WO2022167041A1

WO2022167041A1 - Verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine und steuergerät

Info

Publication number: WO2022167041A1
Application number: PCT/DE2022/100080
Authority: WO
Inventors: Thomas Werblinski; Wolfgang Christgen; Andreas Mayer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2021-02-02
Filing date: 2022-01-31
Publication date: 2022-08-11
Also published as: CN116783381A; DE102021102364A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit einer Kurbelwelle, die durch einen Kolben eines Zylinders (4) antreibbar ist, einem Saugrohr, über das der Zylinder (4) mit Frischluft versorgbar ist, einem Einlassventil (5), über das in geöffnetem Zustand die Frischluft vom Saugrohr in den Zylinder (4) strömen kann, einem variablen Ventiltrieb, durch welchen die Öffnungsdauer oder die relative Öffnungszeit des Einlassventils (5) in Bezug auf die Kurbelwellenlage veränderlich ist, wobei beim Start der Brennkraftmaschine (1) für den Fall, dass der Saugrohrdruck vom Saugrohrsolldruck (ps) abweicht, eine Füllungsvorsteuerung des Zylinders (4) durch den variablen Ventiltrieb erfolgt, indem die Frischluftzufuhr im Vergleich zur Frischluftzufuhr bei Saugrohrsolldruck (ps) herabgesetzt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Steuergerät (12) für eine Brennkraftmaschine (1), das einen emissionsarmen Betrieb ermöglicht.

Description

Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine und Steuergerät

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle, die durch einen Kolben eines Zylinders antreibbar ist, einem Saugrohr, über das der Zylinder mit Frischluft versorgbar ist, einem Einlassventil, über das in geöffnetem Zustand die Frischluft vom Saugrohr in den Zylinder strömen kann, und einem variablen Ventiltrieb, durch welchen die Öffnungsdauer oder die relative Öffnungszeit des Einlassventils in Bezug auf die Kurbelwellenlage veränderlich ist.

Hintergrund der Erfindung

Moderne Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, nachfolgend auch als Verbrennungsmotoren bezeichnet, werden zunehmend nicht kontinuierlich betrieben, sondern in bestimmten Betriebsphasen geschleppt. Verbrennungsmotoren sind in Kraftfahrzeugen in der Regel über den Antriebsstrang über eine Fahrzeugkupplung mit Rädern des Fahrzeugs verbunden. Im Verzögerungsfall wird der Verbrennungsmotor über den geschlossenen Antriebsstrang durch die Trägheit des Kraftfahrzeugs mitgeschleppt, wobei das Kraftfahrzeug durch ein von dem Verbrennungsmotor ausgeübtes Schleppmoment verzögert wird. Die Betriebsart des Verbrennungsmotors, bei der der Verbrennungsmotor ohne Einspritzung von Kraftstoff in die Zylinder geschleppt wird, wird Schubbetrieb genannt.

Das Schleppmoment des Verbrennungsmotors wird im Wesentlichen durch Reibungs- und Ladungswechselverluste bewirkt. Es kann jedoch insbesondere bei Hybridantriebssystemen gewünscht sein, das Schleppmoment des Verbrennungsmotors möglichst zu reduzieren, um im Schubbetrieb bei geschlossenem Antriebsstrang das über den Antriebsstrang bereitgestellte, aus dem Trägheitsmoment resultierende Moment zur Rekuperation elektrischer Energie zu verwenden. In einem solchen Fall ist es wünschenswert, dass das Schleppmoment des nicht befeuerten Verbrennungsmotors möglichst gering wird.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, variable Ventiltriebe zu nutzen, um das Schleppmoment zu beeinflussen. In DE 199 32 665 A1 ist dazu ein Verfahren zum Steuern von Gaswechselventilen eines Verbrennungsmotors mittels einer variablen Ventilsteuerung vor, bei dem die Einlassventile im Schiebebetrieb variabel angesteuert werden. Allerdings führt das alleinige Abstellen auf ein minimales Schleppmoment zu unerwünschten Nebenwirkungen. Wird beispielsweise im Schubbetrieb die Drosselklappe geöffnet, sind weiterhin Verluste aufgrund der Durchströmung der Zylinder mit Frischluft, Ladungswechselverluste und Kompressionsverluste beim Mitschleppen des Verbrennungsmotors vorhanden. Die kalte und sauerstoffreiche, durch den Brennraum geleitete Frischluft senkt die Temperatur im Abgassystem und führt zum Verlassen des optimalen Temperaturfensters des Abgasnachbehandlungssystems. Im Fall eines Dreiwegekatalysators kommt hinzu, dass die Sättigung mit Sauerstoff kritisch ist, denn sobald vom Schubbetrieb wieder in den verbrennungsmotorischen Betrieb gewechselt wird, muss die Sättigung mit Sauerstoff über einen zeitweise angefetteten Motorbetrieb kompensiert werden. Durch zwischenzeitliche Senkung der Temperatur sinkt der Wirkungsgrad des Katalysators, und das Anfetten nach dem Wechsel in den Antriebsmodus führt zu erhöhtem Kraftstoffverbrauch und damit nochmals erhöhten Emissionen. Um den Katalysator in seinem optimalen Lambda-Fenster zu betreiben, ist daher ein Sauerstoffüberschuss zu vermeiden. Ist zudem der Verbrennungsmotor als mit einem Partikelfilter versehener Ottomotor ausgebildet, kann es durch den Sauerstoff zu dessen unkontrollierter und ungewollter Regeneration kommen. Diese kann zu einer thermischen Überlastung führen, die nicht nur den Ottopartikelfilter selbst, sondern auch weitere Komponenten schädigt.

Auch ein Schließen der Drosselklappe kann problematisch sein. Bildet sich ein kritischer Unterdrück im Brennraum aus, kann durch ein negatives Druckgefälle zum Kurbelgehäuse ein Luft-Öl-Volumenstrom in den Brennraum erfolgen. Bei Wiederaufnahme des Brennbetriebs entstehen erhöhte Emissionen, und der Ölverbrauch des Verbrennungsmotors steigt.

Das Luftdurchspülen des Motors in den Schubphasen kann auch durch variable Ventiltriebsysteme verhindert werden. Dies kann zum Beispiel eine Deaktivierung aller Ventilhübe sein, eine vollvariable Einlasshubsteuerung oder eine Kombination aus einer Auslassventilabschaltung mit einer erweiterten Einlassphasenverstellung. Derartige Systeme sind aus DE 10 2016 216 116 A1, DE 102008 036 635 A1, DE 10 2015 107 539 A1, DE 10 2013 202 196 A1, DE 10 2017 011 301 B3, DE 199 52 037 A1 oder WO 2013 / 101 282 A1 bekannt. DE 10 2006 031 572 B4 offenbart ein gattungsgemäßes Verfahren.

Allen Konzepten, die zu einem effektiven Nullmassenstrom in der Schubphase führen, ist gemeinsam, dass innerhalb der Schubphase der Saugrohrdruck zwischen der Drosselklappe und den Einlassventilen kontinuierlich ansteigt, bis ein vollständiger Druckausgleich zum atmosphärischen Umgebungsdruck erfolgt ist. Durch den effektiven Nullmassenstrom über die Drosselklappe verliert diese ihre Drosselwirkung und kann für die Füllungssteuerung der ersten Arbeitsspiele unmittelbar nach dem Motorwiederstart nicht verwendet werden.

Wird der Motor dennoch wieder gestartet, führt dies innerhalb der ersten Arbeitsspiele zu einer erhöhten Füllung der Zylinder mit Frischluft. Eine hohe Frischluftmasse in Verbindung mit einer Verbrennung mit =1 führen zu einer hohen Drehmomentabgabe des Verbrennungsmotors unmittelbar nach Wiederstart. Der Zustand dauert an, bis das Saugrohrvolumen "entleert" ist und die Drosselklappe wieder die Füllungssteuerung gewährleisten kann. Ein derartiges Verfahren stellt DE 10 2016 111 505 A1 vor, wonach eine Übergangssteuereinheit vorgesehen ist, die zwischen dem Schub- und Befeuerungsbetrieb zunächst den Unterdrück im Saugrohr wiederherstellt, um danach in den regulären Befeuerungsbetrieb zu wechseln. Das Durchlaufen der durch die Übergangssteuereinheit bestimmten Phase ist zwingend, erfolgt also auch bei ausreichendem Unterdrück. Das Vorhalten dieser Phase ist aufwändig zu implementieren und kann als zeitverzögertes Wiederstarten der Brennkraftmaschine wahrgenommen werden.

Eine mögliche Lösung zur Vermeidung der Drehmomentspitze ist ein Zündwinkeleingriff und damit eine aktiv induzierte Verschlechterung des Verbrennungswirkungsgrades. Diese Maßnahme führt zu Mehrverbrauch.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorstehenden Zielkonflikte aufzulösen und ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine anzugeben, welches einen Wechsel von Feuerungsund Schubbetrieb ermöglicht, bei dem die Emissionen gering ausfallen und das gleichzeitig ein möglichst schnelles und komfortables Verlassen des Schubbetriebs insbesondere dann erlaubt, wenn das gewünschte Antriebsmoment gering ist und der Motorwiederstart unter niedriger Lastanforderung erfolgen soll. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine anzugeben, das einen emissionsarmen Betrieb ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Steuergerät nach Anspruch 10 gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft den ein Verfahren zum Start, vorzugsweise zum Wiederstart der Brennkraftmaschine nach einer Schubphase. Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines variablen Ventiltriebs mit einem Nockenwellenverstel- ler beschrieben. Dazu ist die Brennkraftmaschine mit einer Einlassnockenwelle und einem beispielsweise elektromechanisch verstellbaren Nockenwellenversteller für die Einlassventile und einer Auslassnockenwelle und einem elektromechanisch verstellbaren Nockenwellenversteller für die Betätigung der Auslassventile versehen. Die Steuerzeiten und/oder der Ventilhub können auch elektrohydraulisch oder durch andere Mittel veränderlich sein.

In der Schubphase wird zur Vermeidung der zuvor genannten Nachteile der Luftmassenstrom durch den variablen Ventiltrieb herabgesetzt. Dies kann durch Verstellen der Steuerzeiten eines Nockenwellenverstellers auf eine für den ottomotorischen Befeuerungsbetrieb nicht sinnvolle Größe erfolgen, die jedoch eine für den Schleppbetrieb optimierte Phasenlage darstellt. Die Phasenlage der Einlass- und Auslassnockenwellen für ein reduziertes Schleppmoment des Verbrennungsmotors ermöglicht dadurch eine gute Rekuperation, ohne dabei einen Luftmassenstrom durch den Katalysator und ohne einen kritischen Unterdrück im Brennraum des Verbrennungsmotors zu erzeugen.

Beim Eintritt in die Schubphase wechselt die Brennkraftmaschine von einem Betriebspunkt mit Leistungsabgabe zu einem Betriebspunkt mit Leistungsaufnahme. Vor dem Eintritt in die Schubphase öffnen die Einlassventile typischerweise kurz nach dem oberen Totpunkt (OT). Indessen schließen die Auslassventile typischerweise kurz vor dem OT.

In der Schubphase wird die Brennkraftmaschine durch das rollende Fahrzeug über das Getriebe geschleppt. Dazu wird der Betriebspunkt gewechselt. Die Nockenwellenversteller verstellen vorzugsweise mit für diese Systeme üblichen Verstellgeschwindigkeiten auf die Zielwinkel, so dass die Einlassventile jetzt deutlich nach OT öffnen und die Auslassventile deutlich vor OT schließen. In der Regel geschieht diese Verstellung schnellstmöglich. Parallel wird die die Drosselklappe kurzzeitig geöffnet, um im Ansaugrohr ebenfalls schnellstmöglich konstante Bedingungen einzustellen. Als Folge dieser Änderungen stehen in der Schubphase die Motorventile im Bereich des UTs offen. Es wird nur eine geringe Luftmasse bewegt, welche gleichermaßen aus einem Einlass- sowie Auslasskrümmer angesaugt und ausgeschoben wird. Der Luftmassenstrom über die jeweiligen Ventile ist ausgeglichen bei null. Dadurch sind die innere Reibung sowie die durch Ansaugen, Komprimieren, Expandieren und Ausstößen gebildeten Pumpverluste minimiert, so dass das Fahrzeug möglichst wenig ausbremst wird. Zugleich wird ein durch die Brennkraftmaschine induzierter, das Abgassystem auskühlender Luftmassenstrom weitestgehend vermieden.

Ist die Brennkraftmaschine Teil einer Hybridmotoreinheit, ist es vorteilhaft, neben der Eliminierung eines Luftmassenstroms durch das Abgassystem das Schleppmoment des Verbrennungsmotors zu minimieren. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Luftmassenstrom minimiert wird unter der Nebenbedingung eines möglichst geringen Schleppmoments. In einer anderen Ausführungsform wird das Schleppmoment minimiert unter der Nebenbedingung eines möglichst geringen Luftmassenstroms. Ebenfalls möglich ist es, die Verwendung eines der Verfahren in Abhängigkeit einer äußeren Stellgröße wie der Temperatur des Abgasnachbehandlungssystems vorzunehmen. Je nach dem durch die Parameter Schleppmoment und Luftmassenstrom gebildetem Kennfeld kann auch die Herabsetzung beider Parameter in einen Bereich in der Nähe ihres Minimums erfolgen, wenn dort beispielsweise der Gradient der Parameter gering ist, so dass die Steuerung oder Regelung besonders unempfindlich gegenüber sich ändernden äußeren Parametern ist und keine Nachregelung erfordert. Dies erleichtert die Implementierung der Regelstrategie.

Bei dem Wiedereinsetzen der Verbrennung zur Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors verstellen die Nockenwellenversteller auf die Zielwinkel für den Motorwiederstart. Dabei erfolgt erfindungsgemäß die Nockenwellenverstellung nicht stets schnellstmöglich, sondern zumindest dann, wenn im Saugrohr ein Druck herrscht, der von dem Saugrohrsolldruck abweicht, und die Lastanforderung niedrig ist, verzögert. Insbesondere wenn sich im Saugrohr Umgebungsdruck eingestellt hat, werden dadurch ungewollte Drehmomentspitzen, die die Fahrbarkeit negativ beeinflussen, vermieden.

Die Drehmomentspitzen könnten zwar durch einen Zündwinkeleingriff vermieden werden. Dieser führt aber zu einer Verschlechterung des Verbrennungswirkungsgrades und ist somit aber energetisch nachteilhaft, weil er zu einem ungewollten Mehrverbrauch führt. Im Gegensatz dazu wird mit der vorgeschlagenen Füllungssteuerung durch den Ventiltrieb die theoretisch erzielbare Verstellgeschwindigkeit herabgesetzt, wenn der Saugrohrdruck einen Schwellwert unterschreitet und/oder der Motorwiederstart bei geringer Last ( sanftes Einkoppeln ) gewünscht ist.

Sollte der Motorwiederstart erfolgt sein und das Saugrohrvolumen noch nicht entleert sein, kann der Ventiltrieb auch nach der Wiederstartphase zur Füllungssteuerung verwendet wer- den, bis die konventionelle Füllungssteuerung, beispielsweise per Drosselklappe, wieder wirksam eingesetzt werden kann. Sollte das Saugrohrvolumen bereits während des Wiederstarts entleert sein, kann auch eine konventionelle Regelung erfolgen. Schließlich kann der Ventiltrieb parallel zur Drosselklappe zur Füllungssteuerung genutzt werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird die Füllung des Zylinders mit Frischluft durch den variablen Ventiltrieb so herabgesetzt, dass das sich aufbauende Drehmoment die Drehmomentzielvorgabe nicht oder um weniger als 50% überschreitet. Die erste Variante ermöglicht ein besonders sanftes Wiedereinkoppeln der Brennkraftmaschine ohne fühlbare Drehmomentspitze. In der zweiten Variante wird die Brennkraftmaschine schneller eingekoppelt, reduziert aber die Drehmomentspitze, die ohne die Füllungssteuerung entstände.

Bei der Wiederbefeuerung der Brennkraftmaschine nach der Schubphase wird die Einlassventilsteuerzeit kontinuierlich nach früh verstellt, wobei die Verstellgeschwindigkeit der Einlassventilsteuerzeit für den Fall, dass der Saugrohrdruck vom Saugrohrsolldruck abweicht, im Vergleich zur Verstellgeschwindigkeit bei Saugrohrsolldruck herabgesetzt wird. Das kontinuierliche Verstellen kann gesteuert oder in Abhängigkeit des Saugrohrdrucks geregelt erfolgen.

Ein Zündwinkeleingriff beim Wiederbefeuern der Brennkraftmaschine erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform nicht.

Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät, mit dem eine Brennkraftmaschine mit dem vorgestellten Verfahren betreibbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Figur 1a eine schematisierte, zeitliche Entwicklung der Einspritztätigkeit einer ersten Brennkraftmaschine ohne variablen Ventiltrieb nach dem Stand der Technik beim Eintritt in die und Austritt aus der Schubphase, Figur 1b eine schematisierte, zeitliche Entwicklung des Saugrohrdrucks der ersten Brennkraftmaschine ohne variablen Ventiltrieb nach beim Eintritt in die und Austritt aus der Schubphase,

Figur 1c eine schematisierte, zeitliche Entwicklung der Einlassventilschließzeit in °KW nach OT der ersten Brennkraftmaschine ohne variablen Ventiltrieb beim Eintritt in die und Austritt aus der Schubphase,

Figur 1d eine schematisierte, zeitliche Entwicklung des Motordrehmoments in Nm der ersten Brennkraftmaschine ohne variablen Ventiltrieb beim Eintritt in die und Austritt aus der Schubphase,

Figur 2a eine schematisierte, zeitliche Entwicklung der Einspritztätigkeit einer zweiten Brennkraftmaschine mit variablem Ventiltrieb ohne Füllungsvorsteuerung nach dem Stand der Technik beim Eintritt in die und Austritt aus der Schubphase,

Figur 2b eine schematisierte, zeitliche Entwicklung des Saugrohrdrucks der zweiten Brennkraftmaschine mit variablem Ventiltrieb ohne Füllungsvorsteuerung nach beim Eintritt in die und Austritt aus der Schubphase,

Figur 2c eine schematisierte, zeitliche Entwicklung der Einlassventilschließzeit in °KW nach OT der zweiten Brennkraftmaschine mit variablem Ventiltrieb ohne Füllungsvorsteuerung beim Eintritt in die und Austritt aus der Schubphase,

Figur 2d eine schematisierte, zeitliche Entwicklung des Motordrehmoments in Nm der zweiten Brennkraftmaschine mit variablem Ventiltrieb ohne Füllungsvorsteuerung beim Eintritt in die und Austritt aus der Schubphase,

Figur 3a eine schematisierte, zeitliche Entwicklung der Einspritztätigkeit einer dritten, erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit variablem Ventiltrieb und Füllungsvorsteuerung beim Eintritt in die und Austritt aus der Schubphase,

Figur 3b eine schematisierte, zeitliche Entwicklung des Saugrohrdrucks der dritten, erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit variablem Ventiltrieb und Füllungsvorsteuerung beim Eintritt in die und Austritt aus der Schubphase, Figur 3c die zeitliche Entwicklung der Einlassventilschließzeit in °KW nach OT der dritten, erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit variablem Ventiltrieb und Füllungsvorsteuerung beim Eintritt in die und Austritt aus der Schubphase,

Figur 3d eine schematisierte, zeitliche Entwicklung des Motordrehmoments in Nm dritten, erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit variablem Ventiltrieb und Füllungsvorsteuerung beim Eintritt in die und Austritt aus der Schubphase und

Figur 4 eine schematisierte Brennkraftmaschine,

Figur 5 eine weitere schematisierte Brennkraftmaschine,

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die Figuren 4 und 5 zeigen jeweils eine ausschnittsweise und grob schematisiert dargestellte Brennkraftmaschine 1 als einen Hubkolbenmotor mit Zylindern 4 und einer nicht dargestellten Kurbelwelle. Sie ist als Vierzylinderreihenmotor konzipiert, wobei die Erfindung auch bei Brennkraftmaschinen 1 mit anderer Zylinderzahl und Bauform umsetzbar ist. Die Ventilsteuerung der Brennkraftmaschine 1 , das heißt der Ventiltrieb, ist mit 3 bezeichnet. Als Vierventilmotor weist die Brennkraftmaschine 1 pro Zylinder 4 zwei Einlassventile 5 und zwei Auslassventile 6 auf. Eine Einlassnockenwelle ist mit 7, eine Auslassnockenwelle mit 8 bezeichnet. Die Einlassnockenwelle 7 ist mit einem einlassseitigen Nockenwellenversteller 9, und die Auslassnockenwelle 10 ist mit einem auslassseitigen Nockenwellenversteller 10 verstellbar. Die Nockenwellenversteller 9, 10 sind in den betrachteten Ausführungsbeispielen als elektromechanische Versteller mit jeweils einem als Wellgetriebe ausgebildeten Stellgetriebe ausgebildet und weisen jeweils einen Elektromotor 11 zur Verstellung der Phasenlage der jeweiligen Nockenwelle 7, 8 in Relation zur Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 auf. In an sich bekannter Weise werden die Nockenwellen 7, 8 über ein Umschlingungsgetriebe oder ein Zahnradgetriebe durch die Kurbelwelle angetrieben, wobei ein Antriebsrad 13 fest mit dem Gehäuse des Stellgetriebes des Nockenwellenverstellers 9, 10 verbunden oder integraler Teil dieses Gehäuses ist. Zur Ansteuerung der Nockenwellenversteller 9, 10 ist eine Steuereinheit 12, die optional weitere Steuerungsaufgaben übernimmt, vorgesehen. Datenverbindungen zwischen der Steuereinheit 12 und dem Nockenwellenversteller 9, 10 sind mit 15 bezeichnet. Eine Schaltvorrichtung 14 ermöglicht ggf. ein Abschalten der Auslassventile 6. Die Schaltvorrichtung 14 der Brennkraftmaschine nach Figur 5 ist elektromechanisch betätigbar und kann mit schaltbaren Schlepphebeln ausgeführt sein.

Die Figuren 1a bis 1d zeigen schematisiert die zeitliche Entwicklung einiger Kennwerte einer ersten Brennkraftmaschine 1 nach dem Stand der Technik, die keinen variablen Ventiltrieb aufweist. In einer ersten Befeuerungsphase 21 , die bis zum Zeitpunkt ti andauert, wird die Brennkraftmaschine 1 befeuert. Figur 1a stellt in digitaler Weise die Einspritzung 24 der Brennkraftmaschine 1 dar, die in Befeuerungsphasen 21 , 23 erfolgt (Wert ist 1) und in Schubphasen 22 unterbleibt (Wert ist 0). Zum Zeitpunkt ti wird die Brennkraftmaschine 1 abgeschaltet, und zum Zeitpunkt t₃ wird die Brennkraftmaschine 1 in einer Wiederbefeuerungsphase 23 wiederbefeuert. Zwischen diesen Zeitpunkten unterbleibt die Einspritzung. Bereits zum Zeitpunkt t2, der zeitlich kurz vor dem Zeitpunkt t₃ liegt, erfolgt eine durch den Fahrer oder eine Steuereinheit initiierte Drehmomentvorgabe, die den Wiederstartvorgang der Brennkraftmaschine 1 einleitet. Zum Zeitpunkt t₃ ist die Datenverarbeitung für den Wiederstart der Brennkraftmaschine 1 abgeschlossen.

Sobald das Fahrzeug in die Schubphase 22 eintritt, wird die Einspritzung 24 ausgesetzt. Mit der Drosselklappe wird der Saugrohrdruck geregelt. Im dargestellten Beispiel nach Figur 1b wird er konstant niedrig gehalten. Die Einlassventilschließzeit 26, in Figur 1c gezeigt, verbleibt auf dem Zielwinkel für den Motorwiederstart und wird ebenfalls nicht variiert. Die Drosselklappe verbleibt in der Schubphase 22 typischerweise weit geschlossen. Damit kann ein drehmomentneutraler Wiederstart schnell nach der Drehmomentvorgabe des Fahrers erfolgen, ohne dass es zu Beginn der Wiederbefeuerungsphase 23 zu Überschwingern kommt. Das Motordrehmoment 27 (Figur 1d) entspricht damit im Wesentlichen der Drehmomentsollvorgabe. Allerdings kann während der Schubphase 22 Luft in das Abgasnachbehandlungssystem gelangen, so dass nach Motorwiederstart angefettet werden muss, was den Emissionsausstoß erhöht.

Die Figuren 2a bis 2d zeigen schematisiert die zeitliche Entwicklung der Kennwerte einer zweiten Brennkraftmaschine 1 nach dem Stand der Technik, die im Gegensatz zur ersten Brennkraftmaschine 1 einen variablen Ventiltrieb 3 aufweist. Der Graph gemäß Figur 2a ent- spricht dem Graphen der Figur 1a. Damit wird in der ersten Befeuerungsphase 21 die Brennkraftmaschine 1 befeuert, in der Schubphase 22 unterbleibt die Befeuerung, und zum Zeitpunkt ts beginnt die Wiederbefeuerungsphase 23. Der variable Ventiltrieb 3 wird genutzt, um die Sauerstoffanreicherung im Abgasnachbehandlungssystem zu unterbinden. Dazu verhindert er eine Luftdurchspülung des Motors in der Schubphase 22, indem die Auslassventile 6 abgeschaltet werden, und die Einlassventile 5 in einen erweiterten Verstellbereich verstellt werden. In der Schubphase 22 werden die Auslassventilhübe zyklussynchron mit dem Aussetzen der Einspritzung 24 deaktiviert und beim Wiederstart zyklussynchron mit Beginn der Einspritzung 24 reaktiviert. Einlassseitig kann der variable Ventiltrieb 3 verwendet werden, um in der Schubphase 22 das Motorschleppmoment maximal zu reduzieren. Die so reduzierte Ladungswechselarbeit ermöglicht es insbesondere in Kombination mit PO- und Pi- Hybridfahrzeugen, viel Energie zu rekuperieren, was die Gesamteffizienz des Antriebsstranges erhöht. Dazu werden extrem späte, für den Befeuerungsbetrieb 21 , 23 nicht sinnvolle Einlassventilphasenlagen eingestellt, sodass sich das Einlassventilhubmaximum in etwa am unteren Totpunkt (UT) befindet. Die Drosselklappenstellung verbleibt auch hier vorzugsweise innerhalb der Schubphase 22 fast komplett geschlossen.

Soll die Brennkraftmaschine 1 wieder ein Drehmoment bereitstellen, wird die Einlassventilphasenlage wieder schnell auf die konventionelle Zielposition verstellt, wie es aus Figur 2c zwischen den Zeitpunkten t2 und ts ersichtlich ist. Zwischen diesen Zeitpunkten unterbleibt die Einspritzung 24. Bereits zum Zeitpunkt ts, der zeitlich kurz vor dem Zeitpunkt ts liegt, erfolgt eine durch den Fahrer oder eine Steuereinheit initiierte Drehmomentvorgabe, die den Wiederstartvorgang der Brennkraftmaschine 1 einleitet. Zum Zeitpunkt ts ist die Datenverarbeitung für den Wiederstart der Brennkraftmaschine 1 abgeschlossen,

In den Schubphasen 22 steigt der Saugrohrdruck 25, beispielsweise aufgrund von Undichtigkeiten, kontinuierlich an. Dauert die Schubphase 22 wie zum Beispiel bei einer Gefällefahrt relativ lange, kann der Saugrohrdruck 25 (Figur 2b) innerhalb der Schubphase 22 so weit ansteigen, dass er nahezu dem atmosphärischen Umgebungsdruck entspricht. Wird die Wiederbefeuerung bei einem erhöhten Saugrohrdruck 25 eingeleitet, führt dies aufgrund der hohen Luftmasse zu einem kurzzeitigen starken Drehmomentaufbau mit einer Drehmomentspitze 27. In der Regel ist es allerdings die Zielvorgabe, die Brennkraftmaschine 1 mit einem geringen Drehmoment einzukoppeln. In diesem Fall führt der starke Drehmomentaufbau zu einem Komfortverlust. Die Figuren 3a bis 3d zeigen schematisiert die zeitliche Entwicklung der Kennwerte einer dritten Brennkraftmaschine 1 , die wie die zweite Brennkraftmaschine 1 einen variablen Ventiltrieb 3 aufweist und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird. Der Graph gemäß Figur 3a entspricht dem Graphen der Figur 2a. Wiederum wird in der ersten Befeuerungsphase 21 die Brennkraftmaschine 1 befeuert, in der Schubphase 22 unterbleibt die Befeuerung, und zum Zeitpunkt t₃ beginnt die Wiederbefeuerungsphase 23. Der variable Ventiltrieb 3 wird wiederum genutzt, um die Luftspülung zu verhindern, so dass sich das Betriebsverfahren bis zum Ende der Schubphase 22 dem der zweiten Brennkraftmaschine gleicht. Wie bei der zweiten Brennkraftmaschine 1 ist daher auch die Entwicklung des Saugrohrdrucks identisch (Figur 3b).

Zum Zeitpunkt t2, zu dem die Wiederstartanforderung der Brennkraftmaschine 1 ausgelöst wird, wird im Unterschied zur zweiten Brennkraftmaschine die Einlassventilphasenlage nicht möglichst schnell, sondern verzögert auf die konventionelle Zielposition verstellt. Der Grad der Verzögerung ist davon abhängig, wie stark der Saugrohrdruck 25 erhöht ist und welche Lastanforderung an die Brennkraftmaschine 1 gestellt ist. Wie aus den Figuren 3a bis 3d ersichtlich ist, erfolgt die Wiederbefeuerung zum Zeitpunkt ts, die einsetzt, obwohl die Einlassventilzeit noch nicht dem für den Dauerbetrieb bei dieser Lastanforderung entsprechenden Ventilzeit, Sollventilzeit 29 bei Saugrohrsolldruck p_s, entspricht. Die zeitliche Differenz t zwischen t₃ und t2 ist die Zeitspanne, die bis zum Erreichen des Zielwinkels der Vorsteuerung erforderlich ist. Die Verstellung auf die Sollventilzeit 29 bei Saugrohrsolldruck p_s erfolgt so lange, wie der Saugrohrdruck noch nicht seinen Solldruck erreicht hat. Dabei können typische Zeiten unterstellt werden, so dass die Verstellung gesteuert erfolgen könnte; sie erfolgt aber bevorzugt geregelt. Damit lässt sich auch die Verstellgeschwindigkeit an den tatsächlichen Saugrohrdruck anpassen. Idealerweise erfolgt die Verstellung der Einlassventilschließzeit 26 so, dass der Aufbau des Motordrehmoments 27 monoton und gleichzeitig möglichst schnell erfolgt.

Der variable Ventiltrieb 3 wird mithin zur Vorsteuerung der Einlassventilschließzeit 26 beim Wiederbefeuern der Brennkraftmaschine 1 genutzt. Dadurch ist es möglich, bei erhöhtem Druck im Saugrohr eine Drehmomentspitze 28 zu vermeiden. Dazu deaktiviert der variable Ventiltrieb 3 in der Schubphase 22 die Auslassventile und reduziert über eine extreme Spätstellung des Einlassventilhubes das Motorschleppmoment. Mit der Drehmomentvorgabe des Fahrers berechnet das hinterlegte Füllungsmodell auf Basis der relevanten Eingangsgrößen die Soll-Steuerzeiten für einen drehmomentneutralen Motorwiederstart. Für das exemplarisch gewählte Beispiel bedeutet das, dass die Einlassventilhubphasenlage kontinuierlich, dreh- zahlabhängig, jedoch langsamer als im nicht vorgesteuerten Fall nach früh verstellt werden muss, bis der Saugrohrdruck wieder auf dem Sollwert ist und eine weitere Laststeuerung z.B. per Drosselklappe erfolgen kann.

Bezugszeichenliste Brennkraftmaschine Zylinderkopf Ventiltrieb Zylinder Einlassventil Auslassventil Einlassnockenwelle Auslassnockenwelle Nockenwellenversteller, einlassseitig Nockenwellenversteller, auslassseitig Elektromotor Steuergerät Antriebsrad Schaltvorrichtung Datenverbindung Befeuerungsphase Schubphase Wiederbefeuerungsphase Einspritzung Saugrohrdruck Einlassventilschließzeit nach OT in °KW Motordrehmoment in Nm Drehmomentspitze Sollventilzeit bei Saugrohlsolldruck Zeit Zeitpunkt des Abschaltens der Brennkraftmaschine Zeitpunkt der Wiederstartanforderung der Brennkraftmaschine Zeitpunkt nach Datenverarbeitung für den Wiederstart der Brennkraftmaschine Zeitdifferenz zwischen t₃ und t2 p_s Saugrohrsolldruck

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit

- einer Kurbelwelle, die durch einen Kolben eines Zylinders (4) antreibbar ist,

- einem Saugrohr, über das der Zylinder (4) mit Frischluft versorgbar ist,

- einem Einlassventil (5), über das in geöffnetem Zustand die Frischluft vom Saugrohr in den Zylinder (4) strömen kann,

- einem variablen Ventiltrieb (3), durch welchen die Öffnungsdauer oder die relative Öffnungszeit des Einlassventils (5) in Bezug auf die Kurbelwellenlage veränderlich ist, dadurch gekennzeichnet, dass

- beim Start der Brennkraftmaschine (1) für den Fall, dass der Saugrohrdruck vom Saugrohrsolldruck (p_s) abweicht, eine Füllungsvorsteuerung des Zylinders (4) durch den variablen Ventiltrieb erfolgt, indem die Frischluftzufuhr im Vergleich zur Frischluftzufuhr bei Saugrohrsolldruck (p_s) herabgesetzt wird,

- das Verfahren bei Wiederbefeuerung der Brennkraftmaschine (1) nach einer Schubphase angewendet wird, in der die Brennkraftmaschine (1) ohne Kraftstoffzufuhr und mit reduziertem oder fehlendem Luftmassestrom im Zylinder (4) geschleppt wird und

- bei der Wiederbefeuerung der Brennkraftmaschine (1) nach der Schubphase die Einlassventilsteuerzeit kontinuierlich nach "früh" verstellt wird, wobei die Verstellgeschwindigkeit der Einlassventilsteuerzeit für den Fall, dass der Saugrohrdruck vom Saugrohrsolldruck (p_s) abweicht, im Vergleich zur Verstellgeschwindigkeit bei Saugrohrsolldruck (p_s) herabgesetzt wird. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung des Zylinders (4) mit Frischluft durch den variablen Ventiltrieb

(3) so herabgesetzt wird, dass das sich aufbauende Drehmoment die Drehmomentzielvorgabe nicht oder um weniger als 50% überschreitet. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine ein Auslassventil (6) aufweist, das in der Schubphase dauerhaft geschlossen wird und das Einlassventil (5) mit einer Einlassventilsteuerzeit betrieben wird, die so weit nach "spät" verschoben ist, dass diese für den Befeuerungsbetrieb ungeeignet ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Wiederbefeuern der Brennkraftmaschine (1) kein Zündwinkeleingriff erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der variable Ventiltrieb (3) eine Einlassnockenwelle (7) mit einem elektrischen Nocken- wellenversteller (9) oder elektrohydraulisch betätigte Ventile aufweist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) eine Drosselklappe aufweist und die Füllungsvorsteuerung durch den variablen Ventiltrieb erfolgt, solange die Laststeuerung durch die Drosselklappe nicht oder nur in vermindertem Umfang erfolgen kann.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) als Teil eines Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs betrieben wird.

8. Steuergerät (12), das eine Brennkraftmaschine (1) mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche betreibt.