DE102013208697A1

DE102013208697A1 - Verfahren zum Betreiben eines Benzinmotors mit vollständig offener Drosselklappe und Benzinmotor

Info

Publication number: DE102013208697A1
Application number: DE102013208697.0A
Authority: DE
Inventors: Matthias WETTIG; Markus HERBORD; Simon Weissenmayer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-05-13
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2014-11-13
Also published as: US20140331966A1; CN104153900A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Benzinmotors (10) mit wenigstens einer eine Verbrennungsluftzufuhr für wenigstens zwei Zylinder (11, 12, 13, 21, 22, 23) steuernden Drosselklappe (15, 25), wobei die wenigstens eine Drosselklappe (15, 25) vollständig geöffnet wird und wobei eine Ausgangsleistung des Benzinmotors (10) durch Abschalten wenigstens eines der wenigstens zwei Zylinder (11, 12, 13, 21, 22, 23) gesteuert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Benzinmotors mit wenigstens einer eine Verbrennungsluftzufuhr für wenigstens zwei Zylinder steuernden Drosselklappe sowie einen Benzinmotor.
Stand der Technik
Bei Benzinmotoren kann vorgesehen sein, die Drosselklappe bei einer elektrischen oder mechanischen Fehlfunktion in eine Grundstellung für einen Notbetrieb zu bringen. Eine solche Grundstellung kann sich nach einem unteren Leistungsbedarf richten, welcher üblicherweise ausreicht, um ein von dem Benzinmotor betriebenes Fahrzeug fortbewegen zu können. Insbesondere für Hochverfügbarkeitsanwendungen, wie sie beispielsweise bei Wasser- und Luftfahrzeugen anzutreffen sind, ist diese Art des Notbetriebs ungeeignet. Beispielsweise existieren Marineanwendungen oder Fluganwendungen, bei denen eine Motorleistung über einer bestimmten Schwelle der Nennleistung sichergestellt sein muss.
Es ist daher wünschenswert, eine Möglichkeit für einen Notbetrieb anzugeben, der sich auch für Hochverfügbarkeitsanwendungen eignet.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben eines Benzinmotors mit wenigstens einer eine Verbrennungsluftzufuhr für wenigstens zwei Zylinder steuernden Drosselklappe sowie einen Benzinmotor mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung basiert auf der Maßnahme, eine die Verbrennungsluftzufuhr für wenigstens zwei Zylinder steuernde Drosselklappe, insbesondere bei einer Fehlfunktion dieser Drosselklappe, vollständig zu öffnen und eine Leistungsabgabe des Benzinmotors durch Abschalten wenigstens eines der wenigstens zwei Zylinder zu beeinflussen. Damit wird eine Möglichkeit geschaffen, die Leistungsabgabe eines Benzinmotors auch bei vollständig geöffneter Drosselklappe in einem gewissen Rahmen zu beeinflussen, wobei sich die Anzahl der Leistungsstufen aus der Anzahl der Zylinder ergibt.
Nur ein vollständiges Öffnen der Drosselklappe im Fehlerfall würde die gestellte Aufgabe nicht lösen, da der sich dann einstellende Betrieb mit ständiger Vollleistung nicht handhabbar ist. Dies führt zu einem vollständigen Verlust, die Ausgangsleistung zu modulieren (engl. Loss of Power Control, LOPC).
Durch ein vollständiges Öffnen der Drosselklappe werden die wenigstens zwei Zylinder mit der maximal möglichen Luftmenge versorgt, weshalb sie grundsätzlich nur die maximal mögliche Leistung oder keine Leistung abgeben können. Bei den meisten Betriebsarten muss nämlich die Benzinmenge an die aktuelle Luftmenge angepasst werden, um eine Verbrennung zu erzielen. In Abhängigkeit von der Leistungsanforderung durch einen Fahrzeugführer (z.B. Fahrer oder Pilot) können dann nur einzelne Zylinder befeuert werden und dadurch die Ausgangsleistung stufenweise angepasst werden.
Bei der Drosselklappe handelt es sich vorzugsweise um eine "normally open" bzw. stromlos geöffnete Drosselklappe. Ein vollständiges Öffnen der Drosselklappe bei einer Fehlfunktion, beispielsweise bei einem defekten Stellelement oder einem Signalfehler, kann beispielsweise durch eine Feder bewirkt werden, die die Drosselklappe in Richtung "Offen" zieht und gegen die das Stellelement wirkt. Solche Drosselklappen sind zwar für Dieselmotoren bekannt, werden jedoch für Benzinmotoren nicht eingesetzt.
Vorzugsweise wird abwechselnd der wenigstens eine Zylinder abgeschaltet. Dadurch kann die Mechanik des Benzinmotors geschont werden, da Zylinder abwechselnd befeuert werden (z.B. bekannte Strategie des Halbmotorbetriebs).
Weist der Benzinmotor mehr als eine Drosselklappe auf, z.B. bei mehreren Zylinderbänken, kann eine der mehreren Drosselklappen vollständig geöffnet werden, wobei wenigstens einer der von der vollständig geöffneten Drosselklappe mit Verbrennungsluft versorgten Zylinder abgeschaltet bzw. nicht befeuert wird. Eine andere der mehreren Drosselklappen wird auf herkömmliche Weise betrieben, um so die Ausgangsleistung des Benzinmotors an die Leistungsanforderung durch den Fahrzeugführer anzupassen. Diese Betriebsart kann bei Fehlfunktion einer Drosselklappe eingenommen werden, aber auch, um bei funktionierenden Drosselklappen dennoch eine in vollständig geöffnetem Zustand zu betreiben und dadurch Drosselverluste zu vermeiden. Dies wirkt sich positiv auf den Kraftstoffverbrauch und auf eine damit einhergehende Umweltbelastung aus. Diese Lösung könnte auch für Downsizing verwendet werden; bei entsprechender mechanischer Konstruktion des Motors könnten einzelne Zylinder abgeschaltet werden.
Bei einer fehlerhaften Drosselklappe wird die Bank mit der offenen Drosselklappe für die Grundleistung verwendet, die Bank mit der funktionierenden Drosselklappe für die Feinabstimmung. Bei funktionierenden Drosselklappen können, um Drosselverluste zu vermeiden, eine der Drosselklappen bewusst weiter oder vollständig geöffnet und im gleichen Zug einzelne Zylinder abgeschaltet werden.
Zum Abschalten von Zylindern kann die Kraftstoffzufuhr zu dem oder den abzuschaltenden Zylindern, beispielsweise einer gesamten Motorbank, unterbrochen werden. Bei der Reaktivierung des oder der Zylinder oder der gesamten Motorbank wird die Kraftstoffzufuhr wieder aufgenommen. Hierbei kann die sogenannte Motorbank-Einspritzausblendung (MBEA) eingesetzt werden, bei der nur die Einspritzung in den oder die zu deaktivierenden Zylinder unterbrochen (ausgeblendet), der Ventiltrieb selbst jedoch nicht abgeschaltet wird.
Die Erfindung eignet sich besonders für Anwendungsfälle, wie z.B. Flugmotoren, bei denen eine Mindestleistung und gleichzeitig eine Leitungsveränderung möglich sein müssen. Beispielsweise könnten bei einem Achtzylinder-Benzinmotor mit nur einer Drosselklappe bei einer Drosselklappenfehlfunktion die Zylinder so befeuert werden, dass die Leistung in Stufen von 12,5% eingestellt werden kann. Dies liegt beispielsweise unterhalb einer typischen LOPC-Schwelle von 15%. Die Softwarestrategie zur Ansteuerung der einzelnen Zylinder wird dadurch vereinfacht.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Benzinmotors, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Benzinmotor mit zwei Zylinderbänken mit jeweils einer Drosselklappe, der gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung betrieben werden kann.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1 ist ein beispielsweise als Flugmotor ausgebildeter Benzinmotor in Form einer stark schematisierten Teildarstellung gezeigt und insgesamt mit 10 bezeichnet. Der Flugmotor 10 kann mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben werden.
Der Flugmotor 10 weist zwei Zylinder- bzw. Motorbänke 1, 2 auf. In den Motorbänken 1, 2 sind jeweils Zylinder 11 bis 13 (Motorbank 1) bzw. 21 bis 23 (Motorbank 2) vorgesehen. Jeder Zylinderbank 1, 2 ist eine Saugrohranordnung 14 bzw. 24 zugeordnet, die zur Zuführung von Frischluft (Verbrennungsluft) eingerichtet ist. In der Saugrohranordnung 14 ist eine Drosselklappe 15, in der Saugrohranordnung 24 eine Drosselklappe 25 vorgesehen. Mittels der Drosselklappen 15 bzw. 25 ist der Frischluftstrom, mit dem die Motorbänke 1, 2 versorgt werden können, drosselbar. Mittels Einlassventilen 16 bzw. 27 kann Frischluft in die Zylinder 11 bis 13 (Motorbank 1) bzw. 21 bis 23 (Motorbank 2) eingelassen werden, über Auslassventile 17 bzw. 26 kann ein verbranntes Luft-Kraftstoff-Gemisch bzw. unverbrannte Frischluft (bei deaktivierten Zylindern) aus den Zylindern 11 bis 13 (Motorbank 1) bzw. 21 bis 23 (Motorbank 2) in entsprechende Abgaskrümmer 19 bzw. 29 ausgestoßen werden.
Die Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern 11 bis 13 (Motorbank 1) bzw. 21 bis 23 (Motorbank 2) kann über jeweils den Motorbänken 1 bis 2 zugeordnete Kraftstoffleitungen 18 bzw. 28 mit Injektoren bzw. Einspritzventilen erfolgen. Wie erläutert, umfasst das Verfahren während des Teilmotorbetriebs eine Einzelzylinder-Einspritzausblendung, so dass durch Unterbrechung der Einspritzung, d.h. der Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr zu bestimmten Zylindern, ein Kraftstoffeintrag in diese Zylinder unterbunden wird.
Eine Steuereinheit 30 ist vorgesehen, die über nicht dargestellte Signalleitungen mittels Steuersignalen 31 eine Stellung der Drosselklappen 15 bzw. 25 beeinflussen kann. Die Steuereinheit 30 ist zum erfindungsgemäßen Betreiben des Flugmotors 10 programmtechnisch eingerichtet.
Der Flugmotor 10 kann in einem Betriebsmodus betrieben werden, in dem eine der Drosselklappen, beispielsweise die Drosselklappe 15, vollständig geöffnet wird. Dieser Betriebsmodus kann insbesondere eingenommen werden, wenn die Drosselklappe 15 fehlerhaft und die Stellung der Drosselklappe nicht mehr regelbar ist. Dieser Betriebsmodus kann jedoch alternativ auch eingenommen werden, um Drosselverluste zu vermeiden. Zum vollständigen Öffnen der Drosselklappe 15 ist eine Feder vorgesehen, die die Drosselklappe 15 in die geöffnete Stellung vorspannt.
Ist die Drosselklappe 15 vollständig geöffnet, kann eine Beeinflussung der von der Motorbank 1 erzeugten Ausgangsleistung über Abschalten eines oder mehrerer der Zylinder 11, 12, 13 erfolgen. Auf diese Weise kann die Ausgangsleistung der Motorbank 1 in Schritten von (1/6)·100% der Gesamtausgangsleistung eingestellt werden. Bei vollständig geöffneter Drosselklappe 15 kann somit die Ausgangsleistung der Motorbank 1 schrittweise von (0/6)*100% bis (3/6)*100% der Gesamtausgangsleistung eingestellt werden.
Mittels eines herkömmlichen, geregelten Betriebs der Drosselklappe 25 kann die Ausgangsleistung der Motorbank 2 kontinuierlich von (0/6)·100% bis (3/6)·100% der Gesamtausgangsleistung eingestellt werden.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Benzinmotors (10) mit wenigstens einer eine Verbrennungsluftzufuhr für wenigstens zwei Zylinder (11, 12, 13, 21, 22, 23) steuernden Drosselklappe (15, 25), wobei die wenigstens eine Drosselklappe (15, 25) vollständig geöffnet wird und wobei eine Ausgangsleistung des Benzinmotors (10) durch Abschalten wenigstens eines der wenigstens zwei Zylinder (11, 12, 13, 21, 22, 23) gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Drosselklappe (15, 25) bei einer Fehlfunktion der Drosselklappe (15, 25) oder gezielt vollständig geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Benzinmotor (10) mit wenigstens einer ersten, eine Verbrennungsluftzufuhr für wenigstens einen ersten Zylinder (11, 12, 13) steuernden Drosselklappe (15) und mit wenigstens einer zweiten, eine Verbrennungsluftzufuhr für wenigstens einen zweiten Zylinder (21, 22, 23) steuernden Drosselklappe (25), wobei die wenigstens eine erste Drosselklappe (15) vollständig geöffnet wird und wobei eine Stellung der wenigstens einen zweiten Drosselklappe (25) variabel gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ausgangsleistung des Benzinmotors (10) in Abhängigkeit von einer Leistungsanforderung gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei abwechselnd wenigstens einer der wenigstens zwei Zylinder (11, 12, 13, 21, 22, 23) abgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine der wenigstens zwei Zylinder (11, 12, 13, 21, 22, 23) mittels Einspritzausblendung abgeschaltet wird.
Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die eine Recheneinheit veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen, wenn sie auf der Recheneinheit, insbesondere nach Anspruch 7, ausgeführt werden.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 8.
Benzinmotor (10) mit wenigstens einer eine Verbrennungsluftzufuhr für wenigstens zwei Zylinder (11, 12, 13, 21, 22, 23) steuernden Drosselklappe (15, 25), wobei der Benzinmotor (10) so eingerichtet ist, dass die wenigstens eine Drosselklappe (15, 25) bei einer Fehlfunktion derselben geöffnet ist.
Benzinmotor (10) nach Anspruch 10, wobei die wenigstens eine Drosselklappe (15, 25) als stromlos geöffnete Drosselklappe ausgebildet ist.
Benzinmotor (10) nach Anspruch 10 oder 11, mit einer Recheneinheit (30) nach Anspruch 7.
Boden-, Wasser- oder Luftfahrzeug mit einem Benzinmotor (10) nach Anspruch 10, 11 oder 12.