DE102004011811A1

DE102004011811A1 - Verfahren und Steuergerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004011811A1
Application number: DE102004011811A
Authority: DE
Inventors: Dirk Hartmann; Martin Froehlich; Rodolphe Plasse
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2024-03-12
Also published as: ITMI20050370A1; JP2005256841A; FR2867516A1; DE102004011811B4; IT1364983B1; KR20060044300A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Zylindern (Z0...Z3) mit einem im Wesentlichen konstanten Drehmoment. Insbesondere zum Einsparen von Kraftstoff ist es im Stand der Technik bekannt, einige Zylinder der Brennkraftmaschine abzuschalten. Zu diesem Zweck sind Verfahren bekannt, welche eine Abschaltung einzelner Zylinder bei Beibehaltung des gewünschten Drehmomentes der Brennkraftmaschine ermöglichen. Um bei den abgeschalteten Zylindern eine Wahlmöglichkeit zu haben, ob in diesen Frischgas oder Verbrennungsgas während der Dauer ihrer Abschaltung eingeschlossen bleibt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, vor dem Abschalten mindestens eines vorbestimmten Zylinders (Z1, Z3) eine Ausblendung geeigneter Zylinder der Brennkraftmaschine vorzusehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Computerprogramm und ein Steuergerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Zylindern mit einem im Wesentlichen konstanten Drehmoment. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Datenträger mit dem Computerprogramm sowie eine Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Zylindern und dem Steuergerät.

Im Stand der Technik sind ein derartiges Verfahren und Steuergerät grundsätzlich bekannt. Insbesondere ist es bekannt, einzelne vorbestimmte Zylinder einer Brennkraftmaschine während ihres Betriebs im Ansprechen auf ein Zylinder-Abschaltsignal abzuschalten, um Kraftstoff einzusparen. Bekannte Verfahren zur Abschaltung von Zylindern gewährleisten, dass das von den nicht abgeschalteten Zylindern nach der Abschaltung allein bereitgestellte Drehmoment im Wesentlichen mit dem Drehmoment vor der Abschaltung übereinstimmt.

Bei der Abschaltung werden das Einlassventil und das Auslassventil des abgeschalteten Zylinders geschlossen; eine Zufuhr von Kraftstoff in den Brennraum des abgeschalteten Zylinders findet nicht mehr statt.

Es kann dann wünschenswert sein, dass Frischgas in dem Zylinder eingeschlossene bleibt, welches die Temperatur der Umgebungsluft aufweist und damit im Vergleich zu Verbrennungsgasen relativ kalt ist. Alternativ zu dem Verbleib von Frischgas in dem Brennraum des abgeschalteten Zylinders kann es wünschenswert sein, dass sich in diesem heiße Verbrennungsgase befinden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein bekanntes Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Zylindern, welches eine Abschaltung von mindestens einem vorbestimmten Zylinder vorsieht, sowie ein Computerprogramm und ein Steuergerät zum Durchführen dieses Verfahrens sowie einen Datenträger mit dem Computerprogramm und eine Brennkraftmaschine mit dem Steuergerät derart weiterzubilden, dass eine Entscheidung über den Verbleib von Frischgas oder von Verbrennungsgas in dem abgeschalteten Zylinder möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 beanspruchte Verfahren gelöst. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Abschalten des mindestens einen vorbestimmten Zylinders eine Ausblendung geeigneter Zylinder der Brennkraftmaschine erfolgt.

Vorteile der Erfindung

Der Begriff "Ausblendung" im Sinne der Erfindung meint, dass bei den ausgeblendeten Zylindern das Einspritzventil geschlossen ist und diesen kein Kraftstoff mehr zugeführt wird; ein den ausgeblendeten Zylindern zugeordnetes Einlass- und Auslassventil funktioniert jedoch noch normal, so dass ein Ansaugen und Auslassen von Frischgas in den beziehungsweise aus dem Brennraum des ausgeblendeten Zylinders bei einer Kolbenbewegung nach wie vor erfolgt.

Der Begriff "Abschaltung" im Sinne der Erfindung meint im Gegensatz zu dem Begriff "Ausblendung", dass nicht nur das Einspritzventil des abgeschalteten Zylinders, sondern auch dessen Einlass- und Auslassventile während der Abschaltung permanent geschlossen sind. Aufgrund des geschlossenen Einspritzventils gelangt kein Kraftstoff mehr in den abgeschalteten Zylinder. Aufgrund des geschlossenen Einlass- und Auslassventils gelangt darüber hinaus auch kein Frischgas mehr in den Brennraum des abgeschalteten Zylinders. Schließlich verhindert das permanent geschlossene Auslassventil, dass das zum Zeitpunkt der Abschaltung in dem Brennraum befindliche Gas in die Umgebungsluft entweichen kann. Aufgrund des geschlossenen Einlass- und Auslassventiles ist das bei der Abschaltung in dem Brennraum befindliche Gas für die gesamte Dauer der Abschaltung in dem Brennraum eingeschlossen. Bei dem eingeschlossenen Gas kann es sich entweder um Frischgas oder Verbrennungsgas handeln.

Die Abschaltung des mindestens einen vorbestimmten Zylinders der Brennkraftmaschine repräsentiert bei nicht maximaler Leistungsanforderung an die Brennkraftmaschine einen energetisch günstigeren Zustand als ein Betrieb aller Zylinder der Brennkraftmaschine mit entsprechend verringerter Menge an Luft-Kraftstoffgemisch, das heißt mit entsprechend verringerter Füllmenge. Insbesondere der Kraftstoffverbrauch ist in bestimmten Betriebssituationen bei Abschaltung einzelner Zylinder vorteilhafterweise geringer als bei entsprechend gedrosseltem Betrieb aller Zylinder.

Durch die beanspruchte Vorschaltung einer Ausblendung geeigneter Zylinder der Brennkraftmaschine vor die Abschaltung von mindestens einem vorbestimmten Zylinder wird dem Hersteller beziehungsweise Betreiber der Brennkraftmaschine eine Wahlmöglichkeit eröffnet, in dem Brennraum des später abgeschalteten Zylinders entweder Frischgas oder Verbrennungsgas eingeschlossen zu lassen. Frischgas meint angesaugte Luft, die nicht mit Kraftstoff angereichert ist. Während Frischgas in der Regel Umgebungstemperatur hat, liegt die Temperatur des Verbrennungsgases bei einigen 100 ° Celsius. Dieser Temperaturunterschied kann eine Entscheidungsgrundlage für die Wahl von Frischgas oder Verbrennungsgas in dem Brennraum sein.

Wenn nach der Abschaltung Frischgas in dem Brennraum des abgeschalteten Zylinders verbleiben soll, erfolgt die Ausblendung vorteilhafterweise bei dem später abzuschaltenden Zylinder.

Wenn nach der Abschaltung Verbrennungsgas in dem Brennraum des abgeschalteten Zylinders verbleiben soll, erfolgt die Ausblendung vorzugsweise bei mindestens einem der später nicht von der Abschaltung betroffenen Zylinder der Brennkraftmaschine.

Vorteilhafterweise werden im Vorfeld einer Ausblendung und Abschaltung die Füllungen aller Zylinder der Brennkraftmaschine auf einen stationären Füllungszustand, repräsentiert durch einen Füllungsgrad-Schwellenwert, erhöht und wird gleichzeitig der Zündwinkel-Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine so verringert, dass die von der Brennkraftmaschine abgegebene Leistung, insbesondere in Form ihres Drehmomentes zumindest im Wesentlichen konstant bleibt.

Vorteilhafterweise wird die Ausblendung möglichst schnell nach Erreichen des besagten stationären Füllungszustandes aktiviert, um den durch den stationären Füllungszustand repräsentierten energetisch ungünstigen Betriebszustand für die Brennkraftmaschine möglichst schnell zu beenden.

Eine erneute Inbetriebnahme eines abgeschalteten Zylinders erfolgt vorteilhafterweise entweder durch sofortige Befüllung und Befeuerung dieses Zylinders in dem auf die Inbetriebnahme folgenden Einspritz- beziehungsweise Verbrennungstakt. Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, vor einer Befüllung zunächst während mindestens eines Taktes eine Ausblendung von insbesondere dem wieder in Betrieb zu nehmenden Zylinder vorzusehen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des beanspruchten Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die o. g. Aufgabe wird weiterhin durch ein Computerprogramm und ein Steuergerät zum Durchführen des beanspruchten Verfahrens gelöst. Darüber hinaus wird die Aufgabe durch einen Datenträger mit dem Computerprogramm und durch eine Brennkraftmaschine mit dem besagten Steuergerät gelöst. Die Vorteile dieser Lösungen entsprechen den oben mit Bezug auf das beanspruchte Verfahren genannten Vorteilen.

Zeichnungen
Der Beschreibung sind insgesamt neun Figuren beigefügt, wobei
1 den Verlauf eines Zündwinkel-Wirkungsgrades in Abhängigkeit des Abstandes des aktuellen Zündwinkels von dem optimalen Zündwinkel bei einer Brennkraftmaschine;
2 den Verlauf eines Ausblendungs-Wirkungsgrades in Abhängigkeit der Anzahl der ausgeblendeten Zylinder bei einer Brennkraftmaschine am Beispiel einer 4-Zylinder-Maschine;
3 den Verlauf eines Zylinderabschaltungs-Wirkungsgrades bei ein- und ausgeschalteter Zylinderabschaltung;
4 den zeitlichen Verlauf der von der Brennkraftmaschine ausgegebenen Leistung vor und nach der Zylinderabschaltung;
5 den zeitlichen Verlauf eines Füllungsgrades beziehungsweise der einem Zylinder extern zugeführten Energie vor und während der Zylinderabschaltung;
6 den zeitlichen Verlauf eines Zündwinkel-Wirkungsgrades vor und während der Zylinderabschaltung;
7 ein erstes Ausführungsbeispiel zur Ansteuerung der Zylinder einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung;
8 ein zweites Ausführungsbeispiel zur Ansteuerung der Zylinder einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung; und
9 ein drittes Ausführungsbeispiel zur Ansteuerung der Zylinder einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung repräsentiert.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird nachfolgend in Form von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die genannten Figuren detailliert beschrieben.
Zum Verständnis der Erfindung ist ein gewisses Grundlagenwissen über verschiedene Wirkungsgrade beim Betrieb der Brennkraftmaschine und insbesondere bei einer durchgeführten Zylinderabschaltung erforderlich. Dieses Grundlagenwissen wird nachfolgend vor der Beschreibung der eigentlichen Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 – 6 erläutert und bereitgestellt.
Grundsätzlich unterliegt eine Brennkraftmaschine, wie jedes andere technische System auch, dem Energieerhaltungssatz. Deshalb berechnet sich die von einer Brennkraftmaschine abgegebene Leistung nach Maßgabe eines Produktes aus der zeitlichen Änderung der der Brennkraftmaschine extern zugeführten Energie E_zu multipliziert mit einer Mehrzahl von relevanten Wirkungsgraden. Die bei einer Brennkraftmaschine und insbesondere für die vorliegende Erfindung relevanten Wirkungsgrade sind in den 1 – 3 veranschaulicht.
In 1 ist der zeitliche Verlauf eines Zündwinkel-Wirkungsgrades η_ZW in Abhängigkeit des Abstandes dZW (Delta-Zündwinkel) des aktuellen Zündwinkels von dem optimalen Zündwinkel der Brennkraftmaschine dargestellt. Es ist zu erkennen, dass ein gegenüber einem optimalen Zündwinkel (durch den Koordinatenursprung repräsentiert) veränderter Zündwinkel (Richtung spät) zu einer Verringerung des Zündwinkel-Wirkungsgrades führt.
In 2 ist ein Ausblendungs-Wirkungsgrad η_AB in Abhängigkeit der Anzahl AB der jeweils ausgeblendeten Zylinder beispielhaft für eine 4-Zylinder-Brennkraftmaschine dargestellt. Einem ausgeblendeten Zylinder wird definitionsgemäß kein Kraftstoff mehr zugeführt; das heißt sein Einspritzventil ist geschlossen. Allerdings funktionieren ein ihm zugeordnetes Einlass- und Ausgangsventil bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit den nicht ausgeblendeten Zylinder weiterhin normal. In 2 ist der Sachverhalt veranschaulicht, dass der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine bei Ausblendung von null Zylindern maximal, das heißt 100 %, bei Ausblendung von einem Zylinder 75 %, bei Ausblendung von zwei Zylindern 50 %, bei Ausblendung von drei Zylindern 25 % und bei Ausblendung aller Zylinder 0 % beträgt.
In 3 ist ein weiterer Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine, nämlich der Zylinderabschaltungs-Wirkungsgrad η_ZAS in Abhängigkeit einer eingeschalteten und einer ausgeschalteten Zylinderabschaltung ZAS veranschaulicht. Aus 3 geht der Sachverhalt hervor, dass bei Einschaltung, das heißt bei Aktivierung der Zylinderabschaltung für zwei von vier Zylindern einer Brennkraftmaschine der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine aufgrund dieser Zylinderabschaltung nur noch 50 % beträgt. Bei Ausschaltung beziehungsweise Deaktivierung der Zylinderabschaltung, das heißt bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit all ihren Zylindern, beträgt der Zylinderabschaltungswirkungsgrad 100 %.
Eine Zylinderabschaltung erfolgt üblicherweise – und so auch hier in der Erfindung – unter der Maßgabe, dass die von der Brennkraftmaschine abgegebene Leistung L_out, das heißt insbesondere deren Drehzahl, vor und nach der Abschaltung konstant, das heißt unverändert bleiben soll. Dieser Sachverhalt ist in 4 für eine der Brennkraftmaschine aktuell abverlangte Leistung von zum Beispiel 50 % im Vergleich zu ihrer maximal möglichen Ausgangsleistung aufgezeigt. Das Bezugszeichen T_us bezeichnet den Zeitpunkt der Zylinderabschaltung.
Wird die Brennkraftmaschine mit all ihren Zylindern bei 50 % ihrer maximal möglichen Ausgangsleistung betrieben, weil zum Beispiel der Fahrer eines Fahrzeugs mit der Brennkraftmaschine das Gaspedal nur zur Hälfte durchgetreten hat, so wird dieser Betriebszustand der Brennkraftmaschine üblicherweise dadurch realisiert, dass alle Zylinder der Brennkraftmaschine gleichmäßig mit einem Füllungsgrad F von nur 50 % befüllt werden. Dies bedeutet, dass die jedem Zylinder zugeführte Luft-Kraftstoff-Menge lediglich 50 % der maximal möglichen zuführbaren Menge entspricht. Der Füllungsgrad repräsentiert die der Brennkraftmaschine extern zugeführte Energie. Diese soeben beschriebene Betriebssituation ist für den Füllungsgrad F in 5 über dem Zeitintervall Δt1 dargestellt. Bei 50 % zugeführter Energie gibt die Brennkraftmaschine 50 % ihrer maximal möglichen Leistung ab, wenn die oben unter Bezugnahme auf die 1 – 3 erwähnten Wirkungsgrade η_ZW η_AB und η_ZAS jeweils alle 100 % betragen. Der Ausblendungs-Wirkungsgrad η_AB sowie der Zylinderabschaltwirkungsgrad η_ZAS liegen ohnehin während des Zeitintervalls Δt1 bei 100 %, weil während dieses Zeitintervalls keiner der Zylinder der Brennkraftmaschine ausgeblendet oder abgeschaltet ist. Dabei bedeutet Abschaltung, dass nicht nur die Einspritzventile der abgeschalteten Zylinder, sondern auch deren zugeordnete Einlass- und Auslassventile während der Abschaltung permanent geschlossen sind. Dies bedeutet im Unterschied zu einer Ausblendung, dass bei einem abgeschalteten Zylinder das in seinem Brennraum eingeschlossene Gas während der Zeitdauer der Abschaltung dort eingeschlossen bleibt.
Um die gewünschten 50 % Ausgangsleistung während des Intervalls Δt1 zu realisieren, wird weiterhin der Zündwinkel ZW der Brennkraftmaschine bei allen ihren Zylindern, insbesondere jedoch bei den später abzuschaltenden Zylindern, optimal eingestellt, so dass auch der Zündwinkel-Wirkungsgrad η_ZW in dem Zeitintervall Δt1 100 % beträgt. In dem Zeitintervall Δt1 wird die Brennkraftmaschine in einem Normalbetrieb betrieben. Während des Normalbetriebs ist die Drosselklappe der Brennkraftmaschine zur Realisierung der 50 % Füllungsgrad gemäß 5 weitgehend geschlossen. Die weitgehend geschlossene Drosselklappe bewirkt jedoch unerwünschte thermodynamische Verluste. Bei einem voraussichtlich länger anhaltenden Betrieb der Brennkraftmaschine bei 50 % Ausgangsleistung ist es deshalb wünschenswert, die Brennkraftmaschine in einen energetisch günstigeren Betriebszustand zu überführen, ohne dass die von der Brennkraftmaschine abgegebene Leistung und insbesondere ihr Drehmoment dabei verändert wird. Dieser energetisch günstigere Zustand kann bei Mehrzylindermotoren durch eine Abschaltung einzelner Zylinder realisiert werden. Bei Abschaltung einzelner Zylinder muss den verbleibenden noch aktiven Zylindern der Brennkraftmaschine zwar entsprechend mehr Energie zugeführt werden, damit diese die von den abgeschalteten Zylindern nicht mehr erbrachte Leistung zusätzlich aufbringen. Jedoch werden die verbleibenden aktiven Zylinder der Brennkraftmaschine dann mit im Wesentlichen vollständig geöffneter Drosselklappe befüllt, wodurch die oben erwähnten Verluste bei gedrosseltem Betrieb entfallen oder zumindest geringer ausfallen.
Eine Abschaltung einzelner Zylinder kann zwar theoretisch auch am Ende des Zeitintervalls Δt1 erfolgen, jedoch würde dies zwangsläufig zur Folge haben, dass aufgrund der Befüllung jedes einzelnen Zylinders mit nur 50 % Füllungsgrad F trotz einem Zündwinkel-Wirkungsgrad von 100 % die von der Brennkraftmaschine abgegebene Leistung L_out entsprechend dem Verhältnis von der Anzahl abgeschalteter Zylinder zur Gesamtanzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine absinken würde.
Um dies zu verhindern, erfolgt die Abschaltung der Zylinder nicht bereits am Ende des Zeitintervalls Δt1, sondern zu dem späteren Abschaltzeitpunkt T_US. Außerdem wäre eine sofortige Abschaltung einzelner Zylinder der Brennkraftmaschine auch deshalb nicht möglich, weil eine solche Abschaltung mechanisch bedingt grundsätzlich eine nicht zu vernachlässigende Abschaltzeit beziehungsweise Totzeit erfordert.
Um das Absinken der abgegebenen Leistung bei Zylinderabschaltung zu verhindern, wird, wie dies in den 5 und 6 für das Zeitintervall Δt2 dargestellt ist, jeweils der Füllungsgrad erhöht und gleichzeitig der Zündwinkel-Wirkungsgrad verringert. Bei einer geplanten Abschaltung von 50 % der Zylinder einer Brennkraftmaschine, das heißt bei einer geplanten Abschaltung von zwei Zylindern bei einer 4-Zylinder-Maschine müssen nach der Abschaltung die verbleibenden zwei aktiven Zylinder die doppelte Leistung generieren wie bei dem hier beispielhaft angenommenen Normalbetrieb mit 50 % Leistung. Deshalb wird in diesem Fall, wie dies in 5 dargestellt ist, zunächst der Füllungsgrad F aller Zylinder der Brennkraftmaschine von 50 auf 100 % hochgefahren; dies entspricht einer Erhöhung der extern zugeführten Energie um 50 %. Damit diese erhöhte Energiezufuhr nicht zu einer unerwünschten Anhebung der in dem Zeitintervall Δt2 abgegebenen Leistung führt, sondern die Ausgangsleistung L_out auch während dieses Zeitintervalls konstant bleibt, wie dies in 4 dargestellt ist, wird üblicherweise der Zündwinkel-Wirkungsgrad η_ZW während des Zeitintervalls Δt2 in geeigneter Weise verringert. Die Verringerung erfolgt geeignet so, dass, wie gesagt, die Ausgangsleistung konstant bleibt. Am Ende des Zeitintervalls Δt2 wird die Brennkraftmaschine dann mit einem stationären Füllungsgrad F von 100 % betrieben. Dieser stationäre Füllungsgrad entspricht einem vorbestimmten Füllungsgrad-Schwellenwert.
Wenn nach dem Erreichen des stationären 100 % Füllungszustandes die oben erwähnte Totzeit zur Zylinderabschaltung abgelaufen ist, kann grundsätzlich eine Abschaltung einzelner Zylinder der Brennkraftmaschine erfolgen. In den 4 – 5 ist dieser Zeitpunkt durch das Bezugszeichen T_US dargestellt. Das Zeitintervall Δt3 kann theoretisch auch zu null werden, nämlich dann, wenn die besagte Totzeit nicht länger als das Zeitintervall Δt2 andauert. Um dann in dem Umschaltzeitpunkt und danach eine Absenkung der abgegebenen Leistung unterhalb von 50 % zu verhindern, werden, wie gesagt, die noch verbleibenden zwei aktiven Zylinder bei 100 % Füllungsgrad betrieben. In dem Abschaltzeitpunkt T_US muss dann jedoch der Zündwinkel-Wirkungsgrad von 50 % auf 100 % hochgefahren werden, weil gleichzeitig der Zylinderabschalt-Wirkungsgrad von 100 auf 50 % fällt, wie dies in 3 dargestellt ist. Nur dann ergibt sich als Produkt aller Wirkungsgrade und der zugeführten Energie eine abgegebene Energie von 50 %.
Die beschriebene Vorgehensweise hält zwar das Drehmoment und damit die abgegebene Leistung vor und nach dem Abschaltzeitpunkt einzelner Zylinder konstant, sie hat jedoch den Nachteil, dass nach der Abschaltung in den abgeschalteten Zylindern zwangsläufig heißes Verbrennungsgas eingeschlossen bleibt. Ursache für diesen Effekt ist die Tatsache, dass bei dieser Vorgehensweise auch bei den Einspritzzyklen unmittelbar vor der Abschaltung noch eine momentenbildende Befeuerung stattfindet.
Um dem Hersteller beziehungsweise Betreiber einer Brennkraftmaschine mit Zylinderabschaltung eine Wahlmöglichkeit einzuräumen, ob er in den jeweils abgeschalteten Zylindern einen Einschluss von Frischgas oder von Verbrennungsgas wünscht, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass nach dem Erreichen des stationären Befüllungszustandes von beispielsweise 100 % gemäß 5, aber noch vor dem Abschaltzeitpunkt T_US eine Ausblendung geeigneter Zylinder der Brennkraftmaschine erfolgt wie dies in den 7 und 8 anschaulich dargestellt ist und nachfolgend erläutert wird.
7 beschreibt ein erstes Ausführungsbeispiel zur Abschaltung der Zylinder Z1 und Z3 bei einer Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine mit den Zylindern Z0...Z3. Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel erfolgt die Ansteuerung der Zylinder so, dass Frischgas in den beiden abgeschalteten Zylindern Z1 und Z3 verbleibt. Dazu wird die Brennkraftmaschine zunächst in den erhöhten stationären Füllungszustand von 100 % gefahren, wie dies oben unter Bezugnahme auf die 5 und 6 erläutert wurde. Das Hochfahren des Füllungsgrades, ausgehend von einem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine, erfolgt typischerweise im Ansprechen auf ein Zylinderabschaltsignal, welches den Normalbetrieb der Brennkraftmaschine, repräsentiert durch das Zeitintervall Δt1, beendet. Es signalisiert, dass die Voraussetzungen für eine Zylinderabschaltung gegeben sind und leitet diese zunächst durch das Hochfahren des Füllungsgrades ein.
Der nachfolgende Betriebszustand mit dem angehobenen Füllungsgrad von 100 % während des Zeitintervalls Δt3 hält für das in 7 gezeigte Beispiel für alle Zylinder der Brennkraftmaschine an bis zum Auftreten des Bits B zas.
Dieses signalisiert, dass bei der 4-Zylinder-Brennkraftmaschine nur noch zwei Zylinder momentenbildend befeuert werden. Anders ausgedrückt signalisiert dieses Bit, solange es gesetzt ist, dass zwei Zylinder der Brennkraftmaschine, in 7 die Zylinder Z1 und Z3 entweder ausgeblendet oder abgeschaltet sind. Zum Erreichen einer Frischgasfüllung in den abgeschalteten Zylindern Z1, Z3 ist in 7 gezeigt, dass die später abzuschaltenden Zylinder zunächst während zweier Einspritztakte ausgeblendet werden, bevor sie in einem nachfolgenden Takt abgeschaltet werden. In 7 ist die Ausblendung durch einen dicken Punkt und die Abschaltung durch ein dickes X in einem jeweils einen Einspritzzyklus repräsentierenden horizontalen schwarzen Balken dargestellt. Grundsätzlich ist es nicht erforderlich, dass, wie in 7 gezeigt, eine Ausblendung während zweier Einspritztakte erfolgt, bevor ein Zylinder abgeschaltet wird. Grundsätzlich reicht für den Verbleib von Frischgas in dem abgeschalteten Zylinder eine Ausblendung während des Einspritztaktes unmittelbar vor der Abschaltung aus. Durch die Bezeichnung zwbas in 7 wird angezeigt, dass die Zündung nach dem Setzen des Bits B zas mit verringertem Delta-Zündwinkel, das heißt mit verbessertem Zündwinkel-Wirkungsgrad erfolgt. Dieser verbesserte Zündwinkel-Wirkungsgrad kompensiert idealerweise die durch die Ausblendung der Zylinder Z1 und Z3 entfallenen Beiträge zur Momentenbildung der Brennkraftmaschine. Die ausgeblendeten Zylinder verringern den Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine gemäß 2, weil ihnen kein Kraftstoff mehr zugeführt wird. Selbst wenn in diesen Zylinder noch Zündungen erfolgen, wie dies in 7 in den Zeilen für die Zylinder Z1 und Z3 durch die Zündpfeile nach dem Ausblenden dargestellt ist, so bewirken diese Zündungen keine Momentenbildung mehr, weil in ihnen in der Regel (außer wenn noch Kraftstoff im Zylinder vorhanden ist, zum Beispiel in Form eines Wandfilms oder in Form von unverbrauchtem Kraftstoff) lediglich Frischgas, aber kein zündfähiges Luft-Kraftstoffgemisch gezündet wird.
Bei dem in 7 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel wird der Zylinder Z1 schließlich abgeschaltet, nachdem er während zweier vorher erfolgter Einspritzzyklen ES1 und ES2 ausgeblendet war. Der Beginn der mechanischen Abschaltung, das heißt der Zeitpunkt, zu welchem notwendige Vorbereitungen zur Abschaltung einzelner Zylinder der Brennkraftmaschine abgeschlossen sind, ist in 7 durch das gesetzte Bit B_zashw symbolisiert. Zu diesem Zeitpunkt werden die Einlassventile der abzuschaltenden Zylinder beziehungsweise Zylinderbank Z1 und Z3 geschlossen. Einen Takt später werden auch die Auslassventile dieser Zylinder geschlossen; siehe Bezugszeichen E und A in 7. In 7 ist weiterhin zu erkennen, dass die Zylinder Z0 und Z2 sowohl während der Ausblendung wie auch während der Abschaltung der Zylinder Z1 und Z3 weiter betrieben werden. Genauer gesagt werden sie mit reduziertem Zündwinkel, das heißt verbessertem Zündwinkel-Wirkungsgrad, angedeutet durch das Bezugszeichen zwbas bei erhöhtem Befüllungsgrad, vorzugsweise bei einem Zündwinkel-Wirkungsgrad von 100 % betrieben.
8 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel zum Vorbereiten und Durchführen einer Zylinderabschaltung bei einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern Z0, Z1, Z2 und Z3, wobei im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel angestrebt wird, dass nach dem Abschalten der Zylinder Z1 und Z3 Verbrennungsgas in den Brennräumen der abgeschalteten Zylinder verbleibt. Dazu wird erfindungsgemäß folgende Vorgehensweise vorgeschlagen: Zunächst werden alle Zylinder der Brennkraftmaschine, wie bereits oben unter Bezugnahme auf 7 erwähnt, in den erhöhten stationären Füllungszustand überführt und dort bei einem auf 50 % reduzierten Zündwinkel-Wirkungsgrad η_ZW betrieben. Auch in 8 dauert dieser Betriebszustand so lange an, bis das Bit B_zas gesetzt wird. Analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel geplant, die Zylinder Z1 und Z3 abzuschalten. Um jedoch sicherzustellen, dass bei den abgeschalteten Zylindern Z1 und Z3 Verbrennungsgas im Brennraum verbleibt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, im Vorfeld der Abschaltung nicht etwa die abzuschaltenden Zylinder selber, sondern die anderen Zylinder Z0 und Z2 der Brennkraftmaschine auszublenden. Auch in 8 ist die Ausblendung durch einen dicken ausgefüllten Punkt während eines durch einen schwarzen Balken repräsentierten Einspritztaktes symbolisiert. Durch diese Ausblendung der beiden Zylinder Z0 und Z2 wird zunächst erreicht, dass der Ausblend-Wirkungsgrad gemäß 2 auf 50 % absinkt. Um die von der Brennkraftmaschine abgegebene Leistung jedoch konstant auf 50 % zu halten, ist es dann erforderlich, diesen Abfall des Ausblend-Wirkungsgrades durch eine betraglich gleiche Anhebung des Zündwinkel-Wirkungsgrades, das heißt eine Verringerung des Zündwinkels zu kompensieren. Der Zündwinkel wird deshalb ab der erfolgten Ausblendung abgesenkt und folglich der Wirkungsgrad erhöht, wie dies durch das Bezugszeichen zwbas angedeutet ist.
Diese Ausblendung der Zylinder Z0 und Z2 gewährleistet, dass die Zylinder Z1 und Z3 während den ihrer Abschaltung unmittelbar vorausgehenden Einspritzzyklen noch mit Kraftstoff befüllt und momentenbildend befeuert werden können, ohne dass dies einen unerwünschten Anstieg der von der Brennkraftmaschine abgegebenen Leistung zur Folge hätte; siehe die schraffiert umrandeten Taktzyklen in 8. Am Ende dieser Taktzyklen beginnt die eigentliche Abschaltung der Zylinder Z1 und Z3, in 8 analog zur 7 angezeigt durch das Bit B_zashw. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist hier jedoch aufgrund der unmittelbar zuvor noch erfolgten Verbrennung eines Luft-Kraftstoffgemisches nun wie gewünscht Verbrennungsgas in den abgeschalteten Zylindern Z1 und Z3 eingeschlossen. Der Einschluss des Verbrennungsgases wird in 8 dadurch realisiert, dass quasi gleichzeitig mit dem Setzen des Bits B_zashw zunächst die Einlassventile und einen Takt später die Auslassventile der Zylinder Z1 und Z3 geschlossen werden; siehe Bezugszeichen E und A. Während der Abschaltung der Zylinder Z1 und Z3 sind die zuvor ausgeblendeten Zylinder Z0 und Z2 wieder aktiviert, um die gewünschte Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine aufrechtzuerhalten.
Für die beiden zuvor unter Bezugnahme auf die 7 und 8 beschriebenen Ausführungsbeispiele wird empfohlen, den zeitlichen Abstand zwischen dem Ende des Zeitintervalls Δt2 und dem Beginn der Ausblendung von mindestens einem Zylinder möglichst kurz zu halten, weil die Brennkraftmaschine während dieses zeitlichen Abstandes energetisch ungünstig betrieben wird. Dieser energetisch ungünstige Zustand resultiert aus der großen Kraftstoffzufuhr an alle Zylinder der Brennkraftmaschine und aus einer großen produzierten Abwärme, welche über eine Auspuffanlage mit einem Katalysator der Brennkraftmaschine an die Umgebung abgeführt werden muss. Die Überführung einzelner Zylinder in einen Zustand der Ausblendung sollte vorzugsweise während des besagten Totzeitintervalls, währenddessen Vorbereitungen zur Abschaltung der Zylinder getroffen werden, abgeschlossen werden.
In 9 ist schließlich ein drittes Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren aufgezeigt. Es betrifft die Wiederinbetriebnahme der zuvor gemäß dem ersten oder dem zweiten Ausführungsbeispiel abgeschalteten Zylinder Z1 und Z3. In 9 ist eine erste Variante für ein mögliches Vorgehen bei der Wiederinbetriebnahme aufgezeigt. Das Ende der Abschaltung wird in 9 durch das Rücksetzen des Bits B_zashw angezeigt. Die erste Variante sieht vor, dass die Zylinder der Brennkraftmaschine ab dem Rücksetzen dieses Bits in einen Normalbetrieb aller vier Zylinder zurücküberführt werden. Diese Zurücküberführung erfolgt durch Ansteuerung der Zylinder in umgekehrter Weise wie dies oben zur Vorbereitung der Abschaltung unter Bezugnahme auf die 4 – 6 erläutert wurde. Konkret bedeutet dies, dass nach dem Rücksetzen des Bits B_zashw zunächst alle Zylinder der Brennkraftmaschine, also auch die zuvor abgeschalteten Zylinder bei erhöhtem stationären Füllungsgrad von 100 % bei gleichzeitig reduziertem Zündwinkel-Wirkungsgrad η_ZW von 50 % betrieben werden, wie dies in den 4 – 5 für das Zeitintervall Δt3 beschrieben wurde. Es erfolgt dann eine Reduzierung des Füllungsgrades aller Zylinder auf 50 % bei gleichzeitiger Anhebung des Zündwinkel-Wirkungsgrades auf 100 % so lange, bis der erwähnte Normalbetrieb der Brennkraftmaschine erreicht ist. In 9 wird dieser Zeitpunkt durch das Rücksetzen des Bits B zas symbolisiert. Das Aktivieren des Auslassventils während der beschriebenen Zurückführung ist in 9 durch das Bezugszeichen AA symbolisiert. Einen Takt später erfolgt die Aktivierung des Einlassventils, angedeutet durch das Bezugszeichen EA.
Während der soeben beschriebenen Zurücküberführung der Brennkraftmaschine in den Normalbetrieb kann auch eine temporäre Ausblendung einzelner Zylinder der Brennkraftmaschine vorgesehen sein.
Das soeben beschriebene Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine wird vorzugsweise in Form eines Computerprogramms realisiert. Dieses Computerprogramm kann gegebenenfalls zusammen mit weiteren Computerprogramm auf einem computerlesbaren Datenträger abgespeichert sein. Bei dem Datenträger kann es sich um eine Diskette, eine Compact Disc, einen sogenannten Flash-Memory oder dergleichen handeln. Das auf dem Datenträger abgespeicherte Computerprogramm kann dann als Produkt an einen Kunden übertragen oder verkauft werden. Eine Übertragung an den Kunden kann auch ohne die Zuhilfenahme des Datenträgers über ein elektronisches Kommunikationsnetzwerk, insbesondere das Internet erfolgen.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Zylindern (Z0, Z1, Z2, Z3), umfassend folgende Schritte: Abschalten von mindestens einem vorbestimmten Zylinder (Z1, Z3) der Brennkraftmaschine, insbesondere einer vorbestimmten Zylinderbank, so, dass das von der Brennkraftmaschine bereitgestellte Drehmoment vor und nach dem Abschalten des vorbestimmten Zylinders zumindest im Wesentlichen unverändert bleibt; dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Abschalten des mindestens einen vorbestimmten Zylinders (Z1, Z3) eine Ausblendung geeigneter Zylinder der Brennkraftmaschine erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenn nach der Abschaltung Frischgas in dem Brennraum des abgeschalteten Zylinders verbleiben soll, die Ausblendung bei dem abzuschaltenden Zylinder (Z1, Z3) wenigstens während desjenigen Einspritztaktes erfolgt, welcher zeitlich unmittelbar vor der Abschaltung liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenn nach der Abschaltung Verbrennungsgas in dem Brennraum des abgeschalteten Zylinders verbleiben soll, die Ausblendung bei mindestens einem der nicht von der späteren Abschaltung betroffenen Zylinder (Z0, Z2) während wenigstens einem Einspritztakt vor dem Abschalten erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausblendung des abzuschaltenden Zylinders (Z1, Z3) während eines Totzeitintervalls zwischen einem Zylinder-Abschaltsignal, welches die Abschaltung einleitet, und dem Zeitpunkt der tatsächlichen Abschaltung (gesetztes Bit B_zashw) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich vor dem Ausblenden folgender Schritt ausgeführt wird: Erhöhen des Füllungsgrades aller Zylinder der Brennkraftmaschine im Ansprechen auf das Zylinder-Abschaltsignal bis auf einen vorgegebenen Füllungsgrad-Schwellenwert bei gleichzeitigem Reduzieren des Zündwinkel-Wirkungsgrades (η_ZW) der Brennkraftmaschine so, dass das Drehmoment der Brennkraftmaschine im Wesentlichen konstant bleibt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer zwischen dem Erreichen des Füllungsgrad-Schwellenwertes und dem tatsächlichen Beginn der Ausblendung von mindestens einem Zylinder der Brennkraftmaschine (gesetztes Bit B_zas) möglichst klein gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine bisher abgeschaltete Zylinder (Z1, Z3) im Ansprechen auf ein Endesignal (B_zashw) wieder momentenbildend in Betrieb genommen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erneute Inbetriebnahme der bisher abgeschalteten Zylinder in der Weise erfolgt, dass zunächst alle Zylinder der Brennkraftmaschine mit einem Füllungsgrad betrieben werden, welcher dem Füllungsgrad-Schwellenwert entspricht, wobei der Zündwinkel-Wirkungsgrad (η_ZW) so weit verringert ist, dass das von der Brennkraftmaschine abgegebene Drehmoment zumindest im Wesentlichen konstant bleibt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllungsgrad aller Zylinder nachfolgend bei gleichzeitiger Vergrößerung des Zündwinkel-Wirkungsgrades (η_ZW) so weit verringert wird, bis der Zündwinkel-Wirkungsgrad wieder maximal ist und die Brennkraftmaschine in einem Normalbetrieb betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 – 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zylinder der Brennkraftmaschine während der Überführung der bisher abgeschalteten Zylinder in den Normalbetrieb temporär ausgeblendet wird.
Computerprogramm mit Programmcode für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet dass das Computerprogramm ausgebildet ist zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 – 10.
Datenträger, gekennzeichnet durch das Computerprogramm nach Anspruch 11.
Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Zylindern, wobei das Steuergerät ausgebildet ist zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine gemäß der folgenden Schritte: Abschalten von mindestens einem vorbestimmten Zylinder (Z1, Z3) der Brennkraftmaschine, insbesondere einer vorbestimmten Zylinderbank, so, dass das von der Brennkraftmaschine bereitgestellte Drehmoment auch nach erfolgter Abschaltung des vorbestimmten Zylinders zumindest im Wesentlichen betraglich unverändert bleibt; dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät weiterhin ausgebildet ist, vor dem Abschalten des mindestens einen vorbestimmten Zylinders (Z1, Z3) eine Ausblendung geeigneter Zylinder der Brennkraftmaschine vorzunehmen.
Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Zylindern, umfassend ein Steuergerät nach Anspruch 13 zum Ansteuern der Zylinder während des Betriebs der Brennkraftmaschine.