DE19941692A1 - Verfahren zur schnellen Reduktion des Antriebsmoments - Google Patents

Abstract

Zur kurzfristigen Momentenreduzierung werden die Zündung eines oder mehrerer Zylinder abgeschaltet, die Gaswechselventile geschlossen gehalten sowie die Einspritzung abgeschaltet und dabei Zusatztakte durchgeführt, in denen beispielsweise das angesaugte Gas im Zylinder bei geschlossenen Gaswechselventilen expandiert und verdichtet wird. Damit erhält man einen schnellen und starken Momenteneingriff bei einer Brennkraftmaschine mit nockenwellenunabhängig betätigten Gaswechselventilen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur schnellen Reduktion des Antriebsmomentes bei einer Viertakt-Brennkraftmaschine mit nockenwellenunabhängig betätigten Gaswechselventilen.

In Kraftfahrzeugen werden vielfach Antriebsschlupfregelungen und Stabilitätskontrollsysteme verwendet. Dabei wird durch Reduktion des Momentes, das von der das Kraftfahrzeug antrei­ benden Brennkraftmaschine abgegeben wird, ein Durchdrehen der Antriebsräder verhindert, um maximale Seitenführungskraft der Antriebsräder zur Verfügung zu haben.

Diese Systeme werten die Drehzahlen der Antriebsräder aus und bestimmen den Schlupf der einzelnen Räder. Wird das Durchdre­ hen eines Antriebsrades diagnostiziert, reduziert das Be­ triebssteuergerät der Brennkraftmaschine das von der Brenn­ kraftmaschine abgegebene Antriebsmoment. Reicht dies nicht aus, muß das Antriebsrad aktiv gebremst werden. Dieses Ab­ bremsen eines Antriebsrades ist zum einen für den Fahrer zum Teil unangenehm spürbar, zum anderen stellt sich dabei erhöh­ ter Verschleiß an der Radbremse ein.

Man möchte deshalb möglichst durch kurzfristig greifende Re­ duktion des Antriebsmomentes der Brennkraftmaschine ein Durchdrehen der Antriebsräder verhindern können. Dabei ist sowohl eine schnelle Reduktion als auch ein schnelles Wieder­ aufbauen des Antriebsmomentes der Brennkraftmaschine wün­ schenswert.

Es sind bislang mehrere Möglichkeiten bekannt, das Antriebs­ moment einer Brennkraftmaschine zu reduzieren. Die folgenden Möglichkeiten werden bislang einzeln oder auch in Kombination genutzt:

• 1. Durch Schließen eines laststeuernden Drosselorgans kann die Füllung und damit das von der Brennkraftmaschine abgegebene Antriebsmoment reduziert werden. Dies hat jedoch den Nachteil, daß das Stellen des Drosselorgans sehr langsam ist. Darüber hinaus muß nach dem Schließen des Drosselorgans der Ansaugtrakt erst geleert werden. Es dauert eine Zeit, bis der Druck im Ansaugtrakt genügend abgesunken ist und die Füllung reduziert wird, so daß die Maßnahme greift.
• 2. Es besteht die Möglichkeit, die Einspritzung abzuschalten. Aber auch bei diesem Verfahren tritt die Wirkung erst ein bis zwei Arbeitszkylen später ein, da noch vorgelagertes, bereits zündfähiges Gemisch verbrannt wird, wodurch die Brennkraftmaschine noch ein Antriebsmoment erzeugt. Weiter ist die Wiedereinschaltung der Einspritzung aufgrund von Speichereffekten im Saugrohr aufwendig.
• 3. Die Verlagerung des Zündwinkels zu späten Zündzeiten hin greift sehr schnell ein, ermöglichet jedoch nur eine begrenzte Reduzierung des Drehmomentes, da die Zündung noch so früh erfolgen muß, daß eine saubere Verbrennung sichergestellt ist. Ansonsten könnte eine Katalysatoranlage der Brennkraftmaschine Schaden nehmen. Darüber hinaus wird bei diesem Verfahren der Wirkungsgrad verschlechtert, was einen höheren Kraftstoffverbrauch zur Folge hat.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfah­ ren zur schnellen Reduktion des Antriebsmomentes bei einer Viertakt-Brennkraftmaschine anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Erfindungsgemäß werden bei einer Viertakt-Brennkraftmaschine mit nockenwellenunabhängig betätigtem Gaswechselventil nach einem Takt mindestens zwei Zusatztakte durchgeführt, in denen kein Gemisch zur Zündung gebracht wird. Unter Zusatztakt wird dabei ein Takt verstanden, in dem die Einlaß- und/oder die Auslaßventile geschlossen sind und der Kolben eine Expansion oder Verdichtung des im Zylinder befindlichen Gases durch­ führt oder das Gas in den Ansaug- oder Abgastrakt pumpt und wieder in den Zylinder einsaugt, ohne Arbeit zu leisten, wo­ durch das Antriebsmoment reduziert wird. Diese Zusatztakte sind aufgrund der nockenwellenunabhängigen Betätigung der Gaswechselventile möglich. Diese Maßnahme greift sehr schnell ein und reduziert das Antriebsmoment direkt nach Einleiten der Maßnahme. Darüber hinaus erzeugt dieses Verfahren keinen Kraftstoffmehrverbrauch.

Werden bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine alle Zylin­ der mit zwei Zusatztakten nach einem Verdichtungstakt betrie­ ben, kann direkt nach Beendigung des letzten Zusatztaktes zur normalen Zündung von Gemisch übergegangen werden. Wird nur ein Zylinder mit den zwei Zusatztakten betrieben, müssen noch zwei weitere Zusatztakte angeschlossen werden, damit die nor­ male Betriebsweise gegenüber den im Viertaktbetrieb weiter­ laufenden Zylindern gewährleistet ist.

Natürlich kann das erfindungsgemäße Verfahren beliebig oft wiederholt werden, so daß die Reduktion des Antriebsmomentes über beliebig lange Zeitspannen möglich ist.

Natürlich wird bei den Zusatztakten die Zündung und die Ein­ spritzung abgeschaltet. So verbleibt das vom vorhergehenden "normalen" Takt vorhandene Gas im Zylinder und die normale Betriebsweise kann jederzeit wieder in Betrieb genommen wer­ den. Werden nur die Einlaß- oder Auslaßventile geschlossen, wird das Gas dabei zwischen Zylinder und Ansaug- oder Abga­ strakt hin- und hergepumpt. Dieses Verfahren ist ebenso schnell wie die Antriebsmomentreduzierung über die Zündwin­ kelverstellung, erlaubt aber ein sehr viel größeres Schlepp­ moment, ähnlich der Einspritzungsabschaltung.

Schließlich wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Ab­ kühlen stillgelegter Zylinder vermieden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung in Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine im Ansaugtakt,

Fig. 2 denselben Zylinder im Verdichtungstakt,

Fig. 3 denselben Zylinder in einem Expansionstakt,

Fig. 4 denselben Zylinder in einem Verdichtungstakt,

Fig. 5 denselben Zylinder in einem Expansionstakt,

Fig. 6 denselben Zylinder in einem Verdichtungstakt,

Fig. 7 denselben Zylinder in einem Arbeitstakt und

Fig. 8 denselben Zylinder in einem Ausstoßtakt.

Die Fig. 1 mit 8 zeigen schematische Darstellungen eines Zy­ linders einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine in unterschied­ lichen Takten eines Arbeitsspiels bzw. den unterschiedlichen Takten eines Verfahrens zur Reduktion des Antriebsmomentes. Der Zylinder 1 hat dabei einen Kolben 2, der über ein Pleuel 3 mit einer Kurbelwelle 4 verbunden ist. In den Brennraum des Zylinders führt ein Einlaßventil 5 sowie ein Auslaßventil 6, die beide nockenwellenunabhängig, z. B. elektromechanisch be­ tätigt sind. Eine Zündkerze 7 im Brennraum zündet angesaugtes Gemisch. Die Gaswechselventile 5, 6 sowie die Zündkerze 7 sind mit einem Betriebssteuergerät (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine geeignet verbunden und werden von diesem angesteuert bzw. betrieben. Für das nachfolgende Verfahren ist es ohne Belang, ob es sich dabei um eine Diesel- oder Ot­ to-Brennkraftmaschine handelt.

Wird nun im Betriebssteuergerät eine Reduktion des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Antriebsmomentes gefordert, wird folgendes Verfahren durchgeführt:

In einem üblichen Ansaugtakt, der in Fig. 1 dargestellt ist, ist das Einlaßventil 5 geöffnet und der Kolben 2 bewegt sich nach unten, wodurch normales Gas (Luft bei Diesel-, Gemisch bei Otto-Brennkraftmaschinen) in den Zylinder 1 gesaugt wird. Nach Abschluß dieses Ansaugtaktes werden die Gaswechselventi­ le 5, 6 geschlossen und der Kolben 2 bewegt sich in einem Verdichtungstakt wie bekannt nach oben (Fig. 2). Anstatt nun einen Arbeitstakt mit Zündung von Gemisch im Zylinder 1 durchzuführen, bleiben die Gaswechselventil 5, 6 geschlossen, und die Zündkerze 7 gibt keinen Zündfunken ab bzw. die Kraft­ stoffeinspritzung unterbleibt. Der Kolben 2 bewegt sich dann in einem Zusatztakt im Zylinder 1 wieder nach unten und ex­ pandiert das angesaugte Gas (Fig. 3). Dabei ist das Antriebs­ moment reduziert. Im darauffolgenden Takt, der bei einer nor­ malen Viertakt-Brennkraftmaschine ein Ausstoßtakt wäre, be­ wegt sich der Kolben 2 wieder nach oben. Jedoch bleiben die Gaswechselventile 5, 6 geschlossen, da keine Verbrennung im Zylinder 1 stattfand (Fig. 4); es wird ein weiterer Zusatz­ takt durchgeführt. Dann bewegt sich der Kolben 2 wieder nach unten (Fig. 5); es wird also mit einem Expansionstakt wie in Fig. 3 ein dritter Zusatztakt durchgeführt. Anschließend be­ wegt sich der Kolben 2 wieder nach oben (Fig. 6), wobei in diesem vierten Zusatztakt die Gaswechselventile 5, 6 immer noch geschlossen sind. Nach diesem Verdichtungstakt wird dann ein normaler Arbeitstakt mit Einspritzung (bei Diesel) bzw. Zündung (Otto) durchgeführt (Fig. 7), an den sich ein norma­ ler Ausstoßtakt anschließt (Fig. 8).

Je nachdem, wie lange die Antriebsmomentreduktion erreicht werden soll, kann der Durchlauf der Zusatztakte der Fig. 3 mit 6 mehrfach wiederholt werden.

Wird diese Taktfolge bei einer Mehrzylinder- Brennkraftmaschine nicht mit allen Zylindern durchgeführt, ist es zwingend erforderlich, die Zusatztakte der Fig. 5 und 6 nach den Zusatztakten der Fig. 3 und 4 zu durchlaufen, da­ mit die entsprechende Synchronität zu denjenigen Zylindern gewahrt bleibt, die ein normales Viertakt-Arbeitsspiel durch­ laufen.

Durchlaufen dagegen alle Zylinder der Brennkraftmaschine die Zusatztakte der Fig. 3 und 4, kann danach sofort mit dem Schritt der Fig. 7 fortgefahren werden, d. h. sich ein norma­ les Arbeitsspiel anschließen. Dies ermöglicht eine sehr kur­ ze, aber sehr starke Antriebsmomentenreduzierung. Die Syn­ chronität der Zylinder untereinander bleibt gewahrt, da alle Zylinder die zwei Zusatztakte nach Fig. 3 und Fig. 4 ein­ schieben.

Natürlich können die Zusatztakte nach beliebigen Taktn des Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine durchgeführt werden. Beispielsweise kann man nach einem Arbeitstakt die Gaswech­ selventile 5, 6 geschlossen halten und das Abgas expandieren und wieder verdichten.

Auch müssen in den Zusatztakten nicht alle Gaswechselventile 5, 6 geschlossen werden. Es ist möglich, z. B. nach einem An­ saugtakt, in den Zusatztakten das (die) Auslaßventil(e) ge­ öffnet zu halten. Wesentlich ist dabei nur, entweder das (die) Einlaßventil(e) oder das (die) Auslaßventil(e) ge­ schlossen zu halten, um ein Pumpen von Gas vom Ansaug- zum Abgastrakt oder umgekehrt zu verhindern.

Claims (3)

1. Verfahren zur Reduktion des Antriebsmomentes bei einer Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit nockenwellenunab­ hängig betätigten Gaswechselventilen, bei welchem Verfahren

• a) nach einem Ansaug-, Verdichtungs-, Arbeits- oder Ausschie­ betakt mindestens zwei Zusatztakte durchgeführt werden, in denen das mindestens eine Einlaß- oder/und das mindestens ei­ ne Auslaßventil geschlossen wird, so daß das im Zylinder be­ findliche Gas in den Ansaug- oder Abgastrakt gepumpt und wie­ der in den Zylinder gesaugt wird oder das im Zylinder befind­ liche Gas expandiert und verdichtet wird,
• b) darauffolgend das mindestens eine Einlaß- oder/und das mindestens eine Auslaßventil so betätigt wird, daß der auf den Ansaug-, Verdichtungs-, Arbeits- oder Ausschiebetakt fol­ gende Takt des Arbeitsspiels ausgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Zusatztakte durchgeführt werden und mindestens ein Zy­ linder einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine ein normales Viertakt-Arbeitsspiel durchführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatztakte nach einem Verdichtungstakt durchgeführt werden und alle Gaswechselventile geschlossen gehalten wer­ den, so daß ein Expansions- und ein nachfolgender Verdich­ tungstakt als Zusatztakte durchgeführt werden.