DE19941692A1 - Verfahren zur schnellen Reduktion des Antriebsmoments - Google Patents
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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.
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