DE19606402C2 - Zylinderabschaltung bei Otto-Motoren - Google Patents
Zylinderabschaltung bei Otto-MotorenInfo
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/008—Controlling each cylinder individually
- F02D41/0087—Selective cylinder activation, i.e. partial cylinder operation
Description
Die Erfindung betrifft Otto-Motoren mit Zylinderschaltung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
Bekannte Zylinderabschaltung bei Otto-Motoren werden realisiert durch
mechanische Einrichtungen. Dies sind Drosselklappen, die die Zuführung des
Verbrennungsgemisches für eine Gruppe von Ansaugrohren unterbinden oder durch
Vorrichtungen, welche die Ventilsteuerung unterbrechen. Diese Einrichtungen
können nicht flexibel gesteuert werden. Um Wärmeprobleme zu vermeiden, müssen
z. B. bei der Drosselklappensteuerung die abgeschalteten Zylinder durch Umleitung
von Abgasen in die abgeschalteten Zylinder aufgeheizt werden.
Ein weiteres Prinzip für Zylinderabschaltungen ist aus der DE-OS 31 29 078
bekannt, nach der die Aussetztakte durch selektive Abschaltung der
Kraftstoffzufuhr realisiert werden soll. Die Strategie der damit vorgeschlagenen
Technik besteht darin, die zu befeuernden Zylinder lastunabhängig mit einer
konstanten verbrauchsoptimalen Menge zu versorgen. D. h., die befeuerten
Zylinder arbeiten mit annähernd maximaler Kompression. Ein typisches Beispiel ist
hierfür, daß nach dieser OS für den Leerlauf zwischen jedem Arbeitstakt sieben
Kurbelwellenumdrehungen ausgeführt werden sollen. Dieses Konzept steigert
wesentlich den thermischen Wirkungsgrad. Es ist jedoch wegen der einzuhaltenden
Abgasnormen, speziell im Zusammenhang mit der Stickoxidemission, wirtschaftlich
nicht nutzbar. Der durch die hohe Kompression auf Grund der erforderlichen
Drehmomente gebildete Stickoxidanteil kann nicht reduziert werden. Das für die
Reduktion erforderliche Kohlenmonoxid wird durch den Luftsauerstoffanteil auf
Grund der höheren Reaktionspriorität verbrannt und steht deshalb für die
Stickoxidreduktion nicht zur Verfügung.
Zusätzlich erfordert das angeführte Aussetzmuster im Leerlauf eine größere
Schwungscheibe, deren Trägheitsmasse den Kraftstoffeinsparungseffekt mindern
und der sehr hohe Luftanteil durch die Aussetztakte kühlt den Katalysator schnell
aus.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zylinderabschaltung zum Zwecke der
Kraftstoffeinsparung anzugeben, mit der die Abgasnormen eingehalten werden
können, ein besser Rundlauf erreicht wird und eine längere Aufrechterhaltung der
Betriebstemperatur des Katalysators gewährleistet ist.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Eingrenzung dieses Abschaltmusters auf den Leerlauf
tendiert die Stickoxidbildung gegen null auf Grund der immer noch geringen
Kompression im Vergleich zum Maximalwert. Im Wesentlichen bedingt durch die
Lastverteilung auf eine größere Anzahl Arbeitstakte. 1,33 Arbeitstakte pro 720°
Kurbelwellenumdrehung für einen Vierzylindermotor im Vergleich zu 0,546
Arbeitstakte nach der DE-OS 31 29 078 für einen 6-Zylindermotor. Dadurch kann
bei Aktivierung der Leerlaufzylinderabschaltung auf einen ungeregelten
Katalysatorbetrieb mit bekannter Technik umgeschaltet werden.
Das Leerlaufabschaltmuster nach Fig. 1 ist der optimale Kompromiß für
Vierzylinder-Ottomotoren zwischen den Kriterien hoher thermischer Wirkungsgrad
durch hohe Kompression bei geringen Arbeitstakten einerseits, und geringe
Stickoxidemission, der Standzeit des Katalysators oberhalb der Anspringtemperatur
und Rundlaufeigenschaften andererseits.
Die Vorteile dieser flexiblen Zylinderabschaltung ergeben daraus, daß bei aktivierter
Zylinderabschaltung je Arbeitstakt mehr Leistung erbracht werden muß. Dies
erfordert ein größeres Gemischvolumen, was die Kompression erhöht.
Andererseits wird im Ansaugtakt der zu überwindende Unterdruck im Ansaugrohr
durch die weiter geöffnete Drosselklappe bzw. der anderen Sperrvorrichtungen
reduziert.
Höhere Kompression hat einen besseren Wirkungsgrad zur Folge und mit der
Reduzierung des Unterdrucks werden die inneren Motorverluste gemindert.
Zusätzlich, wenn auch mit geringeren Auswirkungen, erbringen die abgeschalteten
Zylinder Leistung. Die komprimierte Reinluft nimmt Wärme von der Zylinderwandung
und dem Kolben auf, die in mechanische Leistung umgesetzt wird.
Diese drei Effekte bewirken eine Verbrauchsreduzierung von ca. 30%, was sich
besonders bei Staus und häufigen Ampelstops im Stadtverkehr auswirkt.
Die Leerlaufzylinderabschaltung kann automatisch aktiviert werden durch einen
Endschalter, der die Nullstellung des Gaspedals signalisiert in Abhängigkeit von der
Betriebstemperatur und dem Unterschreiten einer Mindestdrehzahl des Motors.
Mindestbetriebstemperatur deshalb, um bei kaltem Motor durch einen größeren
Unterdruck die Kraftstoffvergasung zu unterstützen. Mindestdrehzahl, evtl.
signalisiert durch den geschlossenen Öldruckschalter, um den Motor immer im
Vollbetrieb zu starten.
Unabhängig davon ist immer eine zweite fixe Leerlaufeinstellung für die
Zylinderabschaltung erforderlich. Realisiert werden kann dies mit einem
Elektromagnet, der in Abhängigkeit von der Aktivierung der Zylinderabschaltung in
die Mechanik der Drosselklappenverstellung eingreift, d. h. den Nullstellungsanschlag der Drosselwellenmechanik in Drehrichtung der
Drosselwelle versetzt, soweit kein Zusatzluftschieber vorhanden ist.
Der größere Öffnungswinkel der Drosselklappe bzw. anderer Sperreinrichtungen
bei aktivierter Abschaltung mindert den Motorbremseffekt der Schubabschaltungen.
Um die bessere Motorbremsung im Vollbetrieb nutzen zu können, kann diese durch
einen vom Fahrer zu betätigenden Schalter aktiviert werden, wenn alle automatisch ermittelten
Kriterien erfüllt sind. Sinnvoll ist es, diesen Schalter mit dem
Bremspedal zu kombinieren.
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der
Fig. 1- zeigt das Leerlaufabschaltmuster für einen Vierzylinder-Ottomotor. Die
Logik der Leerlaufabschaltung besteht darin, daß nach jedem Arbeitstakt zwei
Blindtakte durch Luftansaugung ohne Kraftstoffeinspritzung folgen. Dies ergibt 0,667
Arbeitstakte pro Kurbelwellenumdrehung.
Der Rundlauf, akustisch und mechanisch, ist durch die gleichmäßige zeitliche Folge
von Arbeitstakten bei gleicher Drehzahl gegeben. Eine geringfügig erhöhte
Leerlaufdrehzahl verbessert noch diese Eigenschaft. Geringfügig deshalb, weil sich
Änderungen der Geschwindigkeit auf die kinetische Energie der Schwungscheibe
quadratisch auswirken.
Eine partielle Auskühlung des Motorblocks und der Abgasventile werden durch eine
gleichmäßige Belastung aller Zylinder mit Arbeitstakten vermieden.
Durch die Leerlaufzylinderabschaltung ergeben sich im Zusammenhang mit der
Einhaltung der Abgasnormen folgende funktionell bedingte Eigenschaften. Wegen
der zwar erhöhten aber immer noch wesentlich geminderten Kompression im
Vergleich zum Maximalwert und des im allgemeinen fetteren Gemisches im Leerlauf
tendiert die Stickoxidbildung gegen null. Dies auch auf Grund des geringeren
Drehwiderstandes durch die weiter geöffnete Drosselklappe bzw. der anderer
Sperrvorrichtungen. Der Kohlenmonoxid- und Kohlenwasserstoffanteil wird zum Teil
bereits im Krümmer verbrannt, weil jede Abgassäule durch das Abschaltmuster
eingeschlossen ist in eine erwärmte vordere und hintere Luftsäule. Die Abgassäule
aus dem Arbeitstakt wird nach dem Krümmer intensiv verwirbelt mit der Luft aus den
Blindtakten durch die unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Längen. Was eine
nahezu komplette Verbrennung der Restmenge im Katalysator bewirkt. Durch die
partielle Verbrennung im Krümmer ist der Konventierungsgrad auch bei geminderter
Katalysatortemperatur noch sehr hoch. Diese funktionell bedingten Eigenschaften
werden erreicht durch das erfindungsgemäße Abschaltmuster in Verbindung mit der
Eingrenzungauf den Leerlauf. Nur dieser Zusammenhang ermöglicht es, auch mit
Umschaltung auf eine ungeregelte Katalysatornachverbrennung die Abgasnormen
einzuhalten.
Claims (3)
1. Selektive Zylinderabschaltung bei Vierzylinder-Ottomotoren dadurch gekennzeichnet,
daß der Motor im Leerlauf bei Nullstellung des Fahrpedals und Erreichen eines
Temperaturlimits mit dem fixen Abschaltmuster, ein Arbeitstakt gefolgt von zwei Aussetzern
durch Abschalten der Kraftstoffzuführung betrieben wird. (Fig. 1)
2. Fahrzeug mit einer Zylinderabschaltung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß die Schubabschaltung für die Motorbremsung durch einen vom Fahrer zu betätigenden
Schalter aktiviert wird.
3. Fahrzeug mit einer Zylinderabschaltung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß eine zweite Leerlaufeinstellung durch Elektromagnete aktiviert wird.
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DE19606402A Expired - Fee Related DE19606402C2 (de) | 1996-02-21 | 1996-02-21 | Zylinderabschaltung bei Otto-Motoren |
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- 1996-02-21 DE DE19606402A patent/DE19606402C2/de not_active Expired - Fee Related
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DE19606402A1 (de) | 1997-08-28 |
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