DE19913908A1 - Verfahren zur Zylinderabschaltung und Wiederinbetriebnahme - Google Patents

Abstract

Um die Zylinderabschaltung oder Wiederinbetriebnahme von abgeschalteten Zylindern (A, B, C, D) bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine ruckelarm zu gestalten, werden die Zylinder (A, B, C, D) der Brennkraftmaschine in zwei Gruppen (C, D; A, B) abgeschaltet bzw. wieder in Betrieb genommen. Die Zeitdauer (T/2) zwischen der Abschaltung bzw. Wiederinbetriebnahme dieser beiden Gruppen wird so gewählt, daß sie einer halben Periodendauer einer charakteristischen Ruckelschwingung des Antriebsstrangs der Brennkraftmaschine entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zylinderabschaltung und Wiederinbetriebnahme bei einer Mehrzylinder-Brennkraft­ maschine, deren Zylinder sequentiell abgeschaltet und wieder in Betrieb genommen werden können.

Um die Wirtschaftlichkeit beim Betrieb einer Brennkraftma­ schine, insbesondere einer in einem Fahrzeug arbeitenden Brennkraftmaschine zu steigern, wird im Schubbetrieb übli­ cherweise eine Zylinderabschaltung vorgenommen. Dabei werden einzelne oder alle Zylinder der Brennkraftmaschine abgeschal­ tet, so daß es nicht zur Zündung eines Kraftstoff/Luft- Gemisches kommt. Für Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen sind dabei verschiedene Verfahren bekannt, um die Zylinder ein­ zeln, d. h., sequentiell abzuschalten und wieder in Betrieb zu nehmen. So können beispielsweise Einspritzvorgänge in einzel­ ne Zylinder unterbunden oder Gaswechselventile dauerhaft ge­ schlossen gehalten werden. Die Zylinderabschaltung findet da­ bei in der Regel mit festen, vordefinierten Zylinderabschalt­ mustern statt, beispielsweise wird entsprechend der Zündrei­ henfolge für alle Zylinder die Kraftstoffeinspritzung einge­ stellt.

Naturgemäß ist mit einer Zylinderabschaltung bzw. -wiederinbetriebnahme ein gewisses Ruckeln verbunden, da mit der Abschaltung die Last schlagartig auf Null fällt und ein Schleppmoment entsteht. Es ist Aufgabe der vorliegenden Er­ findung, Verfahren zur Wiederzylinderabschaltung und Wiede­ rinbetriebnahme von abgeschalteten Zylindern anzugeben, mit denen dieses Ruckeln gemindert ist.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 2 defi­ nierte Erfindung gelöst.

Erfindungsgemäß wird bei der Zylinderabschaltung bzw. Wiede­ rinbetriebnahme abgeschalteter Zylinder die Eigenschwingung des Antriebstrangs berücksichtigt. Der Grundgedanke der Er­ findung liegt darin, daß die Zylinderabschaltung bzw. Wiede­ rinbetriebnahme auf zwei Stufen verteilt wird. Zu einem Zeit­ punkt, zu dem die Zylinderabschaltung oder Wiederinbetrieb­ nahme angefordert wird, wird nur eine Hälfte der Zylinder ab­ geschaltet und erst zu einem geeigneten späteren Zeitpunkt die zweite Hälfte.

Damit erreicht man zum einen eine möglichst geringe Anregung des Antriebsstranges zu unerwünschten Ruckelschwingungen.

Um diese Schwingung zum anderen schnell wieder zu dämpfen, wird die zweite Zylindergruppe im darauffolgenden Wendepunkt des Drehzahlverlaufs, d. h. wenn die Drehzahl in die entgegen­ gesetzte Richtung von der Soll-Drehzahl abzuweichen beginnt, abgeschaltet bzw. wieder in Betrieb genommen.

Natürlich muß aus Betriebsgründen der Brennkraftmaschine z. B. bei der Abschaltung bzw. der Wiederinbetriebnahme der Ein­ spritzung ein gewisser Vorlauf berücksichtigt werden, damit zum Zeitpunkt des Wendepunktes des Drehzahlverlaufs tatsäch­ lich die entsprechenden Zylinder abgeschaltet sind bzw. wie­ der in Betrieb genommen wurden.

Die Zeitdauer zwischen Abschalten bzw. Wiederinbetriebnahme der ersten und der zweiten Zylindergruppe ist betriebsabhän­ gig zu wählen, da z. B. die Drehzahl oder die Gangwahl Einfluß auf die Ruckelschwingungen haben.

Da die Ruckelschwingungen durch die Momentenänderung bei Ab­ schaltung bzw. Wiederinbetriebnahme verursacht wird, kann man aus der Differenz zwischen Soll- und Ist-Drehzahl eine Ruc­ kelfunktion gewinnen, deren halbe Periodendauer die Zeitspan­ ne zwischen Abschaltung der einen Zylindergruppe und der an­ deren Zylindergruppe bzw. zwischen Wiederinbetriebnahme der einen Zylindergruppe und der anderen Zylindergruppe ist.

Durchläuft die Brennkraftmaschine nicht-stationäre Betriebs­ zustände, muß die vorbestimmte Zeitdauer entsprechend korri­ giert werden, beispielsweise indem sie in Segmenten des Kur­ belwellensignals gemessen wird und um Änderungen hinsichtlich Einspritzbeginn und -dauer bereinigt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Schaubild mit dem Verlauf einer Schubab­ schaltung in segmentsynchroner Darstellung,

Fig. 2 drei verschiedene Größen beim Einleiten der Zylinderabschaltung und

Fig. 3 eine Zeitreihe einer beispielhaften Ruckelfunktion.

Im folgenden wird die Zylinderabschaltung einer Vierzylinder- Brennkraftmaschine beschrieben. Die erfindungsgemäßen Verfah­ ren gelten natürlich auch für beliebige Mehrzylinder- Brennkraftmaschinen und auch analog für die Wiederinbetrieb­ nahme abgeschalteter Zylinder. Ebenso kann auch nur ein Teil der vorhandenen Zylinder der Brennkraftmaschine abgeschaltet werden, und einige Zylinder können weiter betrieben werden.

Um das Ruckeln bei sequentieller Zylinderabschaltung einer Brennkraftmaschine zu vermeiden oder zu mindern, werden die Zylinder in zwei Gruppen nacheinander abgeschaltet.

Soll eine Schubabschaltung eingeleitet werden, wird zuerst eine Hälfte der Zylinder abgeschaltet. Dies ist in Fig. 1 veranschaulicht. In Fig. 1 sind mit dem mit 1 bezeichneten Symbol Einspritzvorgänge, mit dem mit 2 bezeichneten Symbol unterbleibende Einspritzvorgänge, mit dem mit 3 bezeichneten Symbol Zündungen, mit dem mit 4 bezeichneten Symbol ein mo­ menterzeugender Arbeitstakt eines entsprechenden Zylinders und mit dem mit 5 bezeichneten Symbol ein momentaufnehmender Arbeitstakt ohne Zündung von Kraftstoff/Luft-Gemisch darge­ stellt.

In Fig. 1 ist der Verlauf der Zylinderabschaltung für eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine wiedergegeben, wobei die Zy­ linder mit A, B, C und D in ihrer Zündreihenfolge entspre­ chend bezeichnet sind. Mit Zeitpunkt t₁ ist, der Beginn des Abschaltens der ersten Zylindergruppe, mit Zeitpunkt t₂ der Beginn des Abschaltens der zweiten Zylindergruppe, mit Zeit­ punkt t₃ der Zeitpunkt des ersten ausbleibenden Arbeitstaktes der ersten Zylindergruppe und mit Zeitpunkt t₄ der Zeitpunkt des ersten ausbleibenden Arbeitstaktes der zweiten Zylinder­ gruppe bezeichnet. Die in das Schaubild eingezeichnete Kurve 6 gibt den Verlauf der Ruckelfunktion wieder.

Wird zum Zeitpunkt t₁ festgestellt, daß mit der Schubabschal­ tung begonnen werden muß, wird die nächste und übernächste Einspritzung unterbunden und so eine erste Zylindergruppe ge­ bildet. Im in Fig. 1 dargestellten Fall besteht die erste Zy­ lindergruppe aus den Zylindern C und D, die zuerst abgeschal­ tet werden. Zum Zeitpunkt t₃ liefern die abgeschalteten Zy­ linder der ersten Zylindergruppe ein negatives Moment. Durch dieses beginnt die Ist-Drehzahl der Brennkraftmaschine von der Soll-Drehzahl abzuweichen. Es stellt sich eine Dreh­ zahlabweichung nach unten ein.

Um die mit der Zylinderabschaltung angeregte Ruckelschwingung möglichst gering zu halten, wird die zweite Zylindergruppe, im Beispiel der Fig. 1 die Zylinder A und B noch über t₃ hin­ aus weiterbetrieben und erst später abgeschaltet. Im Beispiel der Fig. 1 führen sie noch ein weiteres Arbeitsspiel durch. Dadurch ist die Anregung des Antriebsstranges zu Ruckel­ schwingungen geringer.

Dann wird die Abschaltung der zweiten Zylindergruppe, d. h. der Zylinder A und B so durchgeführt, daß sie ihr negative Moment zu einem Zeitpunkt leisten, zu dem die Ist-Drehzahl ruckelbedingt beginnt, über die Soll-Drehzahl zu steigen.

Dies ist bei Betrachtung der Ruckelfunktion 6 besser zu ver­ stehen. Sie wird aus der Drehzahlabweichung gewonnen, indem die Ist-Drehzahl von der Soll-Drehzahl subtrahiert wird. Ein beispielhafter Verlauf einer solchen Ruckelfunktion ist in Fig. 3 dargestellt. Der entsprechende Ausschnitt der Kurve 6 ist in Fig. 1 eingetragen. Wie man sieht, beginnt der Wert der Ruckelfunktion mit dem Einsetzen der Schubabschaltung zu steigen.

Dies hat seine Ursache darin, daß das negative Moment der ab­ geschalteten Zylinder eine Anregung des Antriebsstranges be­ wirkt.

Nun werden die Zylinder A und B der zweiten Zylindergruppe so abgeschaltet, daß sie mit dem Nulldurchgang der Ruckelfunkti­ on 6, d. h. mit dem Wendepunkt des zeitlichen Drehzahlverlau­ fes das volle Schleppmoment der Brennkraftmaschine bereit­ stellen. Dadurch wird das Ruckeln schnell gedämpft.

Die Auswirkung dieses Verfahrens ist in Fig. 2 genauer ge­ zeigt. Fig. 2A zeigt in einer Zeitreihe den Betriebsgrad der Brennkraftmaschine, wobei 1 Betrieb aller Zylinder und 0 vollständige Schubabschaltung bedeutet. Fig. 2B zeigt den zeitlichen Verlauf der Drehzahl der Brennkraftmaschine wäh­ rend der Schubabschaltung.

Wie zu sehen ist, sind zum Zeitpunkt t₃ die Zylinder der er­ sten Zylindergruppe abgeschaltet. Im Beispiel der Fig. 1 wa­ ren das die Zylinder C und D. Der Betriebsgrad der Brenn­ kraftmaschine sinkt auf 0,5 und die in Kurve 11 dargestellte Drehzahl beginnt zu fallen, d. h. sie sinkt unter die Soll- Drehzahl. Die zweite Zylindergruppe wird nun zu t₄ so abge­ schaltet, daß ihr Schleppmoment zu dem Moment entsteht, zu dem die Ist-Drehzahl beginnt, über die Soll-Drehzahl zu steigen. Deshalb wird zum Zeitpunkt t₄ der Betriebsgrad der Brennkraftmaschine auf 0 gesetzt, wie es Kurve 10 in Fig. 2A zeigt. Wie die Kurve 11 in Fig. 2B wiedergibt, wird durch dieses Vorgehen die Ruckelschwingung im Antriebsstrang der Brennkraftmaschine, die sich in Drehzahlschwingungen wieder­ spiegelt, schnell abgedämpft. Kurve 11 zeigt zum Vergleich den Drehzahlverlauf, wenn zum Zeitpunkt t₃ der Betriebsgrad, der Brennkraftmaschine auf 0 gesetzt würde, d. h. alle Zylin­ der gleichzeitig abgeschaltet würden.

Aus Fig. 2A wie auch aus Fig. 1 ergibt sich, daß die Zeitdau­ er zwischen dem Abschalten der ersten Zylindergruppe und dem Abschalten der zweiten Zylindergruppe von ausschlaggebender Bedeutung für die ruckelarme Zylinderabschaltung ist. Diese Zeitdauer ist in Fig. 1 und 2 mit T/2 bezeichnet. Sie stellt die halbe Periodendauer der in Kurve 6 der Fig. 3 abgebilde­ ten Ruckelfunktion dar.

Diese halbe Periodendauer der Antriebsstrangschwingung ist natürlich abhängig von den Eigenschaften des Antriebsstran­ ges, insbesondere von der Getriebeübersetzung.

In einer vorteilhaften Ausbildung ist die Zeitdauer in Abhän­ gigkeit vom gewählten Gang sowie der Drehzahl in einer Tabel­ le im Betriebssteuergerät der Brennkraftmaschine gespeichert. Bei einer Zylinderabschaltung wird sie aus der Tabelle ausge­ lesen und daraus der Zeitpunkt t₂ für die zweite Zylinder­ gruppe bestimmt.

Optional kann diese der Tabelle entnommene Zeitdauer im Be­ trieb der Brennkraftmaschine adaptiv korrigiert werden, indem beispielsweise gangabhängig die Periodendauer der Ruckel­ schwingung aus dem Verlauf der Ruckelfunktion 6 gemessen und in einen Korrekturwert umgesetzt wird, mit dem der entspre­ chende in der Tabelle gespeicherte Wert korrigiert wird.

Wird die Zylinderabschaltung durch Unterbrechung der Kraft­ stoffeinspritzung vorgenommen, muß die halbe Periodendauer T/2 der Antriebsstrangschwingung bereits vor Einleiten der Schubabschaltung festgelegt werden, da die Unterbrechung der Kraftstoffeinspritzung zu t₁ bzw. t₂ um einiges vor dem Zeit­ punkt t₃ bzw. t₄ erfolgen muß, zu dem der jeweilige Zylinder ein Schleppmoment liefert und das Ruckeln entsprechend beein­ flußt. Die adaptive Anpassung eines Korrekturfaktors, der auf den in der Tabelle abgespeicherten Wert für die Periodendauer T/2 angewendet wird, ist deshalb besonders vorteilhaft, um auf Langzeitänderungen im Antriebsstrang der Brennkraftma­ schine zu reagieren.

Claims (9)

1. Verfahren zur Zylinderabschaltung bei einer Mehrzylinder- Brennkraftmaschine, deren Zylinder einzeln abgeschaltet wer­ den können, bei dem
die Abschaltung der Zylinder zweistufig so erfolgt, daß in einer ersten Stufe ein Teil der Zylinder der Brennkraftma­ schine abgeschaltet und danach in einer zweiten Stufe ein weiterer Teil der Zylinder der Brennkraftmaschine abgeschal­ tet wird, wobei
zwischen Einleitung der ersten und Einleitung der zweiten Stufe eine vorbestimmte Zeitdauer gewartet wird, welche be­ triebsabhängig gewählt wird.

2. Verfahren zur Wiederinbetriebnahme abgeschalteter Zylinder bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, deren Zylinder einzeln wieder in Betrieb genommen werden können, bei dem die Wiederinbetriebnahme abgeschalteter Zylinder zweistufig so erfolgt, daß in einer ersten Stufe ein Teil der Zylinder der Brennkraftmaschine wieder in Betrieb genommen und danach in einer zweiten Stufe ein weiterer Teil der Zylinder wieder in Betrieb genommen wird, wobei
zwischen Einleitung der ersten und Einleitung der zweiten Stufe eine vorbestimmte Zeitdauer gewartet wird, welche be­ triebsabhängig gewählt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Zeitdauer die halbe Pe­ riodendauer einer Ruckelschwingung beträgt, welche durch die Abschaltung oder Wiederinbetriebnahme in der ersten Stufe an­ geregt wurde.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Zeitdauer in einem Kenn­ feld abgelegt ist, das mindestens über der Drehzahl der Brennkraftmaschine aufgespannt ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Zeitdauer die halbe Pe­ riodendauer einer Ruckelfunktion beträgt, welche aus der Dif­ ferenz einer Soll-Drehzahl und der Ist-Drehzahl der Brenn­ kraftmaschine gewonnen wurde.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mittels der nach Anspruch 5 gewonnenen halben Periodendauer und der dem Kennfeld nach Anspruch 4 entnomme­ nen vorbestimmten Zeitdauer ein Korrekturwert adaptiv ange­ paßt wird, mit dem die aus dem Kennfeld nach Anspruch 4 ent­ nommene vorbestimmte Zeitdauer korrigiert wird, um einen kor­ rigierten Wert für die vorbestimmte Zeitdauer zu erhalten.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Zeitdauer abhängig von der Getriebeübersetzung gewählt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Brennkraftmaschine, zu deren Zylinderabschaltung die Einspritzung abgeschaltet wird, die vorbestimmte Zeitdauer bei nichtstationären Betriebszuständen hinsichtlich Änderungen der Vorgaben für Einspritzbeginn und/oder Einspritzdauer korrigiert wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Zeitdauer in Segmenten eines Kurbelwellensignals ausgedrückt wird.