DE102005004731A1

DE102005004731A1 - Vorrichtung mit einer Einheit zum Betätigen einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005004731A1
Application number: DE102005004731A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr. Krauth; Thomas Dipl.-Ing. Stolk; Alexander von Dipl.-Ing Gaisberg-Helfenberg; Klaus Dipl.-Ing. Wunderlich
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2005-02-02
Publication date: 2006-08-10

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit einer Einheit (10) zum Betätigen einer Brennkraftmaschine (11) mit zumindest einem ersten Zylinder (12-15), zumindest einem zweiten Zylinder (16-19) und mit zumindest zwei Stellgliedern (20, 21) zum Einstellen von Drehmomentbeiträgen (22, 23) des ersten Zylinders (12-15) und des zweiten Zylinders (16-19) zu einem Gesamtdrehmoment (24) der Brennkraftmaschine (11) abhängig von wenigstens einem Lastanforderungssignal (25).
Es wird vorgeschlagen, dass die Einheit (10) dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Wertebereich (27) des Lastanforderungssignals (25) den Drehmomentbeitrag (22) des ersten Zylinders (12-15) und den Drehmomentbeitrag (23) des zweiten Zylinders (16-19) auf unterschiedliche, von null verschiedene einzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Einheit zum Betätigen einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betätigen einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 16.

Aus der DE 101 48 347 A1 ist eine Vorrichtung mit einer Einheit zum Betätigen einer Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Gruppen von Zylindern und mit zwei Stellgliedern zum Einstellen von Drehmomentbeiträgen der ersten Gruppe von Zylindern und der zweiten Gruppe von Zylindern bekannt. Die Drehmomentbeiträge summieren sich zu einem Gesamtdrehmoment der Brennkraftmaschine, das die Einheit abhängig von einem Lastanforderungssignal bestimmt. Die Einheit ist dazu vorgesehen, eine der Gruppen von Zylindern in einem kontinuierlichen Vorgang abzuschalten, wenn das Lastanforderungssignal unter einen Schwellenwert und damit in einen bestimmten Wertebereich fällt. Steigt das Lastanforderungssignal über den Schwellenwert hinaus an, schaltet die Einheit die zuvor abgeschaltete Gruppe von Zylindern wieder zu.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung bereitzustellen, durch die ein reduzierter Kraft stoffverbrauch bei gleichzeitig hohem Komfort und schadstoffarmer Verbrennung erreichbar ist.

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit einer Einheit zum Betätigen einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem ersten Zylinder, zumindest einem zweiten Zylinder und mit zumindest zwei Stellgliedern zum Einstellen von Drehmomentbeiträgen des ersten Zylinders und des zweiten Zylinders zu einem Gesamtdrehmoment der Brennkraftmaschine abhängig von wenigstens einem Lastanforderungssignal.

Es wird vorgeschlagen, dass die Einheit dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Wertebereich des Lastanforderungssignals den Drehmomentbeitrag des ersten Zylinders und den Drehmomentbeitrag des zweiten Zylinders auf unterschiedliche, von null verschiedene Werte einzustellen. Dadurch können zusätzliche Kraftstoffeinsparungspotenziale erschlossen werden, da insbesondere zumindest ein Zylinder oder eine Gruppe von Zylindern in einer verbrauchsoptimalen Weise betätigt werden kann, so dass auch ein Gesamtverbrauch der Brennkraftmaschine gegenüber herkömmlichen Brennkraftmaschinen reduziert werden kann. Zudem kann ein kontinuierlicher Übergang zwischen einem Wertebereich des Lastanforderungssignals, in dem die Brennkraftmaschine in einem Vollmotorbetrieb betätigt ist, und einem weiteren Wertebereich, in dem die Brennkraftmaschine in einem Teilmotorbetrieb betätigt ist, geschaffen werden. Durch diesen kontinuierlichen Übergang kann ein Fahrkomfort eines die Brennkraftmaschine umfassenden Kraftfahrzeugs gesteigert werden. Zudem ist es möglich, die Drehmomentbeiträge der Zylinder flexibel derart aufzuteilen, dass stets eine schadstoffarme Verbrennung gewährleistet sein kann.

Unter „vorgesehen" soll in diesem Zusammenhang auch „ausgelegt" und „ausgestattet" verstanden werden. Der erste Zylinder und der zweite Zylinder sind jeweils als Repräsentanten einer Gruppe von Zylindern aufzufassen, die den gleichen Drehmomentbeitrag liefert. Die Gruppe kann prinzipiell auch aus einem einzigen Zylinder bestehen, wobei eine Kraftstoffeinsparung ohne Komfortverluste durch unrundes Laufen jedoch insbesondere dann erreichbar ist, wenn die Gruppe von Zylindern mehrere, insbesondere vier, jeweils um einen Motortakt phasenverschoben betätigte Zylinder umfasst. Im Fall eines Motors mit einer geradzahligen Gesamtzahl von Zylindern kann die Gruppe besonders vorteilhaft eine Hälfte der Zylinder umfassen. Dabei ist zum Vermeiden von Komforteinbußen darauf zu achten, dass die Zündzeitpunkte der zu einer Gruppe zusammengefassten Zylinder gleichmäßig über einen Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine verteilt sind. Die Erfindung betrifft dabei eine dauerhafte Einstellung der Drehmomentbeiträge der Zylinder und weniger eine vorübergehende Einstellung der Werte der Drehmomentbeiträge während einer Zuschalt- oder Abschaltphase.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Einheit dazu vorgesehen ist, zumindest in einer Betriebsphase den Drehmomentbeitrag des ersten Zylinders innerhalb des Wertebereichs unabhängig vom Lastanforderungssignal konstant zu halten. Der Drehmomentbeitrag kann dann über einen Zeitraum, in dem das Lastanforderungssignal innerhalb des Wertebereichs liegt, in einer verbrauchsoptimalen Weise betrieben sein.

Ferner wird vorgeschlagen, dass der Wertebereich durch einen verbrauchsoptimalen Wert des Drehmomentbeitrags begrenzt ist. Dadurch kann der Betrieb des ersten Zylinders im verbrauchsoptimalen Zustand maximal ausgewertet werden. Steigt das Lastanforderungssignal über den verbrauchsoptimalen Wert hinaus an, können weitere Zylinder zugeschaltet werden, um den zum Gesamtdrehmoment fehlenden Drehmomentbeitrag zu erzeugen. Steigt der Drehmomentbeitrag der weiteren Zylinder, die den zweiten Zylinder umfassen, ebenfalls über den verbrauchsoptimalen Wert des Drehmomentbeitrags hinaus an, kann der Wertebereich beendet sein und die Einheit kann auch am ersten Zylinder einen den verbrauchsoptimalen Wert übertreffenden Drehmomentbeitrag einstellen. Der verbrauchsoptimale Wert des Drehmomentbeitrags kann abhängig von einer Drehzahl der Brennkraftmaschine bestimmt sein.

Dabei kann eine Berücksichtigung von Drehzahlabhängigkeiten vorteilhaft implizit erfolgen, wenn der Wertebereich durch vorgegebene prozentuale Anteile des Drehmomentbeitrags an einem Maximaldrehmoment der Brennkraftmaschine begrenzt ist. Ein aufwändiges Speichern von drehzahlabhängigen Begrenzungskennlinien kann vorteilhaft entfallen.

Der verbrauchsoptimale Drehmomentbeitrag kann besonders präzise durch einen Schnittpunkt zweier Kurven bestimmt sein, von denen die erste einen Kraftstoffverbrauch im Teilmotorbetrieb beschreibt und von denen die zweite einen Kraftstoffverbrauch im Vollmotorbetrieb beschreibt. Der Schnittpunkt bzw. der verbrauchsoptimale Drehmomentbeitrag können empirisch ermittelt werden und als drehzahlabhängige Kennlinie gespeichert werden.

Eine flexible Anpassbarkeit an Spezifikationen der Brennkraftmaschine kann erreicht werden, wenn die Vorrichtung eine Speichereinheit zum Speichern von wenigstens einer Kenngröße zum Begrenzen des Wertebereichs umfasst.

Eine volle Auslastung der Brennkraftmaschine bei hohen Werten des Lastanforderungssignals kann erreicht werden, wenn die Einheit dazu vorgesehen ist, in zumindest einem weiteren Wertebereich des Lastanforderungssignals den Drehmomentbeitrag des ersten Zylinders und den Drehmomentbeitrag des zweiten Zylinders auf den gleichen Wert einzustellen.

Weitere Kraftstoffeinsparungspotenziale können erschlossen werden, wenn die Einheit dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Wertebereich des Lastanforderungssignals den Drehmomentbeitrag des zweiten Zylinders auf null zu setzen. Dabei können zudem Ladungswechselverluste vermieden werden, wenn gleichzeitig Ladungswechselventile außer Betrieb gesetzt werden bzw. der Ventilhub der Ladungswechselventile mit dem Drehmomentbeitrag auf null gesetzt werden.

Eine konstruktiv einfache verbrauchsoptimierte Steuerung einer Vielzahl von Zylindern kann erreicht werden, wenn die Einheit dazu vorgesehen ist, Drehmomentbeiträge von Zylindern einer ersten Gruppe von Zylindern, die den ersten Zylinder umfasst, auf einen ersten Wert einzustellen und Drehmomentbeiträge von Zylindern aus einer zweiten Gruppe von Zylindern auf einen zweiten Wert einzustellen. Die Stellglieder können dabei jeweils einer der Gruppen zugeordnet sein.

Ist die Einheit dazu vorgesehen, zumindest zwei Gruppen von Zylindern bei aufeinander folgenden Abschaltvorgängen im Wechsel abzuschalten, kann ein Verölen einer Zylindergruppe durch häufiges, längerfristiges Abschalten vermieden werden.

Eine präzise Lastanpassung zum Erreichen geringer Drehmomentbeiträge beim Zuschalten eines Zylinders bzw. einer Gruppe von Zylindern kann erreicht werden, wenn die Vorrichtung ein Zündzeitpunktverstellglied umfasst, das zumindest in einer Betriebsphase zum Erreichen wenigstens eines Drehmomentbeitrags durch die Einheit betätigbar ist.

Konstruktiv besonders einfach kann die Vorrichtung ausgestaltet sein, wenn die Stellglieder als Drosselklappen ausgebildet sind. Dabei kann eine individuelle Einstellung der Zylinder der Brennkraftmaschine erreicht werden, wenn jede der Drosselklappen einem Zylinder zugeordnet ist.

Eine unkontrollierte Last durch die Verbrennung einer zwischen der Drosselklappe und dem Einlassventil gestauten Luft-Kraftstoffgemischmenge kann vermieden werden, wenn die Stellglieder zum Verstellen eines Ventilhubs eines Einlassventils vorgesehen sind. Ein Ansaugluftstrom kann zudem vorteilhaft über das Einlassventil drosselbar sein, so dass auf die Betätigung einer Drosselklappe in diesem Zusammenhang verzichtet werden kann.

Ferner geht die Erfindung aus von einem Verfahren zum Betätigen einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem ersten Zylinder, einem zweiten Zylinder und mit zumindest zwei Stellgliedern zum Einstellen von Drehmomentbeiträgen des ersten Zylinders und des zweiten Zylinders zu einem Gesamtdrehmoment der Brennkraftmaschine abhängig von wenigstens einem Leistungsanforderungssignal.

Es wird vorgeschlagen, dass wenn das Lastanforderungssignal in einen ersten Wertebereich fällt, der Drehmomentbeitrag des ersten Zylinders auf einen festen, vom Wert des Lastanforderungssignals im Übrigen unabhängigen Wert eingestellt wird, während der Drehmomentbeitrag des zweiten Zylinders durch eine Differenz zwischen der Summe der Drehmomentbeiträge einer den ersten Zylinder umfassenden Gruppe von Zylindern und einem Sollwert für das Gesamtdrehmoment bestimmt ist. Dadurch kann ein verbrauchsoptimierter Betrieb einer gattungsgemäßen Brennkraftmaschine erreicht werden.

Sind die Zylinder Teil einer Gruppe, wird der von der Gruppe erzeugte Drehmomentanteil anteilig von den Zylindern der Gruppe erzeugt.

Eine Unterteilung des gesamten Wertespektrums des Lastanforderungssignals kann insbesondere drei Wertebereiche aufweisen, die folgendermaßen charakterisierbar sind:

1. Erster Wertebereich: nur eine Zylindergruppe erzeugt ein Drehmoment, eine zweite Zylindergruppe ist abgeschaltet.
2. Zweiter Wertebereich: eine Zylindergruppe fährt mit konstanter Last, und Variationen des Lastanforderungssignals werden durch eine Variation der Last bzw. des Drehmomentbeitrags einer zweiten Gruppe von Zylindern umgesetzt.
3. Dritter Wertebereich: Alle Zylinder bzw. alle Zylindergruppen fahren mit gleicher, hoher Last.

Eine Gaswechselarbeit bei abgeschalteten Zylindern kann vermieden werden, wenn die Vorrichtung abschaltbare Auslassventile umfasst.

Insbesondere dann, wenn die Drosselung des Ansaugluftstroms über Drosselklappen erfolgt, kann zudem Gaswechselarbeit eingespart werden, wenn die Vorrichtung bzw. die Brennkraftmaschine abschaltbare Einlassventile umfasst.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Dabei zeigen:
1 eine Brennkraftmaschine mit acht Zylindern und eine Einheit zum Betätigen der Brennkraftmaschine,
2 einen Verlauf eines Ventilhubs einer ersten Gruppe von Zylindern und eines Ventilhubs einer zweiten Gruppe von Zylindern in Abhängigkeit von einem Kur belwellenwinkel für verschiedene Werte eines Leistungsanforderungssignals,
3 eine Darstellung der Abhängigkeit eines Verbrauchs der Brennkraftmaschine von einem Gesamtdrehmoment in einem Teilmotorbetrieb und in einem Vollmotorbetrieb, hier beispielhaft in einem Drehzahlpunkt,
4 einen exemplarischen zeitlichen Verlauf des Leistungsanforderungssignals und von Drehmomentbeiträgen der ersten Gruppe von Zylindern und der zweiten Gruppe von Zylindern und
5 eine alternative Brennkraftmaschine mit acht Zylindern mit jeweils einer separaten Drosselklappe
1 zeigt eine als Ottomotor ausgebildete Brennkraftmaschine 11a mit acht Zylindern 12a–19a, die zu einer ersten Gruppe von Zylindern 12a–15a und zu einer zweiten Gruppe von Zylindern 16a–19a zusammengefasst sind. Jede der Gruppen bildet eine Zylinderbank. Alle Zylinder 12a–19a treiben gemeinsam eine Kurbelwelle an, die hier nicht explizit dargestellt ist. Die Brennkraftmaschine 11a umfasst eine als programmierbare Recheneinheit mit einer Speichereinheit 29a ausgebildete Einheit 10a zum Betätigen der Brennkraftmaschine 11a. Die Einheit 10a kommuniziert über eine Steuerleitung 48a mit weiteren Steuer- und Regeleinheiten eines die Brennkraftmaschine 11a umfassenden Kraftfahrzeugs. Über die Steuerleitung 48a empfängt die Einheit 10a insbesondere ein Lastanforderungssignal 25a, das einem von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs eingestellten Fahrpedalwinkel entspricht.
Es sind auch Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, in denen die zu einer zu- und abschaltbaren Gruppe zusammengefassten Zylinder über mehrere Zylinderbänke verteilt sind. Zum Vermeiden eines mangelhaften Rundlaufs ist dabei darauf zu achten, dass die Zündzeitpunkte der Zylinder einer Gruppe mit gleichen Abständen über einen Arbeitszyklus verteilt sind.
Umfasst die Gruppe vier Zylinder, die in einem viertaktigen Arbeitszyklus arbeiten, beträgt demnach der optimale Abstand zwischen benachbarten Zündzeitpunkten 180°. Würde die Gruppe drei Zylinder umfassen, ergäbe sich entsprechend ein Abstand von 240°. Ferner sind Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, in denen nur ein Teil der Zylinder abschaltbar ist, während die Drehmomentbeiträge des komplementären Teils der Zylinder durch eine Hauptdrosselklappe bestimmt sind.
Zum Betätigen der Brennkraftmaschine 11a steuert die Einheit 10a über Stellglieder 20a, 21a einen Drehmomentbeitrag 22a (4) der ersten Gruppe von Zylindern 12a–15a und einen Drehmomentbeitrag 23a der zweiten Gruppe von Zylindern 16a–19a. Die Einheit 10a steuert die Drehmomentbeiträge 23a und 24a über den Ventilhub 32a, 33a, 47a (2) von Einlass- und Auslassventilen 49a–56a der Zylinder 12a–19a, wobei der Ventilhub 32a bzw. eine Zylinderlast der ersten Gruppe von Zylindern 12a–15a über das Stellglied 20a einstellbar ist und der Ventilhub 33a bzw. eine Zylinderlast der zweiten Gruppe von Zylindern 16a–19a über das Stellglied 21a unabhängig von der Zylinderlast der ersten Gruppe von Zylindern 12a–15a einstellbar ist. Dabei variiert die Einheit 10a die Höhe des Ventilhubs und/oder die Öffnungsdauer 32a, 33a. Die Einstellung der Ventilhübe 32a, 33a beeinflusst die Drehmomentbeiträge 22a, 23a, da die während eines Ansaugtakts der Zylinder 12a–19a einströmende Luft-Kraftstoffgemischmenge einstellbar ist. Die Luft-Kraftstoffgemischmenge bestimmt die während eines Arbeitstakts erzeugte Arbeit und damit ein auf die Kurbelwelle übertragenes Drehmoment. Die Drehmomentbeiträge 22a, 23a summieren sich zu einem Gesamtdrehmoment 24a der Brennkraftmaschine 11a. Die Einheit 10a bestimmt die Drehmomentbeiträge 22a, 23a unabhängig voneinander gemäß eines in die Einheit 10a implementierten Programms, das Kenngrößen nutzt, die in der Speichereinheit 29a gespeichert sind.
Zum Einstellen des Ventilhubs der Zylinder 12a–19a verstellt die Einheit 10a über die Stellglieder einen Verlauf des Ventilhubs 32a der ersten Gruppe von Zylindern 12a–15a und des Ventilhubs 33a der zweiten Gruppe von Zylindern 16a–19a in Abhängigkeit von einem Kurbelwellenwinkel in der in 2 dargestellten Weise. Dabei unterscheidet das Programm der Einheit 10a zwischen drei Wertebereichen 26a, 27a, 30a von Werten des Lastanforderungssignals 25a.
2 zeigt einen exemplarischen Verlauf des Ventilhubs 32a der ersten Gruppe von Zylindern 12a–15a bei gleichzeitiger Abschaltung der zweiten Gruppe von Zylindern 16a–19a, wenn das Lastanforderungssignal 25a in den ersten Wertebereich 26a fällt, einen exemplarischen Verlauf der Ventilhübe 32a' der ersten Gruppe von Zylindern 12a–15a unter konstanter Einstellung und den Ventilhub 33a' der zweiten Gruppe von Zylindern 16a–19a, wenn das Lastanforderungssignal 25a in den zweiten Wertebereich 27a fällt und einen exemplarischen Verlauf der Ventilhübe 32a'', 33a'' für beide Gruppen von Zylindern 12a–19a, wenn das Leistungsanforderungssignal 25a in den dritten Wertebereich 30a fällt. Ferner ist ein Verlauf eines Ventilhubs 47a eines Auslassventils 49a dargestellt. Die Auslassventile 49a–56a sind mit Abschaltgliedern ausgestattet und daher abschaltbar. Die Einheit 10a schaltet die Auslassventile 49a–56a immer dann selbsttätig ab, wenn die Zylinderlast und damit der Ventilhub 32a, 33a der Einlassventile des entsprechenden Zylinders 12a–19a null ist.
Der untere Wertebereich 26a ist nach oben durch einen Schwellenwert 34a begrenzt. Liegt das Lastanforderungssignal 25a im unteren Wertebereich 26a, setzt die Einheit 10a den Ventilhub 32a und damit den Drehmomentbeitrag 23a der zweiten Gruppe von Zylindern 16a–19a auf null und bestimmt den Drehmomentbeitrag 22a der ersten Gruppe von Zylindern 12a–15a gemäß des Lastanforderungssignals 25a, so dass das Gesamtdrehmoment 24a der Brennkraftmaschine 11a von der ersten Gruppe von Zylindern 12a–15a allein erzeugt wird. Gleichzeitig schließt die Einheit 10a die Auslassventile der zweiten Gruppe von Zylindern 16a–19a, um unnötige Gaswechselarbeit zu vermeiden. In der zweiten Gruppe von Zylindern 16a–19a wird Luft adiabatisch komprimiert und de komprimiert.
Der mittlere Wertebereich 27a ist nach unten durch den Schwellenwert 34a und nach oben durch einen weiteren Schwellenwert 35a begrenzt. Liegt das Lastanforderungssignal 25a im mittleren Wertebereich 27a, setzt die Einheit 10a den Drehmomentbeitrag 22a der ersten Gruppe von Zylindern 12a–15a auf den Wert des Schwellenwerts 34a, so dass die erste Gruppe von Zylindern 12a–15a einen konstanten, im Übrigen vom Lastanforderungssignal 25a unabhängigen Drehmomentbeitrag 22a leistet. Der Ventilhub 32a' dieser Gruppe bleibt dann konstant auf der Hubkurve. Ferner bildet die Einheit 10a eine Differenz zwischen einem durch das Leistungsanforderungssignal 25a bestimmten Sollwert des Gesamtdrehmoments 24a der Brennkraftmaschine 11a und dem Drehmomentbeitrag 22a der ersten Gruppe von Zylindern 12a–15a und bestimmt den Drehmomentbeitrag 23a der zweiten Gruppe von Zylindern 16a–19a gemäß dieser Differenz. Der Ventilhub 33a' dieser Gruppe liegt dann unterhalb der Kurve 32a. Die Drehmomentbeiträge 22a, 23a haben daher im mittleren Wertebereich 27a einen unterschiedlichen, nicht verschwindenden Wert.
Ist der auf diese Weise bestimmte Drehmomentbeitrag 23a der zweiten Gruppe von Zylindern 16a–19a kleiner als ein Minimalmoment, stellt die Einheit 10a den Ventilhub 33a auf einen dem Minimalmoment entsprechenden Wert ein und verringert den Drehmomentbeitrag 23a über ein Zündzeitpunktverstellglied 31a durch eine Verzögerung der Zündzeitpunkte in Richtung spät der zweiten Gruppe von Zylindern 16a–19a.
Der obere Wertebereich 30a ist nach unten durch den Schwellenwert 35a und nach oben durch ein Maximaldrehmoment 28 der Brennkraftmaschine 11a begrenzt. Liegt das Lastanforderungssignal 25a im oberen Wertebereich 30a, setzt die Einheit 10a die Drehmomentbeiträge 22a, 23a der Zylinder 12a–19a auf den gleichen Wert, und zwar jeweils auf die Hälfte des über das Lastanforderungssignal 25a bestimmten Gesamtdrehmoments 24a.
Die Schwellenwerte 34a, 35a sind verbrauchsoptimal bestimmt. In 3 zeigt eine Linie 36a den Verbrauch der Brennkraftmaschine 11a im Teilmotorbetrieb, d.h. bei abgeschalteten Zylindern 16a–19a. Der Schwellenwert 34a stellt ein Verbrauchsminimum dar. Bei einer Lasterhöhung im Teilmotorbetrieb über den Schwellenwert 34a hinaus neigt die Verbrennung vermehrt zum Klopfen, wodurch der Verbrauch ansteigt. Unterhalb des Schwellenwerts 34a fallen Motorreibung und Ladungswechselarbeit mehr und mehr ins Gewicht, so dass sich auch bei geringeren Motormomenten der Verbrauch erhöht. Der zweite Schwellenwert 35a ist etwa doppelt so groß wie der erste Schwellenwert 34a und liegt im Bereich eines Minimums eines durch eine Linie 37a dargestellten Verbrauchs der Brennkraftmaschine 11a im Vollmotorbetrieb.
Zum Bestimmen der Schwellenwerte 34a, 35a liest die Einheit 10a aus der Speichereinheit 29a das in Form einer Kennlinie gespeicherte Maximaldrehmoment 28a der Brennkraftmaschine 11a und einen Prozentwert aus. Durch Multiplikation des drehzahlabhängigen Maximaldrehmoments 28a mit dem Prozentwert ermittelt die Einheit 10a den Schwellenwert 34a und durch ein Verdoppeln des Schwellenwerts 34a den Schwellenwert 35a. Die Schwellenwerte 34a, 35a weisen dadurch ebenfalls eine Drehzahlabhängigkeit auf. Im vorliegenden Beispiel beträgt der Prozentwert etwa 30%. Eine gestrichelte Linie 46a stellt den Verbrauch der Brennkraftmaschine 11a im mittleren Wertebe reich 27a dar, der leicht unterhalb des Verbrauchs im Vollmotorbetrieb liegt.
4 zeigt einen exemplarischen zeitlichen Verlauf des Lastanforderungssignals 25a, des Drehmomentbeitrags 22a und des Drehmomentbeitrags 23a. Das Gesamtdrehmoment 24a folgt dem Lastanforderungssignal 25a mit einer leichten, in der Darstellung nicht erkennbaren Verzögerung, so dass auch das Gesamtdrehmoment 24a und das Lastanforderungssignal 25a im gleichen Graphen dargestellt sind.
Zunächst verläuft das Lastanforderungssignal 25a im unteren Wertebereich 26a, so dass das Gesamtdrehmoment 24a durch den Drehmomentbeitrag 22a erzeugt wird, während die Einheit 10a den Drehmomentbeitrag 23a auf null setzt. In einem Zeitpunkt t₁ überschreitet das Lastanforderungssignal 25a den Schwellenwert 34a und die Einheit 10a hält den Drehmomentbeitrag 22a auf einem konstanten Wert, während der Drehmomentbeitrag 23a gemäß der Differenz zwischen dem angeforderten Gesamtdrehmoment 24a und dem Drehmomentbeitrag 22a bestimmt ist. In einem Zeitpunkt t₂ überschreitet das Leistungsanforderungssignal 25a den Schwellenwert 35a und die Einheit 10a stellt die Drehmomentbeiträge 22a, 23a jeweils auf den gleichen Wert ein, der jeweils eine Hälfte des Gesamtdrehmoments 24a bildet. In einem Zeitpunkt t₃ hat das Lastanforderungssignal 25a das Maximaldrehmoment 28a der Brennkraftmaschine 11a erreicht. In einem Zeitpunkt t₄ reduziert ein Fahrer des Kraftfahrzeugs durch eine Verringerung des Fahrpedalwinkels das Lastanforderungssignal 25a. In einem Zeitpunkt t₅ unterschreitet das Lastanforderungssignal 25a den Schwellenwert 35a. Die Einheit 10a vertauscht bei jedem Übergang zwischen dem oberen Wertebereich 30a und dem mittleren Wertebereich 27a intern die Gruppe von Zylindern 12a–15a mit der Gruppe von Zylindern 16a–19a, so dass im folgenden Zeitabschnitt bis zu einem Zeitpunkt t₆ der Drehmomentbeitrag 23a der zwei ten Gruppe von Zylindern 16a–19a konstant gehalten wird und der Drehmomentbeitrag 22a zum Erreichen des angeforderten Gesamtdrehmoments 24a von der Einheit 10a variiert wird. Im Zeitpunkt t₆ hat der Drehmomentbeitrag 22a einen Minimalwert erreicht und der Ventilhub 32q der Einlassventile wird auf 0 gestellt bzw. die Auslassventile abgeschaltet. Der Wert des Lastanforderungssignals 25a tritt in den unteren Wertebereich 26a ein, bis er in einem Zeitpunkt t₇ den Schwellenwert 34a wieder erreicht.
5 zeigt eine alternative Brennkraftmaschine 11b mit acht Zylindern 12b–19b, die jeweils eine separate, unmittelbar vor den Einlassventilen angeordnete Drosselklappe 38b–45b aufweisen. Analoge Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, wobei zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele die Buchstaben a und b hinzugefügt sind. In der Beschreibung soll im Wesentlichen auf Unterschiede zu dem in den 1–4 dargestellten Ausführungsbeispiel verwiesen werden, wobei im Hinblick auf gleichbleibende Merkmale auf die Beschreibung zu den 1–4 verwiesen wird.
Die Brennkraftmaschine 11b umfasst Stellglieder 20b, 21b zum Verstellen der Winkel der Drosselklappen 38b–41b, die einer ersten Gruppe von Zylindern 12b–15b zugeordnet sind, und der Winkel der Drosselklappen 42b–45b, die einer zweiten Gruppe von Zylindern 16b–19b zugeordnet sind. Durch den Drosselklappenwinkel steuert die Einheit 10b die während des Ansaugtakts in den jeweiligen Zylinder 12a–19b eingelassene Luft-Kraftstoffgemischmenge und bestimmt auf diese Art die Drehmomentbeiträge 22b, 23b der beiden Gruppen von Zylindern 12b–19b. Der Ventilhub der Einlassventile der Zylinder 12b–19b bleibt dabei unverändert.
Erreicht die Lastanforderung an eine Gruppe von Zylindern 12b–19b einen minimalen, in der Speichereinheit 29 gespeicher ten Wert, werden Ventilabschalteinheiten auf Einlassventilen 57b–64b und Auslassventilen 49b–56b der Brennkraftmaschine 11b aktiviert.

Claims

Vorrichtung mit einer Einheit (10) zum Betätigen einer Brennkraftmaschine (11) mit zumindest einem ersten Zylinder (12–15), zumindest einem zweiten Zylinder (16–19) und mit zumindest zwei Stellgliedern (20, 21) zum Einstellen von Drehmomentbeiträgen (22, 23) des ersten Zylinders (12–15) und des zweiten Zylinders (16–19) zu einem Gesamtdrehmoment (24) der Brennkraftmaschine (11) abhängig von wenigstens einem Lastanforderungssignal (25), dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (10) dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Wertebereich (27) des Lastanforderungssignals (25) den Drehmomentbeitrag (22) des ersten Zylinders (12–15) und den Drehmomentbeitrag (23) des zweiten Zylinders (16–19) auf unterschiedliche, von null verschiedene Werte einzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (10) dazu vorgesehen ist, zumindest in einer Betriebsphase den Drehmomentbeitrag (22) des ersten Zylinders (12–15) innerhalb des Wertebereichs (27) unabhängig vom Lastanforderungssignal (25) konstant zu halten.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wertebereich (26, 27) durch einen verbrauchsoptimalen Wert des Drehmomentbeitrags (22) des ersten Zylinders (12–15) begrenzt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wertebereich (26, 27) durch vorgegebene prozentuale Anteile des Drehmomentbeitrags (22, 23) an einem Maximaldrehmoment (28) der Brennkraftmaschine (11) begrenzt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Speichereinheit (29) zum Speichern von wenigstens einer Kenngröße zum Begrenzen des Wertebereichs (26, 27).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (10) dazu vorgesehen ist, in zumindest einem weiteren Wertebereich (30) des Lastanforderungssignals (25) den Drehmomentbeitrag (22) des ersten Zylinders (12–15) und den Drehmomentbeitrag (23) des zweiten Zylinders (16–19) auf den gleichen Wert einzustellen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (10) dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Wertebereich (26) des Lastanforderungssignals (25) den Drehmomentbeitrag (22) zweiten Zylinders (16–19) auf null zu setzen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (10) dazu vorgesehen ist, Drehmomentbeiträge (22, 23) von Zylindern (12–15) einer ersten Gruppe von Zylindern (12–15), die den ersten Zylinder (12–15) umfasst, auf einen ersten Wert einzustellen und Drehmomentbeiträge (23) von Zylindern (16–19) aus einer zweiten Gruppe von Zylindern (16–19) auf einen zweiten Wert einzustellen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (10) dazu vorgesehen ist, zumindest zwei Gruppen von Zylindern (12–19) bei aufeinander folgenden Abschaltvorgängen im Wechsel abzuschalten.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Zündzeitpunktverstellglied (31), das zumindest in einer Betriebsphase zum Erreichen wenigstens eines Drehmomentbeitrags (22, 23) durch die Einheit (10) betätigbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellglieder (20b, 21b) zum Betätigen von Drosselklappen (38b–45b) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Drosselklappen (38b–45b) einem Zylinder (12b–19b) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellglieder (20a, 21a) zum Verstellen eines Ventilhubs (32a, 33a) eines Einlassventils vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch abschaltbare Auslassventile (49–56).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch abschaltbare Einlassventile (57b–63b).
Verfahren zum Betätigen einer Brennkraftmaschine (11) mit zumindest einem ersten Zylinder (12–15), einem zweiten Zylinder (16–19) und mit zumindest zwei Stellgliedern (20, 21) zum Einstellen von Drehmomentbeiträgen (22, 23) des ersten Zylinders (12–15) und des zweiten Zylinders (16–19) zu einem Gesamtdrehmoment (24) der Brennkraftmaschine (11) abhängig von wenigstens einem Lastanforderungssignal (25), dadurch gekennzeichnet, dass wenn das Lastanforderungssignal (25) in einen vorbestimmten Wertebereich (27) fällt, der Drehmomentbeitrag (22) des ersten Zylinders (12–15) auf einen festen, vom Wert des Lastanforderungssignals (25) im Übrigen unabhängigen Wert eingestellt wird, während der Drehmomentbeitrag (23) des zweiten Zylinders (16–19) durch eine Differenz zwischen der Summe der Drehmomentbeiträge (22) einer den ersten Zylinder (12–15) umfassenden Gruppe von Zylindern (12–15) und einem Sollwert für das Gesamtdrehmoment (24) bestimmt ist.