DE10260169B4 - Method for operating an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, mit mehreren Zylindern, wobei Kraftstoff in jeweilige Brennräume der Zylinder direkt eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Teillastbetrieb und homogenem Kraftstoff-Luft-Gemisch mit Lambda gleich 1 wenigstens für einen Zylinder die Kraftstoffeinspritzung abgeschaltet, die Ventilbetätigung für die abgeschalteten Zylinder beibehalten und gleichzeitig eine Androsselung der Brennkraftmaschine derart verringert wird, dass trotz Abschaltung der Kraftstoffeinspritzung für wenigstens einen Zylinder ein von der Brennkraftmaschine mit den verbleibenden, nicht abgeschalteten Zylindern, in die weiterhin Kraftstoff eingespritzt wird, erzeugtes Drehmoment konstant dem aktuell angeforderten Drehmoment entspricht, wobei ein von den abgeschalteten Zylindern aufgrund der Beibehaltung der Ventilbetätigung geförderter Frischluftstrom getrennt von einem aus den nicht abgeschalteten Zylindern ausgestoßenen Abgasstrom getrennt geführt und getrennten ersten Einheiten einer Abgasnachbehandlungseinrichtung zugeführt wird und dass die Zylinder der Brennkraftmaschine in einer Reihe angeordnet sind, wobei in der Zündfolge jeder zweite Zylinder abgeschaltet wird und dass ein aus den Zylindern 1 und 4 austretender Gasstrom...A method for operating an internal combustion engine with several cylinders, with fuel being injected directly into the respective combustion chambers of the cylinders, characterized in that, in the case of partial load operation and a homogeneous fuel-air mixture with lambda equal to 1, the fuel injection is switched off for at least one cylinder and the valve actuation for the deactivated cylinder and at the same time a throttling of the internal combustion engine is reduced in such a way that, despite the deactivation of the fuel injection for at least one cylinder, a torque generated by the internal combustion engine with the remaining cylinders that have not been deactivated and into which fuel continues to be injected constantly corresponds to the currently requested torque, wherein a fresh air flow conveyed by the deactivated cylinders due to the maintenance of the valve actuation is guided and separated separately from an exhaust gas flow ejected from the non-deactivated cylinders th first units is fed to an exhaust gas aftertreatment device and that the cylinders of the internal combustion engine are arranged in a row, with every second cylinder being switched off in the ignition sequence and that a gas flow emerging from cylinders 1 and 4 ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere Ottomotor, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit mehreren Zylindern, wobei Kraftstoff in jeweilige Brennräume der Zylinder direkt eingespritzt wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular gasoline engine, in particular of a motor vehicle, with a plurality of cylinders, wherein fuel is injected directly into respective combustion chambers of the cylinder, according to the preamble of claim 1.
Bei Otto-Motoren mit stöchiometrischer Verbrennung (Lambda = 1) wird eine Frischluftmenge für die Verbrennung an die aktuell benutzte Kraftstoffmenge angepasst. Das bedeutet, dass in einem Teillastbetrieb eine geringere Luftmenge gebraucht wird, als im Vollastbetrieb. Bei konventionellen Otto-Motoren ist dazu eine Drosselklappe in der Ansaugleitung vorgesehen, welche einen Saugrohrdruck soweit wie nötig absenkt, damit die gewünschte Frischluftmenge entsprechend dem momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Da der Motor im Teillastbetrieb während des Ansaugtaktes gegen einen Unterdruck ansaugen muss, ergeben sich in diesem Teillastbetrieb entsprechend große Ladungswechselverluste.In petrol engines with stoichiometric combustion (lambda = 1), an amount of fresh air for combustion is adapted to the currently used fuel quantity. This means that in a part-load operation, a smaller amount of air is needed than in full-load operation. In conventional gasoline engines to a throttle valve is provided in the intake manifold, which lowers an intake manifold as far as necessary, so that the desired amount of fresh air is supplied according to the current operating state of the internal combustion engine. Since the engine must suck in the partial load operation during the intake stroke against a negative pressure, resulting in this part-load operation correspondingly large gas exchange losses.
Für Mehrzylinder-Ottomotoren mit Saugrohreinspritzung ist es beispielsweise aus der
Typisch für einen indirekt einspritzenden Ottomotor ist die Bildung eines Wandfilms aus Kraftstoff im Bereich des Saugrohres zwischen Einspritzventil und Einlassventil. Bei Ausblendung der Einspritzung wird dieser Wandfilm noch eine gewisse Kraftstoffmenge abgeben. Diese Kraftstoffmenge, welche zu gering ist, um eine sichere Entflammung im Zylinder sicher zu steilen, darf nicht unverbrannt mit dem Abgas an die Umgebung abgegeben werden. Daher ist zwingend eine Stillegung der Ein- und Auslassventile erforderlich. Dadurch entsteht jedoch ein großer mechanischer Aufwand. Ein weiterer Nachteil dieser Abkopplung der Ein- und Auslassventile der abgeschalteten Zylinder besteht darin, dass diese abgeschalteten Zylinder eine andere, nämlich geringere Masse verdichten und expandieren, als die befeuerten Zylinder. Die eingeschlossene Luftmasse wird über Blow-By zusätzlich verringert. Dieses ungleiche Verhältnis der verdichteten Massen im Verdichtungshub von abgeschalteten und befeuerten Zylindern führt zu einer Ungleichheit in Vedichtungs- und Expansionsarbeit der Zylinder, was bei Motoren mit wenigen, beispielsweise vier Zylindern zu einer hohen Laufunruhe führt, weshalb die Zylinderabschaltung bei solchen Motoren nicht eingesetzt wird.Typical of an indirectly injecting gasoline engine is the formation of a wall film of fuel in the region of the intake manifold between injection valve and intake valve. If the injection is blanked out, this wall film will still give off a certain amount of fuel. This amount of fuel, which is too small to safely collapse a safe ignition in the cylinder, must not be unburned with the exhaust gas to the environment. Therefore, a shutdown of the inlet and outlet valves is required. However, this creates a great mechanical effort. Another disadvantage of this decoupling of the intake and exhaust valves of the deactivated cylinders is that these deactivated cylinders compress and expand another, namely lower, mass than the fired cylinders. The trapped air mass is additionally reduced via blow-by. This uneven ratio of the compressed masses in the compression stroke of deactivated and fired cylinders leads to an inequality in Vedichtungs- and expansion work of the cylinder, resulting in engines with few, for example, four cylinders to a high degree of turbulence, which is why the cylinder deactivation is not used in such engines.
Die
Die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der obengenannten Art auch für Motoren mit niedriger Zylinderzahl zur Verfügung zu stellen.The invention has for its object to provide a method of the type mentioned above for low-cylinder engines available.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method of o. G. Art solved with the features characterized in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei Teillastbetrieb und homogenem Kraftstoff-Luft-Gemisch mit Lambda gleich 1 wenigstens für einen Zylinder die Kraftstoffeinspritzung abgeschaltet, die Ventilbetätigung für die abgeschalteten Zylinder beibehalten und gleichzeitig eine Androsselung der Brennkraftmaschine derart verringert wird, dass trotz Abschaltung der Kraftstoffeinspritzung für wenigstens einen Zylinder ein von der Brennkraftmaschine mit den verbleibenden, nicht abgeschalteten Zylindern, in die weiterhin Kraftstoff eingespritzt wird, erzeugtes Drehmoment konstant dem aktuell angeforderten Drehmoment entspricht, wobei ein von den abgeschalteten Zylindern aufgrund der Beibehaltung der Ventilbetätigung geförderter Frischluftstrom getrennt von einem aus den nicht abgeschalteten Zylindern ausgestoßenen Abgasstrom getrennt geführt und getrennten ersten Einheiten einer Abgasnachbehandlungseinrichtung zugeführt wird.For this purpose, it is provided according to the invention that at partial load operation and homogeneous fuel-air mixture with lambda equal to 1 at least for one cylinder, the fuel injection is switched off, maintaining the valve actuation for the deactivated cylinder while throttling the internal combustion engine is reduced such that despite switching off the fuel injection for at least one cylinder, a torque produced by the internal combustion engine with the remaining non-deactivated cylinders to which fuel continues to be injected is constantly equal to the currently requested torque, a fresh air flow delivered by the deactivated cylinders being kept separate from any one of them due to the maintenance of the valve actuation exhaust gas flow discharged separately from cylinders which have not been switched off and is supplied to separate first units of an exhaust gas aftertreatment device.
Dies hat den Vorteil, dass ohne zusätzlichen mechanischen Aufwand und ohne die Notwendigkeit einer Abschaltfunktion an der Ventilbetätigung ein geringerer Verbrauch durch reduzierte Androsselung der Brennkraftmaschine im Teillastbetrieb aufgrund reduzierter Ladungswechselverluste erzielt wird, wobei gleichzeitig eine gewünschte Laufruhe der Brennkraftmaschine aufrecht erhalten bleibt.This has the advantage that, without additional mechanical effort and without the need for a shutdown function on the valve actuation, lower consumption is achieved by reduced throttling of the internal combustion engine during partial load operation due to reduced charge exchange losses, while at the same time maintaining a desired smoothness of the internal combustion engine.
Beispielsweise sind die getrennten ersten Einheiten der Abgasnachbehandlungseinrichtung separate Vorkatalysatoren.For example, the separate first units of the exhaust gas aftertreatment device are separate precatalysts.
Zweckmäßigerweise wird nach den ersten Einheiten der Abgasnachbehandlungseinrichtung der Abgasstrom und der Frischluftstrom wieder zusammen geführt und einer zweiten Einheit der Abgasnachbehandlungseinrichtung, beispielsweise einem Hauptkatalysator, zugeführt.After the first units of the exhaust gas aftertreatment device, the exhaust gas flow and the fresh air flow are expediently brought together again and fed to a second unit of the exhaust gas aftertreatment device, for example a main catalytic converter.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform für eine Brennkraftmaschine, bei der die Zylinder in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind, wird in der Zündfolge jeder zweite Zylinder abgeschaltet.In a particularly preferred embodiment for an internal combustion engine, in which the cylinders are arranged next to one another in a row, every second cylinder is switched off in the ignition sequence.
Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung.Further features, advantages and advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims, as well as from the following description of the invention.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Otto-Motors mit vier in Reihe angeordneten Zylindern dargestellt. Dies ist jedoch lediglich beispielhaft und die Erfindung ist nicht auf vierzylindrige Brennkraftmaschinen beschränkt. Bei dieser Brennkraftmaschine lautet die Zündfolge üblicherweise 1-3-4-2. Sowohl aus Vollast-Drehmoment- als auch aus Laufruhegründen bei Zylinderabschaltung werden die Abgase aus den Zylindern 1 und 4 einerseits sowie aus den Zylindern 2 und 3 andererseits jeweils zusammen abgeleitet, beispielsweise in je einem ”2-in-1” Krümmer, und jeweils einem Vorkatalysator zugeführt. Mit anderen Worten werden die Gasströme aus den Zylindern 1 und 4 zusammen geleitet und einem ersten Vorkatalysator zugeführt. Getrennt davon werden die Gasströme aus den Zylindern 2 und 3 zusammen geleitet und einem vom ersten Vorkatalysator getrennten zweiten Vorkatalysator zugeführt. So wird vermieden, dass direkt nacheinander verbrennende Zylinder einander beeinflussen. Wenn bei Teillast Zylinder 1 und 4 oder 2 und 3 abgeschaltet werden, wird einer der Vorkatalysatoren mit Verbrennungsabgasen beaufschlagt. Der entsprechend andere Vorkatalysator erhält Frischluft aus den abgeschalteten Zylindern. Damit ist sichergestellt, dass die Abgasreinigung unabhängig von der Zylinderabschaltung erhalten bleibt. Nach den beiden Vorkatalysatoren werden die zuvor getrennten Gasströme wieder zusammen geleitet und einem gemeinsamen Hauptkatalysator zugeführt. Da dieser erst bei höheren Lasten benötigt wird, wo keine Zylinderabschaltung stattfindet, ist dies unproblematisch.The invention is illustrated below with reference to an Otto engine with four cylinders arranged in series. However, this is merely exemplary and the invention is not limited to four-cylinder internal combustion engines. In this internal combustion engine, the firing order is usually 1-3-4-2. Both for full-load torque as well as for running quiet reasons in cylinder deactivation, the exhaust gases from the cylinders 1 and 4 on the one hand and from the cylinders 2 and 3 on the other hand each derived together, for example, in each case a "2-in-1" manifold, and one each Pre-catalyst supplied. In other words, the gas streams from the cylinders 1 and 4 are passed together and fed to a first precatalyst. Separately, the gas streams from the cylinders 2 and 3 are passed together and fed to a second precatalyst separate from the first precatalyst. This avoids that cylinders burning directly one after the other influence each other. If cylinders 1 and 4 or 2 and 3 are switched off at partial load, one of the pre-catalysts is exposed to combustion exhaust gases. The corresponding other pre-catalyst receives fresh air from the deactivated cylinders. This ensures that the exhaust gas cleaning is maintained independently of the cylinder deactivation. After the two precatalysts, the previously separate gas streams are recirculated together and fed to a common main catalyst. Since this is needed only at higher loads, where no cylinder shutdown takes place, this is not a problem.
Obwohl also die abgeschalteten Zylinder Frischluft in das Abgassystem fördern, wodurch das Abgas insgesamt ”mager” wird, ist die Abgasreinigung durch die Trennung der Gasströme von befeuerten und abgeschalteten Zylindern nicht negativ beeinflusst.Thus, although the deactivated cylinders feed fresh air into the exhaust system, thereby rendering the exhaust gas "lean" as a whole, the exhaust gas purification is not adversely affected by the separation of gas flows from fired and deactivated cylinders.
Die Zylinderabschaltung bei Otto-Motoren mit Direkteinspritzung ermöglicht somit einen sparsamen und sauberen Teillastbetrieb, insbesondere bei 4-Zylindermotoren mit ”2 in 1”-Abgaskrümmer. Da bei Motoren mit Direkteinspritzung ein eingangs erwähnter Wandfilm aus Kraftstoff im Saugrohr nicht auftritt, kann auf den zusätzlichen, konstruktiven Aufwand für eine zylinderindividuelle Deaktivierung der Ventilbetätigung verzichtet werden. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren ohne mechanische Veränderung am Grundmotor implementiert werden. Die abgeschalteten Zylinder verdichten zwangsläufig die gleiche Luftmenge, wie die befeuerten Zylinder, wodurch die gute Laufruhe auch bei Motoren mit wenigen Zylindern (typischerweise 4) erzielt wird.The cylinder deactivation in gasoline engines with direct injection thus enables economical and clean part-load operation, especially in 4-cylinder engines with "2 in 1" exhaust manifold. Since an initially mentioned wall film of fuel in the intake manifold does not occur in engines with direct injection, can be dispensed with the additional design effort for a cylinder-individual deactivation of the valve actuation. Thus, the inventive method can be implemented without mechanical change to the base engine. The deactivated cylinders inevitably compress the same amount of air as the fired cylinders, which ensures good running smoothness even on engines with few cylinders (typically 4).
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