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Die vorliegende Erfindung befaßt sich
mit einem System und einem Verfahren für die Motorbremsung in einem
Fahrzeug, und insbesondere mit einem Verdichtungsbremssystem und
-verfahren, bei dem ein Motor mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis zur
selektiven Erhöhung
der Bremswirkung des Fahrzeuges eingesetzt wird.
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Verdichtungsretardersysteme werden
typischerweise bei relativ großen
Fahrzeugen oder Nutzfahrzeugen eingesetzt und wirken derart, daß sie das Moment
erhöhen,
das von herkömmlichen
Reibungsbremseinrichtungen geliefert wird, und/oder zur Geschwindigkeitsregelung
solcher Fahrzeuge.
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Eine Motorbremsung bzw. Verdichtungsbremsung
wird in der Regel nach dem Abstellen. der Kraftstoffzufuhr zum Motor
aktiviert, so z. B. wenn das Fahrzeug ein starkes Gefälle hinunterfährt. Die Verdichtungsverzögerung wird
dadurch durchgeführt,
daß dem
Luftstrom im Motor ein Widerstand entgegengesetzt wird, indem die
Ventilsteuerzeiten verändert
werden, und/oder durch andere Techniken. Zum Beispiel, und ohne
Einschränkung
darauf, kann eine Verdichtungsbremsung dadurch durchgeführt werden,
daß am
Ende eines Hubes ein Zylinderventil geöffnet wird (z. B. ein Auslaßventil
oder zusätzliches Ventil),
so daß die
in der komprimierten Luft gespeicherte potentielle Energie in die
Atmosphäre
entlassen wird. Auf diese Weise wird der Abtriebswelle Energie entnommen
und das Fahrzeug verzögert.
Bisherige Verdichtungsbrems- bzw. -Retardersysteme beinhalten typischerweise
mehrere hydraulisch betätigte
Ventile, die mit verschiedenen Zylindern im Motor eines Fahrzeuges
kommunizieren und selektiv geöffnet
werden, um verdichtete Luft aus den jeweiligen Zylindern zu entlassen,
wie dies z. B. aus der US-5,816,665 ersichtlich ist.
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Es sind Anstrengungen unternommen
worden, den Wirkungsgrad und den Kraftstoffverbrauch von Motoren
zu verbessern, indem das Verdichtungsverhältnis in verschiedenen Zylindern
des Motors verstellbar verändert
wird. Zum Beispiel, und ohne Begrenzung darauf, kann ein Motor mit
verstellbarem Verdichtungsverhältnis
das Verdichtungsverhältnis
einiger Zylinder selektiv dadurch verändern, daß Nebenkammern in den Zylinderköpfen geöffnet bzw.
geschlossen werden, oder dadurch, daß die Länge der Kolben und/oder Pleuelstangen
verändert wird.
Derartige Motoren bieten eine höhere
Flexibilität,
besseren Kraftstoffverbrauch und verringertes Klopfen. Fahrzeuge
mit solchen Motoren werden aber im typischen Fall mit herkömmlichen
Reibungsbremsen und/oder herkömmlichen
Verdichtungsbremssystemen und -Strategien abgebremst. Diese herkömmlichen
Verdichtungsbremssysteme und -Verfahren ziehen keinen Nutzen aus
der Flexibilität, die
ihnen durch Motoren mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis geboten
wird und sind daher nicht gut für
solche Motoren mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis geeignet.
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Es ist daher ein Ziel dieser Erfindung,
ein neues und verbessertes System und Verfahren für Verdichtungsbremsungen
zu schaffen, das jeweils geeignet ist, in einem Motor mit verstellbarem
Verdichtungsverhältnis
eingesetzt zu werden.
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Einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung zufolge wird ein System zur Verzögerung eines Fahrzeuges mit
einem Motor mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis gestellt, der selektiv
in einer Betriebsart mit hohem Verdichtungsverhältnis oder in einer Betriebsart
mit niedrigem Verdichtungsverhältnis betrieben
werden kann, wobei das System ein Verdichtungsbremssystem beinhaltet,
das selektiv ein bestimmtes Verdichtungsbremsmoment liefert, und eine
Steuerung, die kommunizierend mit dem Motor mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis und
mit dem Verdichtungsbremssystem verbunden ist, wobei die Steuerung
derart wirksam ist, daß sie
bewirkt, daß ein
Motor mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis selektiv zwischen der
Betriebsart mit hohem Verdichtungsverhältnis und der Betriebsart mit
niedrigem Verdichtungsverhältnis
umschaltet, während das
Verdichtungsbremssystem aktiviert ist, so daß das Verdichtungsbremsmoment
selektiv verstellt wird.
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Das System kann weiterhin einen Sensor enthalten,
der ausgelegt ist, die Fahrzeuggeschwindigkeit zu messen, und worin
die Steuerung außerdem
kommunizierend mit dem Sensor verbunden ist und derart wirkt, daß das Verdichtungsbremssystem aktiviert
wird, wenn das Fahrzeug gebremst wird, und die Fahrzeuggeschwindigkeit
einen vorgegebenen Wert überschreitet.
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Der Motor mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis kann
der Bauart sein, die mehrere Nebenkammern aufweist, welche selektiv
und kommunizierend mit den Motorzylindern verbunden sind, und die selektiv
geöffnet
und geschlossen werden können, um
das Verdichtungsverhältnis
des Motors zu verändern.
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Alternativ dazu kann der Motor mit
verstellbarem Verdichtungsverhältnis
der Bauart sein, die mehrere selektiv verlängerbare Kolben aufweist.
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Das Fahrzeug kann des weiteren ein
Getriebe aufweisen, und die Steuerung kann des weiteren kommunizierend
mit dem Getriebe gekuppelt sein und so eingerichtet sein, daß sie das
Getriebe anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit selektiv schaltet, wenn
das Verdichtungsbremssystem aktiviert ist.
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Einem zweiten Aspekt der Erfindung
zufolge wird ein Verfahren zur Verzögerung eines Fahrzeuges der
Bauart mit einem Verdichtungsbremssystem und einem Motor mit verstellbarem
Verdichtungsverhältnis
gestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Verfahren die Schritte
der Aktivierung des Verdichtungsbremssystems beinhaltet, um ein
Bremsmoment zu erzeugen, und der Verstellung des Verdichtungsverhältnisses
in dem Motor mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis, so daß das erzeugte Bremsmoment
verändert
wird.
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Das Verfahren kann weiterhin die
Schritte der Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit beinhalten, sowie
der selektiven Aktivierung des Verdichtungsbremssystems nur dann,
wenn die gemessene Geschwindigkeit eine vorgegebene Geschwindigkeit überschreitet.
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Das Verfahren kann außerdem die
Schritte der selektiven Erhöhung
des Verdichtungsverhältnisses
des Motors enthalten, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt und
einen ersten Schwellenwert übersteigt,
während
das Verdichtungsbremssystem aktiviert ist, um so das erzeugte Bremsmoment zu
erhöhen.
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Das Fahrzeug kann außerdem ein
Getriebe aufweisen, und das Verfahren kann den Schritt der selektiven
Schaltung des Getriebes in einen niedrigeren Gang beinhalten, wenn
die Fahrzeuggeschwindigkeit weiter ansteigt, nachdem das Verdichtungsverhältnis des
Motors erhöht
worden ist.
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Das Verfahren kann weiterhin den
Schritt der selektiven Senkung des Verdichtungsverhältnisses des
Motors beinhalten, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit sinkt und unter
einem zweiten Schwellenwert liegt, während das Verdichtungsbremssystem
aktiviert ist.
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Das Fahrzeug kann des weiteren ein
Getriebe aufweisen, und das Verfahren kann des weiteren den Schritt
der selektiven Umschaltung des Getriebes in einen höheren Gang
beinhalten, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit weiter sinkt, nachdem
das Verdichtungsverhältnis
des Motors zurückgenommen
wurde.
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Das Verfahren kann weiterhin den
Schritt der Deaktivierung des Verdichtungsbremssystemes beinhalten,
wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit weiter sinkt, nachdem das Fahrzeug
in einen höheren
Gang geschaltet hat.
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Die Erfindung soll nun beispielartig
näher erläutert werden,
mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen. Dabei zeigt:
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1:
ein Blockdiagramm eines Verdichtungsbremssystems zum Einsatz in
Verbindung mit einem Fahrzeug mit einem Motor mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung; und
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2:
ein Flußdiagramm,
welches ein Verfahren gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Durchführung der
Verdichtungsbremsung darstellt.
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Es sei nun Bezug genommen auf die 1, wo ein Bremssystem 10 dargestellt
ist, welches ausgelegt ist, eine Motorbremsung bzw. sogenannte Verdichtungsbremsung
in einem Fahrzeug 12 mit einem Motor 14 mit verstellbarem
Verdichtungsverhältnis durchzuführen.
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Das System 10 ist ausgelegt,
die verstellbare Verdichtung des Motors 14 und das Verdichtungsbremssystem 16 synergisch
auszunutzen, um das so erzeugte Verdichtungsbremsmoment selektiv
zu steuern bzw. zu verändern.
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Das dargestellte Fahrzeug 12 ist
ein Lastkraftwagen oder Nutzfahrzeug mit einem mehrgängigen Getriebe 18,
es könnte
aber auch jedes beliebige andere Fahrzeug sein, das zusätzliche
Bremswirkung benötigt.
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Das System 10 beinhaltet
eine herkömmliche
Steuerung 20, die nach einem gespeicherten Programm betrieben
wird. Steuerung 20 ist kommunizierend mit dem Verdichtungsbremssystem 16 verbunden,
mit dem Motor 14 mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis, und
mit dem Getriebe 18. Die Steuerung 20 beinhaltet
einen oder mehrere Mikroprozessoren, die zusammenwirkend die nachstehend
beschriebene Verdichtungsbremsstrategie bzw. das Verdichtungsbremsverfahren
zur Durchführung
bringen.
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Wie dem Fachmann in der Technik einleuchten
wird, kann die Steuerung 20 eine Vielzahl von im Handel
erhältlichen
herkömmlichen
und disparaten sog. Chips oder anderen Vorrichtungen beinhalten, die
betriebsmäßig und
kommunizierend zusammenwirkend miteinander verbunden sind, oder
die Steuerung 20 besteht vorzugsweise aus einem Teil einer herkömmlichen
Motorsteuereinheit ("Engine
Control Unit – ECU").
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Die Steuerung 20 wirkt derart,
daß sie
die vom System 16 gelieferte Verdichtungsbremsfunktion
steuert, die Verdichtungsverstellfunktion des Motors 14 und
die Gangschaltfunktionen des Getriebes 18. Es sollte dabei
angemerkt werden, daß die
Steuerung 20 auch andere Fahrzeug- und/oder Motorfunktionen
steuern kann, wie z. B. die Ventilsteuerzeiten und/oder die Zündzeitpunkte
und Zündeinstellung.
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Fahrzeugattributsensoren 22 beinhalten
eine Reihe von herkömmlichen
und im Handel erhältlichen
Sensoren, die Informationen erfassen, die der Fahrzeuggeschwindigkeit
von Fahrzeug 12 und anderen Fahrzeugattributen zugeordnet
sind.
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Die Sensoren 22 beinhalten
einen oder mehrere herkömmliche
Raddrehzahlsensor(en) und Pedalsensoren, die verschiedene Daten
wie z. B. die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Fahrpedalstellung an
die Steuerung 20 liefern. Steuerung 20 verwendet diese
Daten zur Steuerung des Verdichtungsbremssystems 16, des
Motors 14 mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis, und
des Getriebes 18 in synergischer Weise derart, daß ein stufenlos
verstellbares und steuerbares Verdichtungsbremsmoment erzeugt wird,
um die Geschwindigkeit des Fahrzeuges 12 zu regeln.
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Der Motor 14 mit verstellbarem
Verdichtungsverhältnis
ist ein herkömmlicher
Motor mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis mit mehreren (nicht dargestellten)
Zylindern, und ist in der Lage, das Verdichtungsverhältnis in
den Zylindern selektiv zu verändern.
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Ein Beispiel eines solchen Motors
ist ein Motor mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis der Art mit Nebenkammern,
die selektiv und kommunizierend mit den verschiedenen Zylindern
des Motors 14 verbunden sind, und welche selektiv geöffnet und
geschlossen werden, um das Verdichtungsverhältnis des Motors 14 zu
verändern.
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Ein weiteres Beispiel eines solchen
Motors ist ein Motor mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis der
Bauart mit selektiv verlängerbaren
Kolben, die selektiv so verlängert
oder verkürzt
werden, daß das Verdichtungsverhältnis innerhalb
des Motors 14 verändert
wird.
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In beiden Fällen hat der Motor 14 wenigstens zwei
Verstell-Verdichtungs-Betriebsarten, nämlich eine Betriebsart mit
hohem Verdichtungsverhältnis, in
welcher der Motor 14 mit einem relativ hohen Verdichtungsverhältnis betrieben
wird, und eine Betriebsart mit kleinem Verdichtungsverhältnis, in
welchem der Motor 14 mit einem relativ niedrigen Verdichtungsverhältnis arbeitet.
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Bei Motoren mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis von
der Bauart mit Nebenkammern werden die Nebenkammern beim Hochdruckbetrieb
geschlossen, und beim Niederdruckbetrieb werden die Nebenkammern
geöffnet.
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Bei Motoren mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis der
Bauart mit verstellbaren Kolben werden die Kolben im Hochdruckbetrieb
verlängert,
und im Niederdruckbetrieb werden die Kolben verkürzt.
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Es ist dabei anzumerken, daß die vorliegende
Erfindung nicht durch den jeweils verwendeten besonderen Typ von
Motor mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis eingeschränkt ist,
und daß die vorliegende
Erfindung mit jedem beliebigen Typ von Motor mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis zum Einsatz
gebracht werden kann.
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Das Fahrzeug 12 beinhaltet
des weiteren ein herkömmliches
Verdichtungsbremssystem 16, das kommunizierend mit dem
Motor 14 verbunden ist und/oder Teil desselben ist. In
einer bevorzugten Ausführungsform
beinhaltet das Verdichtungsbremssystem 16 mehrere (nicht
dargestellte Ventile), wovon jedes in einem einzelnen Zylinder des
Motors 14 angeordnet ist, und wovon jedes selektiv hydraulisch in
herkömmlicher
Weise betätigt
werden kann, um verdichtete Luft zu bestimmten Zeitpunkten selektiv aus
den Zylindern zu entlassen, wenn sich das Fahrzeug 12 im
Verdichtungsbremsbetrieb befindet.
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Im Betrieb koordiniert die Steuerung 20 die Funktionen
des Verdichtungsbremssystems 16, des Motors 14 mit
verstellbarem Verdichtungsverhältnis und
des Getriebes 18 so, daß ein stufenlos verstellbares
und steuerbares Verdichtungsbremsmoment erzielt wird.
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Es sei nun Bezug auf 2 genommen, wo ein Blockdiagramm 30 dargestellt
ist, das ein Verfahren veranschaulicht, wie es von dem vorliegenden System 10 zur
Steuerung der Motorbremsfunktion bzw. Verdichtungsbremsfunktion
zum Einsatz gebracht wird.
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Das Verfahren 30 beginnt
mit dem Funktionsblock bzw. -Schritt 32, wo die Steuerung 20 Fahrzeuggeschwindigkeitsdaten
von den Sensoren 22 erhält.
Die Steuerung 20 vergleicht dann die gegenwärtige Fahrzeuggeschwindigkeit
mit einem maximalen Geschwindigkeitsschwellenwert, Vd,
max.
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Solange die gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit
Vd,max nicht überschreitet, geht die Steuerung weiter
zu Schritt 50. Wenn hingegen die Fahrzeuggeschwindigkeit
Vd,max übersteigt,
geht die Steuerung 20 zu Schritt 36 über und bestimmt, ob das Verdichtungsbremssystem 16 aktiviert
worden ist.
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Wenn das Verdichtungsbremssystem 16 nicht
in Betrieb ist, geht die Steuerung 20 weiter zu Schritt 38 und
aktiviert das Verdichtungsbremssystem 16, so daß dadurch
das Fahrzeug verzögert
wird.
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Normalerweise stellt die Steuerung 20 sicher,
daß bestimmte
andere Bedingungen vorliegen, bevor das Verdichtungsbremssystem 16 aktivier wird.
So wird sich die Steuerung 20 z.
B. vergewissern, daß das
Fahrzeug-Fahrpedal bzw. Gaspedal nicht gerade niedergedrückt wird,
oder daß dem
Motor nicht gerade Kraftstoff zugeführt wird.
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Wenn dann das Verdichtungsbremssystem 16 einmal
aktiviert worden ist, liefert die Verdichtungsbremsfunktion ein
Moment, das die Geschwindigkeit des Fahrzeuges 12 regelt,
ohne dabei das Reibungsbremssystem mit einzusetzen, oder welches
das Bremsmoment ergänzt,
das von dem Reibungsbremssystem des Fahrzeuges geliefert wird.
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Dann geht die Steuerung 20 weiter
zu Schritt 40 und bestimmt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt.
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Steigt die Fahrzeuggeschwindigkeit
nicht länger
an, geht die Steuerung 20 weiter zu Schritt 50. Sonst
geht dann, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit noch immer zunimmt,
die Steuerung 20 weiter zu Schritt 42 und bestimmt,
ob der Motor 14 im Betrieb mit niedrigem Verdichtungsverhältnis arbeitet.
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Arbeitet der Motor 14 mit
einem hohen Verdichtungsverhältnis,
geht die Steuerung 20 weiter zu Schritt 44 und
bewirkt eine Rückschaltung
des Fahrzeuges, bis die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht länger ansteigt.
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Hierzu überträgt die Steuerung 20 ein
Signal an das Getriebe 18, das dahingehend wirkt, daß das Getriebe 18 in
den nächsttieferen
Gang herunterschaltet. Steigt die Fahrzeuggeschwindigkeit noch weiter
an, sendet die Steuerung 20 ein weiteres Signal ans Getriebe 18,
um in den nächsttieferen
Gang zu schalten. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis sich
das Getriebe im untersten Gang befindet, bis die Fahrzeuggeschwindigkeit
nicht mehr weiter ansteigt, oder wenn die Motordrehzahl eine vorgegebene
Maximaldrehzahl übersteigen
würde,
wenn ein tieferer Gang gewählt
wird.
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Hat sich dann die Fahrzeuggeschwindigkeit "stabilisiert" oder beginnt zu
sinken, geht die Steuerung zu Schritt 50.
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Erkennt die Steuerung 20 in
Schritt 42, daß der
Fahrzeugmotor 14 im Betrieb mit niedrigem Verdichtungsverhältnis arbeitet,
geht die Steuerung 20 jetzt auf Schritt 46 und schaltet
auf den Betrieb mit hohem Verdichtungsverhältnis um. Hierzu gibt die Steuerung 20 ein
Signal an den Motor 14 ab, das derart wirkt, daß der Motor 14 vom
Betrieb mit niedrigem Verdichtungsverhältnis auf einen Betrieb mit
hohem Verdichtungsverhältnis
umschaltet. Durch die Umschaltung auf den Betrieb mit hoher Verdichtung
erhöht
sich das mit der Verdichtungsbremsfunktion erzielte Bremsmoment
deutlich.
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Dann geht die Steuerung 20 weiter
zu Schritt 48 und bestimmt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit weiter
ansteigt. Steigt die Fahrzeuggeschwindigkeit noch immer an, nachdem
auf den Betrieb mit hohem Verdichtungsverhältnis umgeschaltet wurde, geht
die Steuerung 20 über
auf Schritt 44. Ansonsten geht die Steuerung zu Schritt 50.
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Die Steuerung 20 überwacht
weiterhin die Fahrzeuggeschwindigkeit, wenn die Geschwindigkeit einmal
angefangen hat abzunehmen, und in Schritt 50 ermittelt
die Steuerung 20, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit unter
einen vorgegebenen Schwellenwert Vd,min gesunken
ist.
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Ist die Fahrzeuggeschwindigkeit noch
nicht kleiner als Vd,min, dann unternimmt
die Steuerung 20 keine weiteren Schritte mehr, und die
Strategie wird wiederholt. Ist die Fahrzeuggeschwindigkeit aber
bis unter den Wert Fd,min gesunken, geht
die Steuerung 20 weiter zu Schritt 51 und bestimmt,
ob die Verdichtungsbremsung aktiviert ist.
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Ist keine Verdichtungsbremsung aktiviert, unternimmt
die Steuerung 20 keine weiteren Schritte und wiederholt
die Strategie; wenn jedoch die Verdichtungsbremsung aktiviert worden
ist, geht die Steuerung 20 über zu Schritt 52 und
bestimmt, ob das Fahrzeug mit hohem Verdichtungsverhältnis betrieben
wird.
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Befindet sich das Fahrzeug nicht
im Betrieb mit hohem Verdichtungsverhältnis, geht die Steuerung zu
Schritt 56. Sonst geht die Steuerung auf Schritt 54 über. In
Schritt 54 schaltet die Steuerung 20 in den Betrieb
mit niedrigem Verdichtungsverhältnis,
indem ein Signal an den Motor 14 gesendet wird, das bewirkt,
daß der
Motor 14 vom Betrieb mit hohem Verdichtungsverhältnis in
den Betrieb mit niedrigem Verdichtungsverhältnis schaltet.
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Durch die Umschaltung in den Betrieb
mit niedriger Verdichtung wird das durch die Verdichtungsbremsfunktion
gelieferte Bremsmoment wunschgemäß gesenkt.
Die Steuerung 20 geht dann zu Schritt 56 über und
bestimmt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit weiter abfällt. Sinkt
die Fahrzeuggeschwindigkeit in Schritt 56 noch immer, geht
die Steuerung 20 über
auf Schritt 58.
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Sinkt die Fahrzeuggeschwindigkeit
nicht mehr weiter, nutzt die Steuerung 20 die Verdichtungsbremsfunktion
weiter zur Verzögerung
des Fahrzeuges 12, und wenn dann die Fahrzeuggeschwindigkeit
anfängt,
wieder abzunehmen, geht die Steuerung 20 auf Schritt 58.
In Schritt 58 gibt die Steuerung 20 ein Signal
an das Getriebe 18 ab, um in den nächsthöheren Gang zu schalten. Die
Steuerung 20 fährt
dann damit fort, das Getriebe 18 "hochzuschalten", bis der höchste Gang erreicht ist. Danach
beendet die Steuerung 20 die Verdichtungsbremsung und sendet
ein Signal an den Motor 14, das derart wirkt, daß den verschiedenen
Zylindern im Motor 14 wieder Kraftstoff zugeführt wird.
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Auf diese Weise können das System 10 und das
Verfahren 30 das gelieferte Verdichtungsbremsmoment steuerbar
verändern.
System 10 und Verfahren 30 bieten damit eine sanftere
und flexiblere Vedichtungsbremsfunktion mit zusätzlichen Bremsmomentmöglichkeiten.
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In anderen alternativen Bauformen
kann das System 10 ausgelegt sein, noch weitere Flexibilität und Steuerbarkeit
zu ermöglichen,
indem die Verdichtungsbremsung selektiv in weniger als allen Zylindern
des Motors aktiviert wird, oder durch selektive Änderung des Verdichtungsverhältnisses
in weniger als allen Motorzylindern.