb, der durch bestimmte Hardware- und/oder Softwarefehler oder Defekte oder Störungen im Motorsystem verursacht wird, „vorübergehend“ zu korrigieren oder zu beheben oder zu kompensieren. Das ECU (Motorsteuerung) ist so programmiert, dass es erkennt, dass eine Zylinderabschaltung aktiviert wurde, um ein Hardware- und/oder Softwareproblem des Motors zu kompensieren. Das ECU fordert dann eine Unterbrechung zwecks Wartung, um eine „permanente“ Korrekturmaßnahme oder -behebung durchzuführen. Die „vorübergehende“ Zylinderabschaltbehebung/- korrektur wird fortgesetzt, bis der Motor zum frühest möglichen Zeitpunkt gewartet werden kann.
Das nachstehend in 6 beschriebene Verfahren liefert weitere Details darüber, wie die Steuerung bestimmen kann, wann eine Zylinderabschaltung ausgelöst werden soll. Als ein Beispiel kann eine Zylinderabschaltung während eines Leerlaufs des Motors erwünscht sein. Als weiteres Beispiel kann eine Zylinderabschaltung bei niedrigeren Motordrehzahlen, auch wenn der Motor nicht im Leerlauf ist, bei niedrigeren Drehmomentforderungen, niedrigeren Kraftstoffzufuhrforderungen usw. erwünscht sein.
Wenn eine Zylinderabschaltung nicht erwünscht ist (z.B. wenn die Kraftstoffzufuhrforderungen höher als der Schwellenwert sind), fährt das Verfahren mit 504 fort. Bei 504 umfasst das Verfahren basierend auf den Motorbetriebsparametern das Halten von sekundären Einlassventilaktoren (z.B. des dritten Aktors 240, der vorstehend in 2A-3 beschrieben ist) bei AUS und das fortgesetzte Einspritzen von Kraftstoff in alle Zylinder. Wenn die sekundären Einlassventilaktoren bei AUS gehalten werden, können die Einlassventile über Aktoren betätigt (z.B. geöffnet und geschlossen) werden, die mechanisch von einer Kurbelwelle angetrieben werden. Somit umfasst das Verfahren bei 504 das Antreiben des Öffnens und Schließens der Einlassventile über die Kurbelwelle.
Alternativ fährt bei 503, wenn eine Zylinderabschaltung erwünscht ist, das Verfahren mit 506 fort, welches das Bestimmen einer Anzahl von Zylindern umfasst, die pro Motorzyklus abgeschaltet werden sollen. Somit kann die Steuerung basierend auf einer oder mehreren Motorbetriebsbedingungen bestimmen, wie viele Zylinder abzuschalten sind, wenn Zylinderabschaltung gewünscht wird. Beispielsweise kann die Steuerung mehr Zylinder abschalten, wenn die Kraftstoffzufuhrforderungen, das vom Fahrer geforderte Drehmoment usw. sinken. Somit kann die Steuerung basierend auf der Gesamtmenge an Kraftstoff, die während eines bestimmten Motorzyklus von allen Zylindern gemeinsam einzuspritzen ist, bestimmen, wie viele Zylinder abzuschalten sind. In einem Beispiel kann die Steuerung ausreichend viele Zylinder abschalten, so dass alle der feuernden Zylinder mehr als eine Schwellenmenge an Kraftstoff einspritzen. Die Schwellenmenge an Kraftstoff kann eine Kraftstoffmenge umfassen, die ausreicht, um die Kraftstoffeinspritzventile in ihrem nicht-ballistischen Bereich zu halten. So kann beispielsweise der nicht-ballistische Bereich einzelne Einspritzungen durch die Kraftstoffeinspritzventile umfassen, die größer als etwa 500 mm³ sind. In anderen Beispielen kann der nicht-ballistische Bereich jedoch bei einem bestimmten Kraftstoffraildruck einen Bereich von Einheitskraftstoffzufuhrmengen in einem Bereich zwischen 200 und 800 mm³ darstellen. So kann die Steuerung angesichts der Gesamtmenge an Kraftstoff, die während eines bestimmten Motorzyklus eingespritzt werden soll, bestimmen, wie viele Zylinder abgeschaltet werden sollen, um sicherzustellen, dass bei den Einspritzventilen, die während des Motorzyklus Kraftstoff einspritzen (z.B. nicht abgeschaltete Zylinder), die Einspritzventile in ihren nicht-ballistischen Bereichen arbeiten. Auf diese Weise können Kraftstoffdosierungsfehler reduziert werden, da Kraftstoffeinspritzventile bei Arbeiten in ihrem ballistischen Bereich ungenauer sind als in ihrem nicht-ballistischen Bereich. D.h. Kraftstoffeinspritzventile können eine prozentual höhere Variabilität von Einspritzung zu Einspritzung und Einspritzventil zu Einspritzventil aufweisen, wenn sie in ihrem ballistischen Bereich (niedrigere Kraftstoffeinspritzmengen) arbeiten als in ihrem nicht-ballistischen Bereich. Durch das Halten der Einspritzventile in ihren nicht-ballistischen Bereichen und dadurch die Reduzierung von Kraftstoffdosierungsfehlern können die Einspritzkonsistenz und Wiederholgenauigkeit erhöht und damit Emissionen und instabiler Motorbetrieb reduziert werden.
Nach dem Bestimmen, wie viele Zylinder abzuschalten sind, kann das Verfahren dann von 506 bis 508 vorrücken, das das Bestimmen einer Zündfolge für jeden Motorzyklus umfasst. Eine beispielhafte Zündfolge für einen Zwölfzylindermotor bei Zylinderabschaltung von sechs der Zylinder ist vorstehend anhand von 4 beschrieben. Die Zylinderabschaltfolge kann so bestimmt werden, dass sichergestellt ist, dass kein Einspritzventil bzw. keine Einspritzventile beschädigt werden. So kann die Steuerung beispielsweise zwischen dem Feuern und Nichtfeuern eines oder mehrerer bestimmter Einspritzventile wechseln. Durch den Wechsel des bzw. der Einspritzventile zwischen Feuern und Zylinderabschaltung und damit nur Abschaltung des bzw. der Einspritzventile in jedem zweiten Motorzyklus, kann eine Überhitzung des bzw. der Einspritzventile und/oder ein übermäßiger Firnis-/Harzaufbau an dem bzw. den Einspritzventilen und/oder ein zu trockener Neustart während des Betriebs nach Zylinderabschaltung verhindert werden. Wenn während des Zylinderabschaltungsbetriebs kein Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird, können zu hohe Temperaturen in der Einspritzventildüse zu Firnis-/Harzbildung von Kraftstoff in der Düsenbohrung und anschließendem Festfressen der Düse in der Düsenbohrung führen. Durch die Begrenzung der Zylinderabschaltdauer und/oder der Zylinderabschalthäufigkeit pro Zylinder kann somit eine Überhitzung bei der Einspritzung verhindert werden. Die Vermeidung langer Zeiträume (oder mehrerer Zyklen) der Zylinderabschaltung stellt außerdem sicher, dass keiner der Motorzylinder aufgrund von Nichtverbrennung zu kalt wird. Das Wechseln zwischen Feuern und Zylinderabschaltung zwischen Motorzylindern trägt zu einem gleichmäßigen Verschleiß der Motorzylinder bei. Somit werden die Gesamtleistung und die Lebensdauer des Motors durch den Zylinderabschaltungsmodus nicht beeinträchtigt.
Das Verfahren kann dann von 508 bis 510 vorrücken, was das Bestimmen einer Einspritzungsabschalthäufigkeit pro Zylinder basierend auf der Anzahl der abzuschaltenden Zylinder pro Motorzyklus und der Zündfolge pro Motorzyklus umfasst. Wie beispielsweise im Beispiel von 4 dargestellt ist, kann die Steuerung Zylinder mit einer regelmäßigen Periodizität abschalten. Die Steuerung kann Zylinder bei einer regelmäßigen Frequenz abschalten, wenn sich die Anzahl der abzuschaltenden Zylinder und/oder die Zündfolge nicht von Motorzyklus zu Motorzyklus ändert. Wenn die Steuerung die Hälfte der Zylinder pro Motorzyklus abschaltet, kann die Steuerung zum Beispiel einen bestimmten Zylinder bei jedem zweiten Motorzyklus zünden, so dass alle Zylinder bei aufeinanderfolgenden Motorzyklen zwischen Feuern und Abschalten hin und her wechseln.
Es versteht sich jedoch, dass in anderen Beispielen die Steuerung Zylinder unregelmäßig abschalten kann, so dass die Zündfolge für jeden Motorzyklus unterschiedlich sein kann. In noch weiteren Beispielen kann die Steuerung die Anzahl der abzuschaltenden Zylinder und/oder die Zündfolge für jeden Motorzyklus einzeln basierend auf den Motorbetriebsbedingungen vor und/oder zu Beginn des nächsten Motorzyklus bestimmen. Auf diese Weise kann die Steuerung einen oder mehrere der Anzahl abgeschalteter Zylinder und/oder die Zündfolge für jeden Motorzyklus basierend auf Änderungen der Motorbetriebsbedingungen gegenüber dem vorherigen Motorzyklus dynamisch anpassen. In anderen Beispielen kann die Steuerung die Zündfolge und/oder die Anzahl der abzuschaltenden Zylinder mit einer Frequenz aktualisieren, die kleiner ist als jeder Motorzyklus (z.B. alle fünf Motorzyklen).
Das Verfahren kann dann von 510 bis 512 vorrücken, was das Einspritzen von Kraftstoff nur in die nicht abgeschalteten Zylinder und das Einschalten der sekundären Einlassventilaktoren nur der abgeschalteten Zylinder umfasst, um die Einlassventile der abgeschalteten Zylinder länger offen zu halten als die Einlassventile der nicht abgeschalteten Zylinder. So kann die Steuerung bei Zylinderabschaltung des Motors elektrische Steuersignale (z.B. durch Pulsweitenmodulation) an die sekundären Einlassventilaktoren von nicht feuernden Zylindern (z.B. Zylindern, in die während eines bestimmten Motorzyklus kein Kraftstoff eingespritzt wird) senden, um länger offen zu bleiben, als die Einlassventile bei laufender Verbrennung geöffnet sind. Somit kann der Schließzeitpunkt der Einlassventile für feuernde Zylinder während des Zylinderabschaltungsmodus derselbe sein wie bei der normalen Verbrennung, bei der alle Zylinder feuern. Wenn keine Zylinderabschaltung des Motors ausgeführt wird, wird der Schließzeitpunkt der Einlassventile nicht auf spät gestellt, und bei Feuern von Zylindern während des Zylinderabschaltungsmodus wird der Schließzeitpunkt des Einlassventils nicht auf spät gestellt. D.h. der Einlassventil-Schließzeitpunkt von abgeschalteten Zylindern wird gegenüber dem Schließzeitpunkt von feuernden Zylindern auf spät gestellt, so dass das Einlassventil bei abgeschalteten Zylindern länger offen gehalten wird als bei feuernden Zylindern.
Insbesondere und wie nachstehend anhand von 7 näher erläutert ist, können die Einlassventile während der gesamten Verdichtung, eines Teils oder des gesamten Arbeitstakts und in einigen Beispielen für einen Teil des Abgastakts offen gehalten werden. Die Steuerung kann die Einlassventile offen halten, indem sie in Beispielen, in denen der sekundäre Einlassventilaktor als elektromagnetischer Aktor konfiguriert ist, ein elektrisches Steuersignal an ein Solenoid (z.B. Solenoid 242, wie vorstehend in 2A-2C beschrieben) sendet, um das Einlassventil zu öffnen. Die Steuerung kann jedoch in Beispielen, in denen die Einlassventilbetätigung durch Drehung der Kurbelwelle angetrieben wird (z.B. über Nockenwelle und Nockenbuckel), die Einlassventilaktoren des feuernden Zylinders ausgeschaltet halten, so dass die Einlassventilsteuerung der feuernden Zylinder durch Kurbelwellendrehung vorgegeben werden kann. Durch das Offenhalten der Einlassventile der nicht feuernden (z.B. abgeschalteten) Zylinder während Verdichtungen und Arbeitstakt können die mit dem Verdichten und Ausdehnen einer festen Masse an Zylinderinnenluft verbundenen Pumpverluste reduziert werden.
Das Verfahren kann dann von 510 bis 512 vorrücken, was das Überwachen von Motorbetriebsbedingungen umfasst. So kann die Steuerung während der Zylinderabschaltung weiterhin Betriebsbedingungen des Motors überwachen, um festzustellen, ob die Zylinderabschaltung angepasst werden soll. Dementsprechend umfasst das Verfahren bei 516 das Bestimmen, ob Motorbetriebsbedingungen stabil sind. So kann beispielsweise das Verfahren bei 516 das Bestimmen umfassen, ob eines oder mehrere von Motordrehzahl, Abgastemperatur, Leistungs-/Drehmomentabgabe, Drehmomentungleichgewichten, Kraftstoffraildruck und PWM-Pulsbreite des Kraftstoffeinspritzventils innerhalb der jeweils gewünschten/tolerierbaren Bereiche liegen. Wenn eine oder mehrere der vorstehenden Motorbetriebsbedingungen außerhalb ihres gewünschten/tolerierbaren Bereichs liegen, kann die Steuerung den Zylinderabschaltungsbetrieb aus Reaktion darauf anpassen. Somit kann das Verfahren von 516 bis 518 vorrücken, was das Einstellen eines oder mehrerer von Zylinderabschaltung, Kraftstoffeinspritzung und Motordrehzahl umfasst, um stabile Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten, wenn bestimmt wird, dass Betriebsbedingungen des Motors bei 516 nicht stabil sind. So kann beispielsweise die Steuerung die Abgastemperatur erhöhen, wenn ein Partikelfilter (z.B. DPF 132, wie vorstehend in 1 beschrieben) regeneriert werden soll. Wenn beispielsweise die Abgastemperatur unter einem Schwellenwert liegt, kann die Steuerung versuchen, die Abgastemperatur durch Reduzieren des Gesamtluftdurchsatzes des Motors und/oder Erhöhen der Kraftstoffgesamtzufuhr und/oder Spätverstellen des Verbrennungsvorgangs anzuheben. Wenn die Aktivierung des Abgasnachbehandlungssystems nicht erwünscht ist (z.B. ist Energie zum Anspringen der katalytischen Reaktion nicht erforderlich), kann die Zylinderabschaltung aktiviert werden. Wenn jedoch die Aktivierung des Abgasnachbehandlungssystems erforderlich ist und zusätzlicher Kraftstoff für das Anspringen der katalytischen Reaktion erforderlich ist, kann die Zylinderabschaltung deaktiviert werden, und alle Zylinder können Kraftstoff in ihre jeweiligen Zylinder einspritzen.
Wenn in einem weiteren Beispiel die Aktivierung des Abgasnachbehandlungssystems gewünscht wird, während die Steuerung einen oder mehrere Motorzylinder abschaltet, kann die Steuerung die Anzahl der feuernden Zylinder reduzieren (die Anzahl der abgeschalteten Zylinder erhöhen), um die Kraftstoffmenge zu erhöhen, die in jeden der feuernden Zylinder eingespritzt wird, um die feuernden Zylinder mit einem fetteren Luft-/Kraftstoffverhältnis zu betreiben und eine höhere Abgastemperatur zu erreichen. Dann endet das Verfahren.
Wenn die Motorbetriebsbedingungen bei 516 stabil sind, kann das Verfahren alternativ zu 520 vorrücken, was das Aufrechterhalten des Zylinderabschaltungsbetriebs umfasst. Dann endet das Verfahren.
Weiter zu 6 zeigt diese ein Verfahren 600 zum Bestimmen, wann eine Zylinderabschaltung ausgelöst werden soll. Somit kann die Steuerung das Verfahren 600 bei Schritt 503 des vorstehend in 5 beschriebenen Verfahrens 500 ausführen. Das Verfahren beginnt bei 602, welches das Einstellen eines Zylinderabschaltungsschwellenwerts basierend auf einem oder mehreren von Motordrehzahl, Kraftstoffzufuhrforderungen, Kraftstoffraildruck und PWM-Pulsweite des Kraftstoffeinspritzventils umfasst. Insbesondere kann der Schwellenwert die tatsächliche Kraftstoffmenge darstellen, die von dem Einspritzventil beim Öffnen des Einspritzventils geliefert wird. Somit kann der Schwellenwert der ballistische Bereich des Einspritzventils sein, und insbesondere die Kraftstoffeinspritzmenge, bei der das Einspritzventil zwischen dem ballistischen und dem nicht-ballistischen Bereich wechselt. Anders gesagt kann der Schwellenwert die Kraftstoffmenge darstellen, die tatsächlich von dem Einspritzventil eingespritzt wird, bevor das Einspritzventil die vollständig geöffnete zweite Position erreicht. Die Steuerung kann als Reaktion darauf, dass die gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge unter den Schwellenwert fällt, einen Zylinderabschaltungsbetrieb auslösen. Wie vorstehend anhand von 5 erläutert kann der Schwellenwert (z.B. ballistischer Bereich) von Kraftstoffraildruck, Pulsweite des Einspritzventils PWM und/oder dem Druck im Zylinder abhängen. Somit kann die Steuerung den Schwellenwert basierend auf dem Kraftstoffraildruck, der PWM-Pulsweite des Einspritzventils und/oder dem Druck im Zylinder einstellen. Insbesondere kann der Schwellenwert bei größeren Unterschieden zwischen dem Kraftstoffraildruck und dem Zylinderinnendruck steigen, wenn der Kraftstoffraildruck höher ist als der Zylinderinnendruck. D.h. es kann mehr Kraftstoff eingespritzt werden, wenn der Kraftstoffraildruck zunehmend höher wird als der Zylinderinnendruck. In einem weiteren Beispiel kann der Schwellenwert für Verringerungen des Pulsweiten-Signals (PWM) unter ein vordefiniertes, niedrigeres Pulsweiten-Signal steigen (was in einem Beispiel dem Betrieb im ballistischen Bereich entsprechen kann). Die Steuerung kann zusätzlich oder alternativ als Reaktion auf das Sinken der Motorlast unter einen Lastschwellenwert, instabile Motordrehzahl oder Drehzahlschwankungen, die einen eingestellten zulässigen Sollwert übersteigen, Motorleerlauf, Bremsen und dynamisches Bremsen eine Zylinderabschaltung auslösen.
Bei 604 umfasst das Verfahren das Bestimmen der Kurbelwellendrehzahlbeschleunigungen (Drehmomentabgabe) einzelner Motorzylinder, die sich aus der Einspritzung von Kraftstoff in jeden Zylinder ergeben. So kann beispielsweise jedes Mal, wenn Kraftstoff in einen Zylinder eingespritzt wird, die momentane Motordrehzahl ansteigen (und entsprechend steigt die Beschleunigung der Motordrehzahl proportional zur eingespritzten Kraftstoffmenge). Die Steuerung kann das Motordrehzahlsignal von einem Motordrehzahlsensor (z.B. Drehzahlsensor 209, wie vorstehend in 2A beschrieben) und/oder einem Drehmomentsensor während aller Einspritzvorgänge empfangen und dann jede Motordrehzahlbeschleunigung (z.B. jede Spitze der Motordrehzahl) mit jedem Kraftstoffeinspritzventil/Zylinder basierend auf der bekannten Zündfolge der Zylinder korrelieren. Infolgedessen kann die Steuerung eine logische Bestimmung der einzelnen Motordrehzahlbeschleunigungen (Drehmomentbeiträge) für jedes Kraftstoffeinspritzventil/jeden Zylinder basierend auf Logikregeln vornehmen, die eine Funktion des empfangenen (z.B. gemessenen) Motordrehzahlsignals und der bekannten Zündfolge sind.
Bei 606 umfasst das Verfahren das Vergleichen der einzelnen Motordrehzahlbeschleunigungen oder Drehmomentbeiträge für jedes Kraftstoffeinspritzventil/jeden Zylinder. Unterschiede im Ausgangsdrehmoment von Zylinder zu Zylinder können verwendet werden, um eine Menge an Kraftstoff anzuzeigen, die von jedem Einspritzventil eingespritzt wird, da das Ausgangsdrehmoment direkt proportional zur Kraftstoffzufuhr ist. Drehmomentungleichgewichte oder Schwankungen des Ausgangsdrehmoments von Zylinder zu Zylinder können daher zunehmen, wenn die Einspritzventildosierfehler und Schwankungen zwischen Einspritzventilen zunehmen. So können Kraftstoffdosierfehler durch Analysieren von Drehmomentungleichgewichten zwischen den verschiedenen Zylindern überwacht werden.
So umfasst das Verfahren bei 608 das Einstellen des Schwellenwerts zum Auslösen des Zylinderabschaltungsbetriebs basierend auf den Drehmomentungleichgewichten. So kann beispielsweise bei zunehmenden Momentenungleichgewichten der Schwellenwert auf eine höhere Motordrehzahl eingestellt werden, so dass bei abnehmender Motordrehzahl die Zylinderabschaltung früher ausgelöst wird, als es der Fall gewesen wäre, wenn der Schwellenwert bei einer niedrigeren Motordrehzahl eingestellt worden wäre.
Bei 610 umfasst das Verfahren das Auslösen der Zylinderabschaltung, wenn die Motorbetriebsbedingungen den Schwellenwert für das Auslösen des Zylinderabschaltungsbetriebs erreichen. Auf diese Weise kann die Steuerung je nach Größe der Änderung der Einspritzmenge von Zylinder zu Zylinder eine Zylinderabschaltung bei unterschiedlichen Motordrehzahlen, Kraftstoffzufuhrforderungen usw. auslösen. Dann endet das Verfahren.
Weiter zu 7 zeigt diese zwei Graphen, die Änderungen des Einlassventil-Schließzeitpunkts bei Vorliegen von Verbrennung in einem Zylinder im Vergleich zu Zylinderabschaltung während des Zylinderabschaltungsbetriebs darstellen. Insbesondere zeigt 7, wie das Einlassventil bei Abschaltung länger offen gehalten wird als beim Feuern. Ein erster Graph 700 stellt Änderungen der Position eines Einlassventils und eines Auslassventils eines Zylinders dar, der Verbrennung durchläuft, und ein zweiter Graph 750 zeigt Änderungen der Position des Einlass- und Auslassventils, während der Zylinder abgeschaltet ist und keine Verbrennung durchläuft. Bei beiden Graphen ist die Kolbenposition entlang der horizontalen Achse dargestellt. Der Kolben bewegt sich zwischen dem unteren Totpunkt (UT) und dem oberen Totpunkt (OT) hin und her. Da der Kolben die Drehbewegung einer Kurbelwelle antreibt, kann die Kolbenposition in einen Drehwinkel der Kurbelwelle umgewandelt werden. Wenn beispielsweise OT als 0° definiert ist, könnte UT als 180° relativ zum OT definiert werden. Wenn als weiteres Beispiel sich der Kolben auf halbem Weg zwischen OT und UT befindet, während er sich in Richtung OT bewegt, kann er als 90° relativ zum OT definiert werden. Somit erfolgt eine vollständige 360°-Drehung der Kurbelwelle, wenn sich der Kolben von OT zu UT und zurück zu OT bewegt. Wie vorstehend beschrieben findet ein vollständiger Motorzyklus für einen Viertaktmotor für zwei volle Umdrehungen (720°) der Kurbelwelle statt.
Wenn keine Zylinderabschaltung des Motors stattfindet und alle Zylinder während eines Motorzyklus Verbrennung durchlaufen, kann das Einlassventil durch einen Nockenbuckel (z.B. ersten Aktor 218, der vorstehend in 2A-3 beschrieben ist) betätigt werden, der mechanisch mit a (z.B. Nockenwelle 252, die vorstehend in 2B und 2C beschrieben ist) gekoppelt ist und durch Drehung einer Kurbelwelle angetrieben wird. Somit kann der Öffnungs- und Schließzeitpunkt des Einlassventils von Motorzyklus zum Motorzyklus festgelegt werden. Wenn der Zylinder jedoch während des Zylinderabschaltungsbetriebs nicht feuert, kann das Einlassventil durch einen elektromagnetischen Aktor (z.B. dritten Aktor 240, wie vorstehend in 2A-3 beschrieben) betätigt werden. Somit kann die Steuerung den Schließzeitpunkt des Einlassventils über den elektromagnetischen Aktor beliebig ändern.
Wie bei dem ersten Graph dargestellt kann das Einlassventil während des Abgastakts öffnen, bevor der Kolben den oberen Totpunkt (OT) erreicht. Das Einlassventil kann unter einem Winkel von ca. 15 Grad zum oberen Totpunkt öffnen. In anderen Beispielen kann das Einlassventil jedoch unter einem Winkel in einem Winkelbereich zwischen 0 und 30 Grad unter/nach dem oberen Totpunkt öffnen. Im Beispiel von 7 schließt das Einlassventil während des Ansaugtakts, bevor der Kolben den UT erreicht. So kann im Beispiel von 7 der Motor als Miller-Zyklus-Motor konfiguriert sein.
In anderen Beispielen kann das Einlassventil jedoch während des Ansaugtakts geöffnet bleiben und dann während des Verdichtungstakts schließen. So kann beispielsweise das Einlassventil während des Verdichtungstakts bei ca. 25 Grad über/nach dem UT schließen. In anderen Beispielen kann das Einlassventil jedoch unter einem Winkel in einem Winkelbereich zwischen 0 und 50 Grad über dem unteren Totpunkt schließen.
Wenn der Zylinder jedoch während des Zylinderabschaltungsbetriebs abgeschaltet wird und kein Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird, kann das Einlassventil später geschlossen werden, als es bei Durchlaufen der Verbrennung geschlossen würde. Wie bei dem zweiten Graph dargestellt kann beispielsweise das Einlassventil während des gesamten Verdichtungstakts, eines Teils oder des gesamten Arbeitstakts und in einigen Beispielen eines Teils des Abgastakts offen gehalten werden. Der schraffierte Bereich in dem zweiten Graphen zeigt einen Bereich von Kolbenpositionen, bei denen das Einlassventil während des Zylinderabschaltungsbetriebs geschlossen werden kann. So kann beispielsweise das Einlassventil bei jeder Kolbenposition geschlossen werden, die in dem im Beispiel von 7 definierten Bereich der Kolbenpositionen zwischen einer ersten Schließposition IVC₁ und einer zweiten Schließposition IVC₂ enthalten ist. IVC₁ kann einer Position des Kolbens während des Arbeitstakts entsprechen, in der sich der Kolben in Richtung UT bewegt, b 5 Grad nach OT. IVC₂ kann einer Kolbenposition etwa 20° nach UT entsprechen, wobei sich der Kolben während des Abgastakts in Richtung OT bewegt. Dadurch kann das Einlassventil während des Arbeits- oder Abgastakts geschlossen werden. Das Einlassventil kann an jeder Stelle während des Arbeitstakts geschlossen werden, während sich der Kolben irgendwo zwischen OT und UT befindet. In einigen Beispielen kann das Einlassventil während des Abgastakts an jeder Stelle, bis der Kolben 20° nach UT erreicht, geschlossen werden. Dadurch wird das Einlassventil geschlossen, bevor der Kolben 20° nach UT erreicht.
In einigen Beispielen kann eine Steuerung (z.B. die vorstehend in 1-3 beschriebene Steuerung 148) die Schließzeit des Einlassventils während des Zylinderabschaltungsmodus basierend auf einem oder mehreren von Abgastemperatur, Abgas-Sauerstoffkonzentration, angeordnete Kraftstoffzufuhr, Motordrehzahl und Leistungsbedarf anpassen. Somit kann die Steuerung einstellen, wann das Einlassventil für einen nicht feuernden abgeschalteten Zylinder beruhend auf Motorbetriebsbedingungen schließt, um Pumpverluste zu reduzieren und den Motorwirkungsgrad zu erhöhen.
Auf diese Weise werden technische Wirkungen der Emissionsminderung und Kraftstoffeinsparung erzielt, indem eine Zylinderabschaltung des Motors vorgenommen wird und die Einlassventile der abgeschalteten Zylinder weiter in ihre Verdichtungstakte hinein geöffnet gehalten werden. Insbesondere durch das Auslösen der Zylinderabschaltung nicht nur im Leerlauf des Motors, sondern auch bei niedrigen Drehzahl- und/oder niedrigen Drehmomentbedingungen wird eine gleichmäßigere und genauere Kraftstoffeinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzventile erreicht. Durch die Reduzierung der Anzahl der Zylinder, die feuern, kann die Menge des von jedem feuernden Zylinder eingespritzten Kraftstoffs erhöht werden, um die Kraftstoffeinspritzventile in ihren nicht-ballistischen Bereichen zu halten. Dabei kann die Genauigkeit der feuernden Kraftstoffeinspritzventile auch bei niedrigeren Motordrehzahlen beibehalten werden, was zu gleichmäßigeren und zuverlässigeren Drücken und Temperaturen im Zylinder sowie zu einer stabilen Motordrehzahl führt. Dadurch können Emissionen und Kraftstoffverbrauch reduziert werden. Darüber hinaus erhöht der Betrieb im nicht-ballistischen Bereich der Kraftstoffeinspritzventile die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit des Motors. Darüber hinaus ermöglicht der Zylinderabschaltungsbetrieb eine dynamischere Steuerung der Abgastemperatur, was wiederum eine gleichmäßigere Steuerung und einen gleichmäßigeren Betrieb der Abgasnachbehandlungsvorrichtungen fördert, was sowohl die Leistung als auch die Lebensdauer dieser Vorrichtungen erhöht.
Weiterhin werden bei Zylinderabschaltung des Motors durch das Offenhalten der Einlassventile von nicht feuernden Zylindern weiter in die Verdichtung und möglicherweise in die Arbeitstakte hinein, Leistungsverluste, die mit der Verdichtung und Ausdehnung einer festen Masse an Zylinderinnenluft durch den Kolben in Verbindung stehen, reduziert. Auf diese Weise können der Motorwirkungsgrad und der Kraftstoffverbrauch verbessert werden, indem die Einlassventile des nicht feuernden Zylinders länger offen gehalten werden, als dies bei einem normalen Verbrennungszyklus bei Einspritzung von Kraftstoff der Fall wäre.
Als ein Beispiel umfasst ein Verfahren für einen Motor: Zylinderabschaltung des Motors, wenn die Kraftstoffzufuhrforderungen unter einem Schwellenwert liegen; und Offenhalten von Einlassventilen abgeschalteter Zylinder über eine längere Zeitdauer als von Einlassventilen von feuernden Zylindern. Das Verfahren kann ferner das Einstellen des Schwellenwerts basierend auf Drehmomentungleichgewichten von Zylinder zu Zylinder umfassen, wobei der Schwellenwert bei Erhöhungen von Drehmomentungleichgewichten von Zylinder zu Zylinder erhöht wird. In einem Beispiel kann das Verfahren ferner das Einstellen des Schwellenwerts basierend auf dem Kraftstoffraildruck und/oder der PWM-Impulsweite des Kraftstoffeinspritzventils umfassen, wobei der Schwellenwert bei einem Anstieg des Kraftstoffraildrucks steigt. In einem weiteren Beispiel werden die Einlassventile der abgeschalteten Zylinder über Aktoren, die von einer Motorsteuerung gesteuert und mit den Einlassventilen gekoppelt sind, offen gehalten, wobei die Aktoren eines oder mehrere von elektrisch, mechanisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder elektromagnetisch umfassen. Darüber hinaus können die Aktoren die Position der Einlassventile unabhängig von einem Nockensteuerungssystem einstellen, das mechanisch von einer Kurbelwelle angetrieben wird. Weiterhin können die Einlassventile von feuernden Zylindern durch Nockenbuckel einer Nockenwelle geöffnet werden, wobei die Nockenwelle mechanisch von der Kurbelwelle angetrieben wird. In noch einem weiteren Beispiel werden die Einlassventile von abgeschalteten Zylindern über eine Gesamtheit von Ansaug- und Verdichtungstakten und mindestens einen Teil eines Arbeitstakts offen gehalten. Das Verfahren kann ferner das Einstellen eines oder mehrerer von:
Zündfolge und einer Anzahl von Zylindern, die bei Zylinderabschaltung des Motors abgeschaltet werden sollen, basierend auf einer Temperatur eines Abgasnachbehandlungssystems umfassen. In einem weiteren Beispiel kann das Verfahren ferner das Einstellen eines oder mehrerer von: Zündfolge und/oder einer Anzahl von Zylindern, die bei Zylinderabschaltung des Motors abgeschaltet werden sollen, basierend auf einem oder mehreren von: Motordrehzahl, Kraftstoffbedarf, Abgastemperatur und/oder der Sauerstoffkonzentration im Abgas umfassen. In einem noch weiteren Beispiel kann das Verfahren ferner das Einstellen eines oder mehrerer von: Zündfolge und/oder einer Anzahl von Zylindern umfassen, die bei Zylinderabschaltung des Motors abgeschaltet werden sollen, basierend auf der Stabilität der Leistungsabgabe umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Motors, mit einer Steuerung (welche z.B. einen oder mehrere Prozessoren aufweist), die Zylinderabschaltung des Motors, wenn die Kraftstoffzufuhrforderungen unter einem Schwellenwert liegen, so dass bei Zylinderabschaltung des Motors über mehrere Verbrennungszyklen des Motors ein oder mehrere Zylinder des Motors gezündet werden (feuernde Zylinder) und ein oder mehrere andere Zylinder des Motors nicht gezündet werden (abgeschaltete Zylinder). So kann beispielsweise wie angegeben ein Zylinderabschaltungsmodus vorliegen, der basierend auf dem Schwellenwert für die Kraftstoffzufuhrforderungen ausgelöst wird, und ein weiterer anderer Betriebsmodus, bei dem alle Zylinder des Motors in einem bestimmten Verbrennungszyklus gefeuert werden. Das Verfahren umfasst ferner, dass mit der Steuerung die Einlassventile der abgeschalteten Zylinder für eine längere Zeit offen gehalten werden als die Einlassventile der feuernden Zylinder. So kann beispielsweise die größere Dauer relativ zu einem oder mehreren Verbrennungszyklen sein, wenn der Motor im Zylinderabschaltungsmodus betrieben wird, so dass: in dem Zeitraum eines Verbrennungszyklus, wenn der Motor im Zylinderabschaltungsmodus betrieben wird, die Einlassventile der abgeschalteten Zylinder für eine längere Zeit offen gehalten werden als die Einlassventile der feuernden Zylinder; und/oder in dem Zeitraum von mehreren aufeinander folgenden Verbrennungszyklen, wenn der Motor im Zylinderabschaltungsmodus betrieben wird, die Einlassventile der abgeschalteten Zylinder für eine längere Zeit offen gehalten werden als die Einlassventile der feuernden Zylinder.
Als weiteres Beispiel umfasst ein Verfahren für einen Motor: Bestimmen, wann der Zylinderabschaltungsmodus basierend auf Motorbetriebsbedingungen ausgelöst werden soll, die ein oder mehrere von Motordrehzahl, angeordneter Kraftstoffeinspritzmenge, Motorlast, Kraftstoffraildruck und/oder angeordneter PWM-Impulsweite des Einspritzventils umfassen; Auslösen des Zylinderabschaltungsmodus als Reaktion auf das Fallen der Motorbetriebsbedingungen unter einen Schwellenwert; und Schließen von Einlassventilen von nicht feuernden Zylindern während der Arbeits- oder Abgastakte der nicht feuernden Zylinder. Das Verfahren kann ferner das Einstellen des Schwellenwerts basierend auf einem oder mehreren von: Schwankung von Zylinder zu Zylinder und/oder Schwankung von Einspritzung zu Einspritzung umfassen, wobei die Schwankungen basierend auf gemessenen Drehmomentbeiträgen von jedem feuernden Zylinder über einen Kurbelwellendrehzahlsensor bestimmt werden und wobei der Schwellenwert bei Zunahmen einer oder mehrerer der Schwankung(en) ansteigt. In einem weiteren Beispiel kann das Verfahren ferner das Bestimmen einer Anzahl von Zylindern umfassen, die basierend auf einem oder mehreren von Motordrehzahl, Kraftstoffbedarf, Abgastemperatur und/oder Sauerstoffkonzentration im Abgas während des Zylinderabschaltungsmodus abzuschalten sind. Das Verfahren kann ferner das Bestimmen basierend auf der Anzahl der abzuschaltenden Zylinder und einer voreingestellten Folge zum Steuern von Motorvibration und Drehzahlstabilität umfassen, welche Zylinder abzuschalten sind. Darüber hinaus kann das Verfahren ferner das Bestimmen einer Zündfrequenz für jeden feuernden Zylinder über eine anstehende Schwellenzahl von Motorzyklen basierend auf der Anzahl der Zylinder, die während jedes Motorzyklus abgeschaltet werden sollen, und einer gewünschten Zündfolge für jeden Motorzyklus umfassen. In einem weiteren Beispiel wird der Zylinderabschaltungsmodus als Reaktion auf eines oder mehrere von: Überschreiten eines Drehzahlschwellenwerts durch die Motordrehzahl, Sinken der angeordneten Kraftstoffeinspritzmenge unter einen Kraftstoffzufuhrschwellenwert, Sinken der Motorlast unter einen Lastschwellenwert, Motorleerlauf, Bremsen und/oder dynamisches Bremsen ausgelöst. In einem Beispiel umfasst das Auslösen des Zylinderabschaltungsmodus als Reaktion auf das Sinken der Motorbetriebsbedingungen unter den Schwellenwert das Auslösen des Zylinderabschaltungsmodus als Reaktion auf eines oder mehrere von: Überschreiten eines Drehzahlschwellenwerts durch die Motordrehzahl, Sinken der angeordneten Kraftstoffeinspritzmenge unter einen Kraftstoffzufuhrschwellenwert und/oder Sinken der Motorlast unter einen Lastschwellenwert. In einem weiteren Beispiel das Auslösen des Zylinderabschaltungsmodus als Reaktion auf eine Bestimmung, dass ein oder mehrere Kraftstoffeinspritzventile oder Zylinder des Motors geschädigt sind, und als Reaktion auf das Auslösen des Zylinderabschaltungsmodus als Reaktion auf die Bestimmung, dass ein oder mehrere Kraftstoffeinspritzventile oder Zylinder des Motors geschädigt sind, das Anfordern einer Unterbrechung zwecks Wartung, um eine Korrekturmaßnahme zur Wartung des geschädigten Kraftstoffeinspritzventils oder Zylinders durchzuführen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Motors mit einer Steuerung (die z.B. einen oder mehrere Prozessoren aufweist) das Bestimmen basierend auf Motorbetriebsbedingungen, welche ein oder mehrere von Motordrehzahl, angeordneter Kraftstoffeinspritzmenge, Motorlast, Kraftstoffraildruck und/oder Pulsweite des Kraftstoffeinspritzventils umfassen, wann ein Zylinderabschaltungsmodus ausgelöst werden soll. Im Zylinderabschaltungsmodus werden in einem bestimmten Verbrennungszyklus (oder über mehrere aufeinanderfolgende Verbrennungszyklen) ein oder mehrere Zylinder des Motors gezündet (feuernde Zylinder) und ein oder mehrere weitere andere Zylinder des Motors nicht gezündet (nicht feuernde Zylinder). Das Verfahren umfasst ferner mit der Steuerung das Auslösen des Zylinderabschaltungsmodus als Reaktion auf das Fallen der Motorbetriebsbedingungen unter einen Schwellenwert und das Schließen von Einlassventilen der nicht feuernden Zylinder während der Arbeits- oder Abgastakte der nicht feuernden Zylinder im Zylinderabschaltungsmodus.
Als noch ein weiteres Beispiel umfasst ein System für einen Motor: mehrere Motorzylinder, wobei jeder Zylinder umfasst: einen ersten Einlassventilaktor, der mechanisch von einer Kurbelwelle angetrieben wird; und einen zweiten Einlassventilaktor, der nicht von der Kurbelwelle angetrieben wird. Das System umfasst weiterhin eine Steuerung mit maschinell lesbaren Befehlen, die auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, zum: Einspritzen von Kraftstoff nicht in alle mehrere Motorzylinder, wenn die Kraftstoffzufuhrforderungen unter einen Schwellenwert sinken; Einstellen von Einlassventilen von feuernden Zylindern über den ersten Einlassventilaktor; und Einstellen von Einlassventilen von nicht feuernden Zylindern über den zweiten Einlassventilaktor. In einem Beispiel des Systems ist die Steuerung elektrisch mit jedem zweiten Einlassventilaktor gekoppelt, um die Position der Einlassventile unabhängig von der Kurbelwelle durch Einstellen von Steuersignalen, die an jeden zweiten Einlassventilaktor gesendet werden, einzustellen. In einem weiteren Beispiel des Systems umfassen die maschinell lesbaren Befehle weiterhin Befehle zum Offenhalten der Einlassventile von nicht feuernden Zylindern, nachdem die Einlassventile von feuernden Zylindern durch den ersten Einlassventilaktor geschlossen wurden. In einem noch weiteren Beispiel des Systems umfassen die maschinell lesbaren Befehle weiterhin Befehle zum Einstellen des Schließzeitpunkts der Einlassventile von nicht feuernden Zylindern über den zweiten Einlassventilaktor basierend auf einem oder mehreren von Motordrehzahl, Kraftstoffbedarf, Abgastemperatur und/oder Sauerstoffkonzentration im Abgas.
Wie hierin verwendet ist ein Element oder Schritt, das/der im Singular angegeben wird und dem das Wort „ein“ oder „eine“ vorgestellt ist, so zu verstehen, dass mehrere der Elemente oder Schritte nicht ausgeschlossen sind, es sei denn, ein solcher Ausschluss wird ausdrücklich erwähnt. Darüber hinaus schließen Verweise auf „eine Ausführungsform“ der Erfindung nicht das Bestehen zusätzlicher Ausführungsformen aus, die ebenfalls die genannten Merkmale enthalten Darüber hinaus können Ausführungsformen, die ein Element oder mehrere Elementen mit einer bestimmten Eigenschaft „umfassen“, „einschließen“ oder „aufweisen“, zusätzliche solche Elemente umfassen, die diese Eigenschaft nicht aufweisen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Die Begriffe „mit“ und „bei denen“ werden als Klartextäquivalente der jeweiligen Begriffe „umfassend“ und „wobei“ verwendet. Darüber hinaus werden die Begriffe „erste“, „zweite“ und „dritte“ usw. nur als Bezeichnungen verwendet und sollen bezüglich ihrer Objekte keine numerischen Vorgaben oder eine bestimmte Positionsreihenfolge vorgeben.
Die hierin offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Befehle in einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert und von dem Steuersystem, das das Steuergerät kombiniert mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und anderer Motorhardware umfasst, ausgeführt werden. Die hierin beschriebenen bestimmten Routinen können ein oder mehrere einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien wie ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen darstellen. Somit können verschiedene gezeigte Schritte, Operationen und/oder Funktionen in der gezeigten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in manchen Fällen übergangen werden. Analog ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die hierin beschriebenen Merkmale und Vorteile der beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, wird aber für einfache Darstellung und Beschreibung vorgesehen. Abhängig von der verwendeten bestimmten Strategie können ein oder mehrere der gezeigten Schritte, Operationen und/oder Funktionen wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Schritte, Operationen und/oder Funktionen einen Code graphisch darstellen, der in einen nicht flüchtigen Speicher des maschinell lesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Schritte durch Ausführen der Befehle in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Motorhardware-Komponenten kombiniert mit dem elektronischen Steuergerät umfasst.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung zu offenbaren, einschließlich der besten Ausführungsform, und auch, um es einem Durchschnittsfachmann des betreffenden Gebiets zu ermöglichen, die Erfindung zu praktizieren, einschließlich der Herstellung und Verwendung von Vorrichtungen oder Systemen und der Durchführung von enthaltenen Verfahren. Der patentierbare Umfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele umfassen, die für den Durchschnittsfachmann nahe liegen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, wenn sie Strukturelemente aufweisen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente Strukturelemente mit unwesentlichen Abweichungen von dem Wortlaut der Ansprüche umfassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62459799 [0001]

Claims

Verfahren für einen Motor, umfassend: Zylinderabschaltung des Motors, wenn Kraftstoffzufuhrforderungen unter einem Schwellenwert liegen; und Offenhalten von Einlassventilen abgeschalteter Zylinder über eine längere Zeitdauer als von Einlassventilen von feuernden Zylindern.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Einstellen des Schwellenwerts basierend auf Drehmomentungleichgewichten von Zylinder zu Zylinder umfasst, wobei der Schwellenwert bei Anstiegen von Drehmomentungleichgewichten von Zylinder zu Zylinder erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Einstellen des Schwellenwerts basierend auf einem Kraftstoffraildruck umfasst, wobei der Schwellenwert bei Anstiegen des Kraftstoffraildrucks steigt.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Einstellen des Schwellenwerts basierend auf einem Pulsweitensignal des Kraftstoffeinspritzventils umfasst, wobei der Schwellenwert bei Sinken des Pulsweitensignals unter ein vorab festgelegtes Pulsweitensignal eines niedrigeren Schwellenwerts steigt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Einlassventile der abgeschalteten Zylinder über Aktoren, die von einer Motorsteuerung gesteuert und mit den Einlassventilen gekoppelt sind, offen gehalten werden und wobei die Aktoren eines oder mehrere von elektrisch, mechanisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch umfassen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Aktoren die Position der Einlassventile unabhängig von einem Nockensteuerungssystem einstellen, das mechanisch von einer Kurbelwelle angetrieben wird, und wobei die Einlassventile von feuernden Zylindern durch Nockenbuckel einer Nockenwelle geöffnet werden, wobei die Nockenwelle durch die Kurbelwelle mechanisch angetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Einlassventile von abgeschalteten Zylindern über eine Gesamtheit von Ansaug- und Verdichtungstakten und mindestens einen Teil eines Arbeitstakts offen gehalten werden.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Einstellen eines oder mehrerer von: einer Zündfolge oder einer Anzahl von Zylindern, die während Zylinderabschaltung des Motors abgeschaltet werden sollen, basierend auf einer Temperatur eines Abgasnachbehandlungssystems umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Einstellen eines oder mehrerer von: einer Zündfolge oder einer Anzahl von Zylindern, die während Zylinderabschaltung des Motors abgeschaltet werden sollen, basierend auf einem oder mehreren von: Motordrehzahl, Kraftstoffbedarf, Abgastemperatur oder Sauerstoffkonzentration im Abgas umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Einstellen eines oder mehrerer von: einer Zündfolge oder einer Anzahl von Zylindern, die während Zylinderabschaltung des Motors abgeschaltet werden sollen, basierend auf einem oder mehreren von: Stabilität der Leistungsabgabe oder Motordrehzahlstabilität umfasst.
Verfahren für einen Motor, umfassend: Basierend auf Motorbetriebsbedingungen, die ein oder mehrere von Motordrehzahl, angeordneter Kraftstoffeinspritzmenge, Motorlast, Kraftstoffraildruck oder Pulsweite des Kraftstoffeinspritzventils umfassen, Bestimmen, wann ein Zylinderabschaltungsmodus ausgelöst werden soll; Auslösen des Zylinderabschaltungsmodus als Reaktion auf das Fallen der Motorbetriebsbedingungen unter einen Schwellenwert; und Schließen von Einlassventilen von nicht feuernden Zylindern während Arbeits- oder Abgastakte der nicht feuernden Zylinder.
Verfahren nach Anspruch 11, welches weiterhin das Einstellen des Schwellenwerts basierend auf einem oder mehreren von: Schwankung von Zylinder zu Zylinder oder Schwankung von Einspritzung zu Einspritzung umfasst, wobei die Schwankungen basierend auf gemessenen Drehmomentbeiträgen von jedem feuernden Zylinder über einen Kurbelwellendrehzahlsensor bestimmt werden und wobei der Schwellenwert bei Zunahmen einer oder mehrerer der Schwankung(en) ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 11, welches weiterhin das Bestimmen einer Anzahl von Zylindern, die während des Zylinderabschaltungsmodus abzuschalten sind, basierend auf einem oder mehreren von Motordrehzahl, Kraftstoffbedarf, Abgastemperatur oder Sauerstoffkonzentration im Abgas umfasst und weiterhin basierend auf der abzuschaltenden Anzahl von Zylindern und einer voreingestellten Folge zum Steuern von Vibration, Leistung und Drehzahlstabilität des Motors das Bestimmen umfasst, welche Zylinder abzuschalten sind.
Verfahren nach Anspruch 13, welches weiterhin das Bestimmen einer Zündfrequenz für jeden feuernden Zylinder über eine anstehende Schwellenzahl von Motorzyklen basierend auf der Anzahl der Zylinder, die während jedes Motorzyklus abgeschaltet werden sollen, und einer gewünschten Zündfolge für jeden Motorzyklus umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Zylinderabschaltungsmodus als Reaktion auf eines oder mehrere von: Überschreiten eines Drehzahlschwellenwerts durch die Motordrehzahl, Sinken der angeordneten Kraftstoffeinspritzmenge unter einen Kraftstoffzufuhrschwellenwert, Sinken der Motorlast unter einen Lastschwellenwert, Motorleerlauf, Bremsen oder dynamisches Bremsen ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Auslösen des Zylinderabschaltungsmodus als Reaktion auf das Sinken der Motorbetriebsbedingungen unter den Schwellenwert das Auslösen des Zylinderabschaltungsmodus als Reaktion auf eines oder mehrere von: Überschreiten eines Drehzahlschwellenwerts durch die Motordrehzahl, Sinken der angeordneten Kraftstoffeinspritzmenge unter einen Kraftstoffzufuhrschwellenwert oder Sinken der Motorlast unter einen Lastschwellenwert umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, welches weiterhin das Auslösen des Zylinderabschaltungsmodus als Reaktion auf eine Bestimmung, dass ein oder mehrere Kraftstoffeinspritzventile oder Zylinder des Motors geschädigt sind, und als Reaktion auf das Auslösen des Zylinderabschaltungsmodus als Reaktion auf die Bestimmung, dass ein oder mehrere Kraftstoffeinspritzventile oder Zylinder des Motors geschädigt sind, das Anfordern einer Unterbrechung zwecks Wartung umfasst, um eine Korrekturmaßnahme zur Wartung des geschädigten Kraftstoffeinspritzventils oder Zylinders durchzuführen.
System für einen Motor, umfassend: mehrere Motorzylinder, wobei jeder Zylinder umfasst: einen ersten Einlassventilaktor, der mechanisch von einer Kurbelwelle angetrieben wird; und einen zweiten Einlassventilaktor, der nicht von der Kurbelwelle angetrieben wird; und eine Steuerung mit maschinell lesbaren Befehlen, die auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, zum: Einspritzen von Kraftstoff nicht in alle mehrere Motorzylinder, wenn die Kraftstoffzufuhrforderungen unter einen Schwellenwert sinken; Einstellen von Einlassventilen von feuernden Zylindern über den ersten Einlassventilaktor; und Einstellen von Einlassventilen von nicht feuernden Zylindern über den zweiten Einlassventilaktor.
System nach Anspruch 18, wobei die Steuerung mit jedem zweiten Einlassventilaktor zum Einstellen der Position der Einlassventile unabhängig von der Kurbelwelle durch Einstellen von Befehlssignalen, die zu jedem zweiten Einlassventilaktor gesendet werden, elektrisch gekoppelt ist und wobei die maschinell lesbaren Befehle weiterhin Befehle zum Offenhalten der Einlassventile von nicht feuernden Zylindern nach Schließen der Einlassventile von feuernden Zylindern durch den ersten Einlassventilaktor umfassen.
System nach Anspruch 18, wobei die maschinell lesbaren Befehle weiterhin Befehle zum Einstellen des Schließzeitpunkts der Einlassventile von nicht feuernden Zylindern über den zweiten Einlassventilaktor basierend auf einem oder mehreren von Motordrehzahl, Kraftstoffbedarf, Abgastemperatur oder Sauerstoffkonzentration im Abgas umfassen.