DE10136943B4

DE10136943B4 - Steuerung der Regeneration der Kraftstoffdampfrückgewinnung bei einem Verbrennungsmotor mit hybrider Ventilsteuerung

Info

Publication number: DE10136943B4
Application number: DE10136943A
Authority: DE
Inventors: Thomas George Leone; Diana Dawn Brehob; John D. Russell
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2001-07-28
Publication date: 2013-01-03
Anticipated expiration: 2021-07-29
Also published as: GB0118834D0; GB2367148B; DE10136943A1; US6532944B1; GB2367148A

Abstract

Verfahren zur Spülung einer Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung für einen Verbrennungsmotor (10), der wenigstens einen Zylinder (4), in dem wenigstens ein wahlfrei ansteuerbares Einlassventil (16) und wenigstens ein selektierbares Einlassventil (18) mit einem vorbestimmten Ventilschließzeitpunkt vorgesehen sind, einen Lufteinlass mit einem darin angeordneten Drosselventil (14) sowie einen Einlasskrümmer aufweist, der zwischen dem Drosselventil (14) einerseits und sowohl dem wahlfrei ansteuerbaren Einlassventil (16) als auch dem selektierbaren Einlassventil (18) andererseits angeordnet ist, wobei eine Motorsteuereinheit (26) in Wirkverbindung mit dem Verbrennungsmotor (10) steht und die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung wenigstens ein Ventil (54, 58) aufweist, durch welches die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung und der Einlasskrümmer kommunizierend miteinander verbindbar sind, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Feststellung, dass die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung nicht in einem Spülmodus arbeitet, und dass die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung gespült werden soll; Abfrage des Einlasskrümmerdrucks; Vergleich des Einlasskrümmerdrucks mit einem vorbestimmten Spülschwellwert für den Einlasskrümmerdruck; und, falls der Einlasskrümmerdruck größer als der vorbestimmte Spülschwellwert für den Einlasskrümmerdruck...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Steuerungsverfahren für die Regeneration von Kraftstoffdämpfen in einer Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung bei einem Fahrzeug, das einen Verbrennungsmotor mit einer hybriden Ventilsteuerung aufweist, sowie eine entsprechende Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung.
Aus der JP 05156973 A ist eine Ventilsteuerung bei einem Kraftfahrzeugverbrennungsmotor mit variablem Ventiltrieb bekannt, bei der die VVT-Einrichtung und damit der Öffnungs- und Schließzeitpunkt des Einlassventils bei Notwendigkeit eines Spülvorganges vorverstellt werden können, um den Aufbau eines Unterdrucks im Ansaugkrümmer zu beschleunigen und damit den Spülvorgang zu ermöglichen, wobei in diesem Dokument über eine Beeinflussung des Drosselklappenwinkels zu diesem Zweck keine Aussagen gemacht werden.
Aus der US-PS 60 09 841 ist ein Verbrennungsmotor mit einer hybriden Ventilsteuerung bekannt, bei dem ein Einlassventil nicht mittels einer Nockenwelle betätigt wird. Dieses erste Einlassventil ist wahlfrei ansteuerbar (randomly operable intake valve, ROIV) in dem Sinne, dass die Ventilöffnungs- und Ventilschließ-Ereignisse unabhängig von der Kurbelwellenrotation sind, so dass die Ventilsteuerung vollständig variabel ist. Ein zweites Einlassventil wird von einer Nockenwelle betätigt und weist einen Deaktivator auf. Mit diesem kann der Betrieb des zweiten Ventils innerhalb eines Motorzyklus ausgesetzt oder wiederhergestellt werden. Ein derartiges Ventil wird nachfolgend als selektierbares Einlassventil (selectable intake valve, SIV) bezeichnet. Das Auslassventil oder die Auslassventile wird bzw. werden bei einer hybriden Ventilsteuerung in konventioneller Weise mittels einer Nockenwelle betätigt. Wie in der US-PS 60 09 841 näher erläutert, zeichnet sich eine derartige Ventilsteuerung gegenüber einer vollständig nockenwellenlosen Ventilsteuerung des Verbrennungsmotors durch eine niedrigere Leistungsaufnahme aus.
In der US-PS 60 09 841 sind jedoch keine Maßnahmen für den Umgang mit Kraftstoffdämpfen offenbart. Moderne Kraftfahrzeuge sind mit Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnungen ausgestattet, die eine Regeneration bzw. ein Ausspülen (purging) der aufgefangenen Dämpfe in regelmäßigen Zeitabständen erfordern. Da der aus der US-PS 60 09 841 bekannte Verbrennungsmotor mit hybrider Ventilsteuerung über einen Großteil seiner Betriebszustände ungedrosselt betrieben wird, ist der konventionelle Ansatz, zur Förderung der Spülgase durch den Kraftstoffdampfbehälter den Unterdruck im Einlasskrümmer zu nutzen, nicht effektiv anwendbar. Deshalb wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Regeneration bzw. Spülung einer Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung bei einem Motor mit hybrider Ventilsteuerung vorgeschlagen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Spülung einer Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung für einen Verbrennungsmotor vorgeschlagen, der wenigstens einen Zylinder, in dem wenigstens ein wahlfrei ansteuerbares Einlassventil und wenigstens ein selektierbares Einlassventil mit einem vorbestimmten Ventilschließzeitpunkt vorgesehen sind. Der Lufteinlass des Verbrennungsmotors weist ein darin angeordnetes Drosselventil sowie einen Einlasskrümmer auf, der zwischen dem Drosselventil einerseits und sowohl dem wahlfrei ansteuerbaren Einlassventil als auch dem selektierbaren Einlassventil andererseits angeordnet ist. Weiterhin ist eine Motorsteuereinheit vorgesehen, die in Wirkverbindung mit dem Verbrennungsmotor steht. Die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung weist wenigstens ein Ventil auf, durch welches die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung und der Einlasskrummer kommunizierend miteinander verbindbar sind.
Das Verfahren umfasst die Schritte der Feststellung, dass die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung nicht in einem Spülmodus arbeitet und dass die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung gespült werden soll; der Abfrage des Einlasskrümmerdrucks; des Vergleichs des Einlasskrümmerdrucks mit einem vorbestimmten Spülschwellwert für den Einlasskrümmerdruck; und, falls der Einlasskrümmerdruck größer als der vorherbestimmte Spülschwellwert für den Einlasskrümmerdruck ist, des Erniedrigens des Einlasskrümmerdrucks und der Betätigung des wenigstens einen Ventils der Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung, um die kommunizierende Verbindung zwischen der Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung und dem Lufteinlass zu öffnen, wobei die Erniedrigung des Einlasskrümmerdrucks durch eine Einstellung des Drosselventils erreicht wird, wobei der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils derart gewählt wird, dass bei der Anpassung der Stellung des Drosselventils das Drehmoment im Wesentlichen konstant gehalten wird, wobei der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils vorverstellt wird, falls der Ventilschließzeitpunkt gegenüber einem vorbestimmten Ventilschließzeitpunkt verzögert ist, und wobei der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils verzögert wird, falls der Ventilschließzeitpunkt gegenüber einem vorbestimmten Ventilschließzeitpunkt vorverstellt worden war.
Weiterhin wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Spülung einer Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung für einen Verbrennungsmotor vorgeschlagen, der wenigstens einen Zylinder, in dem wenigstens ein wahlfrei ansteuerbares Einlassventil und wenigstens ein selektierbares Einlassventil mit einem vorbestimmten Ventilschließzeitpunkt vorgesehen sind, einen Lufteinlass mit einem darin angeordneten Drosselventil sowie einen Einlasskrümmer aufweist, der zwischen dem Drosselventil einerseits und sowohl dem wahlfrei ansteuerbaren Einlassventil als auch dem selektierbaren Einlassventil andererseits angeordnet ist. Weiterhin steht eine Motorsteuereinheit in Wirkverbindung mit dem Verbrennungsmotor, und die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung weist wenigstens ein Ventil auf, durch welches die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung und der Einlasskrümmer kommunizierend miteinander verbindbar sind. Das Verfahren umfasst die Schritte der Feststellung, dass die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung in einem Spülmodus arbeitet, und dass die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung ausreichend gekühlt wurde; der Betätigung des wenigstens einen Ventils der Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung, um die kommunizierende Verbindung zwischen der Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung und dem Lufteinlass zu schließen; und der Erhöhung des Einlasskrümmerdrucks, wobei die Erhöhung des Einlasskrümmerdrucks durch Öffnen des Drosselventils erreicht wird, und wobei der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils derart gewählt wird, dass bei der Anpassung der Stellung des Drosselventils das Drehmoment im Wesentlichen konstant gehalten wird, wobei der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils verzögert wird, falls der Schließzeitpunkt gegenüber einem vorbestimmten Ventilschließzeitpunkt verzögert ist, und wobei der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils vorverstellt wird, falls der Schließzeitpunkt gegenüber einem vorbestimmten Ventilschließzeitpunkt vorverstellt ist.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein Verfahren und eine entsprechende Anordnung vorgeschlagen wird, mit dem bzw. mit der ein Übergang in einen Motorbetriebszustand mit einem reduzierten Einlassdruck realisiert werden kann, um einen Spülvorgang der Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung zu erlauben. Damit wird ein ordnungsgemäßer Betrieb der Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung, insbesondere eine regelmäßige Spülung, sichergestellt, was entscheidend für die Bewältigung der in dem Kraftstofftank entstehenden Kraftstoffdämpfe ist. Wenn diese Kraftstoffdämpfe nicht gesammelt und zu dem Lufteinlass weitergeleitet würden, würde ein wesentlicher Anteil der Kraftstoffdämpfe freigesetzt und auf diese Weise zur Luftverschmutzung beitragen. Somit wird es im Rahmen der vorliegenden Erfindung ermöglicht, dass auch ein Fahrzeug mit hybrider Ventilsteuerung die gesetzlichen Anforderungen hinsichtlich der zulässigen Dampfemissionen erfüllen kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors mit hybrider Ventilsteuerung mit einer Schnittdarstellung eines Zylinderkopfes und einer Darstellung der Kraftstoffdampf-Rückgewinnung sowie des Reinigungssystems, soweit im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung von Interesse;
1a eine schematische Schnittdarstellung eines Zylinderkopfes, wobei der Schnitt durch ein selektierbares Einlassventil gelegt ist;
1b eine schematische Querschnittsdarstellung eines Zylinderkopfes, wobei der Schnitt durch ein wahlfrei ansteuerbares Einlassventil gelegt ist;
2 ein typisches Motorbetriebsdiagramm, in dem die verschiedenen Betriebsbereiche mit verschiedenen Betriebsarten der hybriden Ventilsteuerung dargestellt sind;
3a ein Diagramm, in dem der Einlassventilhub eines wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils für vorgezogene und verzögerte Schließzeitpunkte gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
3b ein Diagramm, in dem die in den Zylinder eingeschlossene Frischluft abhängig von dem Einlassventilschließzeitpunkt dargestellt ist;
3c ein Diagramm, in dem ein Einlassluft-Reduktionsfaktor abhängig von dem Einlassventilschließzeitpunkt gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
3d ein Diagramm, in dem die Temperatur der Einlassluft gegenüber dem Einlassventilschließzeitpunkt dargestellt ist;
4a ein Diagramm mit Ventilhubprofilen sowohl für wahlfrei ansteuerbare als auch für selektierbare Einlassventile;
4b ein Diagramm, in dem der Effekt einer Variation des Schließzeitpunktes des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils bei gleichzeitig betätigtem selektierbaren Einlassventil auf die Menge der eingelassenen Frischluft dargestellt ist;
5a einen Zeitverlauf der Drosselklappenstellung bei einem Übergang gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
5b einen Zeitverlauf des Schließens eines wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils bei einem Übergang gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
5c einen Zeitverlauf des Absolutdrucks im Einlasskanal bei einem Übergang gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
5d einen Zeitverlauf des mechanischen Ventilstatus bei einem Übergang gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
6 ein Flussdiagramm, in dem die Schritte für einen Übergang von einem Betriebsbereich mit niedriger Motordrehzahl und mit niedrigem Motordrehmoment zu einem anderen Motorbetriebsbereich gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung aufgeführt werden;
7 ein Flussdiagramm, in dem die Schritte für einen Übergang von einem Betriebsbereich mit höherer Motordrehzahl und niedrigem Motordrehmoment zu einem anderen Motorbetriebsbereich gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dargestellt sind;
8a ein Flussdiagramm mit den Schritten; die für einen Übergang von einem Betriebsbereich mit höherem Motordrehmoment zu anderen Motorbetriebsbedingungen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden;
8b ein Flussdiagramm mit den Schritten, die für einen Übergang von einem Betriebsbereich mit höherem Motordrehmoment zu anderen Motorbetriebsbedingungen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden;
9 ein Flussdiagramm mit den Schritten, die für einen Übergang zwischen einem Betriebsbereich mit mittlerer Last bzw. Motordrehmoment zu anderen Motorbetriebsbedingungen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden; und
10 ein Flussdiagramm eines Verfahrens, bei dem die Eingangswerte des gewünschten Motordrehmoments und der Drehzahl zur Berechnung des Einlassventilschließzeitpunktes und der Drosselventilstellung als Funktionen der Zeit herangezogen werden, um die Aktuatoren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung anzusteuern.
Gemäß 1 weist ein Verbrennungsmotor 10 wenigstens einen Zylinder 4 auf. Der Zylinderkopf des Verbrennungsmotors 10 enthält ein selektierbares Einlassventil 18 (SIV), ein wahlfrei ansteuerbares Einlassventil 16 (ROIV) sowie Auslassventile 20. Im Einlass des Verbrennungsmotors 10 ist weiterhin ein Drosselventil 14 vorgesehen. Die Verbrennungsgase werden über einen Auslasskanal 24 abgeführt. Eine Motorsteuereinheit 26 führt u. a. folgende Funktionen aus: Aktivieren und Deaktivieren des selektierbaren Einlassventils 18, Betätigen des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 sowie Steuerung der Stellung des elektronisch gesteuerten Drosselventils 14. Die Motorsteuereinheit 26 erhält verschiedene Eingangssignale von Motorsensoren 28, wie z. B. einem Abgassauerstoffsensor, einem Luftmassenstromsensor oder einem Motordrehzahlsensor.
Wie aus der Querschnittsdarstellung gemäß 1a ersichtlich, werden das selektierbare Einlassventil 18 und die Auslassventile 20 jeweils von Nockenwellen 2 und 3 betätigt. Dementsprechend basiert die Zeitsteuerung dieser Betätigungen auf der jeweiligen Motorrotationsstellung. Gemäß der Querschnittsdarstellung in 1b wird das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 durch einen elektromechanischen Aktuator betätigt. Alternativ kann auch ein elektrohydraulischer Aktuator verwendet werden. Die Ventilereignisse des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 sind somit vollständig flexibel und werden von der Motorsteuereinheit 26 gesteuert. Das Auslassventil 20 wird von der Nockenwelle 3 betätigt. Weiterhin ist in den 1a und 1b ein Kolben 5, der sich in dem Zylinder 4 hin- und herbewegt, eine Einlassöffnung 6 und eine Auslassöffnung 8 dargestellt. Die Einlassöffnung 6 und die Auslassöffnung 8 sind jeweils mit Einlass- bzw. Auslasskrümmern (nicht dargestellt) verbunden, um jeweils einen Einlasskanal 12 und einen Abgaskanal 24 zu bilden.
In 1 ist weiterhin ein konventionelles Kraftstoffdampfrückgewinnungs- und Reinigungssystem für einen Automobilverbrennungsmotor dargestellt. Der Verbrennungsmotor 10 steht mit einem Einlasskanal 12 und einem Abgaskanal 24 in Verbindung. Der Kraftstoff wird dem Einlassluftstrom mittels einer Kraftstoffeinspritzdüse 42 zugemessen. In dem Einlasskanal 12 ist weiterhin ein Drosselventil 14 angeordnet. In einem Kraftstofftank 48 ist eine in dem Tank angeordnete Kraftstoffpumpe 50 vorgesehen, die Kraftstoff durch eine Kraftstoffleitung 54 der Kraftstoffeinspritzdüse 42 zuführt. Der Kraftstofftank 48 kann über ein Kraftstoffeinfüllrohr 46 aufgefüllt werden; hierzu wird ein Kraftstofftankdeckel 68 entfernt. Die flüssigen Bestandteile des Kraftstoffes fließen durch die Leitung 62, während die gasförmigen Bestandteile durch die Dampfrückgewinnungsleitung 66 fließen können. Während der Befüllung des Tanks 48 werden die gasförmigen Bestandteile in dem Teil des Tanks, der keinen flüssigen Kraftstoff enthält, durch den einfließenden Kraftstoff in Kraftstoffrückgewinnungsleitungen 64 und 66 verdrängt. Die Kraftstoffrückgewinnungsleitungen 64, 66 sind mit einem Aktivkohlebehälter 52 verbunden, der Aktivkohle enthält, um die Kraftstoffdämpfe zu absorbieren. Der Aktivkohlebehälter 52 wird regelmäßig gereinigt bzw. gespült. Diese Reinigung wird durch Öffnung der Ventile 54, 58 durchgeführt, wodurch Frischluft durch eine Reinigungslufteinlassleitung 56 einfließen kann. Die den Aktivkohlebehälter 52 verlassenden Gase enthalten sowohl Frischluft als auch Kraftstoffdämpfe, die durch das Ventil 58 und eine Leitung 60 fließen. Die Leitung 60 führt in den Einlasskanal 12 unterhalb des Drosselventils 14. Die Strömung durch den Aktivkohlebehälterkreislauf durch die Elemente 56, 54, 52, 58 und 60 in den Einlasskanal 12 und schließlich zur Verbrennung in den Verbrennungsmotor 10 erfolgt aufgrund eines Unterdrucks in dem Einlasskanal im Strömungsweg unterhalb des Drosselventils 14.
In 2 ist ein Betriebsdiagramm eines typischen funkengezündeten Verbrennungsmotors dargestellt. Die obere Kurve 40 stellt das maximale Drehmoment dar, das der Verbrennungsmotor abhängig von der Drehzahl liefern kann. Weiterhin sind die Betriebsbereiche dargestellt, in denen ausschließlich das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil, ausschließlich das selektierbare Einlassventil oder beide Ventile gemeinsam aktiviert sind. Bei höheren Drehmomenten werden in einem Betriebsbereich 30 bei sämtlichen Drehzahlen beide Ventile eingesetzt. Durch den Einsatz beider Einlassventile wird soviel Luft wie möglich eingelassen, wodurch der Verbrennungsmotor sein maximales Drehmoment entwickeln kann. Wenn die Einlassluft nur durch ein Ventil eingelassen wird, ist die Geschwindigkeit durch den Einlass und das Ventil ungefähr doppelt so hoch im Vergleich zu der Situation, bei der die Frischluft durch zwei Ventile eingelassen wird, sofern die Ventile vergleichbare Größen aufweisen. Dies führt zum Zeitpunkt der Verbrennung zu größeren Turbulenzen im Zylinder. Obwohl derartige höhere Turbulenzen in bestimmten Randbetriebsbereichen wünschenswert sind, führen diese zu einer ausgesprochen raschen Verbrennung bzw. einer rauhen Verbrennung unter den robusten Betriebsbedingungen in dem Betriebsbereich 30. In einem Betriebsbereich 36 von 2 wird nur das selektierbare Einlassventil 18 eingesetzt. In dem Betriebsbereich 36 wird nicht der maximale Luftfluß benötigt, da kein maximales Drehmoment gewünscht ist. Der Betriebsbereich 30 wird gewählt, wenn in dem Betriebsbereich 36 kein genügender Luftfluß mehr erreicht werden kann, oder wenn die Verbrennung bei alleiniger Verwendung des selektierbaren Einlassventils 18 zu rauh wird.
Erfindungsgemäß sind bestimmte Kriterien vorgesehen, um zu entscheiden, wann ein Übergang wünschenswert ist. Die Entscheidung, wann ein Übergang von dem Betriebsbereich 36 in den Betriebsbereich 32 oder in den Betriebsbereich 34 durchgeführt wird, hängt davon ab, ob entweder das selektierbare Einlassventil 18 oder das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 einen effizienteren Betrieb sicherstellen. Die Effizienz bestimmt sich aus der Energie, die für die Rotation der Einlassnockenwelle benötigt wird, aus der Energie, die für die Betätigung des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 benötigt wird, sowie aus den Pumpverlusten, d. h. der Energie, die für den Ersatz der Abgase mit frischer Einlassluft benötigt wird.
In dem Betriebsbereich 32 kann der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 (inlet valve closing, IVC) angepasst werden, um das jeweils gewünschte Motordrehmoment zu erzielen. Die entsprechenden Betätigungsprofile für das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 sind in 3a dargestellt. Der Schließzeitpunkt des Einlassventils kann vorgezogen (advanced) oder verzögert (retarded) werden, jeweils in Bezug auf den Zeitpunkt, zu dem die maximale eingeschlossene Einlassluftmenge erzielt wird, wie in 3b dargestellt. Durch eine derartige Anpassung des Schließzeitpunktes des Einlassventils kann die jeweils gewünschte eingeschlossene Einlassluftmenge erreicht werden. Wie in 3b dargestellt, wird sowohl durch einen Verzögerung (Spätverstellung) als auch eine Vorverlegung (Frühverstellung) des Schließzeitpunktes des Einlassventils die Menge der eingeschlossenen Luft reduziert. Bei einer Verzögerung des Schließzeitpunktes wird ein Teil der eingelassenen Frischluft aus der Brennkammer ausgestoßen, bevor das Einlassventil schließt. Die Frischluftmenge, die in dem Zylinder erhalten bleibt, ist 3b eingezeichnet. Durch die Verzögerung des Schließzeitpunktes des Einlassventils wird die Temperatur der Einlassluft erhöht. Im Gegensatz dazu hat ein früheres Schließen des Einlassventils einen nur geringen Effekt auf die Temperatur der Frischluft, wie aus 3c ersichtlich. Die jeweiligen Beweggründe für eine Vorverstellung bzw. eine Verzögerung des Schließzeitpunktes werden aus der folgenden näheren Beschreibung des Verfahrens deutlich. Generell wird eine Steuerung des Motordrehmoments durch eine Anpassung des Schließzeitpunktes des Einlassventils gegenüber einer Drosselung bevorzugt, weil dadurch die Pumpverluste reduziert werden können und somit die Motoreffizienz insgesamt gesteigert werden kann. Allerdings kann eine Verstellung des Schließzeitpunktes des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16, wenn das gewünschte Drehmoment reduziert werden soll, zu einer instabilen Verbrennung führen. Abhängig von der für den jeweiligen Fall jeweils benötigten Verbrennungsstabilität kann ein bestimmtes Drehmomentniveau vorgegeben werden, unterhalb dessen die Steuerung des Drehmoments mittels Drosselung durchgeführt wird. Die Betriebsbereiche 32 und 34 unterscheiden sich dementsprechend dadurch, dass in dem Betriebsbereich 34 eine Drosselung angewendet wird.
Die Verbrennungsstabilität entspricht der Standardabweichung der Leistung, die innerhalb eines Zylinders zyklisch produziert wird. Eine geringe Standardabweichung, d. h. eine konstante Leistung von Zyklus zu Zyklus, entspricht einer stabilen Verbrennung und umgekehrt. Somit entspricht eine Abnahme der Verbrennungsstabilität einer Zunahme der Standardabweichung und eine Verbesserung der Verbrennungsstabilität einer Abnahme der Standardabweichung.
Im Betriebsbereich 34 von 2 ist es wünschenswert, den Grad der Drosselung zur Steuerung des Motordrehmoments gering zu halten. Deshalb wird der Schließvorgang des Einlassventils soweit vorverstellt oder verzögert – abhängig von dem Steuerverfahren –, dass eine zufriedenstellende Verbrennungsstabilität aufrechterhalten bleibt. Wenn das Motordrehmoment reduziert wird (in dem Betriebsbereich 34), d. h., wenn das Drosselventil geschlossen wird, dann kann es erforderlich sein, den Schließzeitpunkt des Einlassventils zu ändern, um eine robuste Verbrennung aufrechtzuerhalten.
Da das gewünschte Drehmoment bzw. die Drehzahl sich während des Motorbetriebs andauernd ändern, sind Übergänge zwischen den Betriebsbereichen in 2 erforderlich. Der Übergang zwischen verschiedenen Betriebsbereichen sollte dabei vom Fahrer des Fahrzeuges nicht wahrnehmbar sein.
Ein Übergang von dem Betriebsbereich 32 zum Betriebsbereich 34 findet statt, wenn die Verbrennungsstabilität in dem Betriebsbereich 32 schlechter als gewünscht wird. Ein sanfter Übergang zwischen dem Betriebsbereich 32 und dem Betriebsbereich 34 wird dadurch erreicht, dass das Drosselventil geschlossen wird, um einen bestimmtes Drehmomentniveau aufrechtzuerhalten.
Der Übergang von dem Betriebsbereich 32 in den Betriebsbereich 30 findet statt, wenn die Schließzeit des Ventils des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 so eingestellt ist, dass die maximale eingeschlossene Luftmenge erzielt wird. Es kann auch wünschenswert sein, dass ein Übergang von dem Betriebsbereich 32 in den Betriebsbereich 30 dann stattfindet, wenn ein Grenzwert bezüglich einer tolerierbaren Verbrennungstraurigkeit erreicht wird, anstelle eines Übergangs dann, wenn durch den Ventilschließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Ventils kein Einfluss mehr auf die Luftmenge ausgeübt werden kann. Eine weitere Erhöhung des Motordrehmoments wird dann durch Aktivierung des selektierbaren Einlassventils 18 erreicht. Gleichzeitig wird der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils spätverstellt, so dass der Luftstrom vor und nach dem Übergangszyklus im Wesentlichen konstant bleibt.
Die Steuerung des Motordrehmoments in dem Betriebsbereich 30 wird durch eine Steuerung des Ventilschließzeitpunktes des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 verwirklicht. Wie in 2b dargestellt, kann das Drehmoment durch ein späteres Schließen des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 beeinflußt werden, wohingegen ein früheres Schließen des Einlassventils einen nur minimalen Effekt auf die eingelassen Luftmenge ausübt.
Ein Übergang aus dem Betriebsbereich 36 in den Betriebsbereich 30 ist dann wünschenswert, wenn das selektierbare Einlassventil 18 allein nicht genügend Einlassluft liefern kann. Wenn ein derartiger Übergang gewünscht wird, wird das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 mit einem verzögerten Schließzeitpunkt aktiviert, bei dem die eingeschlossene Luftmenge unbeeinflußt bleibt. Der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 wird vorverstellt, um die eingeschlossene Luftmenge nach Bedarf zu erhöhen. Der umgekehrte Übergang (von dem Betriebsbereich 30 in den Betriebsbereich 36) wird veranlasst, wenn die benötigte Luftmenge auch durch das selektierbare Einlassventil 18 allein bereitgestellt werden kann. Dieser Übergang kann – anstelle von kapazitätsbasierten Bedingungen – auch abhängig von der Verbrennungsrauhigkeit durchgeführt werden. Insbesondere können Betriebsbedingungen vorliegen, unter denen zwar das selektierbare Einlassventil 18 allein genügend Frischluft liefern kann, wobei aber die sich ergebende Verbrennungsrauhigkeit über einem gewünschten Niveau liegt. In diesem Falle wird ein Übergang von dem Betriebsbereich 36 in den Betriebsbereich 30 basierend auf der Verbrennungsrauhigkeit durchgeführt.
Die Betriebsbereiche 32 oder 34 werden gegenüber dem Betriebsbereich 36 bevorzugt, wenn die folgende Beziehung erfüllt ist: Pwroiv + Wroiv + FW'siv + CLroiv > Pwsiv + FWsiv + CLsiv, wobei PWroiv die Pumparbeit des Verbrennungsmotors mit einem wahlfrei ansteuerbaren Einlassventil 16, Wroiv die von dem Verbrennungsmotor aufgebrachte Arbeit zur Betätigung des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16, PWsiv die Pumparbeit des Verbrennungsmotors bei alleiniger Benutzung des selektierbaren Einlassventils 18 darstellt, FWsiv die Reibungsverluste, die bei dem Betrieb des selektierbare Einlassventils 18 auftreten, und FW'siv die Reibungsverluste, die durch den Antrieb der Nockenwelle für das Betätigen des Einlassventils 18 auftreten, wenn das selektierbare Einlassventil 18 deaktiviert ist. FW'siv ist zwar wesentlich geringer als FWsiv, jedoch nicht vernachlässigbar, da Rotationsreibung im Bereich der Nockenwelle auftritt, auch wenn das selektierbare Einlassventil 18 deaktiviert ist. CLroiv und CLsiv stellen Zyklusverluste dar, die mit dem Betrieb des wahlfrei ansteuerbaren und des selektierbaren Einlassventils jeweils verbunden sind. Die Zyklusverluste stellen die Differenz zwischen der idealen Zyklusarbeit, die für einen Otto-Zyklus erhalten werden könnte, und dem tatsächlich erreichten Betrag dar. Die tatsächlich erzeugte Arbeit ist bedingt durch Wärmeleitung, Verbrennungszeitverluste (d. h. die endliche Dauer der Verbrennung), Verbrennungsphasen (combustion phasing) usw. geringer als die idealen Zyklusarbeit. Die Entscheidung zwischen der Verwendung des selektierbaren Einlassventils 18 – Betriebsbereich 36 – und der Verwendung des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 – Betriebsbereiche 32 und 34 – basiert auf der Minimierung der Verluste aufgrund der Ventilbetätigung und der Pumparbeit. Wenn die vorstehende Beziehung nicht erfüllt ist, wird durch das Steuersystem der Betriebsbereich 36 gewählt, d. h., dass das selektierbare Einlassventil 18 alleine betätigt wird.
Die vorstehend beschriebenen Größen können wie folgt berechnet oder geschätzt werden: die Pumparbeit (PW) ist primär eine Funktion des Einlassdrucks, der Motordrehzahl und des Motorhubraumes und kann in Form eines Tabellenspeichers oder einer Gleichung in der Motorsteuereinheit abgelegt sein. Der Energieverlust durch die Betätigung der Einlassnockenwelle ist primär eine Funktion der Motordrehzahl. Diese Größe kann an einem stellvertretenden Verbrennungsmotor gemessen werden; die so gewonnenen Daten können dann bei allen Verbrennungsmotoren desselben Typs verwendet werden. Dies kann in Form eines Tabellenspeichers oder einer Gleichung in der Motorsteuereinheit geschehen. Dabei werden bevorzugt zwei verschiedene Tabellen oder Gleichungen vorgesehen, eine für den Fall, dass das selektierbare Einlassventil 18 aktiviert ist, und eine für den Fall, dass das Ventil 18 deaktiviert ist. Die Arbeit, die dem Verbrennungsmotoren entnommen wird, um das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 zu betätigten, stellt eine Größe dar, die im Verlauf der Entwicklung des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils bestimmt werden kann. Die Kriterien, durch die diese Arbeit bestimmt wird, sind die Größe des Ventils, das Hubprofil sowie der Antrieb, der zur Betätigung des Ventils eingesetzt wird. Beispielsweise ist für einen schnelleren Hub des Ventils mehr Energie erforderlich. Weiterhin existieren Faktoren außerhalb des Ventildesigns, die die Leistungsaufnahme beeinflussen, nämlich der Wirkungsgrades des Generators zur Erzeugung elektrischer Energie, Systemverluste bei der Speicherung und Wiedergewinnung der Energie, Verluste bei der Spannungsumsetzung und der Druck in dem Zylinder zum Zeitpunkt der Ventilbetätigung. Sämtliche der vorgenannten Größen – abgesehen von dem Zylinderdruck – hängen vom Systemdesign ab. Dementsprechend hängt bei einem gegebenen Design die Arbeit, die für die Betätigung des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 benötigt wird, primär von dem Zylinderdruck ab. Weitere Abhängigkeiten können im Verlauf des Entwicklungsvorganges berücksichtigt werden. Das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 kann alternativ auch elektrohydraulisch oder mittels anderer Einrichtungen betätigt werden. Im Falle einer elektrohydraulischen Betätigung wird Leistung benötigt, um eine Pumpe anzutreiben, die einen hydraulischen Druck erzeugt, um hydraulische Verluste in dem Systemleitungen zu kompensieren (diese hängen sehr stark von der Temperatur der Hydraulikflüssigkeit ab) oder um elektrische Verluste bei der Ansteuerung und Kontrolle von Magnetventilen auszugleichen. Weiterhin wird die Leistung durch das Betätigungsprofil, die Ventilgröße und dem Zylinderdruck wie vorstehend beschrieben beeinflusst.
Der Ablauf eines Überganges zwischen den Bereichen 32 oder 34 zu dem Betriebsbereich 36 ist in seinem zeitlichen Ablauf in 5 dargestellt. Wenn zum Zeitpunkt des Überganges das wahlfrei ansteuerbare Ventil 16 mit einem verfrühten Schließzeitpunkt arbeitet, wird bei dem darauffolgenden Motorzyklus ein verspäteter Schließzeitpunkt gewählt, mit dem die gleiche Einlassluftmenge eingeschlossen werden kann. Gemäß 3b verringert sich die Menge der eingelassenen Luft zu beiden Seiten des Spitzenwerts. Aus diesem Grund kann ein spätverstellter Zeitpunkt gefunden werden, bei dem die eingeschlossene Luftmenge (und dementsprechend das hierdurch entwickelte Motordrehmoment) der der frühverstellten Zeiteinstellung entspricht. In dem darauffolgenden Motorzyklus kann das selektierbare Einlassventil dann aktiviert werden. Die Einlassluftmenge wird durch die Aktivierung des selektierbaren Einlassventils 18 nicht nennenswert beeinflußt, wenn das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 mit einem verzögerten Schließzeitpunkt betrieben wird. Im Verlauf der folgenden Motorzyklen wird der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Ventils vorverstellt, während gleichzeitig das Drosselventil geschlossen wird. Diese Vorgänge werden derart koordiniert, dass die Menge der eingeschlossenen Luft im wesentlichen konstant bleibt, wodurch im Wesentlichen ein konstantes Motordrehmoment geliefert wird oder das Motordrehmoment entsprechend der gewünschten Drehmomenttrajektorie verändert werden kann. Eine Änderung des Schließzeitpunktes des Einlassventils des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 kann im Verlauf eines einzigen Motorzyklus durchgeführt werden. Im Gegensatz dazu reagiert – unabhängig davon, dass eine Änderung der Drosselklappenstellung sehr schnell durchgeführt werden kann – der Einlassdruck aufgrund des zu füllenden Einlassvolumens nur über mehrere Motorzyklen. Dementsprechend erfolgt der in 4 dargestellte Übergang innerhalb einiger oder zwei Dutzend Motorzyklen. Mit zunehmender Frühverstellung des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 hat dieses gegebenenfalls keinen weiteren Einfluß auf die Menge der eingelassenen Luft. An diesem Punkt kann das Ventil abgestellt werden
Der umgekehrte Übergang (von dem Betriebsbereich 36 in den Betriebsbereich 32 oder in den Betriebsbereich 34 gemäß 2) erfolgt analog: Das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 wird mit einem frühverstellten Schließzeitpunkt aktiviert, derart, dass die eingeschlossene Luftmenge nicht beeinflußt wird. Dann wird der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 verzögert, während gleichzeitig die Drosselklappe geöffnet wird, so dass die eingelassene Luftmenge im Wesentlichen konstant bleibt. Wenn der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Ventils hinreichend verzögert ist, hat das selektierbare Einlassventil 18 keinen weiteren Einfluß auf die eingelassene Luftmenge und kann abgeschaltet werden.
Die Unterscheidung zwischen der Durchführung eines Übergangs zwischen dem Betriebsbereich 32 in den Betriebsbereich 36 und einem Übergang zwischen dem Betriebsbereich 34 in den Betriebsbereich 36 erfolgt abhängig davon, ob die anfängliche Drosselklappenstellung vollständig offen ist und ob der anfängliche Einlassdruck atmosphärisch ist im ersteren Falle bzw., ob die Drosselklappe teilweise geöffnet ist, d. h., dass der Einlassdruck unterhalb des Atmosphärendrucks liegt, im zweiten Falle.
Es ist sinnvoll, die Anzahl der Übergänge, die von der Motorsteuereinrichtung bewältigt werden müssen, zu begrenzen. Unter diesem Gesichtspunkt kann für den Fall, in dem das Motordrehmoment und die Motordrehzahl sich einem neuen Betriebsbereich annähern (vgl. 2), der Übergang so lange verzögert werden, bis das gewünschte Drehmoment und die gewünschte Drehzahl die Grenze um einen vorbestimmten Betrag überschreiten. Die Grenzen in 2 können in diesem Fall als Bänder angesehen werden. Wenn eine Grenze erreicht wurde, wird der Übergang nicht vollzogen, bis der Betriebszustand die gegenüberliegende Kante der Grenzbereichs erreicht hat. D. h., dass z. B. ein Übergang von dem Betriebsbereich 36 in den Betriebsbereich 30 erst an der Kante mit höherem Motordrehmoment des Grenzbereichs zwischen den beiden Betriebsbereichen stattfinden würde. Umgekehrt würde ein Übergang zwischen dem Betriebsbereich 30 und dem Betriebsbereich 36 erst an der Kante mit dem niedrigeren Motordrehmoment des Grenzbereichs zwischen den beiden Betriebsbereichen stattfinden.
Die Übergänge gemäß 2, bei denen ein Öffnen oder Schließen des Drosselventils erforderlich ist, benötigen bedingt durch die Einlassfüllverzögerung minimal ein bis zwanzig Motorumdrehungen. Das Drosselventil kann innerhalb einer Größenordnung von 100 ms bewegt werden. Dennoch sind mehrfache Motorumdrehungen erforderlich, um den Einlass mit Luft zu füllen und die Trägheit des Gases zu überwinden.
In diesem Zusammenhang soll ein im Wesentlichen konstantes Motordrehmoment bedeuten, dass entweder ein konstantes Drehmoment oder eine Trajektorie bzw. ein Verlauf entlang eines gewünschten Weges eingehalten wird, d. h., dass die Abweichung des Motordrehmoments von der gewünschten Trajektorie klein oder jedenfalls für den Fahrer des Fahrzeuges nicht wahrnehmbar ist.
Eine Frühverstellung oder Spätverstellung des Zündzeitpunktes stellt ein leistungsfähiges Mittel dar, um sanfte Übergänge zu gewährleisten. Der Vorteil einer Zündungsfrühverstellung besteht darin, dass eine derartige Änderung im Verlauf eines Motorzyklus durchgeführt werden kann. Weiterhin kann mittels des Zündzeitpunktes das Motordrehmoment über einen weiten Betriebsbereich gesteuert werden. Jedoch hat eine Zündzeitpunktverstellung üblicherweise negativen Einfluss auf die Kraftstoffeffizienz. Aus diesem Grund soll die Zündungsverstellung nur ein sekundäres Mittel darstellen, um die Übergänge zu verfeinern.
Eine Größe, die während Entwicklungsvorganges zu bestimmen ist, ist die Grenzdrehzahl zwischen den Bereichen 32 und 36 rpm_t (vgl. 2). Diese Größe wird nachfolgend näher unter Bezugnahme auf die Steuerungsstrategie für die Auswahl zwischen den verschiedenen Betriebsbereichen erläutert.
In 3a ist ein Ventilhubprofil für einen frühen und einen späten Schließzeitpunkt eines wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 dargestellt. In 3b ist die daraus resultierende eingeschlossene Luftmenge als Funktion des Schließzeitpunktes des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 dargestellt. Die maximale eingeschlossene Luftmenge wird bei einem bestimmten Ventilschließzeitpunkt erreicht. Bei einem Ventilschließzeitpunkt vor oder nach dem Maximum reduziert sich die Menge der eingeschlossenen Luft. Die Menge der eingeschlossenen Luft ist der primäre Faktor zur Bestimmung des Drehmoments, das von dem Verbrennungsmotor jeweils geliefert werden kann. Wenn nur das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 angesteuert wird, kann sowohl eine verzögerte als auch eine verfrühte Zeiteinstellung gewählt werden, um jeweils eine gewünschte Einlassmenge zu erreichen. Eine Normierung der Einlassluftmenge kann erreicht werden, indem die eingelassene Luftmenge bei einem bestimmten Schließzeitpunkt des Einlassventils (IVC) durch die maximale Einlassluftmenge dividiert wird. Diese normierte Größe wird nachfolgend als Einlassluftreduktionsfaktor bezeichnet. Wie in 3c dargestellt, liegt der Einlassluftreduktionsfaktor zwischen 0 und 1.
Bei einem Betrieb in dem Betriebsbereich 34 gemäß 2 wird das Motordrehmoment primär durch Drosselung und nur sekundär durch den Schließzeitpunkt des Einlassventils bestimmt. Wie in 3b dargestellt, kann sowohl ein frühverstellter als auch ein verspäteter Ventilschließzeitpunkt genutzt werden, um eine gewünschte Einlassluftmenge zu erreichen. In 3d ist die sich ergebende Einlasslufttemperatur dargestellt. Bei verfrühter Zeiteinstellung ist die Temperatur der Einlassluft im wesentlichen konstant, wohingegen sich die Temperatur der Einlassluft abhängig von der Stärke der Verzögerung erhöht. Dies ist dadurch bedingt, dass bei einem vorverstellten Zeitpunkt das Einlassventil frühzeitig geschlossen wird, um die Menge der eingeschlossene Luft zu begrenzen. Bei einer verspäteten Zeiteinstellung wird dagegen der Zylinder mit Frischluft gefüllt, die anschließend teilweise aus dem Zylinder wieder herausgedrückt wird, wenn der Kolben sich nach oben bewegt. In diesem Falle kommt die Frischluft mit den heißen Zylinderoberflächen und dem heißen Einlassventil mehrfach in Berührung und wird dadurch stärker aufgeheizt als im Falle der vorverstellten Schließzeit. Eine höhere Einlasslufttemperatur kann im Hinblick auf eine Verbesserung der Verbrennungsstabilität von Vorteil sein. Daher ist in dem Betriebsbereich 36, in dem die Verbrennungsstabilität kritisch ist, eine vorverstellte Schließzeit des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 im Hinblick auf eine Verbesserung der Verbrennungsstabilität vorzuziehen.
In 4a sind Ventilhubprofile für einen Betrieb sowohl mit dem selektierbaren Einlassventil 18 und dem wahlfrei ansteuerbaren Einlassventil 16 dargestellt. In 4b ist die sich hieraus ergebende Einlassluftmenge als Funktion des Schließzeitpunktes des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 dargestellt. Eine maximale eingeschlossene Luftmenge ergibt sich bei einer bestimmten Ventilschließzeit des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16. Bei gegenüber dem Maximum vorverstellten Zeiten ergibt sich eine nur sehr leichte Reduzierung der eingeschlossenen Luftmenge. D. h., dass das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 im Wesentlichen keinen Einfluß auf die eingelassenen Luftmenge bei einer Vorverstellung des Schließzeitpunktes hat. Gemäß 4b hat der Schließzeitpunkt des wahlfrei verstellbare Einlassventils 16 dagegen dann Einfluß auf die eingeschlossene Luftmenge, wenn diese hinter die Schließzeit des selektierbaren Ventils verzögert wird, d. h. bei einer Spätverstellung.
In 2 sind die Betriebsbereiche, zwischen denen die Motorsteuereinrichtung den Betrieb auszuwählen hat, dargestellt. Zusätzlich zu einer Steuerung innerhalb des jeweiligen Betriebsbereiches muss die Motorsteuerung sanfte Übergänge zwischen den Betriebsbereichen sicherstellen. Ein Zeitverlauf des Übergangs zwischen dem Betriebsbereich 32 und dem Betriebsbereich 34 ist in den 5a–d dargestellt. Wenn das wahlfrei betätigbare Einlassventil 16 mit einer Vorverstellung 50 arbeitet, muss bei Beginn des Übergangs dieses zu einer derartigen Spätverstellung umgeschaltet werden, dass eine identische Luftmenge eingeschlossen wird, wie in 5b dargestellt. Die Möglichkeit, dass eine Spätverstellung gefunden werden kann, mit der die gleiche eingeschlossene Luftmenge wie bei einer Vorverstellung erzielt werden kann, wurde vorstehend bereits anhand von 3a erläutert. Wenn das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 mit einer verzögerten Zündzeitpunkteinstellung 52 arbeitet, sind keine weiteren Schritte erforderlich. Das selektierbare Ventil kann dann innerhalb desselben Motorzyklus oder kurz danach geöffnet werden, vgl. 5c. Das Drosselventil ist geschlossen (in 5a ist die Drosselstellung mit TP bezeichnet). Gleichzeitig wird der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 gemäß 5d verzögert, so dass die gewünschte Motordrehmoment-Trajektorie erreicht wird. Sobald der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils vor einen bestimmten Punkt vorverstellt wurde, wird die eingelassene Luftmenge nicht mehr beeinflusst. In diesem Fall (vgl. 4b) kann das wahlfrei betätigbare Einlassventil 16 abgeschaltet werden.
Für die Beschreibung der Steuerstrategie werden der Betriebsbereich 30 von 2 nachfolgend als dritter Betriebsbereich, der Betriebsbereich 36 von 2 als zweiter Betriebsbereich und die kombinierten Betriebsbereiche 32 und 34 von 2 als erster Betriebsbereich bezeichnet. Weiterhin werden für die nachfolgende Erläuterung der Steuerstrategie anhand von 9 die Betriebsbereiche 32 und 34 von 2 als vierter bzw. fünfter Betriebsbereich bezeichnet.
In 6 sind die Schritte für eine Entscheidung dargestellt, ob ein Übergang aus dem ersten Betriebsbereich durchgeführt werden soll. Weiterhin sind die Schritte dargestellt, die für den Übergang auszuführen sind. Das System arbeitet gemäß Schritt 100 im ersten Betriebsbereich. In den Schritten 102, 104 und 106 werden Abfragen vorgenommen, ob ein Übergang angezeigt ist. Die Reihenfolge, in der die Entscheidungsschritte 102, 104 und 106 abgearbeitet werden, ist dabei willkürlich. In Schritt 102 werden die Verluste bei einem Betrieb im ersten Betriebsbereich mit den Verlusten bei einem Betrieb im zweiten Betriebsbereich verglichen. Die Verluste setzen sich – wie vorstehend beschrieben – aus sämtlichen Verlusten zusammen, die mit dem Betrieb des selektierbaren Einlassventils 18 im Vergleich zu dem wahlfrei ansteuerbaren Einlassventil 16 verbunden sind. Das Ziel von Schritt 102 besteht darin, den jeweils effizienteren Betriebsbereich zu wählen. Wenn der zweite Betriebsbereich sich als effizienter erweist, wird ein Übergang von dem ersten Betriebsbereich in den zweiten Betriebsbereich beginnend mit Block 108 durchgeführt. Die Zeiteinstellung des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 wird in Schritt 110 mit der Einstellung verglichen, die eine maximale Einlassluftmenge erzielen würde. Wenn die Zeiteinstellungen in Bezug auf die maximale Einlassluftmenge vorverstellt ist, wird die Zeiteinstellung des Einlassventils in Schritt 112 in die verzögerte Zeiteinstellung des Einlassventils verändert, bei der im Wesentlichen die gleiche eingeschlossene Luftmenge erzielt wird. Dann wird das selektierbare Einlassventil 18 in Schritt 114 aktiviert. Der Grund für die Änderung von einer Vorverstellung zu einer Spätverstellung in Schritt 112 ist in den 3 und 4 dargestellt. Wenn, wie in 3 dargestellt, lediglich das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 aktiviert ist, nimmt die Einlassluftmenge zu beiden Seiten des Maximums hin ab. Wenn allerdings beide Ventile, wie in 4 dargestellt, geöffnet sind, bleibt die Einlassluftmenge auf der vorverstellten Seite im Wesentlichen konstant und fällt nur auf der spätverstellten Seite ab. Um eine Beeinflussung der Einlassluftmenge durch eine Steuerung des Ventilschließzeitpunktes zu erlauben, muss das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 mit einer Spätverstellung betrieben werden. In Schritt 116 wird das Drosselventil geschlossen, während gleichzeitig der Ventilschließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 vorverstellt wird. Dies wird so durchgeführt, dass das Motordrehmoment im wesentlichen konstant bleibt. In Schritt 118 wird überprüft, ob der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 hinreichend vorverstellt wurde, so dass dieses keinen Einfluß mehr auf die Einlassluftmenge hat. Falls nicht, wird Schritt 116 erneut ausgeführt. Wenn die Abfrage in Schritt 118 negativ ist, kann das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil in Schritt 120 abgestellt werden, weil es das Motordrehmoment nicht länger beeinflußt. Gemäß Block 122 arbeitet der Verbrennungsmotor dann im zweiten Betriebsbereich.
Gemäß Schritt 102 gemäß 6 werden, wenn die Verluste in dem ersten Betriebsbereich geringer sind als in dem zweiten Betriebsbereich, die Abfragen 104 und 106 durchgeführt. In Schritt 104 wird eine Abfrage durchgeführt, um zu bestimmen, ob das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 eine genügend große Einlassluftmenge zuläßt, so dass das gewünschte Motordrehmoment realisiert werden kann. Falls nicht, wird ein Übergang aus dem ersten Betriebsbereich in den dritten Betriebsbereich in Schritt 124 initiiert. Wenn die Abfrage in Schritt 104 positiv ist, wird eine weitere Abfrage in Schritt 106 ausgeführt, um zu bestimmen, ob die Verbrennungsrauhigkeit akzeptabel ist. Eine zu schnelle oder zu rauhe Verbrennung kann in diesem Betriebsbereich auftreten, da das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 größere Turbulenzen in den Verbrennungsgasen indiziert als ein Betrieb mit beiden Ventilen. In Schritt 106 wird bei Erkennung einer rauhen Verbrennung ein Übergang von dem ersten Betriebsbereich in den dritten Betriebsbereich veranlasst. Das selektierbare Einlassventil 18 wird dazu in Schritt 126 eingeschaltet, nachdem der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 verzögert wurde. Der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 wird derart ausgewählt, dass das Drehmoment, das während des Übergangs in Schritt 126 erzielt wird, im Wesentlichen konstant bleibt. Der Motor arbeitet gemäß Block 128 nunmehr im dritten Betriebsbereich.
In 7 sind die Schritte dargestellt, die mit der Abfrage für und die Übergänge in den zweiten Betriebsbereich (Schritt 200) verbunden sind. In den Schritten 202, 204 und 206, die in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden können, wird entschieden, ob ein Übergang angezeigt ist. In Schritt 202 wird abgefragt, ob der erste Betriebsbereich oder der zweite Betriebsbereich effizienter ist. Falls sich der erste Betriebsbereich als effizienter erweist, wird ein Übergang von dem zweiten Betriebsbereich in den ersten Betriebsbereich veranlasst, vgl. Schritt 208. Das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 wird mit einem gegenüber dem Zeitpunkt der maximalen Einlassluftmenge vorverstellten Schließzeitpunkt in Schritt 210 aktiviert. Bei einem vorverstellten Schließzeitpunkt hat das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 einen nur minimalen Einfluß auf die Einlassluftmenge. Der Schließzeitpunkt wird dann gemäß Schritt 212 verzögert, bis entsprechend Schritt 214 eine weitere Verzögerung keinen Einfluß auf die eingeschlossene Luftmenge mehr hätte. Wenn die Abfrage in Block 52 erfüllt ist, wird die Schließzeit des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 verzögert, während gleichzeitig das Drosselventil gemäß Schritt 216 geöffnet wird. Dies wird so durchgeführt, dass das Motordrehmoment im Wesentlichen konstant bleibt, bis der gewünschte Drosselöffnungsgrad erreicht ist. Das selektierbare Einlassventil 18 kann dann abgeschaltet werden, vgl. Schritt 218. Die Schritte 216 und 218 können in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden. Gemäß Block 220 arbeitet der Motor nunmehr in dem ersten Betriebsbereich.
Wenn gemäß Schritt 202 von 7 die Verluste in dem zweiten Betriebsbereich geringer sind als die Verluste in dem ersten Betriebsbereich, dann werden in den Schritten 204 und 206 Abfragen durchgeführt, um zu entscheiden, ob ein ausreichendes Motordrehmoment durch eine alleinige Verwendung des selektierbaren Einlassventils 18 erreicht werden kann, und ob die Verbrennungsrauhigkeit akzeptabel ist. Wenn das Ergebnis einer dieser Abfragen negativ ist, wird ein Übergang von dem zweiten Betriebsbereich in den dritten Betriebsbereich veranlasst, vgl. Schritt 222. Weiterhin wird das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil mit einem frühverstellten Schließzeitpunkt angeschaltet. Der Schließzeitpunkt des Ventils wird dann in Schritt 226 verzögert und eine Abfrage durchgeführt, um zu ermitteln, ob eine weitere Verzögerung die Einlassluftmenge beeinflussen würde, vgl. Schritt 228.
Wenn die Abfrage in Schritt 228 positiv ist, wird die Zeiteinstellung des Einlassventils weiter verzögert, während gleichzeitig das Drosselventil in einer derartigen Weise geöffnet wird, dass das Motordrehmoment im wesentlichen konstant bleibt, vgl. Schritt 230. Dabei kann die Drossel, falls zur Unterstützung weiterer Funktionen nötig, stärker oder schwächer geöffnet werden. Gemäß Block 232 arbeitet der Motor nunmehr in dem dritten Betriebsbereich.
In 8a sind die Schritte zur Überprüfung für bzw. zur Durchführung des Übergangs in den dritten Betriebsbereich dargestellt (Block 300). In den Schritten 302, 304, 306 und 318 werden Abfragen durchgeführt, um zu bestimmen, ob ein Übergang durchgeführt werden soll. In Schritt 302 wird die gegenwärtige Drehzahl rpm mit der Größe rpm_t verglichen, die einen vorbestimmten Drehzahlwert darstellt, der der Grenze zwischen dem ersten und zweiten Betriebsbereich entspricht (rpm_t ist in 2 dargestellt). Der Zweck des Schrittes 302 liegt darin, zu bestimmen, ob ein Übergang in den ersten Betriebsbereich oder in den zweiten Betriebsbereich durchgeführt werden soll. Wenn rpm kleiner ist als rpm_t, dann wird in den Schritten 304 und 306 abgefragt, ob ein ausreichendes Motordrehmoment produziert werden kann, und ob die Verbrennungsrauhigkeit akzeptabel wäre, wenn das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 verwendet wird. Wenn eine der Abfragen 304 oder 306 zu einem negativen Ergebnis kommt, geht das verfahren zu Schritt 300 zurück. Wenn sowohl die Abfrage 304 als auch die Abfrage 306 positiv beantwortet werden, wird ein Übergang in den ersten Betriebsbereich gemäß Schritt 308 durchgeführt. In Schritt 312 wird das selektierbare Einlassventil 18 geschlossen und das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 frühverstellt, um das Drehmoment aufrechtzuerhalten. Wenn rpm größer als rpm_t ist, werden in den Schritten 316 und 318 Abfragen ausgeführt, um zu bestimmen, ob genügend Motordrehmoment produziert werden kann, und ob die Verbrennungsrauhigkeit bei einem Betrieb mit dem selektierbaren Einlassventil 18 akzeptabel wäre. Falls eine der Abfragen 316 oder 318 negativ ausfällt, wird das Verfahren mit Schritt 300 im dritten Betriebsbereich fortgesetzt. Wenn sowohl die Abfrage 316 als auch die Abfrage 316 positiv ausfallen, wird in Schritt 320 ein Übergang in den zweiten Betriebsbereich veranlasst. Das Drosselventil wird geschlossen und der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 gemäß Schritt 322 frühverstellt. Durch eine Abfrage in Schritt 324 wird festgestellt, ob eine weitere Frühverstellung der Schließzeit des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 die Einlassluftmenge beeinflussen würde. In diesem Fall wird Schritt 322 erneut ausgeführt. Andernfalls wird das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 deaktiviert (vgl. Schritt 326). Das System arbeitet nunmehr in dem zweiten Betriebsbereich, vgl. Block 328.
In 8b ist eine Alternative zu 8a dargestellt. Die Schritte 302, 304, 306, 316 und 318 werden durch die Schritte 350, 352 und 354 gemäß 8b ersetzt. In Schritt 350 sind vier Fragen mit jeweils binären Antworten aufgeführt. Die erste Frage lautet: ”Kann mit dem selektierbaren Einlassventil 18 ausreichend Drehmoment produziert werden?”. Frage zwei lautet: ”Kann mit dem wahlfrei ansteuerbaren Einlassventil 16 genügend Motordrehmoment produziert werden?”. Frage drei lautet: ”Wäre die Verbrennungsrauhigkeit bei Einsatz des selektierbaren Einlassventils 18 akzeptabel?”. Frage vier lautet: ”Wäre die Verbrennungsrauhigkeit bei Einsatz des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 akzeptabel?”. In Schritt 352 ist der Verlauf der Programmsteuerung in Abhängigkeit von den Antworten auf die vier Fragen dargestellt. Wenn alle Fragen positiv oder mit ja beantwortet wurden, fährt die Steuerung mit dem Weg A fort. Weg A führt zu Schritt 354, bei dem eine Abfrage durchgeführt wird, um zu bestimmen, ob die Verluste in dem ersten Betriebsbereich geringer sind als die Verluste in dem zweiten Betriebsbereich. Bei einem positiven Ergebnis in Block 354 wird ein Übergang von dem dritten Betriebsbereich in den ersten Betriebsbereich veranlasst, vgl. Schritt 308. Bei einem negativen Ergebnis wird ein Übergang von dem dritten Betriebsbereich in den zweiten Betriebsbereich veranlasst, vgl. Schritt 320. Wenn die Antworten auf die Fragen 1 und 3 positiv sind und entweder eine oder beide der Antworten auf die Fragen 2 und 4 negativ ist bzw. sind, wird das Verfahren entlang des Weges B fortgeführt. Gemäß Weg B wird ein Übergang von dem dritten Betriebsbereich in den zweiten Betriebsbereich gemäß Schritt 320 durchgeführt. In ähnlicher weise wird bei einer positiven Antwort auf die Fragen 2 und 4 (während eine oder beide der Antworten auf die Fragen 1 und 3 negativ ist bzw. sind) der Programmfluss mit Weg C fortgesetzt, der zu Schritt 312 führt, bei dem ein Übergang von dem dritten Betriebsbereich in den ersten Betriebsbereich veranlasst wird. Bei allen anderen Ergebnissen als den vorstehend genannten wird zu D übergegangen, bei dem ein Rücksprung zu Schritt 300 in den dritten Betriebsbereich erfolgt. Die verbleibenden Schritte von 8b wurden bereits anhand von 8a erläutert.
Gemäß 9 wird ausgehend von einem Betrieb im vierten Betriebsbereich (Schritt 400) ein Übergang veranlasst, wenn die Verbrennungsstabilität nicht akzeptabel ist, vgl. Schritt 402. Zur Durchführung des Übergangs (Schritt 404) wird das Drosselventil geschlossen, während die Schließzeit des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils vorverstellt wird, wobei ein im Wesentlichen konstantes Motordrehmoment erzeugt wird, vgl. Schritt 406. Der Motor arbeitet nunmehr in dem fünften Betriebsbereich, vgl. Schritt 408.
Wenn der Motor in dem fünften Betriebsbereich arbeitet, wird in Schritt 420 von 9 eine Abfrage durchgeführt, um zu entscheiden, ob die Verbrennungsstabilität ohne Drosselung akzeptabel sein würde, vgl. Schritt 422. In diesem Fall wird ein Übergang von dem fünften Betriebsbereich in den vierten Betriebsbereich veranlasst, vgl. Schritt 424. Dazu wird die Drossel geöffnet, während die Schließzeit des Einlassventils derart verzögert wird, dass ein im Wesentlichen konstantes Motordrehmoment während des Übergangs in Schritt 426 entwikkelt wird. Der Motor arbeitet nunmehr in dem vierten Betriebsbereich, vgl. Schritt 428.
Gemäß 8a werden in den Schritten 316 und 304 Abfragen durchgeführt, um zu bestimmen, ob mit dem selektierbaren Einlassventil 18 und dem wahlfrei ansteuerbaren Einlassventil 16 jeweils ein ausreichendes Motordrehmoment erzeugt werden kann. Weiterhin werden in den Schritten 306 und 318 Abfragen hinsichtlich der Verbrennungsrauhigkeit durchgeführt. Im Rahmen der Entwicklung kann sich herausstellen, dass die Verbrennungsrauhigkeit, die Drehmomentproduktion oder ein anderes Maß als einziges Kriterium für die Auslösung eines Übergangs ausreicht. In diesem Falle können die Strategien, die anhand der 6 bis 9 erläutert worden sind, entsprechend vereinfacht werden.
Nachfolgend wird ein Algorithmus zur Berechnung der Drosselposition und der Schließzeit des Einlassventils bei einer von der Motorsteuerung veranlassten Änderung der Drosselstellung beschrieben. Derartige Übergänge mit Änderung der Drosselklappenstellung sind die Übergänge betreffend den Betriebsbereich 36 und die Übergänge zwischen den Betriebsbereichen 32 und 34 gemäß 2. Die gewünschte Einlaßluft (des_trp_chg) ist eine Funktion des gewünschten Motordrehmoments (des_tq) und der Motor Drehzahl (rpm), d. h. des_trp_chg = fnc(des_tq, rpm).
In einem Motor mit feststehenden Ventilereignissen sind des_trp_chg und der gewünschte Einlassdruck (des_MAP) wie folgt miteinander verknüpft: des_MAP = a·des_trp_chg + b, wobei a und b Funktionen der Drehzahl rpm sind.
Bei einem Motor mit flexiblen Ventilereignissen kann der Einfluß der Ventilzeiten wie folgt berücksichtigt werden; des_MAP = c·des_trp_chg/trp_chg_rf + d (1), wobei c und d Funktionen der Drehzahl rpm und trp_chg_rf einen Einlassluftreduktionsfaktor darstellt, definiert als: trp_chg_rf = trp_chg(IVC)/trp_chg(IVC_m), wobei trp_chg(IVC) die eingeschlossene Luftmenge bei einem gegebenen Einlassventilschließzeitpunkt IVC und trp_chg(IVC_m) die eingeschlossene Luftmenge bei IVC_m darstellt, dem Schließzeitpunkt, bei dem die maximale eingeschlossene Luftmenge erreicht wird. Wie aus 3c ersichtlich, variiert trp_chg_rf in einem Bereich zwischen 0 und 1. Weiterhin gilt trp_chg_rf = fnc(IVC) bei einem gegebenen Einlassdruck MAP und einer gegebenen Drehzahl rpm.
In einer allgemeineren Form gilt trp_chg_rf = fnc(IVC, MAP, rpm), wobei die detaillierte Gestalt der Gleichung im Verlauf des Entwicklungsprozesses bestimmt wird.
Das Auflösen der vorstehenden Gleichung (1) nach trp_chg_rf ergibt trp_chg_rf = (c·des_trp_chg)/(des_MAP – d) = fnc(IVC, MAP, rpm).
Wie vorstehend bereits erwähnt, ist die Beziehung zwischen IVC und trp_chg_rf a priori nicht bekannt. Wenn jedoch eine derartige Beziehung gegeben ist, kann die Gleichung nach IVC aufgelöst werden. IVC hängt ab von IVC = fnc(, MAP, des_trp_chg, rpm).
Die gewünschte Drosselstellung (TP) hängt mit dem Einlassdruck MAP über Schall- und Unterschallbeziehungen zusammen. Diese Beziehungen sind bekannt und werden beispielsweise in der US-PS 55 26 787 beschrieben, die diesbezüglich zum Bestandteil der vorliegenden Offenbarung gemacht wird. Weiterhin sei explizit auf ”Internal Combustion Engine Fundamentals” von J. B. Heywood (McGraw Hill, 1988) verwiesen. TP = fnc(MAP, rpm).
Die obengenannten Beziehungen gelten für einzelne Betriebsbedingungen. Jedoch finden Übergänge, bei denen ein öffnen oder Schließen des Drosselventils (zwischen dem Betriebsbereich 36 und anderen Bereichen der 2) stattfindet muss, über ein Zeitintervall statt und erfordern daher eine gegenläufige rampenförmige Anpassung der IVC und der Drosselstellung. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein rampenförmiger Verlauf des Einlassdrucks MAP zur Definition der Rampen von IVC und TP herangezogen. Der rampenförmige Verlauf von MAP basiert auf dem gewünschten Endwert für MAP (des_MAP) und dem aktuellen oder anfänglichen MAP (MAP_i). Eine Änderung der Drosselstellung – üblicherweise eine elektronisch gesteuerte Drosselventil – kann wesentlich schneller erfolgen, als der Einlassdruck aufgrund der Trägheit des Gases reagieren könnte. Abhängig von der Größe der gewünschten Änderung und der jeweiligen Motordrehzahl kann dies etwa ein bis zwanzig Motorzyklen dauern, bis der Einlassdruck sein Gleichgewichtsniveau erreicht hat. Aus dem Wunsch nach sanften Übergängen zwischen den Bereichen von 2 folgt, dass der rampenförmige Anstieg von MAP hinreichend langsam sein muss, so dass die Verzögerung bei der Füllung des Einlasskrümmers minimal ist. Bevorzugt wird eine lineare Rampe von MAP mit den Endpunkten MAP_i und des_MAP und einer Steigung verwendet, die durch die Fülleigenschaften des Einlasskrümmers bestimmt ist. Der rampenförmige Verlauf von MAP wird als MAP(t) bezeichnet. Sowohl die rampenförmigen Verläufe IVC(t) als auch TP(t) basieren auf dem rampenförmigen Verlauf von MAP mit der zusätzlichen Randbedingung durch des_trp_chg. Dementsprechend können IVC(t) und TP(t) basierend auf der Einlassdruckrampe und der gewünschten Einlassluftmenge wie folgt berechnet werden: IVC(t) = fnc(MAP(t), des_trp_chg, rpm) und TP(t) = fnc(MAP(t), des_trp_chg, rpm) bei gegebener Drehzahl rpm.
In 10 sind die Schritte zur Berechnung von IVC(t) und TP(t) beschrieben. Die Eingangsgrößen zu Schritt 500 sind das gewünschte bzw. verlangte Drehmoment, des_tq und die Motordrehzahl rpm. In Schritt 500 wird die gewünschte Einlassluftmenge (des_trp_chg) berechnet. In Schritt 502 wird der gewünschte Einlassdruck (des MAP), d. h. der Zielwert des Einlassdrucks nach Abschluß des Übergangs unter Verwendung von des_trp_chg, rpm und des Betriebszustandes der Einlassventile am Ende des Übergangs berechnet. Der Betriebszustand der Einlassventile ist für einen Übergang aus dem Betriebsbereich 36 in den Betriebsbereich 30 (vgl. 2) sowohl für das wahlfrei ansteuerbare Einlassventil 16 als auch das selektierbare Einlassventil 18 ”aktiviert”. In Schritt 504 werden die Rampen von MAP, des_MAP(t) anhand der Eingabewerte des Anfangswertes für MAP, MAP_i und des_MAP berechnet. Wie vorstehend erläutert, ist der Verlauf von MAP bevorzugt linear (vgl. Schritt 512), wobei die Fülleigenschaften des Einlasskrümmers berücksichtigt werden. Bevorzugt werden die Charakteristiken des Verlaufs von MAP in einen Algorithmus gefasst, der in der Motorsteuerung abgelegt ist. Der Ausgangswert von Schritt 504, des_MAP(t) zusammen mit des_trp_chg dienen als Eingangswert für die Schritte 506 und 508, in denen jeweils IVC(t) und TP(t) berechnet werden. In Automobilsteuersystemen wird üblicherweise ein Maß für die zugeführte Frischluft berechnet, wie bei Schritt 510 dargestellt. Basierend auf dem Maß für die zugeführte Frischluft wird in Schritt 510 die eingeschlossene Frischluft berechnet. Diese tatsächliche eingeschlossene Frischluft dient als Eingangswert für Schritt 508 und kann dort zur Fehlerprüfung und zur Aktualisierung der Gleichungen für die Drosselstellung oder der Tabellenspeicher herangezogen werden.
Moderne Kraftfahrzeuge sind gemäß 1 mit einem Kraftstoffdampfrückgewinnungs- und Reinigungssystem versehen, um die Kraftstoffdämpfe zu behandeln, die aus dem Flüssigkraftstoff in dem Kraftstofftank 48 durch Temperaturschwankungen und durch die Verdrängung von Kraftstoffdämpfen bei der Befüllung des Tanks auftreten. Das System weist einen Aktivkohlebehälter 52 auf, mittels dessen Kraftstoffdämpfe absorbiert werden. Wenn ein Reinigungsvorgang durch die elektronische Motorsteuerungseinheit 26 veranlasst wird, wird Frischluft durch den Aktivkohlebehälter 52 geleitet. Die Frischluft und die desorbierten Dämpfe werden in den Motor in Strömungsrichtung unterhalb des Drosselventils 14 eingelassen. Die Kraftstoffdämpfe fließen dann aufgrund des Unterdrucks in dem Einlasskanal 12 durch den Motor.
Bei konventionellen funkengezündeten Verbrennungsmotoren, die in den häufigsten Betriebsbedingungen gedrosselt arbeiten, stellt eine regelmäßige Reinigung des Aktivkohlebehälters kein Problem dar. Jedoch müssen bei einem Verbrennungsmotor mit hybrider Ventilsteuerung zusätzliche Maßnahmen zur Reinigung getroffen werden. Denn in dem Betriebsbereich 32 (vgl. 2) eines Verbrennungsmotors 10 mit einer hybriden Ventilsteuerung ist die Drosselklappe 14 vollständig geöffnet. Aus diesem Grund herrscht in dem Einlasskanal 12 (vgl. 1) kein Unterdruck. Wenn die Motorsteuerung einen Reinigungsvorgang veranlasst, dann muss die Drossel 14 geschlossen werden, um eine Reinigung des Aktivkohlebehälters 52 zu ermöglichen. Um die Drehmomentreduktion, die durch das Schließen der Drossel 14 verursacht wird, auszugleichen, wird die Schließzeit das wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils 16 derart geändert, dass diese einen ausreichend Lufteinlass zur Aufrechterhaltung des Motordrehmoments sicherstellt. Wenn durch die Motorsteuerungseinheit entschieden wird, dass der Aktivkohlebehälter gereinigt ist, kann das Drosselventil wieder geöffnet werden, während im Gegenzug die Schließzeit das wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils im Hinblick auf das gewünschte Motordrehmoment geändert wird. Eine Reinigungsanforderung im Betriebsbereich 32 von 2 kann in derselben Weise wie ein Übergang von dem Betriebsbereich 32 in den Betriebsbereich 34 – wie vorstehend bereits erläutert – behandelt werden. Der Unterschied bei diesen Übergang besteht darin, dass dieser nicht durch die Verbrennungsstabilität, sondern durch die Notwendigkeit einer Reinigung des Kraftstoffrückgewinnungssystems ausgelöst wird. Analog wird ein Übergang aus einem Reinigungsvorgang genau wie ein Übergang von dem Betriebsbereich 34 in den Betriebsbereich 32 durchgeführt, wie vorstehend beschrieben.
Auch bei einem Betrieb mit hohem Drehmoment in dem Betriebsbereich 30 von 2 findet keine Drosselung statt. Bevorzugt kann die Reinigung des Kraftstoffrückgewinnungssystems so gelegt werden, dass ausreichend Reinigungszeit außerhalb des Betriebsbereichs 30 liegt, da bei normalem Betrieb des Motors der Betriebsbereich 30 selten erreicht wird. Wenn eine Reinigung in dem Betriebsbereich 30 benötigt wird, kann ähnlich verfahren werden, wie vorstehend für eine Reinigung im Betriebsbereich 32 beschrieben, mit dem Unterschied, dass in dem Betriebsbereich 30 keine starke Drosselung toleriert werden kann, damit ein hohes Drehmoment verfügbar ist.

Claims

Verfahren zur Spülung einer Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung für einen Verbrennungsmotor (10), der wenigstens einen Zylinder (4), in dem wenigstens ein wahlfrei ansteuerbares Einlassventil (16) und wenigstens ein selektierbares Einlassventil (18) mit einem vorbestimmten Ventilschließzeitpunkt vorgesehen sind, einen Lufteinlass mit einem darin angeordneten Drosselventil (14) sowie einen Einlasskrümmer aufweist, der zwischen dem Drosselventil (14) einerseits und sowohl dem wahlfrei ansteuerbaren Einlassventil (16) als auch dem selektierbaren Einlassventil (18) andererseits angeordnet ist, wobei eine Motorsteuereinheit (26) in Wirkverbindung mit dem Verbrennungsmotor (10) steht und die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung wenigstens ein Ventil (54, 58) aufweist, durch welches die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung und der Einlasskrümmer kommunizierend miteinander verbindbar sind, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Feststellung, dass die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung nicht in einem Spülmodus arbeitet, und dass die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung gespült werden soll; Abfrage des Einlasskrümmerdrucks; Vergleich des Einlasskrümmerdrucks mit einem vorbestimmten Spülschwellwert für den Einlasskrümmerdruck; und, falls der Einlasskrümmerdruck größer als der vorbestimmte Spülschwellwert für den Einlasskrümmerdruck ist, Erniedrigen des Einlasskrümmerdrucks und Betätigung des wenigstens einen Ventils (54, 58) der Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung, um die kommunizierende Verbindung zwischen der Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung und dem Lufteinlass zu öffnen, wobei die Erniedrigung des Einlasskrümmerdrucks durch eine Einstellung des Drosselventils (14) erreicht wird, wobei der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils (16) derart gewählt wird, dass bei der Anpassung der Stellung des Drosselventils (14) das Drehmoment im Wesentlichen konstant gehalten wird, wobei der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils (16) vorverstellt wird, falls der Ventilschließzeitpunkt gegenüber einem vorbestimmten Ventilschließzeitpunkt verzögert ist, und wobei der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils (16) verzögert wird, falls der Ventilschließzeitpunkt gegenüber einem vorbestimmten Ventilschließzeitpunkt vorverstellt worden war.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskrümmerdruck solange verringert wird, bis dieser unterhalb des Spülschwellwerts für den Einlasskrümmerdruck liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch den Schritt der Anpassung des Schließzeitpunktes des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils (16) basierend auf dem Motordrehmoment.
Verfahren zur Spülung einer Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung für einen Verbrennungsmotor (10), der wenigstens einen Zylinder (4), in dem wenigstens ein wahlfrei ansteuerbares Einlassventil (16) und wenigstens ein selektierbares Einlassventil (18) mit einem vorbestimmten Ventilschließzeitpunkt vorgesehen sind, einen Lufteinlass mit einem darin angeordneten Drosselventil (14) sowie einen Einlasskrümmer aufweist, der zwischen dem Drosselventil (14) einerseits und sowohl dem wahlfrei ansteuerbaren Einlassventil (16) als auch dem selektierbaren Einlassventil (18) andererseits angeordnet ist, wobei eine Motorsteuereinheit (26) in Wirkverbindung mit dem Verbrennungsmotor (10) steht, und die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung wenigstens ein Ventil (54, 58) aufweist, durch welches die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung und der Einlasskrümmer kommunizierend miteinander verbindbar sind, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Feststellung, dass die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung in einem Spülmodus arbeitet, und dass die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung ausreichend gespült wurde; Betätigung des wenigstens einen Ventils (54, 58) der Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung, um die kommunizierende Verbindung zwischen der Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung und dem Lufteinlass zu schließen; und Erhöhung des Einlasskrümmerdrucks, wobei die Erhöhung des Einlasskrümmerdrucks durch Öffnung des Drosselventils (14) erreicht wird, und wobei der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils (16) derart gewählt wird, dass bei der Anpassung der Stellung des Drosselventils (14) das Drehmoment im Wesentlichen konstant gehalten wird, wobei der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils (16) verzögert wird, falls der Schließzeitpunkt gegenüber einem vorbestimmten Ventilschließzeitpunkt verzögert ist, und wobei der Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils (16) vorverstellt wird, falls der Schließzeitpunkt gegenüber einem vorbestimmten Ventilschließzeitpunkt vorverstellt ist.
Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch den Schritt der Erhöhung des Einlasskrümmerdrucks, bis ein gewünschter Einlasskrümmerdruck erreicht wurde.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der gewünschte Einlasskrümmerdruck durch eine vollständige Öffnung des Drosselventils (14) erreicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch den Schritt der Anpassung des Schließzeitpunktes des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils (16) basierend auf dem Motordrehmoment.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Ventilschließzeitpunkt ein Ventilschließzeitpunkt ist, bei dem die maximale Einlassluftmenge nach dem Schließen des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils (16) in dem Zylinder (4) verbleibt.
Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung für einen Verbrennungsmotor (10) mit mehreren Zylindern (4), in denen je- weils ein wahlfrei ansteuerbares Einlassventil (16) und ein selektierbares Einlassventil (18) vorgesehen ist, die stromabwärts von einem Lufteinlass mit einem Drosselventil (14) angeordnet sind, wobei die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung aufweist: einen Behälter (52) zur Aufnahme der Kraftstoffdämpfe; ein erstes Ventil (58), das in einer Leitung (60) zwischen dem Lufteinlass des Verbrennungsmotors (10) und dem Behälter (52) angeordnet ist; ein zweites Ventil (54), das in einer Leitung (56) zwischen dem Behälter (52) und der Atmosphäre angeordnet ist; und eine Steuereinheit (26), die sowohl mit dem Verbrennungsmotor (10) als auch mit der Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung in Wirkverbindung steht, und die zur Durchführung eines Übergangs in einen Spülmodus gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgebildet ist, falls die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung nicht in dem Spülmodus betrieben wird und gespült werden sollte; und die zur Durchführung eines Übergangs aus dem Spülmodus gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8 ausgebildet ist, falls die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung in dem Spülmodus arbeitet und festgestellt wird, dass die Anordnung ausreichend gespült ist.
Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (26) einen Einlasskrümmerdruck bestimmt, diesen mit einem vorbestimmten Spülschwellwert für den Einlasskrümmerdruck vergleicht und den Einlasskrümmerdruck erniedrigt, wenn der Einlasskrümmerdruck größer als der vorbestimmte Spülschwellwert für den Einlasskrümmerdruck ist.
Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (26) das erste und das zweite Ventil (58, 54) öffnet, wenn die Steuereinheit (26) entscheidet, dass die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung gespült werden soll.
Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (26) den Einlasskrümmerdruck durch Schließen des Drosselventils (14) erniedrigt.
Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (26) den Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils (16) abhängig von dem Schließvorgang des Drosselventils (14) verändert, um ein im Wesentlichen konstantes Motordrehmoment aufrechtzuerhalten.
Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (26) das erste und das zweite Ventil (58, 54) schließt, wenn entschieden wurde, dass die Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung ausreichend gespult worden ist.
Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (26) die Erhöhung des Einlasskrümmerdrucks durch Öffnung des Drosselventils (14) erreicht.
Kraftstoffdampfrückgewinnungsanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (26) den Schließzeitpunkt des wahlfrei ansteuerbaren Einlassventils (16) abhängig von dem Öffnungsvorgang des Drosselventils (14) verändert, um ein im Wesentlichen konstantes Motordrehmoment aufrechtzuerhalten.