DE19604737A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines mehrzylindrischen Verbrennungsmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines mehrzylindrischen Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf eine verfahrensdurchführende Vorrichtung.

Verfahren und Vorrichtungen dieser Art sind verschiedentlich be­ kannt, wobei die Abschaltung der zweiten Zylindergruppe dadurch erfolgt, daß die betreffenden Zylinder entdrosselt laufen oder ihre Ladungswechselarbeit durch eine Deaktivierung der zugehöri­ gen Ventile begrenzt wird. Dabei ist üblicherweise für die ab­ schaltbare Zylindergruppe und die bei laufendem Verbrennungsmo­ tor dauernd betriebene Zylindergruppe ein gemeinsames Ansaug- und Drosselsystem vorgesehen. Die Abschaltung der zweiten Zylin­ dergruppe, die einen oder mehrere Zylinder umfaßt, dient dazu, im Teillastbetrieb Kraftstoff einsparen zu können. Der Übergang vom Betrieb mit abgeschalteter zweiter Zylindergruppe auf den Motorbetrieb mit allen Zylindern erfolgt normalerweise beim Er­ reichen der Vollast der nicht abgeschalteten Zylinder und einer weiter bestehenden Anforderung nach vermehrter Motorleistung, z. B. angefordert vom Fahrer eines mit dem Verbrennungsmotor aus­ gerüsteten Kraftfahrzeuges. Herkömmlicherweise wird bei diesem Übergang vom Vollastmitteldruck der laufenden Zylinder und dem Null-Mitteldruck der abgeschalteten Zylinder auf ein einheitli­ ches Mitteldruckniveau für alle Zylinder gesprungen. Dies hat zur Folge, daß die im Betrieb mit abgeschalteter zweiter Zylin­ dergruppe im Vollastbetrieb der ersten Zylindergruppe noch eben voll geöffnete Drosselklappe in eine Mittelstellung springen muß, welche dem gleichen abgegebenen Motorgesamtmoment ent­ spricht. Dies ist üblicherweise nur durch hohen Applikationsauf­ wand zu erreichen, und es ist schwierig, diesen Übergang über die gesamte Motorlebensdauer hinweg verläßlich ruckfrei zu be­ werkstelligen.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser herkömmlichen Art sind in der Patentschrift DE 29 47 688 C2 beschrieben, wobei dort das Zu- bzw. Abschalten der abschaltbaren Zylindergruppe bei Errei­ chen eines durch eine bestimmte Fahrpedalstellung definierten Umschaltpunktes erfolgt. Die zugehörige Größe des Sprungs in der Drosselklappenstellung ist derart von der Motordrehzahl abhängig gewählt, daß die Motorlast unverändert bleibt.

Ein weiteres derartiges Verfahren und eine danach arbeitende mehrzylindrige Kolbenbrennkraftmaschine sind in der Offenle­ gungsschrift DE 30 36 508 A1 offenbart. Die Abschaltung der zweiten Zylindergruppe erfolgt dort durch Absperren der zugehö­ rigen Kraftstoffzuführeinrichtung, während die Luftzufuhr bzw. Spülung der abgeschalteten Zylindergruppe unverändert bleibt. Die Spülluft wird zu einem beiden Zylindergruppen gemeinsamen Saugrohr rückgeführt, um in der nicht abgeschalteten Zylinder­ gruppe verbrannt oder erneut durch die abgeschaltete Zylinder­ gruppe geleitet zu werden.

Bei einer in der Patentschrift DE 33 13 038 C2 beschriebenen Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit mehreren abschaltbaren Zy­ lindergruppen ist vorgesehen, beim Betrieb der Brennkraftmaschi­ ne mit nur einem Teil aller Zylinder zwischen dem Betrieb ver­ schiedener abschaltbarer Zylindergruppen zu wechseln, z. B. immer dann, wenn ohnehin gerade ein Lastwechsel vorliegt. Damit soll erreicht werden, daß alle Zylinder der Maschine im Mittel gleichmäßig abgenützt und auch die gerade nicht zu Antriebs­ zwecken benützten Zylinder warmgehalten werden, um den Umschalt­ ruck beim Zuschalten einer weiteren Zylindergruppe zu vermin­ dern.

Bei einer in der Patentschrift DE 33 09 434 C1 offenbarten Brennkraftmaschine mit Zylinderabschaltung besitzt die abschalt­ bare Zylindergruppe einen Einlaßkanal, der über eine ansteuerba­ re Abschaltklappe mit einem weiteren Einlaßkanal verbunden ist, vor dem eintrittsseitig eine gemeinsame Drosselklappe angeordnet ist und an den die erste Zylindergruppe angeschlossen ist. Durch spezielle Ansteuerung der Öffnungsbewegung der Abschaltklappe in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellgeschwindigkeit und der Stellung eines dort vorgesehenen Rückströmsteuerventils soll ei­ ne Zuschaltung der abschaltbaren Zylindergruppe derart erreicht werden, daß sich das Motorausgangsdrehmoment bei langsamer Be­ schleunigung allmählich ändert und bei schneller Beschleunigung gute Beschleunigungseigenschaften erzielt werden.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zum Betrieb eines mehrzylindrischen Verbrennungsmotors zu­ grunde, mit denen durch verhältnismäßig einfach realisierbare Maßnahmen rückfreie Übergänge zwischen dem Motorbetrieb bei ge­ ringerer Leistung mit einer abgeschalteten Zylindergruppe und dem Motorbetrieb höherer Leistung, bei dem die betreffende Zy­ lindergruppe zugeschaltet ist, sowie ein günstiger Kraftstoff­ verbrauch insbesondere auch im Motorlastbereich zwischen dem Be­ trieb mit abgeschalteter Zylindergruppe und demjenigen mit im Vollastbetrieb zugeschalteter Zylindergruppe erzielt werden.

Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des An­ spruchs 2 gelöst. Bei diesem Verfahren und dieser Vorrichtung werden die erste, dauernd betriebene Zylindergruppe und die zweite, abschaltbar betriebene Zylindergruppe mittels eines je­ weils eigenen Ansaug- und Drosselsystems unabhängig voneinander derart geregelt, daß im niedrigen Motorlastbereich bis zum Er­ reichen des Vollastbetriebs für die erste Zylindergruppe nur diese aktiv und die zweite Zylindergruppe abgeschaltet ist, wäh­ rend bei darüber hinausgehender Motorlastanforderung die erste Zylindergruppe im Vollastbetrieb weiterbetrieben wird und die zweite Zylindergruppe den jeweils erforderlichen Zusatzbedarf an Motordrehmoment zur Verfügung stellt. Somit erfolgt die Lastre­ gelung im unteren Lastbereich in Form einer Stufenschaltung al­ lein über die erste Zylindergruppe, und im darüberliegenden Lastbereich über die Regelung der zweiten Zylindergruppe bei un­ ter Vollast betriebener erster Zylindergruppe. Da auf diese Wei­ se beim Übergang vom Betrieb mit abgeschalteter zweiter Zylin­ dergruppe auf denjenigen mit zugeschalteter zweiter Zylinder­ gruppe das Mitteldruckniveau der bereits bei Vollast laufenden ersten Zylindergruppe unverändert beibehalten wird und nur die Zylinder der zweiten Zylindergruppe je nach Lastanforderung über ihr eigenes Ansaug- und Drosselsystem regelbar zugeschaltet wer­ den, erfolgt dieser Übergang entsprechend ruckfrei, ohne daß ein aufwendig zu ermittelnder und einzustellender Drosselklap­ pensprung oder ein sprunghafter Eingriff in die Einspritzsteue­ rung für die erste Zylindergruppe nötig ist. Zudem wird durch diese Vorgehensweise vor allem auch im Lastbereich mit geregelt zugeschalteter zweiter Zylindergruppe ein günstiger Kraftstoff­ verbrauch erzielt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeich­ nungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Betrieb eines mehrzylindrischen Verbrennungsmotors und

Fig. 2 ein Diagramm des Motormitteldrucks in Abhängigkeit von der Motorlast zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Vorrichtung von Fig. 1.

In Fig. 1 ist blockdiagrammatisch eine Vorrichtung zum Betrieb eines Verbrennungsmotors (1) gezeigt, der in eine erste, bei laufendem Motor dauerhaft betriebene Zylindergruppe (1a) und ei­ ne abschaltbare zweite Zylindergruppe (1b) aufgeteilt ist. Jeder Zylindergruppe (1a, 1b) ist jeweils ein eigenes Ansaug- und Drosselsystem (2a, 2b) zugeordnet, mit denen die Zylindergruppen (1a, 1b) in regelbarer Weise unabhängig voneinander mit einem Kraftstoff/Luft-Gemisch versorgt werden können, wie schematisch durch zugehörige Verbindungsleitungen (3a, 3b) symbolisiert. Die beiden Ansaug- und Drosselsysteme (2a, 2b) werden eingangsseitig über entsprechende Kraftstoff- und Luftzufuhrleitungen versorgt, wie schematisch durch eine jeweilige eingangsseitige Zufuhrlei­ tung (4a, 4b) angedeutet. Die Steuerung des Motorbetriebs wird von einem zugehörigen Motorsteuergerät (5) in Abhängigkeit des jeweiligen Motorbetriebszustands sowie weiterer, für den Motor­ betrieb relevanter Informationen, insbesondere der jeweiligen Motorlastanforderung durch den Benutzer, bewirkt. Der Motorbe­ triebszustand wird dabei über eine herkömmliche Betriebs­ zustandssensorik (6) für jede der beiden Zylindergruppen (1a, 1b) getrennt erfaßt, wie durch zugehörige Sensorleitungen (7a, 7b) angedeutet, und von der Sensorik (6) über entsprechende Si­ gnalleitungen (8a, 8b) dem Motorsteuergerät (5) übermittelt. Die Zuführung der weiteren erforderlichen Informationen, wie z. B. der Fahrpedalstellung im Fall, daß der Verbrennungsmotor (1) in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist, ist über eine weitere Ein­ gangsleitung (9) in das Motorsteuergerät (5) symbolisiert. Die technische Realisierung der den Funktionsblöcken entsprechenden Einheiten bereitet dem Fachmann bei Kenntnis der nachfolgend in den hier wichtigen Aspekten beschriebenen Motorbetriebsweise keinerlei Schwierigkeiten, so daß hierauf nicht näher eingegan­ gen zu werden braucht.

Das Motorsteuergerät (5) betreibt den Verbrennungsmotor (1) nach einem Verfahren, wie es am besten in Verbindung mit dem Diagramm von Fig. 2 beschrieben werden kann, in dem der für das jeweils bereitgestellte Drehmoment repräsentative Mitteldruck (MD) in Abhängigkeit von der Motorlast (L) aufgetragen ist. Dabei stellt die durchgezogene Kennlinie (K_G) den lastabhängig eingestellten gesamten Motormitteldruck (MD) dar, der sich durch die Summe der Mitteldrücke beider Zylindergruppen (1a, 1b) ergibt. Der Mittel­ druckbeitrag der ersten, dauernd betriebenen Zylindergruppe ist durch eine Kennlinie (K₁) gegeben, die im unteren Lastbereich der Kennlinie (K_G) des Gesamtmitteldrucks entspricht und im oberen Lastbereich der strichpunktierten horizontalen Linie folgt, die den Vollast-Mitteldruck (MD1) für die erste Zylindergruppe re­ präsentiert. Der von der zweiten Zylindergruppe lastabhängig ge­ lieferte Mitteldruck ist durch eine Kennlinie (K₂) repräsentiert, die im Diagramm von Fig. 2 um den Vollast-Mitteldruck (MD1) der ersten Zylindergruppe nach oben verschoben ist und in einem un­ teren Lastbereich der horizontalen gestrichelten Linie folgt, welche für die in diesem Lastbereich abgeschaltete zweite Zylin­ dergruppe den Mitteldruckwert null repräsentiert. Von diesem verschobenen Mitteldruck-Nullniveau aus steigt der Mitteldruck der zweiten Zylindergruppe im oberen Lastbereich entsprechend dem Verlauf der Gesamtmitteldruck-Kennlinie (K_G) bis um denjeni­ gen Mitteldruckwert (MD2) an, der sich für die zweite Zylinder­ gruppe im Vollastbetrieb ergibt.

Der Betrieb des Verbrennungsmotors (1) wird demgemäß wie folgt von dem Motorsteuergerät (5) gesteuert. Im unteren Motorlastbe­ reich zwischen Nullast und einem vorgegebenen ersten Last­ schwellwert (L₁) bleibt die zweite Zylindergruppe abgeschaltet, und die erste Zylindergruppe wird mit einem Mitteldruckniveau betrieben, das linear mit zunehmender Motorlast ansteigt. Beim erwähnten ersten Lastschwellwert (L₁) ist dann der maximale Mit­ teldruck (MD1) für die erste Zylindergruppe erreicht, die damit unter Vollast läuft. Mit weiter steigender Motorlastanforderung wird zunächst bis zum Erreichen eines geringfügig über dem er­ wähnten ersten Schwellwert (L₁) liegenden zweiten Lastschwellwer­ tes (L₂) dieser Betriebszustand beibehalten, wodurch eine gewisse Hysterese geschaffen ist, die einem unerwünscht häufigen Zu- und Abschalten der zweiten Zylindergruppe beim Betrieb des Motors in diesem Umschaltbereich vorbeugt. Bei über diesen zweiten Last­ schwellwert (L₂) hinausgehender Motorlastanforderung wird dann die zweite Zylindergruppe zugeschaltet. Dabei wird für die erste Zylindergruppe über ihr eigenes Ansaug- und Drosselsystem deren Vollastbetrieb beibehalten, und die zweite Zylindergruppe wird über ihr Ansaug- und Drosselsystem vom Motorsteuergerät (5) so betrieben, daß sie gerade das zusätzliche Motormoment erzeugt, um den das angeforderte Motormoment größer ist als das von der ersten Zylindergruppe unter Vollastbetrieb gelieferte maximale Motormoment.

Beispielhaft ist in Fig. 2 die Situation für eine ausgewählte Soll-Motorlast (L_B) im oberen Motorlastbereich illustriert, bei der das benötigte Motormoment dadurch bereitgestellt wird, daß die erste Zylindergruppe mit maximalem Mitteldruck (MD1) unter Vollast läuft, während die zweite Zylindergruppe im Teillastbe­ trieb mit einem fünftel ihres maximal möglichen Mitteldruckni­ veaus (MD2) betrieben wird. Wenn maximale Motorlast angefordert wird, laufen sowohl die erste als auch die zweite Zylindergruppe unter Vollast mit ihrem jeweiligen maximalen Mitteldruckniveau (MD1, MD2), wie dies in Fig. 2 oberhalb eines bestimmten Motor­ lastpunktes (L₃) der Fall ist.

Der von der jeweiligen Zylindergruppe (1a, 1b) bereitstellbare Anteil am gesamten Motormoment richtet sich bei im allgemeinen identischer Gestaltung aller Zylinder danach, wieviel Zylinder zur betreffenden Zylindergruppe gehören. Häufig wird eine hälf­ tige Aufteilung aller Motorzylinder in die beiden Zylindergrup­ pen (1a, 1b) zweckmäßig sein, d. h. zwei Zylinder je Zylinder­ gruppe bei einem 4-Zylindermotor bzw. drei Zylinder je Zylinder­ gruppe bei einem 6-Zylindermotor usw., mit der Folge, daß jede Zylindergruppe denselben maximalen Motormomentanteil zum verfüg­ baren Motormoment beizusteuern vermag. Selbstverständlich kann jedoch bei Bedarf auch eine unsymmetrische Aufteilung aller Mo­ torzylinder in zwei Zylindergruppen vorgesehen sein. Des weite­ ren ist es bei Bedarf möglich, die Motorzylinder in mehr als zwei Zylindergruppen mit jeweils eigenem Ansaug- und Drosselsy­ stem aufzuteilen und mit zunehmender Motorlastanforderung nach­ einander immer jeweils eine weitere Zylindergruppe zuzuschalten und bis zu ihrem Vollastbetrieb anzusteuern, bevor eine weitere Zylindergruppe zugeschaltet wird, wenn das angestrebte Motormo­ ment noch nicht erreicht ist.

Durch die Maßnahme, beim Zuschalten einer weiteren Zylindergrup­ pe die bereits aktiven Zylindergruppen unverändert im Vollastbe­ trieb weiterzubetreiben, werden mit einfachen Mitteln ruckfreie Übergänge des Motorbetriebs beim Zu- oder Abschalten einer Zy­ lindergruppe ermöglicht. Eine sprunghafte Laständerung bereits zugeschalteter Motorzylinder entfällt. Zudem läßt sich mit die­ sem Betriebsverfahren ein verhältnismäßig geringer Kraftstoff­ verbrauch des mehrzylindrischen Verbrennungsmotors erzielen.

Claims (2)

1. Verfahren zum Betrieb eines mehrzylindrischen Verbrennungs­ motors (1) mit einer ersten (1a) und einer unabhängig von der ersten abschaltbaren zweiten Zylindergruppe (1b), bei dem

• - im Motorlastbereich unterhalb des dem Vollastbetrieb der er­ sten Zylindergruppe entsprechenden Motorlastpunktes (L₁) die zweite Zylindergruppe abgeschaltet bleibt und die erste Zy­ lindergruppe zwischen Nullast und Vollast betrieben wird,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - im Motorlastbereich zwischen dem Motorlastpunkt (L₁), der dem Vollastbetrieb der ersten Zylindergruppe bei abgeschalteter zweiter Zylindergruppe entspricht, und dem Motorlastpunkt (L₃), der dem Vollastbetrieb sowohl der ersten als auch der zweiten Zylindergruppe entspricht, die erste Zylindergruppe unter Vollast betrieben wird und die zweite Zylindergruppe über ein eigenes Ansaug- und Drosselsystem zwischen Nullast und Vollast betrieben wird.

2. Vorrichtung zum Betrieb eines mehrzylindrischen Verbren­ nungsmotors (1) mit einer ersten (1a) und einer unabhängig von der ersten abschaltbaren zweiten Zylindergruppe (1b), mit

• - einem Motorsteuergerät (5), das unterhalb eines dem Vollast­ betrieb der ersten Zylindergruppe bei abgeschalteter zweiter Zylindergruppe entsprechenden Motorlastpunktes (L₁) die zweite Zylindergruppe abgeschaltet hält und die erste Zylindergruppe motorlastabhängig geregelt,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - für die erste (1a) und die zweite Zylindergruppe (1b) jeweils ein eigenes Ansaug- und Drosselsystem (2a, 2b) vorgesehen ist und
• - das Motorsteuergerät das Ansaug- und Drosselsystem (2a) für die erste Zylindergruppe und dasjenige (2b) für die zweite Zylindergruppe motorlastabhängig derart ansteuert, daß im Mo­ torlastbereich zwischen dem Motorlastpunkt (L1), der dem Vollastbetrieb der ersten Zylindergruppe bei abgeschalteter zweiter Zylindergruppe entspricht, und dem Motorlastpunkt (L₃), der dem Vollastbetrieb sowohl der ersten als auch der zweiten Zylindergruppe entspricht, die erste Zylindergruppe unter Vollast betrieben wird und die zweite Zylindergruppe geregelt zwischen Nullast und Vollast betrieben wird.