Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem elektrifizierten Hybrid- Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor und Elektromotor (Traktions- Elektromaschine) als Antriebsmotoren.

Im Betrieb eines Verbrennungsmotors werden in bestimmten Betriebsphasen einzelne oder alle Zylinder des Verbrennungsmotors partiell ausgeblendet, zum Beispiel beim Gangwechsel oder im Schubbetrieb. Unter Ausblendung versteht man eine kurzzeitige Rücknahme von Zündung und Einspritzung.

Während der Ausblendung wird normalerweise Sauerstoff beziehungsweise Frischluft durch den Verbrennungsmotor gepumpt und der Katalysator wird mit Sauerstoff „vergiftet“. Um die Katalysatorfunktion zu gewährleisten, muss beim Wiedereinsetzen des Verbrennungsmotors im Anschluss an die Ausblendung zunächst ein fettes Kraftstoffgemisch eingestellt werden.

Der fette Betrieb führt jedoch zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch. Zudem kommt es durch das Pumpen von Luft während der Schubphase durch den Verbrennungsmotor zu einem hohen Schleppmoment. Das erhöhte Schleppmoment wirkt sich auch negativ auf die Energieeffizienz aus.

Beispielsweise aus der DE 10 2019 115 761 B3 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors bekannt, wobei die Zylinder des Verbrennungsmotors für mindestens einen Arbeitszyklus ausgeblendet werden und in einem weiteren Verfahrensschritt mindestens ein den ausgeblendeten Zylindern jeweils zugeordnetes Auslassventil für mindestens einen Auslasstakt, der unmittelbar vor, während und/oder nach dem Ausblenden des Zylinders stattfindet, geschlossen gehalten wird.

Gemäß der DE 102019 115 761 B3 wird bevorzugt während der Ausblendung Frischgas eingeschlossen. Am Ende der Ausblendung kann zu der eingeschlossenen Frischluft ein Kraftstoffgemisch eingespritzt und gezündet werden, um eine „Vergiftung“ des Katalysators zu verhindern. Danach kann der konventionelle verbrennungsmotorische Betrieb fortgesetzt werden. Hierbei ist jedoch der Übergang von der Ausblendung zum konventionellen Betrieb mit Verbrennung problematisch, da insbesondere das eingeschlossene Gas im Hinblick auf seine genaue Zusammensetzung nicht bekannt ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung zum kraftstoffarmen Betrieb eines Verbrennungsmotors mit schließbaren Auslassventilen hinsichtlich einer Komforterhöhung und einer Schadstoffreduzierung weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.

Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde:

Bei Ottomotoren wird zunehmend zur Steuerung der Auslassventile die Technologie der Auslassschaltschlepphebel („ASSH“; zweistufig schaltbares Auslassventil: offen, geschlossen) eingeführt. Die Steuerung der verstellbaren Auslassschaltschlepphebel sollen durch die Erfindung im Hinblick auf vorteilhaftere Übergangszustände und Übergangsfunktionen weiter verbessert werden. Wird der Übergang vom Geschlossenzustand (sogenannter „ASSH- Betrieb“) der Auslassschaltschlepphebel zum erneuten Öffnen („Verlassen des ASSH-Betriebs“) unkoordiniert durchgeführt, kann es zu Rucken im Fahrverhalten durch unkontrollierte Verbrennung kommen.

Wenn das Auslassventil beispielsweise ab dem letzten Auslasstakt vor der

Ausblendung geschlossen gehalten wird, wird das nach der Zündung in einem Brennraum des Verbrennungsmotors verbleibende Restgas, das im normalen Verbrennungsbetrieb normalerweise aus dem Brennraum ausgeschoben wird, im Brennraum eingeschlossen.

Wenn das Auslassventil erst nach dem Beginn der Ausblendung geschlossen gehalten wird, wird statt Restgas Frischluft im Brennraum eingeschlossen.

Für den Fall, dass die Ausblendung mehrere Zyklen andauert, wird entsprechend das Auslassventil für die gesamte Dauer der Ausblendung geschlossen gehalten.

In der Regel wird bei einer Ausblendung im Verbrennungsmotor nicht nur ein Zylinder ausgeblendet, sondern alle vorhandenen Zylinder, wobei die Ausblendung mehrerer Zylinder aufgrund der unterschiedlichen Taktung leicht zeitversetzt erfolgt.

Sobald der Verbrennungsmotor bereit für die Ausblendung ist, werden die Zündung und die Einspritzung zyklusgetreu abgeschaltet.

Vorzugsweise werden sowohl ein dem ausgeblendeten Zylinder zugeordnetes Einlassventil als auch das Auslassventil unmittelbar vor, während und/oder nach dem Ausblenden des Zylinders für mindestens einen Takt geschlossen gehalten. Somit kann Frischluft weder angesaugt noch ausgeschoben werden, wodurch ein Spülen des Katalysators mit Frischluft, was auch als Vergiftung bezeichnet wird, besonders zuverlässig vermieden wird.

Das Einlassventil und das Auslassventil werden beispielsweise während desselben Arbeitszyklus geschlossen gehalten. Auf diese Weise bleibt der Brennraum für die Dauer der Ausblendung komplett geschlossen.

Während der Ausblendung kann das eingeschlossene Gas (insbesondere Restgas aus der letzten Verbrennung) wiederholt verdichtet werden. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass der Brennraum während der Ausblendung komplett geschlossen bleibt. Der ausgeblendete Zylinder wirkt dadurch wie eine Gasfeder.

Ein Schaltschlepphebel ist ein Hebel, der mittels eines zweistufigen Aktuators in einen Betätigungszustand oder in einen Deaktivierungszustand gebracht werden kann. Im Betätigungszustand kann der Schaltschlepphebel in Zusammenwirkung mit einer Nockenwelle em zugeordnetes Ventil betätigen. Im Deaktivierungszustand kann der Schaltschlepphebel unabhängig von einer Stellung der Nockenwelle das Ventil nicht betätigen, das heißt, wenn der Schaltschlepphebel deaktiviert ist, bleibt das Ventil geschlossen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist anwendbar bei konventionellen Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor, insbesondere in einem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors, sowie bei Hybridfahrzeugen, die zusätzlich zum Verbrennungsmotor einen Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs aufweisen.

Auf einer Einlassseite kann der Verbrennungsmotor einen Ventiltrieb umfassen, der kontinuierlich verstellbar ist. Dadurch ist es möglich, einen Hub des Einlassventils kontinuierlich zu reduzieren und so eine Ausblendung eines Zylinders vorzubereiten. Darüber hinaus kann dadurch ein Motorschleppmoment gering gehalten werden. Insbesondere wird das Motorschleppmoment auch durch die Abschaltung des Auslassventils reduziert. Durch die Reduktion des Ventilhubs auf der Einlassseite kann das Schleppmoment noch weiter reduziert werden. Zudem kann nach der Ausblendung ein schnelles Wiedereinsetzen in den konventionellen verbrennungsmotorischen Betrieb erreicht werden.

Erfindungsgemäß wird die grundsätzlich bekannte Betriebsstrategie zum bedarfsweisen Geschlossenhalten der Auslassventile, insbesondere mittels eines Auslassschaltschlepphebels, folgendermaßen weitergebildet:

Während der Ausblendung wird das Restgas der letzten Verbrennung vor der Ausblendung durch frühzeitiges Schließen des Auslassventils bzw. aller Auslassventile eines Zylinders eingeschlossen. Unmittelbar nach dem Schließen des Auslassventils bzw. der Auslassventile wird auch das Einlassventil bzw. werden alle Einlassventile eines Zylinders geschlossen, um möglichst wenig Frischluft einzusaugen und einzuschließen.

Das im Zylinder während der Ausblendung eingeschlossene Medium in Form von Restgas hat jedoch beispielsweise abhängig von thermodynamischen Störungen eine unbekannte Zusammensetzung. Dieses Medium kann zumindest einen geringen Anteil von Frischluft enthalten, wobei das Verhältnis von Restgas zu Frischluft sowohl unbekannt sein kann als auch variieren kann. Ein Einspritzen und Zünden vor dem erneuten Öffnen des Auslassventils nach der Ausblendung kann somit zu unvorhersehbaren Momentenstößen („Rucken“) kommen.

Daher wird erfindungsgemäß zumindest beim ersten Zylinder nach dem Ausblenden und dem Auslassventilschließen zuerst das Auslassventil bei geschlossenem Einlassventil geöffnet, das eingeschlossene Medium vollständig ausgestoßen und danach das Einlassventil für ein Einsaugen einer definierten (bekannten) Frischluftmenge wieder geöffnet, um anschließend mit einer definierten ordnungsgemäßen Einspritzung und Verbrennung fortzufahren.

Hierbei kann nur ein geringer Anteil von unerwünschter Frischluft im eingeschlossenen Restgas enthalten sein, die den Katalysator aber geringer negativ beeinflusst als eine fehlerhafte Verbrennung aufgrund der unbekannten Zusammensetzung des Restgases bzw. des zuvor eingeschlossenen Mediums.

Bereits mit dem nächsten Zyklus kann aber hierdurch wieder eine definierte optimale Verbrennung gemäß einer Soll-Drehmoment-Anforderung sichergestellt werden.

Durch die Ausblendung mit Einschließen des Restgases entsteht ein negativer Drehmomentverlauf, der vorzugsweise bei Anwendung in einem Hybridfahrzeug durch den Elektromotor kompensiert wird. Zyklische Drehungleichförmigkeiten beim Ausblendungs-Einstieg und/oder -Ausstieg können grundsätzlich durch den Elektromotor kompensiert werden.

Vom Ende der Ausblendung wird beispielsweise zunächst in die befeuerte Schubabschaltung übergegangen, in der zumindest die kleinste zündfähige Frischluftmenge eingelassen wird. Hierdurch steigt das reduzierte Drehmoment wieder an. Die Differenz zum angeforderten Soll-Moment wird in der Übergangsphase ebenfalls durch den Elektromotor kompensiert.

Erfindungsgemäß wird also das in der Ausblendung eingeschlossene Medium zunächst ausgeschoben, bevor der Einlassventilhub zeitsynchron öffnet. D.h. der erste Zylinder, der das erneute Öffnen des Auslassventils erreicht, erhält eine definierte Füllung und Einspritzung zur gewünschten Verbrennung. Der Steller des Auslassventils in Form eines Schaltschlepphebels arbeitet zyklusbasiert, der Steller des Einlassventils in Form eines (voll) variablen Ventiltriebs arbeitet zeitbasiert für alle Zylinder. Falls das Einlassventil zu früh öffnet, erhalten die Zylinder mit noch nicht ausgespültem Medium eine Frischluftfüllung, was zu ungewolltem Sauerstoff-Eintrag in das Katalysator- System führt. Für einen schnellen Übergang in die Teillast können die Auslassventile und die Einlassventile zeitsynchron angesteuert, wodurch es Zylinder mit einer Frischluftmenge geben kann, die noch nicht ausgeschoben sind. In diese kann dennoch eingespritzt werden, um ein Verbrennungsmoment zu erreichen, bevor der Ausspülvorgang abgeschlossen ist. Hierdurch könnte ein schnellerer Momentenaufbau erreicht werden. Ein Ausschieben des Restgases bzw. des eingeschlossenen Mediums ohne Einspritzung und Zündung kann also auf den ersten Zylinder nach der Ausblendung beschränkt sein.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 die wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung und

Fig. 2 eine Darstellung der sich durch die Erfindung ergebenden Drehmomentverläufe beim Übergang von der Ausblendung in die geregelte Verbrennung, beispielsweise zumindest in die befeuerte Schubabschaltung.

Figur 1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor 1 , z. B. Ottomotor, mit mehreren Zylindern, wobei hier stellvertretend nur ein Zylinder 2 dargestellt ist. Ein Zylinder 2 besteht bekanntlich aus einem Zylinderkopf 3 und einem im Zylinder beweglich gelagerten Kolben 4. Im Zylinderkopf 3 sind Ventilsitze für mindestens ein Einlassventil 5 und für mindestens ein Auslassventil 6 sowie eine Zündkerze 7 angeordnet.

Die allgemeine Funktionsweise von Verbrennungsmotoren ist aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt, daher soll an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen werden. Des Weiteren ist bekannt, dass im Betrieb eines Verbrennungsmotors in bestimmten Betriebsphasen einzelne oder alle Zylinder des Verbrennungsmotors partiell ausgeblendet werden können, zum Beispiel beim Gangwechsel.

Um ein Spülen eines Katalysators mit Frischluft zu vermeiden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass alle dem ausgeblendeten Zylinder 2 zugeordneten Auslassventile 6 unmittelbar nach der letzten Verbrennung vor einem Ausblenden geschlossen gehalten wird.

Zu diesem Zweck weist der Verbrennungsmotor 1 auf einer Auslassseite einen Ventiltrieb 8 auf, der mindestens zweistufig variabel ist, um die Auslassventile 6 des Verbrennungsmotors 1 zu öffnen und zu schließen.

Beispielsweise umfasst der Ventiltrieb 8 auf der Auslassseite beispielsweise ein Stufensystem, das insbesondere ein Ventil mit einem schaltbaren Hydraulikventilausgleich, eine Nockenwelle mit Schiebenocken und/oder einen Schaltschlepphebel aufweist.

Bei Bedarf kann der Ventiltrieb 8 derart geschaltet werden, dass das Auslassventil 6 zyklusunabhängig geschlossen bleibt. Der Ventiltrieb 9 auf einer Einlassseite kann kontinuierlich verstellbar sein. Die Ventiltriebe 8 und 9 sind in Fig. 1 der Einfachheit halber lediglich schematisch dargestellt.

Um die Ventiltriebe 8 und 9 erfindungsgemäß und bedarfsgerecht zu steuern, ist eine entsprechend programmierte elektronische Steuereinheit 10 vorgesehen.

Nachfolgend werden anhand von Fig. 2 weitere Implementierungsdetails der Erfindung beschrieben, wobei auf der x-Achse die Zeit t und auf der y-Achse das Drehmoment M dargestellt ist.

Ein Arbeitszyklus eines Verbrennungsmotors 1 besteht üblicherweise aus einem Einlasstakt, in dem Frischluft angesaugt wird, einem Verdichtungstakt, in dem die angesaugte Frischluft verdichtet und ein Kraftstoffgemisch in den Brennraum des Verbrennungsmotors 1 eingespritzt wird, einem Arbeitstakt, in dem das verdichtete Gemisch gezündet wird und einem Auslasstakt, in dem das verbrannte Gas aus dem Brennraum über das Auslassventil 6 ausgeschoben wird. Eine Ausblendung findet beispielsweise während eines Schubbetriebs beziehungsweise während eines Schleppbetriebs statt.

Als Schubbetrieb wird bei einem motorisierten Fahrzeug ein Fahrzustand bezeichnet, in dem bei nicht getrenntem Kraftschluss, das heißt bei nicht geöffneter Kupplung, der Verbrennungsmotor 1 durch die Fahrzeugmasse in Bewegung gehalten wird. Dieser Fahrzustand ist beispielsweise bei einer Bergabfahrt gegeben. Bei Hybridfahrzeugen kann außerdem die E-Maschine in bestimmten Lastzuständen den Verbrennungsmotor mitschleppen.

Das Auslassventil 8 wird während des Auslasstakts, der unmittelbar vor der Ausblendung stattfindet, das heißt nach der letzten stattfindenden Zündung vor der Ausblendung, geschlossen gehalten. Das Einlassventil 9 wird während des Einlasstakts, der unmittelbar vor der Ausblendung stattfindet, ebenfalls geschlossen gehalten. Das Restgas, das im konventionellen Betrieb über das Auslassventil 8 ausgeschoben wird, wird somit im Zylinder 2 eingeschlossen.

Während des letzten Auslasstakts, bevor die Zündung wieder einsetzt, wird das Auslassventil 8 zyklusgetreu geöffnet, sodass das eingeschlossene Restgas ohne Verbrennung (also ohne Einspritzung und Zündung) ausgeschoben beziehungsweise ausgespült wird. Anschließend wird das Einlassventil 9 geöffnet und Frischluft angesaugt. Danach wird der Betrieb des Verbrennungsmotors 1 fortgesetzt, das heißt, die Einspritzung und Zündung werden zyklusgetreu aktiviert.

In Fig. 1 ist zusätzlich zum Verbrennungsmotor 1 als weiterer Antriebsmotor eine Traktions-Elektromaschine 11 vorgesehen. Unkomfortable Drehmoment- Einbrüche des Verbrennungsmotors 1 werden durch das überlagernde Drehmoment M der Traktions-Elektromaschine 11 kompensiert.

Fig. 2 veranschaulicht den Übergang nach der Ausblendung zurück in den konventionellen verbrennungsmotorischen Betrieb, insbesondere auch mit kompensatorischem Drehmomenteingriff der T raktions-Elektromaschine 11.

In Fig. 2 sind schematisch folgende Drehmoment-Niveaus dargestellt:

M1:= maximales Drehmoment im befeuerten Schubbetrieb

M2:= aktuelles Drehmoment vor Ausblendung und Auslassventilschließen M3:= minimales Drehmoment im unbefeuerten Schubbetrieb

Punktiert ist der Drehmomentverlauf M_V des Verbrennungsmotors 1 dargestellt, der bis zum Zeitpunkt t1 eine Zylinderausblendung mit Auslassventilschließen zum Einschließen des Restgases erfährt, der zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 ein Ausschieben des Restgases ohne Einspritzung und Zündung erfährt und der zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 gemäß vorgegebenem Gradienten wieder auf das Soll-Drehmoment, hier MI , hochgeregelt wird.

Der V-förmige Drehmoment-Einbruch des Drehmomentverlaufs M_V des Verbrennungsmotors 1 wird durch das überlagernde Drehmoment M_E der Traktions-Elektromaschine 11 kompensiert:

1. Das Soll-Drehmoment M_E der Elektromaschine 11 ist vor dem Zeitpunkt t1 und nach dem Zeitpunkt t3 in diesem Ausführungsbeispiel Null (0 [Nm]). Anstelle eines Soll-Drehmoments M_E von Null für die Elektromaschine 11 kann grundsätzlich jeder beliebige Betriebspunkt im Zug- oder Schubbetrieb als Soll-Drehmoment M_E vorgegeben werden, von dem aus das Kompensationsmoment aufgeprägt wird.

2. Zum Zeitpunkt t2 muss die Elektromaschine 11 mit ihrem Drehmoment M_E das erhöhte Schleppmoment M_V des Verbrennungsmotors 1 und den veränderten Fahrerwunsch M_soll stellen.

3. Ab dem Zeitpunkt t3 wird der Fahrerwunsch M_soll wieder rein durch das Drehmoment M_V des Verbrennungsmotors 1 gestellt.

Strichpunktiert ist der Soll-Drehmomentverlauf M_soll dargestellt, der beispielsweise durch eine Fahrervorgabe (z.B. Wechsel von getretener Bremse auf das Fahrpedal) initiiert werden kann, der ohne die Erfindung zu einem unkomfortablen Ruck führen würde.

Im Folgenden wird das Szenario des Verlassens des „ASSH-Betriebs“ noch genauer beschrieben: Erfindungsgemäß soll also das unbekannte Gas-Gemisch im Zylinder vorzugsweise nicht gezündet werden und zunächst ausgeschoben werden. Dies führt zu einer erhöhten Motorreibung. Anschließend wird vorzugsweise zumindest der erste Zylinder mit minimaler Luftmenge gefüllt und mit schlechtestem Wirkungsgrad gezündet. Ausgehend davon wird die Verbrennung derart langsam hin zu einer optimalen Verbrennung geführt, dass damit der Drehmomentaufbau zwischen dem Zeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt t3 mit einer vorgegebenen flachen Rampe R erreichbar ist. Ziel dieser flachen Rampe R ist es, eine möglichst gute Kompensation durch die E-Maschine 11 zu ermöglichen; denn ein steiler oder unkontrollierter Gradient kann nicht gut durch die E-Maschine 11 kompensiert werden.

In analoger Weise kann auch der Übergang aus dem „normalen Betrieb“ in den ASSH-Betrieb gesteuert werden.