DE112020003070T5

DE112020003070T5 - Ein steuergerät und ein verfahren zur steuerung eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE112020003070T5
Application number: DE112020003070.9T
Authority: DE
Inventors: James Hill
Original assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 2019-06-26
Filing date: 2020-06-25
Publication date: 2022-03-10
Also published as: GB2585053B; GB201909195D0; WO2020260518A3; US20220268226A1; WO2020260518A2; GB2585053A; US11767800B2

Abstract

Aspekte der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Steuergerät zur Steuerung des Betriebs eines Verbrennungsmotors, ein Steuersystem, einen Verbrennungsmotor, ein Fahrzeug, ein Verfahren und ein nicht-transitorisches computerlesbares Medium. Das Steuergerät ist so konfiguriert, dass es während der Kraftstoffunterbrechung das Öffnen eines Einlassventils eines Zylinders der Brennkraftmaschine bewirkt, damit Luft mit einer bestimmten Masse in den Zylinder einströmen kann. Die Masse liegt unter einem ersten Bereich von Massen, die es dem Verbrennungsmotor ermöglichen, ein Verbrennungsdrehmoment zu erzeugen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Steuergerät zur Steuerung des Betriebs eines Verbrennungsmotors, ein Steuersystem, einen Verbrennungsmotor, ein Fahrzeug, ein Verfahren und ein nichttransitorisches computerlesbares Medium. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, handelt es sich um ein Steuergerät und ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors in einem Straßenfahrzeug, wie z.B. einem Auto.
HINTERGRUND
Es ist bekannt, dass Dreiwege-Katalysatoren verwendet werden, um die Abgase eines Verbrennungsmotors aufzunehmen und giftige Gase und Schadstoffe in weniger giftige Produkte umzuwandeln. Die Katalysatoren kombinieren Sauerstoff mit Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen, um Kohlendioxid und Wasser zu erzeugen, und reduzieren außerdem Stickstoffoxide. Solche Katalysatoren arbeiten am effizientesten innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs und wenn die Zusammensetzung des Gases, das durch den Katalysator strömt, so beschaffen ist, dass das Verhältnis der Gasbestandteile der Zusammensetzung innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt.
Ein Problem bei einem Drei-Wege-Katalysator besteht darin, dass sein Wirkungsgrad beeinträchtigt werden kann, wenn der Motor abgestellt wird oder das Verbrennungsdrehmoment des Motors (d. h. das aus der Verbrennung von Luft und Kraftstoff resultierende Drehmoment des Motors) auf Null sinkt.
Wenn ein Steuergerät eine Aufforderung zum Abstellen des Motors erhält, z. B. aufgrund einer Aufforderung des Fahrers oder einer „Öko-Stopp“-Funktion, die das Abschalten des Motors verlangt, gibt das Steuergerät ein Signal zum Abstellen der Kraftstoffeinspritzung aus (auch bekannt als Signal zum Abstellen des Kraftstoffs). Aufgrund der Trägheit des Motors dreht sich der Motor weiter, nachdem die Kraftstoffzufuhr zum Motor gestoppt oder unterbrochen wurde, aber die Einlass- und Auslassventile öffnen und schließen sich in der Regel weiter. Infolgedessen wird Luft anstelle von Verbrennungsprodukten aus dem Motor ausgestoßen. Ebenso wird beim Wiederanlassen des Motors die Luft, die in einem oder mehreren Zylindern eingeschlossen war, die im Verdichtungs- oder Auspufftakt angehalten wurden, vor dem nächsten Ansaugtakt dieser Zylinder abgesaugt.
Dies führt dazu, dass der Katalysator übermäßig mit Sauerstoff angereichert wird, so dass er die vom Motor ausgestoßenen Schadstoffe nicht wirksam umwandeln kann. Außerdem kann dies dazu führen, dass die Temperatur des Katalysators unter seine Light-Off-Temperatur sinkt (die Temperatur, unterhalb derer er Schadstoffe nicht wirksam umwandeln kann). Der anschließende Motorstart und das Anfahren können zu einer übermäßigen NOx-Produktion (Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid) und zum Durchbruch des Katalysators führen (d. h., Schadstoffe passieren den Katalysator, ohne umgewandelt zu werden). Dieses Problem tritt vor allem bei Fahrzeugen auf, bei denen der Motor häufig abgestellt und neu gestartet wird, z. B. bei Fahrzeugen mit Stop-on-the-move-Funktionen und PHEV (Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge), die über längere Zeiträume im reinen Elektrobetrieb fahren können.
Um diesem Problem entgegenzuwirken, gibt es bekannte Steuerfunktionen, die nach der Wiederaufnahme der Kraftstoffzufuhr (entweder beim Neustart des Motors oder nach Erhalt einer positiven Drehmomentanforderung während des Schubbetriebs) für eine gewisse Zeit oder eine Reihe von Einlassventilereignissen zusätzlichen Kraftstoff einspritzen, bis ein oder mehrere Modelle oder Abgassensormessungen anzeigen, dass der Katalysator wieder neutralisiert wurde und über seiner Abschalttemperatur liegt. Obwohl in der Phase der Kraftstoffreduzierung Kraftstoff eingespart wird, wirkt der mit Kraftstoff angereicherte Neutralisierungsprozess einem Teil der Kraftstoffeinsparung entgegen und verursacht mehr Emissionen als die Beibehaltung der Steuerung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses während der gesamten Zeit.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen oder mehrere der mit dem Stand der Technik verbundenen Nachteile zu beseitigen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung stellen ein Steuergerät zur Steuerung des Betriebs eines Verbrennungsmotors, ein Steuersystem, einen Verbrennungsmotor, ein Fahrzeug, ein Verfahren und ein nichttransitorisches computerlesbares Medium gemäß den beigefügten Ansprüchen bereit.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Steuergerät zum Steuern des Betriebs eines Verbrennungsmotors bereitgestellt, wobei das Steuergerät so konfiguriert ist, dass es: während der Kraftstoffunterbrechung das Öffnen eines Einlassventils eines Zylinders des Verbrennungsmotors bewirkt, damit Luft mit einer Masse in den Zylinder eintreten kann; wobei die Masse unter einem ersten Bereich von Massen liegt, die es dem Verbrennungsmotor ermöglichen, ein Verbrennungsdrehmoment bereitzustellen. Dies hat den Vorteil, dass die Luftmasse, die an den Katalysator abgegeben wird, viel kleiner sein kann, als dies der Fall wäre, wenn die Einlassventile geöffnet würden, damit eine Masse im ersten Massenbereich, die zur Bereitstellung eines Verbrennungsdrehmoments geeignet ist, in den Zylinder gelangen kann. Dies führt zu einer geringeren Oxidation des Katalysators, als dies sonst der Fall wäre, und somit wird auch der zusätzliche Kraftstoffverbrauch zur Regeneration des Katalysators nach einer solchen Oxidation reduziert. Dadurch, dass eine geringe Luftmenge in den Zylinder gelangt, anstatt das Einlassventil geschlossen zu halten, um überhaupt keine Luft zuzulassen, kann außerdem ein Teilvakuum im Ansaugkrümmer aufrechterhalten werden. Dies hat den Vorteil, dass die Wiederaufnahme des Verbrennungsmoments durch den Motor kontrollierter und gleichmäßiger erfolgt.
Optional umfasst das Steuergerät einen elektronischen Prozessor mit einem elektrischen Eingang zum Empfangen des ersten Anforderungssignals; und eine elektronische Speichervorrichtung, die elektrisch mit dem elektronischen Prozessor verbunden ist und in der Anweisungen gespeichert sind, wobei der Prozessor so konfiguriert ist, dass er auf die Speichervorrichtung zugreift und die darin gespeicherten Anweisungen ausführt.
Optional ist das Steuergerät so konfiguriert, dass es das Öffnen des Einlassventils veranlasst, damit eine Luftmasse im ersten Massenbereich während aller Einlasshübe des Zylinders, in denen Kraftstoff verbrannt wird, während eines nächsten Arbeitstakts des Zylinders in den Zylinder eintreten kann.
Optional ist das Steuergerät so konfiguriert, dass es während der Kraftstoffunterbrechung das Öffnen des Einlassventils während jedes Ansaugtaktes des Zylinders bewirkt, damit eine Luftmasse in einem zweiten Massenbereich während jedes Ansaugtaktes in den Zylinder eintreten kann; und eine größte Masse in dem zweiten Massenbereich ist kleiner als eine kleinste Masse in dem ersten Massenbereich.
Optional ist die größte Masse im zweiten Massenbereich mindestens dreimal so groß wie die kleinste Masse im ersten Massenbereich. Dies hat den Vorteil, dass die Oxidation des Katalysators auf ein Minimum reduziert wird, während ein Teilvakuum im Ansaugkrümmer aufrechterhalten werden kann.
Optional ist das Steuergerät so konfiguriert, dass es: ein Kraftstoffabschaltanforderungssignal empfängt, das eine Anforderung anzeigt, die Kraftstoffzufuhr zum Motor zu stoppen; und das Öffnen des Einlassventils veranlasst, damit Luft mit einer Masse unterhalb des ersten Massenbereichs während eines nächsten Einlasshubs des Zylinders, der dem Empfang des Anforderungssignals folgt, in den Zylinder eintreten kann, und zwar in Abhängigkeit davon, dass das Einlassventil zum Zeitpunkt des Empfangs des Anforderungssignals geschlossen ist.
Optional ist das Steuergerät in Abhängigkeit von einem Kraftstoffabschaltanforderungssignal, das empfangen wird, während das Einlassventil geöffnet ist oder im Begriff ist, geöffnet zu werden, so konfiguriert, dass es: Luft mit einer Masse im ersten Massenbereich in den Zylinder einströmen lässt; die Einspritzung von Kraftstoff in den Zylinder veranlasst; das Schließen des Einlassventils veranlasst; und anschließend das Öffnen des Einlassventils veranlasst, damit Luft mit einer Masse unterhalb des ersten Massenbereichs in den Zylinder während des Einlasshubs des Zylinders einströmen kann, der dem Schließen des Einlassventils folgt. Das Einspritzen von Kraftstoff, auch wenn die Anforderung zur Kraftstoffunterbrechung bereits empfangen wurde, hat den Vorteil, dass dem Katalysator Verbrennungsprodukte zugeführt werden und nicht eine große Menge Luft (d.h. mit einer Masse im ersten Massenbereich), so dass eine unnötige Oxidation verhindert wird.
Optional ist das Steuergerät so konfiguriert, dass es die Zündung des Kraftstoffs im Zylinder nach dem Schließen des Einlassventils veranlasst, um die Verbrennung des Kraftstoffs im Zylinder während eines nächsten Arbeitstakts nach dem Schließen des Einlassventils zu ermöglichen, und das Steuergerät ist so konfiguriert, dass es die Zündung erst veranlasst, nachdem ein Kolben im Zylinder den oberen Totpunkt erreicht hat. Dies hat den Vorteil, dass die Temperatur des Katalysators nach dem Abstellen des Motors über einen längeren Zeitraum oberhalb seiner Betriebstemperatur bleiben kann und die Wahrscheinlichkeit höher ist, dass sie beim erneuten Anlassen des Motors oberhalb ihrer Betriebstemperatur liegt.
Optional ist das Steuergerät so konfiguriert, dass es: ein Startanforderungssignal empfängt, das eine Anforderung anzeigt, eine Drehzahl eines Ausgangs der Brennkraftmaschine von Null zu erhöhen; und das Öffnen eines Einlassventils von mindestens einem Zylinder der Brennkraftmaschine veranlasst, um zu ermöglichen, dass Luft mit einer Masse unterhalb des ersten Massenbereichs während mindestens eines ersten Einlasshubs des mindestens einen Zylinders eintritt, und das Einspritzen von Kraftstoff während des mindestens einen ersten Einlasshubs verhindert. Dies hat den Vorteil, dass das Anfahren des Motors sanfter erfolgen kann und somit Geräusche, Vibrationen und Rauheit reduziert werden können.
Optional ist das Steuergerät so konfiguriert, dass nur eine Luftmasse unterhalb des ersten Massenbereichs in jeden Zylinder des Verbrennungsmotors einströmt, bis: ein Ansaugtakt eines Zylinders des Verbrennungsmotors, der voraussichtlich seinen nächsten Arbeitstakt haben wird, nachdem der Verbrennungsmotor eine erforderliche Drehzahl erreicht hat; oder der Verbrennungsmotor um einen vordefinierten Winkel gedreht wurde. Dies bietet den Vorteil, dass das Anfahren des Motors sanfter erfolgen kann und somit Geräusche, Vibrationen und Rauheit reduziert werden können.
Optional ist das Steuergerät so konfiguriert, dass es während der Kraftstoffunterbrechung den Druck in einem Einlasskrümmer des Motors unter einem Maximaldruck hält, indem es ein Drosselventil so steuert, dass es sich in einer Position schließt, die die Durchflussrate durch das Drosselventil auf eine durchschnittliche Durchflussrate in die Zylinder des Verbrennungsmotors beschränkt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Steuersystem zur Steuerung des Betriebs eines Verbrennungsmotors bereitgestellt, das ein Steuergerät gemäß einem der vorhergehenden Absätze und ein Ventilbetätigungsmittel umfasst, das so konfiguriert ist, dass es das Öffnen des Einlassventils jedes Zylinders des Verbrennungsmotors bewirkt, wobei das Ventilbetätigungsmittel so konfiguriert ist, dass es die Ventilhubhöhe und/oder die Ventilhubdauer in Abhängigkeit von einem von dem Steuergerät empfangenen Signal steuert.
Optional kann die Ventilbetätigungseinrichtung ein variables Ventilhubsystem umfassen. Dies hat den Vorteil, dass der Ventilhub so gesteuert werden kann, dass die Einlassventile so geöffnet werden, dass während eines Ansaugtakts nur eine sehr geringe Luftmenge in die Zylinder des Motors gelangt.
Optional kann das variable Ventilhubsystem ein kontinuierliches variables Ventilhubsystem und/oder ein hydraulisches System umfassen.
Optional kann das Steuergerät nach einem der vorhergehenden Absätze oder das Steuersystem nach einem der vorhergehenden Absätze verwendet werden, wobei der Motor ein oder mehrere Auslassventile umfasst, die mechanisch durch an einer Nockenwelle befestigte Nocken betätigt werden.
Optional kann der Verbrennungsmotor so eingerichtet werden, dass der Kraftstoff direkt in den Zylinder eingespritzt wird. Dies hat den Vorteil, dass dem Zylinder Kraftstoff zugeführt oder bei einer Kraftstoffabschaltanforderung sofort gestoppt werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das das Steuergerät nach einem der vorhergehenden Absätze, das Steuerungssystem nach einem der vorhergehenden Absätze oder den Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Absätze umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors bereitgestellt, das Folgendes umfasst: während des Kraftstoffabschneidens wird das Öffnen eines Einlassventils eines Zylinders des Verbrennungsmotors veranlasst, damit Luft mit einer ersten Masse in den Zylinder eintreten kann; wobei die erste Masse unterhalb eines Bereichs von Massen liegt, die es dem Verbrennungsmotor ermöglichen, ein Verbrennungsdrehmoment bereitzustellen. Dies bietet den Vorteil, dass die Luftmasse, die an einen Katalysator abgegeben wird, viel kleiner sein kann, als dies der Fall wäre, wenn die Einlassventile geöffnet würden, damit eine Masse im ersten Massenbereich, die zur Bereitstellung eines Verbrennungsdrehmoments geeignet ist, in den Zylinder gelangen kann. Dies führt zu einer geringeren Oxidation des Katalysators, als dies sonst der Fall wäre, und somit wird auch der zusätzliche Kraftstoffverbrauch zur Regeneration des Katalysators nach einer solchen Oxidation reduziert. Dadurch, dass eine geringe Luftmenge in den Zylinder gelangt, anstatt das Einlassventil geschlossen zu halten, um überhaupt keine Luft zuzulassen, kann außerdem ein Teilvakuum im Ansaugkrümmer aufrechterhalten werden. Dies hat den Vorteil, dass die Wiederaufnahme des Verbrennungsmoments durch den Motor kontrollierter und gleichmäßiger erfolgen kann.
Optional umfasst das Verfahren das Veranlassen des Öffnens des Einlassventils, damit eine Luftmasse im ersten Massenbereich in den Zylinder eintreten kann, und zwar während aller Einlasshübe des Zylinders, in denen Kraftstoff während eines nächsten Arbeitstakts des Zylinders verbrannt wird.
Optional umfasst das Verfahren während der Kraftstoffunterbrechung das Öffnen des Einlassventils während jedes Ansaugtakts des Zylinders, um zu ermöglichen, dass eine Luftmasse in einem zweiten Massenbereich während jedes Ansaugtakts in den Zylinder eintritt; und die größte Masse in dem zweiten Massenbereich ist kleiner als die kleinste Masse in dem ersten Massenbereich.
Optional ist die größte Masse im zweiten Massenbereich mindestens dreimal so groß wie die kleinste Masse im ersten Massenbereich. Dies hat den Vorteil, dass die Oxidation des Katalysators auf ein Minimum reduziert wird, während ein Teilvakuum im Ansaugkrümmer aufrechterhalten werden kann.
Optional umfasst das Verfahren: Empfangen eines Kraftstoffabschaltanforderungssignals, das eine Anforderung anzeigt, die Kraftstoffzufuhr zum Motor zu stoppen; und Veranlassen des Öffnens des Einlassventils, um zu ermöglichen, dass Luft mit einer Masse unterhalb des ersten Massenbereichs während eines nächsten Einlasshubs des Zylinders, der dem Empfang des Anforderungssignals folgt, in den Zylinder eintritt, in Abhängigkeit davon, dass das Einlassventil zum Zeitpunkt des Empfangs des Anforderungssignals geschlossen ist.
Optional umfasst das Verfahren: Empfangen eines Kraftstoffunterbrechungs-Anforderungssignals, das eine Anforderung anzeigt, die Kraftstoffzufuhr zum Motor zu stoppen; und in Abhängigkeit von einem Kraftstoffunterbrechungs-Anforderungssignal, das empfangen wird, während das Einlassventil offen ist oder im Begriff ist, geöffnet zu werden, nachdem es geplant wurde: Bewirken, dass Luft mit einer Masse im ersten Massenbereich in den Zylinder eintritt; Bewirken, dass Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird; Bewirken, dass das Einlassventil geschlossen wird; und anschließendes Bewirken, dass das Einlassventil geöffnet wird, um zu ermöglichen, dass Luft mit einer Masse unterhalb des ersten Massenbereichs während des Einlasshubs des Zylinders, der dem Schließen des Einlassventils folgt, in den Zylinder eintritt. Dies hat den Vorteil, dass die Temperatur des Katalysators nach dem Abstellen des Motors über einen längeren Zeitraum oberhalb seiner Betriebstemperatur bleiben kann und die Wahrscheinlichkeit höher ist, dass sie beim Wiederanlassen des Motors oberhalb ihrer Betriebstemperatur liegt.
Optional umfasst das Verfahren das Veranlassen der Zündung des Kraftstoffs im Zylinder nach dem Schließen des Einlassventils, um die Verbrennung des Kraftstoffs im Zylinder während eines nächsten Arbeitstakts nach dem Schließen des Einlassventils zu ermöglichen; und die Zündung wird erst veranlasst, nachdem ein Kolben im Zylinder den oberen Totpunkt erreicht hat. Dies hat den Vorteil, dass die Temperatur des Katalysators nach dem Abstellen des Motors über einen längeren Zeitraum oberhalb seiner Betriebstemperatur bleiben kann und die Wahrscheinlichkeit höher ist, dass sie beim Wiederanlassen des Motors oberhalb ihrer Betriebstemperatur liegt.
Optional umfasst das Verfahren während der Kraftstoffunterbrechung das Aufrechterhalten eines Drucks in einem Einlasskrümmer des Motors unterhalb eines Maximaldrucks, indem ein Drosselventil so gesteuert wird, dass es sich in einer Position schließt, die eine Durchflussrate durch das Drosselventil auf eine durchschnittliche Durchflussrate in die Zylinder des Verbrennungsmotors beschränkt. Dies hat den Vorteil, dass nach einer vorübergehenden Kraftstoffunterbrechung beim Wiederanlassen des Motors die Erzeugung des Verbrennungsdrehmoments genau gesteuert werden kann, während die Oxidation des Katalysators während der Kraftstoffunterbrechung auf ein Minimum beschränkt wird.
Optional umfasst das Verfahren das Empfangen eines Startanforderungssignals, das eine Anforderung anzeigt, die Drehzahl eines Abtriebs der Brennkraftmaschine von Null zu erhöhen; und das Veranlassen des Öffnens eines Einlassventils mindestens eines Zylinders der Brennkraftmaschine, damit Luft mit einer Masse unterhalb des ersten Massenbereichs während mindestens eines ersten Einlasshubs des mindestens einen Zylinders eintreten kann, und das Verhindern der Einspritzung von Kraftstoff während des mindestens ersten Einlasshubs.
Optional umfasst das Verfahren das Veranlassen, dass nur eine Luftmasse unterhalb des ersten Massenbereichs in jeden Zylinder des Verbrennungsmotors eintritt, bis: ein Ansaugtakt eines Zylinders des Verbrennungsmotors, von dem erwartet wird, dass er seinen nächsten Arbeitstakt hat, nachdem der Verbrennungsmotor eine erforderliche Drehzahl erreicht hat; oder der Verbrennungsmotor um einen vordefinierten Winkel gedreht wurde.
Wahlweise umfasst das Verfahren die Steuerung der Ventilhubhöhe und/oder der Ventilhubdauer in Abhängigkeit von einem vom Steuergerät empfangenen Signal. Optional umfasst das Verfahren die Steuerung eines variablen Ventilhubsystems. Optional umfasst das Verfahren die Steuerung eines kontinuierlichen variablen Ventilhubsystems und/oder eines hydraulisch betätigten variablen Ventilhubsystems. Optional umfasst das Verfahren die Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff direkt in den Zylinder.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein nicht-transitorisches computerlesbares Medium bereitgestellt, das computerlesbare Anweisungen enthält, die bei Ausführung durch einen Prozessor die Durchführung eines Verfahrens gemäß einem dervorhergehenden Absätze bewirken.
Im Rahmen dieser Anmeldung ist ausdrücklich beabsichtigt, dass die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen, die in den vorangehenden Absätzen, in den Ansprüchen und/oder in der folgenden Beschreibung und den Figuren dargelegt sind, und insbesondere die einzelnen Merkmale davon, unabhängig oder in beliebiger Kombination verwendet werden können. Das heißt, alle Ausführungsformen und/oder Merkmale einer Ausführungsform können in beliebiger Weise und/oder Kombination miteinander kombiniert werden, sofern diese Merkmale nicht unvereinbar sind. Der Anmelder behält sich das Recht vor, jeden ursprünglich eingereichten Anspruch zu ändern oder einen neuen Anspruch entsprechend einzureichen, einschließlich des Rechts, einen ursprünglich eingereichten Anspruch dahingehend zu ändern, dass er von einem anderen Anspruch abhängt und/oder ein Merkmal eines anderen Anspruchs einbezieht, obwohl er ursprünglich nicht in dieser Weise beansprucht wurde.
Figurenliste
Eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden jetzt nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, in denen:

1 zeigt ein Fahrzeug im Sinne der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt schematisch ein Steuersystem und einen Verbrennungsmotor im Sinne der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt Details einer Ventilbetätigungseinrichtung des Steuersystems von 2;
4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren veranschaulicht, das von einem Steuergerät zur Steuerung des Betriebs eines Verbrennungsmotors durchgeführt werden kann;
5 zeigt Diagramme, die ein Beispiel für den Beginn einer Kraftstoffabschaltperiode nach dem normalen Betrieb eines Zylinders des Motors veranschaulichen;
6 zeigt Diagramme zu einem weiteren Beispiel, das dem von 5 ähnelt;
7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung des Betriebs eines Verbrennungsmotors, das ein Beispiel für das in 4 gezeigte Verfahren darstellt;
8 zeigt Diagramme, die ein Beispiel für die Steuerung der Zylinder eines Motors während des Beginns einer Kraftstoffabschaltperiode nach dem normalen Betrieb des Motors veranschaulichen;
9 zeigt Diagramme, die ein weiteres Beispiel für die Steuerung von Zylindern eines Motors ähnlich wie in 8 illustrieren;
10 zeigt ein Flussdiagramm, das einen zusätzlichen Prozess veranschaulicht, der in einigen Ausführungsformen des Verfahrens von 7 enthalten ist;
11 zeigt ein Flussdiagramm, das zusätzliche Prozesse veranschaulicht, die in das Verfahren von 7 einbezogen werden können; und
12 zeigt Diagramme, die ein Beispiel für die Steuerung der Zylinder eines Motors beim Anlassen des Motors veranschaulichen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein Fahrzeug 100, ein Steuersystem 201, ein Steuergerät 104, ein Verfahren 400 und ein nichttransitorisches computerlesbares Medium 210 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird hier unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, handelt es sich bei dem Fahrzeug 100 um ein Straßenfahrzeug in Form eines Pkw. Das Fahrzeug 100 umfasst einen Verbrennungsmotor 101 (im Folgenden als Motor 101 bezeichnet) und eine sekundäre Drehmomentquelle 102 zum Drehen des Motors 101, um diesen zu starten. Die sekundäre Drehmomentquelle 102 hat in der vorliegenden Ausführungsform die Form eines riemenintegrierten Startergenerators 102, der so konfiguriert ist, dass er die Drehzahl des Ausgangs des Motors 101 schnell von Null erhöht, wenn dieser neu gestartet werden soll. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Motor 101 ein Viertakt-Benzinmotor mit vier Zylindern 103, aber es versteht sich von selbst, dass andere Ausführungsformen weniger oder mehr als vier Zylinder umfassen können.
Das Fahrzeug 100 umfasst ein Gaspedal 105, einschließlich eines Gaspedalsensors 108, der so konfiguriert ist, dass er ein Signal liefert, das die Stellung des Gaspedals 105 anzeigt, und ein Bremspedal 107, das es einem Benutzer ermöglicht, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 zu steuern.
Das Fahrzeug 100 umfasst auch ein Steuergerät 104 in Form eines Motorsteuergeräts (ECU), das für die Steuerung des Betriebs des Motors 101 konfiguriert ist. Unter anderem ist das Steuergerät 104 so angeordnet, dass es die Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder 103 des Motors 101 in Reaktion auf Signale steuert, die von verschiedenen Komponenten des Fahrzeugs 100 empfangen werden, einschließlich des Gaspedalsensors 108 und eines Fahrzeugstartsystems 106, das so konfiguriert ist, dass es Benutzereingaben empfängt, die auf Benutzeranforderungen zum Einschalten des Fahrzeugs 100 oder zum Ausschalten des Fahrzeugs 100 hinweisen. Das Startsystem 106 kann einen vom Benutzer bedienbaren Schalter und eine Smart-Key-Erkennungseinrichtung oder einen Zündschlüsselschalter oder andere Mittel umfassen, die es einem Benutzer ermöglichen, Angaben zu machen, dass der Motor 101 gestartet oder abgestellt werden soll.
Das Steuergerät 104 ist Teil eines Steuersystems 201, das in 2 schematisch dargestellt ist und den Betrieb des Motors 101 steuert. Das Steuergerät 104 empfängt nicht nur Eingangssignale von dem Startsystem 106 und dem Gaspedalsensor 108, sondern auch Eingangssignale von einem Bremssystem 202 des Fahrzeugs 100, die auf Benutzeranforderungen hinweisen, die am Bremspedal 107 (in 1 dargestellt) eingegeben werden. Es empfängt auch Eingangssignale von einer Abtastvorrichtung 203, die so angeordnet ist, dass sie die Position der Kurbelwelle (318 in 3) des Motors 101 abtastet, und von einem Drucksensor 216, der an einem Ansaugkrümmer 215 des Motors 101 vorgesehen ist und ein Signal liefert, das den Luftdruck im Ansaugkrümmer angibt.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Erfassungsvorrichtung 203 ein Paar Hall-Effekt-Sensoren, die so angeordnet sind, dass sie die Ausrichtung des Schwungrads (nicht abgebildet) des Motors 101 erfassen.
Als Reaktion auf empfangene Eingangssignale ist das Steuergerät 104 so konfiguriert, dass es Ausgangssignale an verschiedene Komponenten des Steuersystems 201 liefert, die den Betrieb des Motors 101 steuern, darunter: Kraftstoffeinspritzdüsen 204 zur Steuerung der in die Zylinder 103 des Motors 101 eingespritzten Kraftstoffmenge; ein Zündsystem 205 zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs in den Zylindern 103; und ein Ventilbetätigungsmittel 206 zur Betätigung der Einlassventile 200 der Zylinder 103 des Motors 101. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Ventilbetätigungsmittel 206 ein System mit kontinuierlichem variablem Ventilhub (CWL), aber in alternativen Ausführungsformen kann das Ventilbetätigungsmittel 206 ein System mit diskretem variablem Ventilhub umfassen.
Luft wird dem Motor 101 über eine Drosselklappe 214 und den stromabwärts der Drosselklappe 214 angeordneten Ansaugkrümmer 215 zugeführt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Drosselklappe 214 eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe, die in Abhängigkeit von den vom Steuergerät 104 empfangenen Signalen arbeitet. In alternativen Ausführungsformen kann die Drosselklappe 214 jedoch auch durch eine mechanische Verbindung mit dem Gaspedal 105 betätigt werden und einen Sensor umfassen, der dem Steuergerät 104 ein Signal liefert, das seine Stellung anzeigt.
Wenn der Motor 101 nicht läuft und das Steuergerät 104 ein Anforderungssignal empfängt, das anzeigt, dass der Motor 101 ein Verbrennungsdrehmoment erzeugen muss, kann das Steuergerät 104 ein Ausgangssignal an die sekundäre Drehmomenteinrichtung 102 liefern, um sie zu veranlassen, den Motor 101 zu starten und Ausgangssignale an die Drosselklappe 214, die Ventilbetätigungseinrichtung 206, die Kraftstoffeinspritzdüsen 204 und das Zündsystem 205 zu liefern, um den Motor 101 zu starten.
Während des Betriebs des Motors 101 werden die Abgase vom Motor 101 über ein Abgassystem 207 transportiert, das einen Abgaskrümmer 208 und einen Dreiwegekatalysator 209 umfasst. Während des normalen Betriebs des Motors 101, d. h. wenn er ein Verbrennungsmoment erzeugt, ist das Steuergerät 104 so konfiguriert, dass es Ausgangssignale an die Drosselklappe 214, die Ventilbetätigungsmittel 206, die Kraftstoffeinspritzdüsen 204 und das Zündsystem 205 liefert. Durch die Bereitstellung solcher Signale ist das Steuergerät 104 in der Lage, zu geplanten Zeitpunkten innerhalb des Viertakt-Verbrennungszyklus der Zylinder 103 die Ansaugung einer erforderlichen Luftmasse in die Zylinder 103, die Einspritzung von Kraftstoff in die Zylinder 103 und die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu bewirken.
Bei dem Motor 101 handelt es sich um einen Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, so dass typischerweise für jeden Zylinder 103 das Einlassventil 200 (bzw. die Einlassventile 200 in Ausführungsformen mit mehreren Einlassventilen) während eines Ansaugtakts geöffnet und geschlossen wird und während des Ansaugtakts Kraftstoff in den Zylinder 103 eingespritzt wird, so dass der eingespritzte Kraftstoff mit der an den offenen Einlassventilen 200 vorbeigezogenen Luft vermischt wird. Das Zündsystem 205 zündet dann das Kraftstoff-Luft-Gemisch, typischerweise gegen Ende eines Verdichtungstakts, so dass das Gemisch während des folgenden Arbeitstakts verbrennt. Die Verbrennungsprodukte werden dann im folgenden Auspufftakt aus dem Motor 101 ausgestoßen, bevor der Zyklus mit einem weiteren Ansaugtakt wieder beginnt. Die Zeitpunkte des Öffnens und Schließens der Einlassventile 200, der Kraftstoffeinspritzungen und der Zündung werden von dem Steuergerät 104 in Abhängigkeit von den von der Sensoreinrichtung 203 empfangenen Zeitsignalen geplant.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst das Steuergerät 104 ein Ventilsteuermodul, das so konfiguriert ist, dass es die Ventilbetätigungsmittel 206 veranlasst, die Einlassventile 200 gemäß dem vom Steuergerät 104 festgelegten Zeitplan zu öffnen und zu schließen. In alternativen Ausführungsformen kann das Ventilsteuermodul jedoch in einer separaten elektronischen Steuereinheit vorgesehen sein, und das Steuergerät 104 veranlasst das Öffnen und Schließen der Einlassventile 200 durch Bereitstellung von Daten, die den Zeitplan definieren, an diese separate Steuereinheit.
Die in die Zylinder 103 eingespritzte Kraftstoffmenge wird vom Steuergerät 104 so bestimmt, dass sie mit der Luftmasse übereinstimmt, die während der Einlasshübe in die Zylinder 103 angesaugt wird. Typischerweise bestimmt das Steuergerät 104 die Luft- und Kraftstoffmasse, um ein stöchiometrisches Gemisch für die Verbrennung zu erzeugen. Die in die Zylinder 103 angesaugte Luftmasse hängt von der Stellung der Drosselklappe 214, dem Zeitpunkt des Öffnens und Schließens der Einlassventile 200 und der Höhe ab, auf die sie beim Öffnen angehoben werden. Bei normalem Betrieb des Motors 101 saugt dieser während der Ansaugtakte Luft in seine Zylinder 103, und Beschränkungen des Luftstroms in den Ansaugkrümmer 215, wie z. B. die Drosselklappe 214, bewirken eine Verringerung des Luftdrucks im Ansaugkrümmer 215. Der verringerte Druck im Ansaugkrümmer 215 wird jedoch vom Steuergerät 104 berücksichtigt, wenn es die Luftmasse bestimmt, die in die Zylinder 103 gesaugt wird.
Während des normalen Betriebs des Motors 101 kann das Steuergerät 104 ein Signal empfangen, das vorschreibt, dass der Motor 101 kein Verbrennungsmoment erzeugen soll, d. h. das anzeigt, dass die Kraftstoffzufuhr zum Motor 101 gestoppt oder unterbrochen werden soll. Wenn der Motor 101 läuft und ein Signal empfangen wird, das anzeigt, dass die Kraftstoffzufuhr zum Motor 101 gestoppt werden soll, koordiniert das Steuergerät 104 das Stoppen der Kraftstoffzufuhr zum Motor 101 und das Stoppen der Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs, so dass der Motor 101 kein Verbrennungsmoment mehr erzeugt. Darüber hinaus koordiniert das Steuergerät 104, wie nachstehend näher beschrieben, auch das Schließen der Drosselklappe 214 und das Öffnen und Schließen der Ventilbetätigungsmittel 206, um zu bewirken, dass während der Ansaugtakte nur eine relativ geringe Luftmasse aus dem Ansaugkrümmer 215 in die Zylinder 103 gesaugt wird. Um dies zu erreichen, veranlasst das Steuergerät 104 in der vorliegenden Ausführungsform die Ventilbetätigungsmittel 206, die Einlassventile 200 mit einem relativ geringen Hub und für eine relativ kurze Zeitspanne zu öffnen. In alternativen Ausführungsformen kann das Steuergerät 104 die Ventilbetätigungsmittel 206 veranlassen, die Einlassventile 200 mit einem relativ kleinen Hub oder alternativ für eine relativ kurze Zeitspanne zu öffnen, so dass während der Einlasshübe nur eine relativ kleine Luftmasse aus dem Ansaugkrümmer 215 in die Zylinder 103 gesaugt wird.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Steuergerät 104 so konfiguriert, dass es den Motor 101 entsprechend den Anforderungen an das vom Motor 101 zu erzeugende Verbrennungsdrehmoment stoppt und startet. So könnte ein am Steuergerät 104 empfangenes Kraftstoffabschaltsignal (auch bekannt als ein Signal, dass die Kraftstoffzufuhr zu stoppen ist) vom Startsystem 106 empfangen werden, das eine Benutzereingabe erhalten hat, die anzeigt, dass der Motor 101 abgeschaltet werden soll. Alternativ kann das Kraftstoffabschaltsignal vom Gaspedalsensor 108 empfangen werden, der anzeigt, dass der Benutzer das Gaspedal 105 losgelassen hat und kein Drehmoment vom Motor 101 erzeugt werden muss, oder das Kraftstoffabschaltsignal kann vom Steuergerät 104 vom Bremssystem 202 empfangen werden, das eine Benutzereingabe am Bremspedal 107 erhalten hat, die anordnet, dass das Fahrzeug 100 langsamer fahren soll.
Wenn der Motor 101 kein Verbrennungsdrehmoment erzeugt, ist das Steuergerät 104 so konfiguriert, dass es die Wiederaufnahme der Kraftstoffzufuhr zum Motor 101 in Abhängigkeit vom Empfang eines Anforderungssignals veranlasst, das anzeigt, dass ein positives Motordrehmoment erforderlich ist. Das Anforderungssignal kann beispielsweise vom Fahrpedalsensor 108 erzeugt werden, nachdem der Motor 101 eine Zeit lang überhaupt nicht gelaufen ist, oder zu einem Zeitpunkt, zu dem der Motor 101 aufgrund des Impulses noch dreht, nachdem er zuvor ein Verbrennungsmoment erzeugt hat.
Wie bereits erwähnt, wird die in die Zylinder 103 angesaugte Luftmasse während einer Kraftstoffabschaltphase reduziert. Durch die Verringerung der in die Zylinder 103 angesaugten Luftmasse während der Kraftstoffunterbrechung wird verhindert, dass übermäßige Sauerstoffmengen den Drei-Wege-Katalysator 209 erreichen und eine übermäßige Oxidation des Katalysators verursachen. Folglich ist beim Neustart des Motors 101 nur ein relativ geringer Überschuss an Kraftstoff im Luft-Kraftstoff-Verhältnis erforderlich, um eine erforderliche Reduzierung des oxidierten Katalysators zu bewirken.
Während einer Kraftstoffunterbrechungsperiode wird die Drosselklappe 214 in eine Position geschlossen, in der sie nur einen relativ geringen Luftstrom in den Ansaugkrümmer 214 zulässt, und durch Öffnen der Einlassventile 200 während einer Kraftstoffunterbrechungsperiode kann der Luftdruck im Ansaugkrümmer 214 auf einem Niveau gehalten werden, das unter einem Maximaldruck liegt und dem Luftdruck während des normalen Betriebs des Motors 101 ähnlich ist.
Die Aufrechterhaltung eines derart niedrigen Luftdrucks im Ansaugkrümmer 215 kann beispielsweise dann von Vorteil sein, wenn das Fahrzeug 100 eine Straße entlangfährt und der Fahrer des Fahrzeugs 101 vorübergehend das Gaspedal 108 loslässt, um anzuzeigen, dass kein Verbrennungsdrehmoment vom Motor 101 benötigt wird, und dann erneut Druck auf das Gaspedal 108 ausübt, um ein Verbrennungsdrehmoment anzufordern. D.h. das Fahrzeug 100 wird in Bewegung gesetzt, während der Motor 101 ein Verbrennungsdrehmoment liefert, setzt seine Fahrt während eines kurzen Zeitraums fort, in dem der Kraftstoff abgestellt wird, der Motor 101 sich aber aufgrund des Drehmoments weiterdreht, und setzt dann seine Fahrt fort, nachdem der Motor 101 wieder ein Verbrennungsdrehmoment erzeugt hat.
In diesem Szenario empfängt das Steuergerät 104 ein Signal, das einen Bedarf an Verbrennungsdrehmoment anzeigt, bis es ein Signal empfängt, das anfordert, dass die Kraftstoffzufuhr zum Motor 101 unterbrochen werden soll, und dann kurz darauf ein Signal empfängt, das die Wiederaufnahme der Erzeugung von Verbrennungsdrehmoment durch den Motor 101 anfordert. Wenn das Steuergerät 104 die Anforderung zur Wiederaufnahme des Verbrennungsdrehmoments empfängt, ist es in der Lage, die erforderlichen Zeitpunkte für das Öffnen und Schließen der Einlassventile 200 zu bestimmen, um zu bewirken, dass eine erforderliche Luftmasse für das angeforderte Verbrennungsdrehmoment in die Zylinder 103 gesaugt wird, und zwar auf der Grundlage eines üblichen Luftdrucks, der im Ansaugkrümmer 215 vorhanden ist. Auf diese Weise ist das Steuergerät 104 in der Lage, den Motor 101 zu veranlassen, die Erzeugung des Verbrennungsmoments mit einem genau bestimmten Verhältnis von Luft zu Kraftstoff wieder aufzunehmen. Würden dagegen die Einlassventile 200 während der Kraftstoffunterbrechung überhaupt nicht geöffnet, würde das Entweichen von Luft um die Drosselklappe 214 herum dazu führen, dass der Druck im Ansaugkrümmer 215 in Richtung Atmosphärendruck ansteigt, und der vom Steuergerät 104 festgelegte Zeitplan für die Wiederaufnahme der Erzeugung des Motordrehmoments würde dazu führen, dass eine übermäßig große Luftmasse in den Motor 101 gesaugt wird. Dies hat typischerweise zur Folge, dass ein plötzlicher, vorübergehender Drehmomentanstieg entsteht, der für die Insassen des Fahrzeugs 100 offensichtlich und unerwünscht wäre und die Kontrolle des Fahrers über das Fahrzeug 100 beeinträchtigen könnte.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst das Steuergerät 104 mindestens eine Speichervorrichtung 210, die Befehle 211 speichert, und mindestens einen Prozessor 212, der so konfiguriert ist, dass er auf die Speichervorrichtung 210 zugreift und die gespeicherten Befehle 211 ausführt, so dass das Steuergerät 104 so konfiguriert ist, dass es die hierin beschriebenen Verfahren durch Steuern der sekundären Drehmomentquelle 102, des Drosselventils 214, der Ventilbetätigungsmittel 206, des Zündsystems 205 und der Kraftstoffeinspritzdüsen 204 durchführt. Das Steuergerät 104 umfasst auch ein Eingangs-/Ausgangsmittel 213 des Steuergeräts 104, um Eingangssignale von anderen Komponenten des Fahrzeugs 100 zu empfangen und Ausgangssignale an diese zu liefern. Das Eingangs-/Ausgangsmittel 213 kann einen Transceiver zur Bereitstellung von Datenkommunikation über einen Datenbus, wie z. B. einen CAN-Bus (Controller Area Network), umfassen.
Weitere Einzelheiten zu den Ventilbetätigungsmitteln 206 des Steuersystems 201 sind in 3 dargestellt, die einen der Zylinder 103 des Motors 101 mit einem Kolben 301 zeigt. 3 zeigt auch die Mechanismen, durch die ein Einlassventil 200 und ein Auslassventil 302 des Zylinders 103 betätigt werden. Obwohl in 3 nur ein Zylinder 103 mit einem Einlassventil 200 dargestellt ist, können die Einlassventile 200 der anderen Zylinder 103 auf ähnliche Weise betätigt werden. In anderen Ausführungsformen kann jeder Zylinder 103 mehr als ein Einlassventil 200 haben, und wenn in der vorliegenden Beschreibung auf die Betätigung des Einlassventils 200 eines Zylinders 103 Bezug genommen wird, gilt dies auch für die Betätigung aller Einlassventile 200 eines Zylinders 103, der mehrere Einlassventile 200 hat, d.h. Eine Bezugnahme auf ein Einlassventil 200 eines Zylinders 103, das geöffnet, geöffnet, geschlossen oder geschlossen ist, sollte als Bezugnahme auf alle Einlassventile 200 eines Zylinders 103 verstanden werden, die geöffnet, geöffnet, geschlossen oder geschlossen sind, und zwar in Bezug auf eine Ausführungsform mit mehreren Einlassventilen 200 für jeden Zylinder 103.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Ventilbetätigungseinrichtung 206 ein bekanntes Hydrauliksystem, das so angeordnet ist, dass es nur die Einlassventile 200 des Motors 101 betätigt. Die Auslassventile 302 werden durch direkte mechanische Wechselwirkung mit einem Nocken 303 auf einer Nockenwelle 304 betätigt, aber in einer alternativen Ausführungsform können die Auslassventile 302 auch durch ein System mit stufenlosem Ventilhub (CWL) in ähnlicher Weise wie die Einlassventile 200 betätigt werden.
Die Ventilbetätigungseinrichtung 206 umfasst einen Nockenstößel 305, der so angeordnet ist, dass er von einem Nocken 306 betätigt wird, der sich auf einer Nockenwelle 307 des Motors 101 befindet. Bei Betätigung betätigt der Nockenstößel 305 einen Kolben 308 in einem Hauptzylinder 309 des Hydrauliksystems. Der Geberzylinder 309 ist über ein Magnetventil 310 hydraulisch mit einem Vorratsbehälter 311 und einem Nehmerzylinder 312 verbunden, der einen Kolben 313 enthält. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Magnetventil 411 so vorgespannt, dass normalerweise eine Verbindung zwischen dem Geberzylinder 410 und dem Speichermittel 412 besteht. Zur Betätigung des Einlassventils 200 wird das Magnetventil 310 aktiviert, um den Geberzylinder 309 mit dem Nehmerzylinder 312 zu verbinden und ihn von der Vorratseinrichtung 311 zu trennen; die Betätigung des Geberzylinders 309 bewirkt dann die Betätigung des Nehmerzylinders 312. Wenn das Magnetventil 310 auf ein Signal des Steuersystems 104 hin deaktiviert wird, ermöglicht es das Ablassen von Hydraulikflüssigkeit aus dem Geberzylinder 309 und/oder dem Nehmerzylinder 312 in den Vorratsbehälter 311, um die Betätigung des Nehmerzylinders 312 zu verhindern oder die Rückkehr des Kolbens 313 des Nehmerzylinders 312 in seine eingefahrene Position zu ermöglichen.
Der Kolben 313 des Nehmerzylinders 312 ist so angeordnet, dass er das Einlassventil 200 betätigt. Wenn das Einlassventil 200 betätigt wird, wie in 3 dargestellt, wird das Einlassventil 200 von einer Einlassöffnung 314 des Zylinders 103 verschoben, damit Luft in den Zylinder 103 gesaugt werden kann.
Während des normalen Betriebs des Motors 101 stellt das Magnetventil 310 die Verbindung zwischen dem Geberzylinder 309 und dem Nehmerzylinder 312 her, zumindest für einen Teil des Zeitraums, in dem der Nocken 306 den Kolben 308 des Geberzylinders 309 während des Einlasshubs des Kolbens 301 betätigt. Folglich wird der Kolben 313 des Nehmerzylinders 312 hydraulisch betätigt und drückt das Einlassventil 200 in eine offene Position, wie in 3 gezeigt. Wenn der Nocken 306 weiter gedreht wird, lässt der auf den Kolben 308 ausgeübte Druck nach, so dass die Hydraulikflüssigkeit in den Hauptzylinder 309 zurückfließen und das Einlassventil 200 in eine geschlossene Stellung zurückkehren kann, in der es die Einlassöffnung 314 verschließt.
Als Reaktion auf ein Signal des Steuergeräts 104 kann jedoch das Magnetventil 310 bewegt werden, um den Hauptzylinder 309 mit dem Vorratsbehälter 311 zu verbinden, so dass die Betätigung des Kolbens 308 im Hauptzylinder 309 keine Betätigung des Kolbens 313 im Nebenzylinder 312 bewirken kann und der Kolben 313 im Nebenzylinder 312 in seiner eingefahrenen Stellung verbleibt oder zurückkehrt, in der er es dem Einlassventil 200 ermöglicht, in seiner geschlossenen Stellung zu verbleiben oder zurückzukehren, um das Eindringen von Luft in den Zylinder 103 zu verhindern.
Wie in 3 dargestellt, ist eine Kraftstoffeinspritzdüse 315 so angeordnet, dass Kraftstoff direkt in den Zylinder 103 eingespritzt wird, und eine Zündvorrichtung 316, z. B. eine Zündkerze, ist vorgesehen, um das im Zylinder 103 vorhandene Kraftstoff-Luft-Gemisch im Normalbetrieb zu zünden.
In der vorliegenden Ausführungsform veranlasst das Steuergerät 104 in Zeiten, in denen die Kraftstoffzufuhr zum Motor 101 unterbrochen ist, das Magnetventil 310, den Geberzylinder 309 während eines kurzen Zeitraums, der mit dem Beginn des Einlasshubs des Kolbens 301 beginnt, hydraulisch mit dem Nehmerzylinder 312 zu verbinden, und veranlasst dann das Magnetventil 310, den Nehmerzylinder 312 am Ende dieses Zeitraums mit dem Reservoir 311 zu verbinden. Während des kurzen Zeitraums zu Beginn des Einlasshubs des Kolbens 301 bewegt die Flanke des Nockens 306 den Nockenstößel 305 nur um eine relativ geringe Strecke, wie in 3 dargestellt, und folglich wird das Einlassventil 200 nur um eine relativ kurze Strecke angehoben.
Der Kolben 301 des Zylinders 103 ist über eine Pleuelstange 317 mit einem Kurbelzapfen 319 der Kurbelwelle 318 des Motors 101 verbunden. Da sich der Kolben 301 zu Beginn seines Einlasshubs vom oberen Totpunkt aus bewegt und der Kurbelzapfen 318 sich um die Achse der Kurbelwelle 318 dreht, hat die Geschwindigkeit des Kurbelzapfens 319 nur eine relativ kleine Komponente in der Bewegungsrichtung des Kolbens 301. Folglich bewegt sich der Kolben 301 während des kurzen Zeitraums, in dem das Einlassventil 200 geöffnet ist, relativ langsam aus dem oberen Totpunkt und erzeugt nur ein relativ kleines Volumen im Zylinder 103. Auf diese Weise kann eine genaue, kleine Luftmasse in den Zylinder 103 gesaugt werden, bevor das Einlassventil 200 geschlossen wird.
In alternativen Ausführungsformen kann die Ventilbetätigungseinrichtung 206 eine andere Art von variablem Ventilhubsystem umfassen, wie z. B. ein elektrisches System mit Solenoiden oder Elektromotoren, die so angeordnet sind, dass sie die Einlassventile 200 des Motors 101 direkt betätigen.
Ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 400 veranschaulicht, das von dem Steuergerät 104 zur Steuerung des Betriebs eines Verbrennungsmotors 101 durchgeführt werden kann, ist in 4 dargestellt. In Block 401 des Verfahrens 400 wird ein erstes Anforderungssignal empfangen, das eine Anforderung zum Absenken der Kraftstoffzufuhr zum Motor 101 anzeigt. In Block 402 wird während der Kraftstoffunterbrechung ein Einlassventil 200 eines Zylinders 103 des Verbrennungsmotors 101 geöffnet, damit Luft mit einer bestimmten Masse in den Zylinder einströmen kann. Die Luftmasse, die in den Zylinder 103 eintreten darf, liegt unter einem ersten Bereich von Massen, die es dem Verbrennungsmotor ermöglichen, ein Verbrennungsmoment zu erzeugen. D.h. während des normalen Betriebs des Motors 101, wenn der Motor 101 veranlasst wird, ein Verbrennungsdrehmoment zu erzeugen, wird Luft in den Zylinder 103 gesaugt und Kraftstoff eingespritzt, und das Gemisch wird anschließend gezündet. Während des normalen Betriebs liegt die in den Zylinder 103 angesaugte Luftmasse innerhalb eines ersten Bereichs von Massen, die alle in der Lage sind, ein Verbrennungsmoment zu erzeugen. Während eines Zeitraums, in dem die Kraftstoffzufuhr zum Motor 101 unterbrochen wird, kann jedoch bei jedem Ansaugtakt nur eine relativ kleine Luftmasse, die kleiner ist als die kleinste Masse im ersten Massenbereich, in den Zylinder 103 eintreten. In Ausführungsformen der Erfindung ist die sehr kleine Luftmasse nicht mehr als ein Drittel der kleinsten Masse im ersten Bereich von Massen, die verwendet werden, um Verbrennungsmoment während des normalen Betriebs des Motors 101 bereitzustellen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die sehr kleine Luftmasse nicht mehr als ein Fünftel der kleinsten Masse im ersten Bereich von Massen, die verwendet werden, um Verbrennungsmoment während des normalen Betriebs des Motors 101 bereitzustellen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Luftmassen im ersten Massenbereich ausreichend groß sind, damit der Motor 101 ein Verbrennungsmoment erzeugen kann. Die sehr kleine Luftmasse, die während der Kraftstoffzufuhr in die Zylinder 103 eintritt, ist jedoch so klein, dass sie nicht in der Lage wäre, den Motor 101 in die Lage zu versetzen, ein Verbrennungsdrehmoment zu erzeugen, wenn Kraftstoff vorhanden wäre, d. h. wenn die Zylinder 103 des Motors 101 während der Einlasshübe mit der sehr kleinen Luftmasse und einer entsprechenden Kraftstoffmasse versorgt würden, wäre die sehr kleine Luftmasse nicht groß genug, um eine stabile Verbrennung zu gewährleisten, so dass der Motor 101 Fehlzündungen hätte und folglich langsam zum Stillstand käme.
In 5 sind Diagramme dargestellt, die ein Beispiel für den Beginn einer Kraftstoffunterbrechungsperiode nach dem normalen Betrieb eines Zylinders 103 des Motors 101 zeigen. Die Diagramme veranschaulichen (von oben nach unten in 5 aufgelistet) den Einlassventilhub (I.V.), die Kraftstoffeinspritzung (INJ.), die Zündung (IG.), den Auslassventilhub (E.V.) und die Drehzahl des Motors 101 bzw. der Kurbelwelle 318 (dargestellt durch das untere Diagramm) in Bezug auf den Kurbelwellenwinkel. Es ist zu beachten, dass alle Diagramme dieselben Kurbelwellenwinkel auf der horizontalen Achse darstellen.
Zunächst wird während eines Ansaugtakts (I) des Zylinders 103 der Hub 501 des Einlassventils 200 maximiert, und während des Ansaugtakts wird Kraftstoff eingespritzt 502. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird dann gegen Ende des nächstfolgenden Verdichtungstakts (C) gezündet 503, so dass die Verbrennung während des anschließenden Arbeitstakts (P) stattfindet. Das Auslassventil 302 wird dann während des folgenden Auslasstakts (E) angehoben 504, damit die Verbrennungsprodukte aus dem Zylinder 103 ausgestoßen werden können.
Eine Kraftstoffabschaltanforderung (in 5 durch die gestrichelte Linie dargestellt) wird während des Arbeitstakts (P) empfangen, bevor das Steuergerät 104 einen Zeitplan für die nächste Öffnung des Einlassventils 200 festgelegt hat. Folglich veranlasst das Steuergerät 104 während des Ansaugtakts (I), der auf den Empfang der Kraftstoffabschaltanforderung folgt, die Ventilbetätigungsmittel 206, das Einlassventil 200 anzuheben, es aber kurz darauf wieder zu schließen, so dass nur eine geringe Luftmasse in den Zylinder 103 eintreten kann. Beim anschließenden Auslasstakt 506 wird dann nur noch eine geringe Luftmasse ausgestoßen.
In Fällen, in denen die Anforderung zur Kraftstoffunterbrechung empfangen wird, während das Fahrzeug 101 steht, kann der Motor 101 bald zum Stillstand kommen, wie in Kurve 507 dargestellt. Wenn das Fahrzeug 100 beispielsweise auf einer Straße fährt und die Kraftstoffunterbrechung durch Loslassen des Gaspedals 105 ausgelöst wird, kann sich der Motor 101 aufgrund des Schwungs weiterdrehen, wie in der Kurve 508 dargestellt. In solchen Fällen wird das Einlassventil 200 während des einen oder der mehreren auf den Einlasshub folgenden Einlasshübe (mit Ventilhub 505) weiter angehoben 509, bevor erneut ein Verbrennungsmoment angefordert wird. Die Anhebungen 509 während der Kraftstoffunterbrechung reichen jedoch nur aus, um eine geringe Luftmasse in die Zylinder 103 zu ziehen, d. h. eine Masse, die unter dem ersten Bereich von Massen liegt, die für die Bereitstellung eines Verbrennungsmoments geeignet sind.
In 6 sind ähnliche Diagramme wie in 5 dargestellt, die ein weiteres Beispiel für den Beginn einer Kraftstoffunterbrechung nach dem normalen Betrieb eines Zylinders 103 des Motors 101 zeigen. Die Diagramme zeigen (von oben nach unten in 6) den Einlassventilhub (I.V.), die Kraftstoffeinspritzung (INJ.), die Zündung (IG.), den Auslassventilhub (E.V.) und die Drehzahl des Motors 101 oder der Kurbelwelle 318 (dargestellt durch das untere Diagramm) in Bezug auf den Kurbelwellenwinkel (horizontale Achse aller Diagramme).
In den in 6 dargestellten Diagrammen wird zunächst während eines Ansaugtakts (I) des Zylinders 103 der Hub 601 des Einlassventils 200 maximiert und Kraftstoff eingespritzt 602. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird dann gegen Ende des nächstfolgenden Verdichtungstakts (C) gezündet (603), so dass die Verbrennung während des nachfolgenden Arbeitstakts (P) stattfindet. Das Auslassventil 302 wird dann beim folgenden Auslasstakt (E) angehoben 604, damit die Verbrennungsprodukte aus dem Zylinder 103 ausgestoßen werden können.
In diesem Beispiel wird die Kraftstoffabschaltanforderung (in 6 durch die gestrichelte Linie dargestellt) während eines Ansaugtakts (I) und bei geöffnetem Einlassventil 200 empfangen, d. h. sie wird empfangen, nachdem das Einlassventil 200 angehoben wurde 605, um den Eintritt einer für die Verbrennung geeigneten Luftmasse in den Zylinder 103 zu ermöglichen. Folglich kann die Kraftstoffeinspritzung 606 erfolgen, bevor das Einlassventil 200 geschlossen und das Kraftstoff-Luft-Gemisch 607 gezündet wird, so dass die Verbrennungsprodukte 608 über den Katalysator 209 abgeleitet werden.
Nach Erhalt der Kraftstoffabschaltanforderung plant das Steuergerät 104 jedoch das Öffnen und Schließen des Einlassventils 200 so, dass während des Ansaugtakts, der auf das Schließen des Einlassventils 200 am Ende des Ventilhubs 605 folgt, nur eine geringe Luftmenge in den Zylinder 103 gelangen kann. Das Einlassventil 200 wird also zum Öffnen 609 veranlasst, schließt aber kurz darauf wieder. Folglich wird im nächstfolgenden Auspufftakt (E) 610 nur eine geringe Luftmasse zum Katalysator 209 ausgestoßen.
Wie oben erwähnt, kann der Motor 101 in Fällen, in denen die Anforderung zur Kraftstoffunterbrechung bei stehendem Fahrzeug 101 eingeht, bald zum Stillstand kommen, wie in Kurve 611 dargestellt. Wenn das Fahrzeug 100 beispielsweise auf einer Straße fährt und die Kraftstoffunterbrechung durch Loslassen des Gaspedals 105 ausgelöst wird, kann sich der Motor 101 aufgrund des Schwungs weiterdrehen, wie durch die Kurve 612 dargestellt.
Ein Flussdiagramm eines Verfahrens 700 zur Steuerung des Betriebs eines Verbrennungsmotors 101, das ein Beispiel für das Verfahren 400 darstellt, ist in 7 gezeigt. In Block 701 des Verfahrens 700 wird ein Anforderungssignal empfangen. Bei dem Anforderungssignal kann es sich um eine Anforderung handeln, dass der Motor 101 ein bestimmtes Verbrennungsdrehmoment bereitstellen soll, oder alternativ um eine Anforderung, dass kein Verbrennungsdrehmoment bereitgestellt werden soll, d. h. um eine Anforderung, dass die Kraftstoffzufuhr zum Motor reduziert werden soll. In Block 702 wird festgestellt, ob das Anforderungssignal anzeigt, dass ein Verbrennungsdrehmoment erforderlich ist, und wenn ja, wird in Block 706 das Einlassventil 200 geöffnet, um zu ermöglichen, dass eine Luftmasse in einem ersten Massenbereich während des Einlasshubs in den Zylinder 103 eintritt, in dem der Kraftstoff im nächstfolgenden Arbeitstakt des Zylinders 103 verbrannt werden soll. In Block 707 wird Kraftstoff in den Zylinder 103 eingespritzt, während das Einlassventil 200 geöffnet ist, und in Block 708 wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Zylinder 103 gezündet, um während des Arbeitstakts ein Drehmoment zu erzeugen.
Wenn in Block 702 festgestellt wird, dass das Anforderungssignal nicht anzeigt, dass ein Drehmoment erforderlich ist, d. h. eine Anforderung zur Kraftstoffunterbrechung empfangen wurde, wird in Block 703 festgestellt, ob es möglich ist, die Öffnung des Einlassventils 200 für den Ansaugtakt, der vor dem nächsten Arbeitstakt stattfindet, zu planen. Wie in den Diagrammen von 5 dargestellt, kann die Anforderung zur Kraftstoffunterbrechung beispielsweise früh genug empfangen werden, so dass das Öffnen und Schließen des Einlassventils (dargestellt bei 505) so geplant werden kann, dass nur eine geringe Luftmenge in den Zylinder 103 gelangt. In einer solchen Situation, in der die erforderliche Zeitplanung möglich ist, werden die Vorgänge in den Blöcken 704 und 705 ausgeführt.
In einer alternativen Ausführungsform wird die Planung der Öffnung des Einlassventils 200 selbst zu einem bestimmten Zeitpunkt durchgeführt, der durch den Winkel der Kurbelwelle 318 bestimmt wird. Beispielsweise kann die Planung der Öffnung des Einlassventils 200 immer zu einem bestimmten Zeitpunkt während des vorhergehenden Arbeitstakts des Zylinders 103 erfolgen. In einer solchen Ausführungsform findet der Prozess in Block 703 nicht statt, weil die Anforderung der Kraftstoffunterbrechung entweder rechtzeitig empfangen wird, um die reduzierte Öffnung des Einlassventils 200 für den nächsten Ansaugtakt zu planen, in diesem Fall wird die reduzierte Öffnung geplant, oder sie wird nicht rechtzeitig empfangen, in diesem Fall wird sie nicht geplant.
Im Block 704 wird das Einlassventil 200 des Zylinders 103 geöffnet, damit eine Luftmasse aus einem zweiten Massenbereich während des nächstfolgenden Einlasshubs in den Zylinder einströmen kann. Der zweite Massenbereich ist kleiner als der erste Massenbereich, d. h. die größte Masse des zweiten Massenbereichs ist kleiner als die kleinste Masse des ersten Massenbereichs. Luftmassen im ersten Massenbereich werden vom Motor 101 verwendet, um eine Verbrennung im Zylinder 103 zu erzeugen, wenn ein Verbrennungsmoment erforderlich ist. Luftmassen, die unterhalb des ersten Massenbereichs liegen, und alle Luftmassen innerhalb des zweiten Massenbereichs sind jedoch nicht in der Lage, eine Verbrennung im Zylinder 103 zu bewirken, um ein Verbrennungsmoment zu erzeugen. D. h., selbst wenn, wie oben beschrieben, den Zylindern 103 des Motors 101 eine entsprechende Kraftstoffmasse zusammen mit der Luftmasse im zweiten Massenbereich zugeführt würde und die Zündung fortgesetzt würde, würde der Motor 101 Fehlzündungen haben und langsam zum Stillstand kommen.
Im Block 705 wird die Einspritzung von Kraftstoff in den Zylinder 103 verhindert, so dass während des Ansaugtakts nur Luft in den Zylinder 103 gelangt. Die Zündung kann auch im folgenden Verdichtungstakt verhindert werden.
Wenn in Block 703 festgestellt wird, dass es nicht möglich ist, das Öffnen des Einlassventils 200 im Einlasstakt vor dem nächsten Arbeitstakt zu planen, werden alternativ die Prozesse in den Blöcken 706 bis 708 durchgeführt. Wie in den Diagrammen von 6 dargestellt, kann beispielsweise das Einlassventil 200 bei Empfang des letzten Anforderungssignals bereits während eines Einlasstakts geöffnet sein, bei dem die Zündung während des nächstfolgenden Verdichtungstakts erfolgen soll. In einem solchen Fall ist die geforderte Zeitplanung nicht möglich, so dass die Prozesse in den Blöcken 706 bis 708 durchgeführt werden. Alternativ kann die Öffnung des Einlassventils 200 bereits geplant sein, damit eine Luftmasse im ersten Massenbereich in den Zylinder 103 einströmen kann, und eine Neuplanung ist möglicherweise nicht möglich, bevor das Einlassventil 200 geöffnet wird. Ein Beispiel hierfür ist in den Diagrammen von 8 dargestellt.
8 zeigt Diagramme der Drehzahl des Motors 101 in Umdrehungen pro Minute (RPM) (unteres Diagramm), der Einlassventilstellung (I.V.), der Kraftstoffeinspritzung (INJ.) und der Zündung (IG.) für jeden der vier Zylinder (#1, #2, #3 und #4) in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel während eines Zeitraums, in dem eine Kraftstoffabschaltanforderung (dargestellt durch die gestrichelte Linie, die sich über alle Diagramme erstreckt) empfangen wird. Obwohl in 8 nicht dargestellt, ist davon auszugehen, dass das eine oder die mehreren Auslassventile 302 jedes Zylinders 103 bei jedem Auslasshub für eine begrenzte Zeit geöffnet sind.
Bevor die Anforderung zur Kraftstoffunterbrechung eingeht, wird das Einlassventil 200 jedes Zylinders 103 geöffnet und während der Einlasshübe (I) des Zylinders 103 geschlossen, und während das Einlassventil 200 eines Zylinders 103 geöffnet ist, wird Kraftstoff in den jeweiligen Zylinder eingespritzt. Gegen Ende jedes Verdichtungshubs (C) jedes Zylinders 103 wird der Kraftstoff in diesem Zylinder 103 gezündet.
Während des Auspufftakts (E) des Zylinders Nr. 3 und des Arbeitstakts des Zylinders Nr. 4 wird eine Anforderung zur Kraftstoffunterbrechung empfangen. Die Öffnung der Einlassventile 200 für diese beiden Zylinder wurde bereits geplant, und folglich werden ihre Einlassventile 801 und 802 angehoben, Kraftstoff eingespritzt 803 und 804 und eine Zündung durchgeführt 805 und 806, um eine Verbrennung während ihrer nächsten Arbeitstakte (P) zu erzeugen. Die Zeitpläne für die Öffnung der Einlassventile 200 während der Einlasshübe, die auf die endgültigen Zündungen 805 und 806 folgen, werden jedoch in Abhängigkeit von der Anforderung der Kraftstoffunterbrechung festgelegt, und folglich werden die Einlassventile 200 angehoben 807 und 808, aber kurz nach dem Öffnen geschlossen, so dass nur eine geringe Luftmenge in die Zylinder Nr. 3 und Nr. 4 gesaugt wird.
Die Anforderung zur Kraftstoffunterbrechung wird während eines Ansaugtakts (I) des Zylinders Nr. 1 empfangen, bei dem das Einlassventil 200 bereits angehoben wurde 809. Folglich findet die Verbrennung nach der Zündung 810 des Luft-Kraftstoff-Gemischs statt. Der Zeitplan für die Öffnung des Einlassventils 200 während des Einlasstakts (I), der auf die endgültige Zündung 810 folgt, wird jedoch in Abhängigkeit von der Anforderung zur Kraftstoffunterbrechung festgelegt, und folglich wird das Einlassventil 200 des Zylinders Nr. 1 angehoben 811, aber kurz nach dem Öffnen geschlossen, so dass nur eine geringe Luftmenge in den Zylinder Nr. 1 gesaugt wird.
Die Anforderung zur Kraftstoffunterbrechung wird während eines Verdichtungstakts (C) des Zylinders Nr. 2 nach einem Ansaugtakt (I) empfangen, bei dem das Einlassventil 200 angehoben 812 und Kraftstoff eingespritzt 813 wurde. Folglich findet die Verbrennung nach der Zündung 814 des Luft-Kraftstoff-Gemischs gegen Ende des Verdichtungstakts (C) statt. Der Zeitplan für die Öffnung des Einlassventils 200 für den auf die Zündung 814 folgenden Einlasstakt (I) wird jedoch in Abhängigkeit von der Anforderung der Kraftstoffunterbrechung festgelegt, so dass das Einlassventil 200 des Zylinders Nr. 2 zwar angehoben 815, aber kurz nach dem Öffnen geschlossen wird, so dass nur eine geringe Luftmenge in den Zylinder Nr. 2 gesaugt wird.
In Fällen, in denen die Anforderung zur Kraftstoffunterbrechung empfangen wird, während das Fahrzeug 101 steht, kann der Motor bald zum Stillstand kommen, wie in Kurve 818 dargestellt. Wenn das Fahrzeug 100 beispielsweise auf einer Straße fährt und die Kraftstoffunterbrechung durch Loslassen des Gaspedals 105 ausgelöst wird, kann der Motor 101 aufgrund des Impulses weiterdrehen, wie in der Kurve 816 dargestellt, bis eine Anforderung für ein weiteres Verbrennungsmoment eingeht. In solchen Fällen werden die Einlassventile 200 während ihres nachfolgenden einen oder mehrerer Einlasshübe (I) weiter angehoben (nach den Einlasshüben mit Hüben 811, 807, 808 und 815), aber die nachfolgenden Hübe 817 reichen nur aus, um eine kleine Luftmasse in die Zylinder 103 zu ziehen, d. h. eine Masse, die geringer ist als der erste Bereich von Massen zur Bereitstellung eines Verbrennungsmoments.
Ein weiteres Beispiel für die Steuerung eines Motors 101 ist in den Diagrammen in 9 dargestellt, das Diagramme der Motordrehzahl in Umdrehungen pro Minute (RPM) (unteres Diagramm), der Einlassventilposition (I.V.), der Kraftstoffeinspritzung (INJ.) und der Zündung (IG.) für jeden der vier Zylinder (#1, #2, #3 und #4) in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel während eines Zeitraums enthält, in dem eine Anforderung zur Kraftstoffreduzierung (dargestellt durch die gestrichelte Linie, die sich durch alle Diagramme zieht) empfangen wird.
Bevor die Anforderung zur Kraftstoffunterbrechung eingeht, wird das Einlassventil 301 jedes Zylinders 103 geöffnet und während der Einlasshübe (I) des Zylinders 103 geschlossen, und während das Einlassventil 200 eines Zylinders 103 geöffnet ist, wird Kraftstoff in den jeweiligen Zylinder eingespritzt. Gegen Ende jedes Verdichtungshubs (C) jedes Zylinders 103 wird der Kraftstoff in diesem Zylinder 103 gezündet.
Im Beispiel von 9 ist das Einlassventil 200 des Zylinders Nr. 1 geöffnet, wenn das Kraftstoffabschaltanforderungssignal empfangen wird, so dass Kraftstoff 901 in den Zylinder 103 eingespritzt und anschließend 902 gegen Ende des Verdichtungstakts (C) gezündet wird, um eine Endverbrennung zu erzeugen. In einer Ausführungsform kann die Endzündung jedoch unmittelbar nach dem Beginn des Arbeitstakts (P) erfolgen, wie bei 905 angegeben. Dies führt dazu, dass weniger Leistung für die Erzeugung von Drehmoment und mehr Energie für den Katalysator 209 bereitgestellt wird. Dies kann daher dazu beitragen, den Katalysator 209 während einer Kraftstoffunterbrechung auf Betriebstemperatur zu halten, so dass der Katalysator effizienter arbeitet, wenn die Erzeugung des Verbrennungsmoments wieder aufgenommen wird.
Nach der endgültigen Zündung 902 (oder 905) wird das Einlassventil 200 des Zylinders Nr. 1 bei allen folgenden Umdrehungen des Motors 101 nur mit einem kleinen kurzen Hub 903 geöffnet, bis eine Anforderung des Verbrennungsmoments erfolgt.
Die Einlassventile 200 der anderen in 9 dargestellten Zylinder 103 (Nr. 2, Nr. 3 und Nr. 4) sind zum Zeitpunkt des Empfangs des Kraftstoffabschaltanforderungssignals geschlossen, und folglich sind die Einlassventile 200 dieser Zylinder (Nr. 2, Nr. 3 und Nr. 4) für die aktuelle und die folgenden Umdrehungen des Motors 101 so geplant, dass sie sich bei jedem Ansaugtakt (I) nur kurz öffnen, damit eine kleine Luftmasse in den Zylinder gesaugt werden kann. Im Falle des Zylinders Nr. 2 befindet sich der Kolben 301 zum Zeitpunkt der Anforderung der Kraftstoffunterbrechung in seinem Verdichtungstakt (C), wobei der Zylinder Nr. 2 während seines vorherigen Ansaugtakts (I) gerade Kraftstoff und Luft erhalten hat. Folglich kann die Zündung 904 während des Verdichtungstakts (C) des Zylinders Nr. 2 erfolgen, so dass die Verbrennung im Arbeitstakt (P) stattfindet, der auf die Anforderung der Kraftstoffunterbrechung folgt, und die Verbrennungsprodukte während des anschließenden Auspufftakts (E) in den Katalysator 209 geleitet werden.
Ein zusätzlicher Prozess 1001, der in einigen Ausführungsformen des Verfahrens 700 enthalten ist, ist in 10 dargestellt. Der zusätzliche Prozess 1001 wird vor dem Prozess in Block 704 durchgeführt, bei dem das Einlassventil 200 veranlasst wird, sich um einen reduzierten Betrag (in Höhe und/oder Zeit) zu heben, um nur eine kleine Luftmasse (unterhalb des ersten Massenbereichs) in seinen Zylinder 103 zu lassen. Das zusätzliche Verfahren 1001 umfasst das Veranlassen des Schließens einer Drosselklappe 214 in eine Position, die einen Luftmassenstrom durch die Drosselklappe 214 auf einen zeitlich gemittelten Massenstrom in die Zylinder 103 der Brennkraftmaschine 101 beschränkt, der auftritt, wenn der Hub der Einlassventile 200 reduziert ist, wie in Block 704. D.h., wenn die Drosselklappe 214 in einer definierten Position (z.B. vollständig geschlossen) geschlossen ist, bewirkt der reduzierte Druck im Ansaugkrümmer 215, dass Luft um die Drosselklappe 214 herum mit einer Durchflussrate entweicht, die durch einen Drucksensor (216 in 2), der sich am Ansaugkrümmer 215 befindet, vorgegeben oder bestimmt werden kann. Der verringerte Hub der Einlassventile 200 ist so angeordnet, dass ein durchschnittlicher Luftmassenstrom in die Zylinder 103 bereitgestellt wird, der dem Massenstrom der Luft entspricht, die um die Drosselklappe 214 herum entweicht, so dass der Unterdruck im Ansaugkrümmer stabil und unter einem Maximaldruck gehalten wird.
Wie bereits erwähnt, kann das Steuergerät 104 die Luft, die in die Zylinder 103 des Motors 101 gesaugt wird, wenn die Verbrennung wieder einsetzt, genau steuern, wenn der Luftdruck im Ansaugkrümmer 215 niedrig gehalten wird und dem Druck entspricht, der normalerweise im Ansaugkrümmer 215 während des normalen Betriebs herrscht.
11 zeigt ein Flussdiagramm, das zusätzliche Prozesse veranschaulicht, die in das Verfahren 700 einbezogen werden können. Die Verfahren sollen einen reibungslosen Neustart des Motors nach einem Zeitraum ermöglichen, in dem der Motor 101 stillgestanden hat. In Fällen, in denen in Block 702 festgestellt wird, dass ein Verbrennungsmoment erforderlich ist, wird zunächst in Block 1101 festgestellt, ob sich der Motor 101 in einem Zeitraum befindet, der unmittelbar auf eine Aufforderung zum Starten des Motors 101 folgt. Befindet er sich nicht in einem solchen Zeitraum, können die Verfahren 706 bis 708 wie oben beschrieben durchgeführt werden. Wenn jedoch festgestellt wird, dass sich der Motor 101 innerhalb eines solchen Zeitraums befindet, wird der zusätzliche Prozess 1001, der unter Bezugnahme auf 10 beschrieben ist, durchgeführt, so dass die Drosselklappe 214 veranlasst wird, sich in eine Position zu schließen (oder in dieser zu verbleiben), die eine Durchflussrate durch die Drosselklappe 214 einschränkt. Das Einlassventil 200 des Zylinders 103 wird dann nur so weit geöffnet, dass eine kleine Luftmasse unterhalb des ersten Massenbereichs in den Zylinder 103 eintreten kann.
Der Zeitraum unmittelbar nach einer Aufforderung zum Anlassen des Motors 101 kann dem ersten Hub der Kolben 301 der Zylinder 103 oder den ersten wenigen Hüben entsprechen, die die Kolben 301 nach Erhalt der Aufforderung ausführen.
Ein Beispiel für den durch das Flussdiagramm in 11 veranschaulichten Prozess wird durch die Diagramme in 12 veranschaulicht, die die Motordrehzahl zeigen, wie sie von Null ansteigt (unteres Diagramm), zusammen mit der Einlassventilposition (I.V.), dem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt (INJ.) und dem Zündzeitpunkt (IG.) für die vier Zylinder (#1, #2, #3 und #4) 103 des Motors 101 während seiner ersten Umdrehungen nach Erhalt eines Startanforderungssignals. Zu Beginn wird der Motor 101 durch die sekundäre Drehmomentquelle 102 in Drehung versetzt. Die Geschwindigkeit, mit der die Ausgangsdrehzahl des Motors 101 unter der Einwirkung der sekundären Drehmomentquelle 102 von Null auf die Leerlaufdrehzahl (z. B. 700 Umdrehungen pro Minute) ansteigt, ist bekannt, beispielsweise aus früheren Messungen, und daher ist auch der Winkel bekannt, um den der Motor 101 gedreht werden muss, bevor eine erste Zündung erforderlich ist.
Im vorliegenden Beispiel muss der erste Arbeitstakt (P) erfolgen, wenn der Motor 101 ungefähr seine Leerlaufdrehzahl erreicht hat, und die erste Zündung ist daher erforderlich, nachdem der Motor 101 um etwa 720 Grad gedreht hat. In diesem Fall ist der Zylinder Nr. 2 derjenige, der seinen ersten Arbeitstakt (P) ausführt, wenn diese Drehzahl erreicht ist. Zur Vorbereitung der Verbrennung während dieses Arbeitstakts (P) von Zylinder Nr. 2 wird sein Einlassventil 103 als erstes so weit geöffnet, dass eine Luftmasse im ersten Massenbereich nach etwa 360 Grad in den Zylinder gesaugt und Kraftstoff eingespritzt werden kann.
Wie in 12 dargestellt, hat der Motor 101 zu dem Zeitpunkt, zu dem das Einlassventil 103 von Zylinder 2 geöffnet wird, bereits eine Drehzahl von mehr als 50 % der Leerlaufdrehzahl erreicht.
In diesem Beispiel sind beim Anlassen durch die sekundäre Drehmomentquelle 102 die ersten Zylinder, die Einlasshübe (I) ausführen, die Zylinder Nr. 3 und Nr. 4, aber es kann vorhergesagt werden, dass sich der Motor 101 zum Zeitpunkt ihrer ersten Arbeitshübe (P) nicht schnell genug drehen wird. Daher werden während des ersten Ansaugtakts (I) der Zylinder Nr. 3 und Nr. 4 die Einlassventile 301 dieser Zylinder nur so weit geöffnet, dass Luft innerhalb des zweiten Massenbereichs in den Zylinder einströmen kann. D.h. es wird eine Luftmasse eingelassen, die unterhalb des ersten Massenbereichs liegt, der zur Erzeugung eines Verbrennungsmoments geeignet wäre. Darüber hinaus wird kein Kraftstoff eingespritzt. Folglich findet während der ersten Arbeitstakte (P) von Zylinder Nr. 3 und Zylinder Nr. 4 keine Verbrennung statt.
Durch die Verhinderung der Verbrennung während der ersten Arbeitstakte (P) der Zylinder Nr. 3 und Nr. 4 im Beispiel von 12 kann der Motor 101 durch eine sekundäre Drehmomentquelle sanft aus dem Stillstand heraus beschleunigt werden, wodurch Geräusche, Vibrationen und Rauheit minimiert werden können. Da das (die) Einlassventil(e) der Zylinder Nr. 3 und Nr. 4 während der ersten Ansaughübe (I) nur eine geringe Luftmenge einströmen lassen, wird außerdem eine übermäßige Oxidation des Katalysators verhindert.
In einer alternativen Ausführungsform werden die Einlassventile 103 während des ersten Ansaugtakts (I) eines oder mehrerer Zylinder 103 nicht geöffnet, damit eine Luftmasse unterhalb des ersten Massenbereichs einströmen kann, sondern die Einlassventile 103 werden während dieser Ansaugtakte (I) vollständig geschlossen gehalten.
Für die Zwecke dieser Offenbarung kann jedes der hier beschriebenen Steuergeräte ein Steuergerät oder eine Recheneinheit mit einem oder mehreren elektronischen Prozessoren umfassen. Ein Fahrzeug und/oder ein System kann eine einzige Steuereinheit oder ein einziges elektronisches Steuergerät umfassen, oder alternativ können verschiedene Funktionen des/der Steuergeräts/Steuergeräte in verschiedenen Steuereinheiten oder Steuergeräten verkörpert oder untergebracht sein. Es könnte ein Satz von Anweisungen bereitgestellt werden, die bei ihrer Ausführung das/die Steuergerät(e) oder die Steuereinheit(en) veranlassen, die hierin beschriebenen Steuertechniken (einschließlich der beschriebenen Methode(n)) umzusetzen. Der Satz von Anweisungen kann in einen oder mehrere elektronische Prozessoren eingebettet sein, oder alternativ könnte der Satz von Anweisungen als Software bereitgestellt werden, die von einem oder mehreren elektronischen Prozessoren ausgeführt wird. Beispielsweise kann ein erstes Steuergerät in Software implementiert sein, die auf einem oder mehreren elektronischen Prozessoren läuft, und ein oder mehrere andere Steuergeräte können ebenfalls in Software implementiert sein, die auf einem oder mehreren elektronischen Prozessoren läuft, optional auf demselben oder mehreren Prozessoren wie das erste Steuergerät. Es versteht sich jedoch von selbst, dass auch andere Anordnungen sinnvoll sind, und daher soll die vorliegende Offenbarung nicht auf eine bestimmte Anordnung beschränkt sein. In jedem Fall kann der oben beschriebene Befehlssatz in ein computerlesbares Speichermedium (z. B. ein nichttransitorisches computerlesbares Speichermedium) eingebettet werden, das einen beliebigen Mechanismus zum Speichern von Informationen in einer Form umfassen kann, die von einer Maschine oder einem elektronischen Prozessor/Rechengerät lesbar ist, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: ein magnetisches Speichermedium (z. B., Diskette); optisches Speichermedium (z. B. CD-ROM); magnetooptisches Speichermedium; Festwertspeicher (ROM); Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM); löschbarer programmierbarer Speicher (z. B. EPROM und EEPROM); Flash-Speicher; oder elektrische oder andere Arten von Medien zur Speicherung solcher Informationen/Anweisungen.
Es wird deutlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne den Anwendungsbereich der vorliegenden Anmeldung zu verlassen.
Die in den 4, 7, 10 und 11 dargestellten Blöcke können Schritte in einem Verfahren und/oder Codeabschnitte im Computerprogramm 211 darstellen. Die Darstellung einer bestimmten Reihenfolge der Blöcke bedeutet nicht unbedingt, dass es eine erforderliche oder bevorzugte Reihenfolge für die Blöcke gibt, und die Reihenfolge und Anordnung der Blöcke kann variiert werden. Außerdem ist es möglich, dass einige Schritte weggelassen werden.
Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in den vorangegangenen Abschnitten unter Bezugnahme auf verschiedene Beispiele beschrieben wurden, ist zu beachten, dass Änderungen an den angegebenen Beispielen vorgenommen werden können, ohne dass der Umfang der beanspruchten Erfindung beeinträchtigt wird. Die in der vorangegangenen Beschreibung beschriebenen Merkmale können auch in anderen als den ausdrücklich beschriebenen Kombinationen verwendet werden. Obwohl Funktionen unter Bezugnahme auf bestimmte Merkmale beschrieben wurden, können diese Funktionen durch andere Merkmale ausgeführt werden, unabhängig davon, ob diese beschrieben sind oder nicht. Obwohl Merkmale unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, können diese Merkmale auch in anderen Ausführungsformen vorhanden sein, unabhängig davon, ob sie beschrieben sind oder nicht.

Claims

Ein Steuergerät zur Steuerung des Betriebs eines Verbrennungsmotors, wobei das Steuergerät so konfiguriert ist, dass es: das Öffnen eines Einlassventils eines Zylinders des Verbrennungsmotors während der Kraftstoffunterbrechung bewirkt, um den Eintritt von Luft mit einer Masse in den Zylinder zu ermöglichen; wobei die Masse unterhalb eines ersten Bereichs von Massen liegt, die es dem Verbrennungsmotor ermöglichen, ein Verbrennungsmoment zu liefern.
Steuergerät nach Anspruch 1, wobei: das Steuergerät einen elektronischen Prozessor mit einem elektrischen Eingang zum Empfang des ersten Anforderungssignals umfasst; und eine elektronische Speichervorrichtung, die elektrisch mit dem elektronischen Prozessor verbunden ist und in der Anweisungen gespeichert sind, der Prozessor ist so konfiguriert, dass er auf die Speichervorrichtung zugreift und die darin gespeicherten Anweisungen ausführt.
Steuergerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Steuergerät so konfiguriert ist, dass es das Öffnen des Einlassventils bewirkt, um zu ermöglichen, dass eine Luftmasse im ersten Massenbereich während aller Einlasshübe des Zylinders, in denen Kraftstoff während eines nächsten Arbeitstakts des Zylinders verbrannt wird, in den Zylinder eintritt.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: während der Kraftstoffunterbrechung das Steuergerät so konfiguriert ist, dass es das Öffnen des Einlassventils während jedes Einlasstaktes des Zylinders bewirkt, um zu ermöglichen, dass eine Luftmasse in einem zweiten Massenbereich während jedes Einlasstaktes in den Zylinder eintritt; und eine größte Masse in dem zweiten Massenbereich kleiner ist als eine kleinste Masse in dem ersten Massenbereich, und wobei optional die größte Masse in dem zweiten Massenbereich mindestens dreimal kleiner ist als die kleinste Masse in dem ersten Massenbereich.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Steuergerät so konfiguriert ist, dass es: ein Kraftstoffabschaltanforderungssignal empfängt, das eine Anforderung anzeigt, die Kraftstoffzufuhr zum Motor zu stoppen; und das Öffnen des Einlassventils veranlasst, damit Luft mit einer Masse unterhalb des ersten Massenbereichs während eines nächsten Einlasshubs des Zylinders, der auf den Empfang des Anforderungssignals folgt, in den Zylinder eintreten kann, und zwar in Abhängigkeit davon, dass das Einlassventil zum Zeitpunkt des Empfangs des Anforderungssignals geschlossen ist.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Steuergerät in Abhängigkeit von einem Kraftstoffabschaltanforderungssignal, das empfangen wird, während das Einlassventil geöffnet ist oder kurz davor steht, geöffnet zu werden, konfiguriert ist, um: Luft mit einer Masse im ersten Massenbereich in den Zylinder einströmen lassen; die Einspritzung von Kraftstoff in den Zylinder bewirken; das Schließen des Einlassventils zu bewirken; und anschließend das Öffnen des Einlassventils zu veranlassen, um zu ermöglichen, dass Luft mit einer Masse unterhalb des ersten Massenbereichs während des Einlasshubs des Zylinders, der dem Schließen des Einlassventils folgt, in den Zylinder eintritt, und gegebenenfalls wobei das Steuergerät so konfiguriert ist, dass es die Zündung des Kraftstoffs im Zylinder nach dem Schließen des Einlassventils veranlasst, um die Verbrennung des Kraftstoffs im Zylinder während eines nächsten Krafthubs nach dem Schließen des Einlassventils zu ermöglichen, und das Steuergerät so konfiguriert ist, dass es die Zündung erst veranlasst, nachdem ein Kolben im Zylinder den oberen Totpunkt erreicht hat.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Steuergerät so konfiguriert ist, dass es: ein Startanforderungssignal empfängt, das eine Anforderung anzeigt, eine Drehzahl eines Ausgangs des Verbrennungsmotors von Null zu erhöhen; und das Öffnens eines Einlassventils mindestens eines Zylinders des Verbrennungsmotors veranlasst, damit Luft mit einer Masse unterhalb des ersten Massenbereichs während mindestens eines ersten Ansaugtakts des mindestens einen Zylinders eintreten kann, und des Einspritzens von Kraftstoff während des mindestens einen ersten Ansaugtakts verhindert; und optional wobei das Steuergerät so konfiguriert ist, dass nur eine Luftmasse unterhalb des ersten Massenbereichs in jeden Zylinder des Verbrennungsmotors eintritt, bis: ein Ansaugtakt eines Zylinders des Verbrennungsmotors, von dem erwartet wird, dass er seinen nächsten Arbeitstakt hat, nachdem der Verbrennungsmotor eine erforderliche Drehzahl erreicht hat; oder der Verbrennungsmotor um einen vordefinierten Winkel gedreht worden ist.
Steuersystem zur Steuerung des Betriebs eines Verbrennungsmotors, umfassend ein Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und eine Ventilbetätigungseinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie das Öffnen des Einlassventils jedes Zylinders des Verbrennungsmotors bewirkt, wobei die Ventilbetätigungseinrichtung so konfiguriert ist, dass sie die Ventilhubhöhe und/oder die Ventilhubdauer in Abhängigkeit von einem von dem Steuergerät empfangenen Signal steuert; wobei die Ventilbetätigungseinrichtung optional ein variables Ventilhubsystem umfasst; und . wobei das variable Ventilhubsystem außerdem optional ein kontinuierliches variables Ventilhubsystem und/oder ein Hydrauliksystem umfasst.
Verbrennungsmotor, der das Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder das Steuersystem nach Anspruch 8 umfasst, wobei der Motor ein oder mehrere Auslassventile umfasst, die mechanisch durch an einer Nockenwelle befestigte Nocken betätigt werden.
Fahrzeug mit dem Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dem Steuerungssystem nach Anspruch 8 oder dem Verbrennungsmotor nach Anspruch 9.
Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, umfassend: Das Bewirken des Öffnens eines Einlassventils eines Zylinders des Verbrennungsmotors während der Kraftstoffunterbrechung, damit Luft mit einer ersten Masse in den Zylinder eintreten kann; wobei die erste Masse unterhalb eines Bereichs von Massen liegt, die es dem Verbrennungsmotor ermöglichen, ein Verbrennungsmoment zu liefern.
Nicht-transitorisches computerlesbares Medium, das computerlesbare Anweisungen enthält, die, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, die Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 11 bewirken.