WO2013072301A1 - Verfahren zum abschalten und zum aktivieren eines zylinders einer brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2013072301A1
WO2013072301A1 PCT/EP2012/072470 EP2012072470W WO2013072301A1 WO 2013072301 A1 WO2013072301 A1 WO 2013072301A1 EP 2012072470 W EP2012072470 W EP 2012072470W WO 2013072301 A1 WO2013072301 A1 WO 2013072301A1
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for switching off a cylinder of an internal combustion engine according to claim 1, a method for activating a deactivated cylinder of an internal combustion engine according to claim 7 and a control device for carrying out the method according to claim 12.
  • DE 103 06 794 B4 discloses a method and a control system for controlling a multi-cylinder internal combustion engine with cylinder deactivation in the prior art.
  • the internal combustion engine operates on a four-stroke cycle and is formed with ignition timing control and fuel injection, wherein at least one deactivatable cylinder and cylinder are provided, each cylinder having a piston, an exhaust valve, and at least one inlet valve, and a camshaft operated actuator for each having the intake and exhaust valves, and a throttle-controlled air intake system is provided for the cylinder.
  • a transition from a first mode, in which both cylinders are active in a second mode, in which the deactivatable cylinder is turned off, the following steps are carried out:
  • Closing and opening the deactivating valve for the deactivatable cylinder are retarded so that during the transition, the opening and closing are approximately equidistant from a top dead center position of the piston to minimize friction and pumping losses; the throttle opening is increased to increase the torque of the active cylinder; the active cylinder camshaft drive is advanced to increase the active cylinder torque during the transition while simultaneously retarding the camshaft drive and the deactivatable cylinder spark timing to increase the torque for the deactivatable cylinder reduce, and that Then shut off the exhaust valve, the fuel injector and the spark for the deactivatable cylinder.
  • the object of the invention is to provide an improved method for switching off a cylinder of an internal combustion engine and an improved method for activating a deactivated cylinder of an internal combustion engine.
  • the object of the invention is achieved by the method according to claim 1, by the method according to claim 7 and by the control device according to claim 12. Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
  • An advantage of the described methods is that the processes are optimized for consumption and pollutant-optimized. This is achieved by avoiding retardation of the ignition and by skillfully adjusting the opening times of the intake valves.
  • the opening times of the intake valves are achieved via an adjustment of a camshaft which actuates the intake valves.
  • a simple and safe technique for achieving precise opening times of the intake valves is used.
  • the closing times of the intake valves are varied to adapt the sucked and compressed air quantity. This selects a simple procedure to precisely set the compressed air volume.
  • the camshaft is adjusted during a fictitious intake phase of the deactivated cylinder from a late position in the direction of early in a normal position. Since the adjustment of the camshaft takes place during the fictitious intake phase of the deactivated cylinder, the effects on the burns of the active cylinder low, so that neither an undesirable torque fluctuation nor a deterioration of the exhaust gases is caused.
  • the shutdown of the cylinder is performed only after another engine cycle of the cylinder to be shut down. In this way, sufficient time is available for adjusting the pressure in the intake area and the corresponding adjustment of the opening times of the intake valves of the active cylinders.
  • the return of the camshaft can be performed toward a normal position during the first non-active suction phase of the deactivated cylinder.
  • the method for activating the deactivated cylinder has the advantage that the activation is achieved fuel-saving and without increased exhaust gases. This is achieved by adjusting the pressure in the intake area of the cylinders to a lower target pressure, with the opening times of the
  • Inlet valves of the active cylinders are adapted in such a way that the influence of the change in pressure in
  • Suction range is compensated with respect to the compressed air mass, before the cylinder to be activated is reactivated.
  • the desired target pressure is achieved.
  • the intake valves are actuated via a camshaft, wherein the opening times of the intake valves are adjusted via an adjustment of the camshaft.
  • the camshaft is adjusted in such a way that the influence of the changing pressure in the intake area on the compressed air quantity of the respective cylinder is compensated.
  • the closing times of the intake valves for adjusting the compressed air quantity are varied.
  • the adjustment of the camshaft during a fictitious intake phase of the deactivated cylinder is started.
  • To compensate for the pressure change in Intake area is preferably adjusted from a normal position in the direction of a late closing of the intake valves and back again in the direction of the normal position, in order to adjust the air mass compressed by the individual cylinders according to the desired torque.
  • the adjustment of the pressure in the intake area is achieved when switching off or activating a cylinder within an engine cycle.
  • Figure 1 is a schematic representation of a
  • Figure 2 is a diagram of the torque, the intake manifold pressure, the camshaft adjustment and the intake air in the cylinder during a cylinder shutdown, and
  • Figure 3 is a diagram of the torque, the intake manifold pressure, the camshaft adjustment, the inducted air mass in the cylinder for cylinder activation.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a partial section of an internal combustion engine 25 with a cylinder 1, with a movable piston 1 in the cylinder 2, which is connected via a connecting rod 3 with a crankshaft 4.
  • a combustion chamber 5 is formed in the cylinder 1, which communicates via an inlet valve 6 with a suction region 7 in connection.
  • a throttle valve 8 is provided in the intake 7, which is in communication with a servomotor 9.
  • the servomotor 9 is connected via a control line 10 to a control unit 11 in connection.
  • the servomotor 9 sets a corresponding position of the throttle valve 8 and thus controls the influx of air into the intake 7.
  • an injection valve 12 is provided, which, as shown, in the
  • Intake area 7 injects fuel or directly into the combustion chamber 5 injects fuel.
  • a spark plug 13 is provided, which projects into the combustion chamber 5.
  • the intake valve 6 is actuated via a camshaft 14 as a valve drive.
  • the camshaft 14 is formed in such a manner that the phase of the camshaft, i. H. the
  • Rotational position of the camshaft can be varied to
  • a corresponding phase control 15 is provided which is in communication with the camshaft 14.
  • the phase control 15 is connected via a further control line 16 to the control unit 11.
  • the control unit 11 has further control lines with which the injection by the injection valve 12 and the ignition by the spark plug 13 are controlled.
  • a transmission element is provided, for example, between the phase-adjustable camshaft 14 and the inlet valve 6 of the first cylinder 1, which can be deactivated. This can be for example
  • Pistons wherein the position of the lever can be changed in such a way that no force can be applied between the camshaft and the intake valve or no force between the camshaft and the pressure chamber.
  • the pressure in the pressure chamber is varied via a pump / valve system.
  • an exhaust valve 18 is further provided, via which the combustion chamber 5 can be connected to an exhaust tract 19.
  • a second camshaft 20 is provided, which is preferably formed with the aid of the phase control 15 in the phase variable.
  • the second Camshaft 20 may be formed without variable phase control.
  • a second, a third and a fourth cylinder 22, 23, 24 are shown schematically in the form of blocks, which are formed analogously to the first cylinder 1 and with
  • Inlet valves with the intake 7 and exhaust valves with the exhaust tract 19 are in communication.
  • the intake valves of the further cylinders 22, 23, 24 can also be activated by the camshaft 14.
  • the exhaust valves of the further cylinders 22, 23, 24 can be actuated via the second camshaft 20.
  • the throttle valve 8 is arranged in front of the intake regions of the cylinders 1, 22, 23, 24 and can be arranged to adjust the pressure in the intake region of the cylinders 1, 22, 23, 24.
  • valve drive with which the opening times of the intake valves, in particular the closing times of the intake valves, can be varied.
  • an electromagnetic valve drive or a hydraulic, in particular actuated by a camshaft hydraulic valve drive for the intake valves can be used.
  • the control of the opening times of the intake valves is calculated and set by the control unit 11 depending on operating parameters of the internal combustion engine 25 and a driver's request.
  • the internal combustion engine 25 can be operated in a first mode in which all cylinders 1, 22, 23, 24 are active, burn fuel and deliver torque.
  • the internal combustion engine 25 can be operated in a second mode, in which at least one of the cylinders is switched off and does not carry out combustion of fuel.
  • the shutdown of a cylinder has the advantage that less fuel is consumed.
  • the second mode can be used when the internal combustion engine 25 without the disconnected Cylinder is able to provide the torque desired by the driver.
  • the efficiency of the internal combustion engine 25 increases when throttle losses of the intake air in the intake of the engine are low, that is, when the engine is operating at a high load. After switching off a cylinder, under the same conditions, the pressure in
  • Figure 2 shows a schematic diagram of the intake stroke of the four cylinders, 1, 22, 23, 24 plotted on the crankshaft angle KW.
  • the crankshaft angle is divided for an engine cycle from 0 ° to 720 ° crankshaft angle. Within the 720 ° crankshaft angle, a cylinder passes through all four strokes of the four-stroke engine.
  • the torque 31, the intake pressure 32, the position of the camshaft 33 and the air mass 34 compressed in the respective cylinder are plotted against the crankshaft angle KW.
  • the intake stroke of the first cylinder is shown in the range before 0 ° crankshaft angle. After 0 ° crankshaft angle begins the intake stroke of the third cylinder, which extends to 180 ° crankshaft angle.
  • the transition phase After closing the inlet valve of the first cylinder 1, the transition phase begins.
  • the transition phase lasts 720 ° CA, ie. H. an engine cycle.
  • the beginning of the transition phase corresponds to the crankshaft angle 0 °.
  • the pressure 32 in the intake 7 is changed by a change in the position of the throttle valve 8 in the direction of a target pressure.
  • the target pressure corresponds to a pressure in the intake, with the same torque is provided by three cylinders of the internal combustion engine under unchanged conditions.
  • the pressure 32 is increased in the direction of the target pressure.
  • the increase to the target pressure should be completed at the latest when a cylinder following the deactivated first cylinder starts the intake phase. In our example, this is at the time of 720 ° crankshaft angle.
  • at least the adaptation of the pressure 32 is already completed before again the deactivated first cylinder is a fictitious
  • the target pressure is reached at crankshaft angle 418 °.
  • no further retardation of the camshaft more made is possible because the adjustment of the camshaft can be done faster than the adjustment of the pressure 32.
  • the fourth cylinder 24 is in the intake stroke.
  • the first cylinder 1 is deactivated via a corresponding control, so that at least from a
  • the first cylinder 1 performs no more suction.
  • the exhaust valve of the first cylinder 1 is deactivated.
  • the injected fuel quantity is correspondingly adapted by the control unit via a corresponding control of the injection valves. This starts from the crankshaft angle 720 °, the second mode of the internal combustion engine 25, in which only three cylinders on the
  • Combustion and torque generation participate.
  • more than one cylinder may be switched off with the described method.
  • the method can also be applied to internal combustion engines with more or less than four cylinders.
  • the method described with reference to Figure 2 corresponds to the situation that the torque desired by the driver does not change and no change further operating parameters of the internal combustion engine, which could lead to a change in torque.
  • the time at which the target pressure is applied in the intake area and the camshaft reaches the normal position again preferably before the intake stroke of the cylinder can be reached on the
  • FIG. 3 shows by way of another diagram a method for activating a deactivated first cylinder 1.
  • the crankshaft angle KW shows the torque 31 of the internal combustion engine, the intake pressure 32 in the intake region 7, the position 33 of the camshaft and the compressed air mass 34 per cylinder shown.
  • the intake of the fourth cylinder is shown before 0 ° crankshaft angle.
  • crankshaft angle and 720 ° crankshaft angle is the
  • Crankshaft angle 720 ° begins a new engine cycle.
  • the internal combustion engine 25 is at 0 ° CA in the second
  • the intake stroke of the cylinder are specified by naming the cylinder. Now decides the controller depending on predetermined parameters, for example, during an intake stroke of the fourth cylinder 24 that the first cylinder 1 is to be activated again, the pressure 32 in the intake 7, ie the intake pressure, by a corresponding change in the position of the throttle valve 8 in Direction lowered to a new target pressure.
  • the change in the throttle position is preferably carried out immediately after the decision to re-activate the first cylinder, for example at 0 ° crankshaft angle. This starts the transition phase at 0 ° crankshaft angle.
  • the transition phase at crankshaft angle 680 ° is completed. From 720 ° KW begins the first mode. From the crankshaft angle 720 ° or 0 °, the first intake stroke of the newly activated first cylinder 1 begins.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät und ein Verfahren zum Abschalten und/oder Aktivieren eines Zylinders einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, wobei das Abschalten und das Aktivieren des Zylinders im Wesentlichen drehmomentneutral und im Wesentlichen ohne Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs realisiert wird. Vorzugsweise wird keine Spätverstellung der Zündung benötigt.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Abschalten und zum Aktivieren eines Zylinders einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschalten eines Zylinders einer Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Aktivieren eines abgeschalteten Zylinders einer Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 7 und ein Steuergerät zur Ausführung der Verfahren gemäß Patentanspruch 12.
Im Stand der Technik sind aus DE 103 06 794 B4 ein Verfahren sowie ein Steuersystem zum Steuern eines Mehrzylinder-Ver- brennungsmotors mit Zylinderabschaltung bekannt. Der Verbren- nungsmotor arbeitet nach einem Viertaktzyklus und ist mit einer Zündzeitpunktsteuerung und einer Kraftstoffeinspritzung ausgebildet, wobei wenigstens ein abschaltbarer Zylinder und ein aktiv bleibender Zylinder vorgesehen sind, wobei jeder Zylinder einen Kolben, ein Auslassventil und wenigstens ein Einlassventil, und jeweils ein nockenwellenbetriebenes Stellglied für die Ein- und Auslassventile aufweist, sowie ein drosselklappengesteuertes Luftansaugsystem für die Zylinder vorgesehen ist. Bei einem Übergang von einer ersten Betriebsart, in der beide Zylinder aktiv sind, in eine zweite Betriebsart, in der der abschaltbare Zylinder abgeschaltet ist, werden folgende Schritte ausgeführt: das
Schließen und das Öffnen des Einlassventils für den abschaltbaren Zylinder werden nach spät verstellt, so dass während des Übergangs das Öffnen und Schließen ungefähr gleich weit entfernt von einer oberen Totpunktlage des Kolbens sind, um Reibungs- und Pump- Verluste zu minimieren; die Drosselklappenöffnung wird vergrößert, um das Drehmoment des aktiv bleibenden Zylinders zu erhöhen; der Nockenwellenantrieb für den aktiv bleibenden Zylinder wird nach früh verstellt, um das Drehmoment für den aktiv bleibenden Zylinder während des Übergangs zu erhöhen, während gleichzeitig der Nockenwellenantrieb und der Zündzeitpunkt für den abschaltbaren Zylinder nach spät verstellt werden, um das Drehmoment für den abschaltbaren Zylinder zu verringern, und das Auslassventil, die Kraftstoffeinspritzdüse und der Zündfunke für den abschaltbaren Zylinder sodann abzuschalten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Abschalten eines Zylinders einer Brennkraftmaschine und ein verbessertes Verfahren zum Aktivieren eines abgeschalteten Zylinders einer Brennkraftmaschine bereitzustellen . Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1, durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 7 und durch das Steuergerät gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Vorteil der beschriebenen Verfahren besteht darin, dass die Verfahren verbrauchsoptimiert und Schadstoffoptimiert sind. Dies wird durch die Vermeidung einer Spätverstellung der Zündung und durch eine geschickte Anpassung der Öffnungszeiten der Einlassventile erreicht.
In einer weiteren Ausführungsform werden die Öffnungszeiten der Einlassventile über eine Verstellung einer Nockenwelle erreicht, die die Einlassventile betätigt. Dadurch wird eine einfache und sichere Technik zur Erreichung präziser Öffnungszeiten der Einlassventile eingesetzt.
In einer weiteren Ausführungsform werden zur Anpassung der angesaugten und verdichteten Luftmenge die Schließzeiten der Einlassventile variiert. Damit wird ein einfaches Verfahren gewählt, um die verdichtete Luftmenge präzise festzulegen.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Nockenwelle während einer fiktiven Ansaugphase des abgeschalteten Zylinders von einer Spätposition in Richtung früh in eine Normalposition verstellt. Da die Verstellung der Nockenwelle während der fiktiven Ansaugphase des abgeschalteten Zylinders erfolgt, sind die Auswirkungen auf die Verbrennungen der aktiven Zylinder gering, so dass weder eine ungewünschte Drehmomentschwankung noch eine Verschlechterung der Abgase verursacht wird.
Vorzugsweise wird die Abschaltung des Zylinders erst nach einem weiteren Motorzyklus des abzuschaltenden Zylinders durchgeführt. Auf diese Weise steht ausreichend Zeit für die Anpassung des Drucks im Ansaugbereich und die entsprechende Einstellung der Öffnungszeiten der Einlassventile der aktiven Zylinder zur Verfügung. Zudem kann die Rückstellung der Nockenwelle in Richtung auf eine Normalposition während der ersten nicht aktiven Ansaugphase des abgeschalteten Zylinders durchgeführt werden.
Das Verfahren zum Aktivieren des abgeschalteten Zylinders weist den Vorteil auf, dass die Aktivierung kraftstoffsparend und ohne erhöhte Abgase erreicht wird. Dies wird dadurch erreicht, dass der Druck im Ansaugbereich der Zylinder an einen niedrigeren Zieldruck angepasst wird, wobei die Öffnungszeiten der
Einlassventile der aktiven Zylinder in der Weise angepasst werden, dass der Einfluss der Änderung des Drucks im
Ansaugbereich in Bezug auf die verdichtete Luftmasse ausgeglichen wird, bevor der zu aktivierende Zylinder wieder aktiviert wird. Vor dem Aktivieren des Zylinders wird der gewünschte Zieldruck erreicht. In einer Ausführungsform werden die Einlassventile über eine Nockenwelle betätigt, wobei die Öffnungszeiten der Einlassventile über eine Verstellung der Nockenwelle eingestellt werden. Vor dem Aktivieren des abgeschalteten Zylinders wird die Nockenwelle in der Weise verstellt, dass der Einfluss des sich ändernden Drucks im Ansaugbereich auf die verdichtete Luftmenge des jeweiligen Zylinders ausgeglichen wird.
Vorzugsweise werden die Schließzeiten der Einlassventile zur Anpassung der verdichteten Luftmenge variiert.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Verstellung der Nockenwelle während einer fiktiven Ansaugphase des abgeschalteten Zylinders gestartet. Zum Ausgleich der Druckänderung im Ansaugbereich wird vorzugsweise die Nockenwelle ausgehend von einer Normalposition in Richtung ein spätes Schließen der Einlassventile und wieder zurück in Richtung der Normalposition verstellt, um die von den einzelnen Zylindern verdichtete Luftmasse entsprechend dem gewünschten Drehmoment anzupassen.
Vorzugsweise wird die Anpassung des Drucks im Ansaugbereich bei einem Abschalten oder Aktivieren eines Zylinders innerhalb eines Motorzyklus erreicht.
Die Erfindung wird in Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer
Brennkraftmaschine,
Figur 2 ein Diagramm über das Drehmoment, den Saugrohrdruck, die Nockenwellenverstellung und die im Zylinder angesaugte Luftmasse während einer Zylinder- abschaltung, und
Figur 3 ein Diagramm über das Drehmoment, den Saugrohrdruck, die Nockenwellenverstellung, die angesaugte Luftmasse im Zylinder für eine Zylinderaktivierung.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Teilausschnitt einer Brennkraftmaschine 25 mit einem Zylinder 1, mit einem im Zylinder 1 beweglichen Kolben 2, der über eine Pleuelstange 3 mit einer Kurbelwelle 4 verbunden ist. Oberhalb des Kolbens 2 ist ein Brennraum 5 im Zylinder 1 ausgebildet, der über ein Einlassventil 6 mit einem Ansaugbereich 7 in Verbindung steht. Weiterhin ist im Ansaugbereich 7 eine Drosselklappe 8 vorgesehen, die mit einem Stellmotor 9 in Verbindung steht. Der Stellmotor 9 steht über eine Steuerleitung 10 mit einem Steuergerät 11 in Verbindung. Abhängig von der Ansteuerung durch das Steuergerät 11 stellt der Stellmotor 9 eine entsprechende Position der Drosselklappe 8 ein und steuert damit den Zustrom von Luft in den Ansaugbereich 7. Zudem kann durch die entsprechende Einstellung der Drosselklappe 8 der Druck im Ansaugbereich 7 variiert werden. Zudem ist ein Einspritzventil 12 vorgesehen, das entweder, wie dargestellt, in den
Ansaugbereich 7 Kraftstoff einspritzt oder direkt in den Brennraum 5 Kraftstoff einspritzt.
Weiterhin ist eine Zündkerze 13 vorgesehen, die in den Brennraum 5 ragt. Das Einlassventil 6 wird über eine Nockenwelle 14 als Ventilantrieb angesteuert. Die Nockenwelle 14 ist in der Weise ausgebildet, dass die Phase der Nockenwelle, d. h. die
Drehposition der Nockenwelle variiert werden kann, um
Öffnungszeiten des Einlassventils 6 unabhängig von der Form der Nockenwelle 14 zu variieren. Dazu ist eine entsprechende Phasensteuerung 15 vorgesehen, die mit der Nockenwelle 14 in Verbindung steht. Die Phasensteuerung 15 ist über eine weitere Steuerleitung 16 mit dem Steuergerät 11 verbunden. Zudem verfügt das Steuergerät 11 über weitere Steuerleitungen, mit denen die Einspritzung durch das Einspritzventil 12 und die Zündung durch die Zündkerze 13 gesteuert werden.
Zur Deaktivierung eines Zylinders ist beispielsweise zwischen der phasenverstellbaren Nockenwelle 14 und dem Einlassventil 6 des ersten Zylinders 1 ein Übertragungselement vorgesehen, das deaktiviert werden kann. Dies kann beispielsweise ein
Übertragungshebel und/oder eine Druckkammer mit bewegbarem
Kolben sein, wobei die Position des Hebels in der Weise verändert werden kann, dass keine Krafteinwirkung zwischen der Nockenwelle und dem Einlassventil bzw. keine Krafteinwirkung zwischen der Nockenwelle und der Druckkammer erfolgen kann. Dazu wird der Druck in der Druckkammer über ein Pumpen-/ Ventilsystem variiert .
Im Zylinderkopf des Zylinders 1 ist weiterhin ein Auslassventil 18 vorgesehen, über das der Brennraum 5 mit einem Abgastrakt 19 verbunden werden kann. Zur Betätigung des Auslassventils 18 ist eine zweite Nockenwelle 20 vorgesehen, die vorzugsweise mit Hilfe der Phasensteuerung 15 auch in der Phase variabel ausgebildet ist. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die zweite Nockenwelle 20 auch ohne variable Phasensteuerung ausgebildet sein .
In der Figur 1 sind schematisch in Form von Blöcken ein zweiter, ein dritter und ein vierter Zylinder 22, 23, 24 dargestellt, die analog zum ersten Zylinder 1 ausgebildet sind und mit
Einlassventilen mit dem Ansaugbereich 7 und Auslassventilen mit dem Abgastrakt 19 in Verbindung stehen. Die Einlassventile der weiteren Zylinder 22, 23, 24 sind ebenfalls durch die Nockenwelle 14 ansteuerbar. Die Auslassventile der weiteren Zylinder 22, 23, 24 sind über die zweite Nockenwelle 20 ansteuerbar. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Drosselklappe 8 vor den Ansaugbereichen der Zylinder 1, 22, 23, 24 angeordnet und kann zur Einstellung des Drucks im Ansaugbereich der Zylinder 1, 22, 23, 24 angeordnet werden.
Anstelle der Ansteuerung der Einlassventile mit Hilfe einer phasenverstellbaren Nockenwelle kann auch jede Art von Ventilantrieb verwendet werden, mit dem die Öffnungszeiten der Einlassventile, insbesondere die Schließzeiten der Einlassventile, variiert werden können. Beispielsweise kann ein elektromagnetischer Ventilantrieb oder ein hydraulischer, insbesondere von einer Nockenwelle betätigter hydraulischer Ventilantrieb für die Einlassventile verwendet werden. Die Steuerung der Öffnungszeiten der Einlassventile wird vom Steuergerät 11 abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine 25 und einem Fahrerwunsch berechnet und eingestellt . Die Brennkraftmaschine 25 kann in einer ersten Betriebsart betrieben werden, in der alle Zylinder 1, 22, 23, 24 aktiv sind, Kraftstoff verbrennen und Drehmoment abgeben. Weiterhin kann die Brennkraftmaschine 25 in einer zweiten Betriebsart betrieben werden, bei der wenigstens einer der Zylinder abgeschaltet ist und keine Verbrennung von Kraftstoff durchführt. Die Abschaltung eines Zylinders hat den Vorteil, dass weniger Kraftstoff verbraucht wird. Die zweite Betriebsart kann eingesetzt werden, wenn die Brennkraftmaschine 25 auch ohne den abgeschalteten Zylinder in der Lage ist, das vom Fahrer gewünschte Drehmoment bereitzustellen. Zudem steigt der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 25, wenn Drosselverluste der angesaugten Luft im Ansaugbereich der Brennkraftmaschine gering sind, d. h. wenn der Motor mit einer hohen Last arbeitet. Nach einem Abschalten eines Zylinders wird bei gleichen Bedingungen der Druck im
Ansaugbereich erhöht, so dass die Drosselverluste am Lufteinlass geringer sind. Im Folgenden wird ein Verfahren beschrieben, bei dem der Übergang von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart und zurück verbrauchsoptimiert und abgasoptimiert durchgeführt wird. Zudem wird mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens eine drehmomentneutrale Änderung der Betriebsarten ermöglicht.
Figur 2 zeigt in einem schematischen Diagramm die Ansaugtakte der vier Zylinder, 1, 22, 23, 24 aufgetragen über den Kurbelwellenwinkel KW. Der Kurbelwellenwinkel ist für einen Motorzyklus von 0° bis 720° Kurbelwellenwinkel eingeteilt. Innerhalb der 720° Kurbelwellenwinkel durchläuft ein Zylinder alle vier Takte des Viertaktmotors. Zudem ist das Drehmoment 31, der Ansaugdruck 32, die Position der Nockenwelle 33 und die im jeweiligen Zylinder verdichtete Luftmasse 34 über den Kurbelwellenwinkel KW aufgetragen. In Figur 2 ist in dem Bereich vor 0° Kurbelwellenwinkel der Ansaugtakt des ersten Zylinders dargestellt. Nach 0° Kurbelwellenwinkel beginnt der Ansaugtakt des dritten Zylinders, der bis 180° Kurbelwellenwinkel reicht. Zwischen 180° Kurbelwellenwinkel und 360° Kurbelwellenwinkel ist der Ansaugtakt des zweiten Zylinders. Zwischen 360° Kurbel- wellenwinkel und 540° Kurbelwellenwinkel ist der Ansaugtakt des vierten Zylinders. Zwischen 540° Kurbelwellenwinkel und 720° Kurbelwellenwinkel ist der fiktive Ansaugtakt des deaktivierten ersten Zylinders. Ab dem Kurbelwellenwinkel von 720° beginnt wieder ein neuer Motorzyklus mit dem Ansaugtakt des dritten Zylinders, der wieder bis 180° Kurbelwellenwinkel reicht. Das Diagramm gibt vor dem Zeitpunkt vor 0° KW die Situation wieder, bei der sich die Brennkraftmaschine 25 in der ersten Betriebsart befindet, bei der alle Zylinder aktiv sind. Erfolgt nun abhängig von vorgegebenen Grenzwerten eine Entscheidung des Steuergeräts 11, die Brennkraftmaschine 25 mit einer reduzierten Anzahl von Zylindern zu betreiben, d. h. den ersten Zylinder 1 abzuschalten, so wird vorzugsweise ein folgender weiterer Ansaugtakt des abzuschaltenden ersten Zylinders, in diesem Fall des ersten Zylinders 1, ohne Änderungen durchgeführt. Dieser weitere Ansaugtakt entspricht dem Bereich von 180° KW vor 0° KW.
Nach dem Schließen des Einlassventils des ersten Zylinders 1 beginnt die Übergangsphase. In dem beschriebenen Beispiel dauert die Übergangsphase 720° KW, d. h. einen Motorzyklus. In dem dargestellten Diagramm entspricht der Beginn der Übergangsphase dem Kurbelwellenwinkel 0°. Ab 0° KW wird der Druck 32 im Ansaugbereich 7 durch eine Veränderung der Stellung der Drosselklappe 8 in Richtung auf einen Zieldruck verändert. Der Zieldruck entspricht einem Druck im Ansaugbereich, mit dem bei unveränderten Bedingungen das gleiche Drehmoment von drei Zylindern der Brennkraftmaschine bereitgestellt wird. Dazu wird der Druck 32 in Richtung auf den Zieldruck erhöht. Die Erhöhung auf den Zieldruck sollte spätestens dann abgeschlossen sein, wenn ein auf den abgeschalteten ersten Zylinder folgender Zylinder mit der Ansaugphase beginnt. In unserem Beispiel ist dies zum Zeitpunkt von 720° Kurbelwellenwinkel. Vorzugsweise ist zumindest die Anpassung des Drucks 32 bereits abgeschlossen bevor wieder der abgeschaltete erste Zylinder einen fiktiven
Ansaugtakt durchläuft. In unserem Ausführungsbeispiel ist dies bei ungefähr 540° Kurbelwellenwinkel. Die Übergangsphase startet bei 0° Kurbelwellenwinkel, wobei vom Steuergerät 11 sowohl der Ansaugdruck 32 angehoben wird als auch die Position der Nockenwelle 33 von einer Normalposition in Richtung auf ein spätes Schließen der Einlassventile verschoben wird. Ziel dieser Anpassung ist es zum einen, den Druck 32 im Ansaugbereich anzuheben und zum anderen, die von den einzelnen Zylindern verdichtete Luftmasse 34 konstant zu halten.
In dem beschriebenen Beispiel wird beim Kurbelwellenwinkel 418° der Zieldruck erreicht. Zudem wird vorzugsweise nach Erreichen des Zieldrucks keine weitere Spätverstellung der Nockenwelle mehr vorgenommen. Dies ist möglich, da die Verstellung der Nockenwelle schneller erfolgen kann als die Anpassung des Drucks 32. Bei 418° Kurbelwellenwinkel befindet sich der vierte Zylinder 24 im Ansaugtakt . Der erste Zylinder 1 ist über eine entsprechende Ansteuerung deaktiviert, so dass spätestens ab einem
Kurbelwellenwinkel von 540°, bei dem der nächste Ansaugtakt des ersten Zylinders 1 wäre, der erste Zylinder 1 keine Ansaugung mehr durchführt. Vorzugsweise ist auch das Auslassventil des ersten Zylinders 1 deaktiviert.
Während des fiktiven Ansaugtaktes des ersten Zylinders 1, der im Bereich von 540° Kurbelwellenwinkel (KW) und 720° Kurbelwellenwinkel liegt, wird die Nockenwelle in Richtung auf eine Normalposition zurückgestellt. In diesem Zeitraum ist kein anderes Einlassventil der Brennkraftmaschine geöffnet. Somit kann die Zurückstellung der Nockenwelle ohne Einfluss auf eine Ansaugphase eines Zylinders erfolgen. Anschließend entsprechen sowohl der Ansaugdruck 32 als auch die komprimierte Luftmasse 34 den Werten, die für das gewünschte Drehmoment erforderlich sind. Somit ist die Übergangsphase spätestens bei dem Kurbelwellenwinkel 720° beendet, bei dem ein Ansaugtakt des auf den abgeschalteten ersten Zylinder folgenden dritten Zylinder beginnt. Damit nur drei Zylinder das gleiche Drehmoment wie vier Zylinder erzeugen, wird durch einen höheren Druck 32 im
Ansaugbereich von jedem der aktiven Zylinder eine größere
Luftmasse verdichtet. Zudem wird in entsprechender Weise die eingespritzte Kraftstoffmenge vom Steuergerät über eine entsprechende Ansteuerung der Einspritzventile angepasst. Damit beginnt ab dem Kurbelwellenwinkel 720° die zweite Betriebsart der Brennkraftmaschine 25, bei der nur drei Zylinder an der
Verbrennung und Erzeugung von Drehmoment teilnehmen. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können mit dem beschriebenen Verfahren auch mehr als ein Zylinder abgeschaltet werden. Zudem kann das Verfahren auch auf Brennkraftmaschinen mit mehr oder weniger als vier Zylindern angewendet werden. Das anhand von Figur 2 beschriebene Verfahren entspricht der Situation, dass sich das vom Fahrer gewünschte Drehmoment nicht ändert und sich auch keine weiteren Betriebsparameter der Brennkraftmaschine ändern, die zu einer Änderung des Drehmoments führen könnten.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann der Zeitpunkt, zu dem im Ansaugbereich der Zieldruck anliegt und die Nockenwelle die Normalposition wieder erreicht, vorzugsweise vor dem Ansaugtakt des Zylinders erreicht werden, der auf den
abgeschalteten Zylinder folgt. Figur 3 zeigt anhand eines weiteren Diagramms ein Verfahren zur Aktivierung eines abgeschalteten ersten Zylinders 1. In dem Diagramm sind über den Kurbelwellenwinkel KW das Drehmoment 31 der Brennkraftmaschine, der Ansaugdruck 32 im Ansaugbereich 7, die Position 33 der Nockenwelle und die pro Zylinder verdichtete Luftmasse 34 dargestellt. In Figur 3 ist vor 0° Kurbelwellenwinkel die Ansaugphase des vierten Zylinders dargestellt.
Zwischen 0° und 180° Kurbelwellenwinkel ist der Ansaugtakt des ersten Zylinders, zwischen 180° Kurbelwellenwinkel und 360° Kurbelwellenwinkel ist der Ansaugtakt des dritten Zylinders, zwischen 360° Kurbelwellenwinkel und 540° Kurbelwellenwinkel ist der Ansaugtakt des zweiten Zylinders, und zwischen 540°
Kurbelwellenwinkel und 720° Kurbelwellenwinkel ist der
Ansaugtakt des vierten Zylinders dargestellt. Ab dem
Kurbelwellenwinkel 720° beginnt ein neuer Motorzyklus. Die Brennkraftmaschine 25 befindet sich bei 0°KW in der zweiten
Betriebsart, in der der erste Zylinder 1 abgeschaltet ist und nicht an der Verbrennung teilnimmt. Zudem sind die Ansaugtakte der Zylinder unter Nennung der Zylinder angegeben. Entscheidet nun das Steuergerät abhängig von vorgegebenen Parametern beispielsweise während eines Ansaugtaktes des vierten Zylinders 24, dass der erste Zylinder 1 wieder aktiviert werden soll, so wird der Druck 32 im Ansaugbereich 7, d. h. der Ansaugdruck, durch eine entsprechende Veränderung der Position der Drosselklappe 8 in Richtung auf einen neuen Zieldruck gesenkt. Die Änderung der Drosselklappenstellung erfolgt vorzugsweise sofort nach der Entscheidung, den ersten Zylinder wieder zu aktivieren, beispielsweise bei 0° Kurbelwellenwinkel. Damit beginnt die Übergangsphase bei 0° Kurbelwellenwinkel. Da jedoch der folgende Ansaugtakt dem ersten, deaktivierten Zylinder 1 zugeordnet ist, ändert sich dadurch nicht sofort der Ansaugdruck. Erst mit Beginn des Ansaugtakts des dritten Zylinders 23 ab dem Kurbelwellenwinkel 180° sinkt durch das Ansaugen des dritten Zylinders 23 der Saugrohrdruck 32.
Zudem wird vorzugsweise ab dem fiktiven Ansaugtakt des abgeschalteten ersten Zylinders, d. h. zum Zeitpunkt 0° Kurbel- wellenwinkel eine Spätverstellung der Nockenwelle 14 vorgenommen. Dies ist vorteilhaft, um die von den Zylindern angesaugte und verdichtete Luftmasse 34 an den Zieldruck anzupassen. Abhängig von der Änderung des Ansaugdrucks 32 kann es erforderlich sein, während der Übergangsphase die Position 33 der Nockenwelle 14 der Einlassventile 6 wieder in die Normalposition zurück zu führen. Dies ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen dem Kurbelwellenwinkel 360° und 560° der Fall. Wichtig ist, dass der Übergangsbereich, d. h. die Anpassung des Drucks 32 (Saugrohrdruck) im Ansaugbereich an den Zieldruck vor dem ersten aktiven Ansaugtakt des wieder aktivierten ersten Zylinders 1 erreicht wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Übergangsphase bei Kurbelwellenwinkel 680° abgeschlossen. Ab 720° KW beginnt die erste Betriebsart. Ab dem Kurbelwellenwinkel 720° bzw. 0° beginnt der erste Ansaugtakt des neu eingeschalteten ersten Zylinders 1.

Claims

Patetansprüche
1. Verfahren zum Abschalten eines Zylinders einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern,
- wobei zur Vorbereitung einer Abschaltung eines Zylinders ein Druck im Ansaugbereich der Zylinder an einen höheren Zieldruck angepasst wird, wobei der Zieldruck einem Druck entspricht, der nach dem Abschalten des Zylinders im Ansaugbereich herrschen soll, um eine gewünschte Luftmasse zu verdichten, um ein gewünschtes Drehmoment abgeben zu können,
- wobei während der Anpassung des Druckes im Ansaugbereich eine Verstellung der Öffnungszeiten der Einlassventile der Zylinder in der Weise vorgenommen wird, dass die dem gewünschten Drehmoment entsprechende Luftmasse in den
Zylindern angesaugt und verdichtet wird, und
- wobei nach Erreichen des Zieldruckes ein Zylinder abgeschaltet wird,
- wobei nach dem Abschalten des Zylinder die Öffnungszeiten der Einlassventile der anderen Zylinder in der Weise eingestellt werden, dass das gewünschte Drehmoment abgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Einlassventile über eine verstellbare Nockenwelle betätigt werden, wobei die Öffnungszeiten der Einlassventile über eine Verstellung der Nockenwelle eingestellt wird, und wobei während einer fiktiven Ansaugphase des abgeschalteten Zylinders die Position der Nockenwelle in der Weise angepasst wird, dass die Öffnungszeiten der Einlassventile der aktiven Zylinder so eingestellt werden, dass die zur Abgabe des gewünschten Drehmomentes benötigte Luftmenge angesaugt und verdichtet wird .
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Festlegung der Öffnungszeiten der Einlassventile Schließzeiten der Einlassventile variiert werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nockenwelle ausgehend von einer Normalposition in Richtung spätes Schließen der Einlassventile verstellt wird, während der Saugrohrdruck an den Zieldruck angehoben wird .
Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, wobei die
Nockenwelle von einer späten Schließposition der Einlassventile während der fiktiven Ansaugphase des abgeschalteten Zylinders in Richtung einer früheren Normalposition verstellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Abschalten des Zylinders eine erhöhte Luftmasse in den Zylindern bei gleich bleibendem Drehmoment verdichtet wird.
Verfahren zum Aktivieren eines abgeschalteten Zylinders einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, wobei zur Vorbereitung einer Aktivierung des abgeschalteten Zylinders ein Druck im Ansaugbereich der Zylinder an einen niedrigeren Zieldruck angepasst wird, wobei der Zieldruck einem Druck entspricht, der nach dem Aktivieren des Zylinders im Ansaugbereich herrschen soll, um eine gewünschte Luftmasse anzusaugen und zu verdichten, um ein gewünschtes Drehmoment abgeben zu können,
wobei während der Anpassung des Druckes eine Verstellung der Öffnungszeiten der Einlassventile der aktiven Zylinder in der Weise vorgenommen wird, dass die dem gewünschten Drehmoment entsprechende Luftmasse in den Zylindern verdichtet wird,
wobei vor dem Aktivieren des abgeschalteten Zylinders die Öffnungszeiten der Einlassventile der aktiven Zylinder in der Weise eingestellt werden, dass das gewünschte
Drehmoment abgegeben wird, und
wobei nach Erreichen des Zieldruckes der abgeschaltete Zylinder aktiviert wird. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Emlassventile über eine verstellbare Nockenwelle betätigt werden, wobei die Öffnungszeiten der Einlassventile über eine Verstellung der Nockenwelle eingestellt wird, und wobei vor dem Aktivieren des abgeschalteten Zylinders die Position der Nockenwelle in der Weise angepasst wird, dass die
Öffnungszeiten der Einlassventile der aktiven Zylinder so eingestellt werden, dass die zur Abgabe des gewünschten Drehmomentes benötigte Luftmenge angesaugt und verdichtet wird .
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei zur Festlegung der Öffnungszeiten der Einlassventile
Schließzeiten der Einlassventile variiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Nockenwelle ausgehend von einer Normalposition in Richtung spätes Schließen der Einlassventile und anschließend zurück in Richtung Normalposition verstellt wird, während der Saugrohrdruck an den Zieldruck gesenkt wird, um die verdichtete Luftmasse entsprechend dem gewünschten Drehmoment trotz Änderung des Drucks im Ansaugbereich zu erhalten .
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei nach dem Aktivieren des abgeschalteten Zylinders eine reduzierte Luftmasse in den Zylindern bei gleich bleibendem
Drehmoment verdichtet wird. 12. Steuergerät, das ausgebildet ist, um ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
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