DE3306319C2

DE3306319C2 - Verfahren für den Betrieb einer Mehrzylinder-Otto-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3306319C2
Application number: DE3306319A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Alfa Romeo Auto SpA
Current assignee: Fiat Auto SpA
Priority date: 1982-02-26
Filing date: 1983-02-23
Publication date: 1987-02-19
Also published as: GB8304143D0; DE3306319A1; IT1149783B; IT8219884A0; GB2115873B; GB2115873A; FR2522366B1; JPS58158339A; US4452208A; FR2522366A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mehrzylinder-Verbrennungs-Ottomotor für Kraftfahrzeuge der Bauart, bei der die Anzahl der arbeitenden Zylinder in Abhängigkeit von der Leistungsabgabe verändert werden kann und bei der die arbeitenden Zylinder für jeden Drehzahlbereich ein höheres Verdichtungsverhältnis als das Verdichtungsverhältnis der ergänzenden Zylinder haben, die aufgeladen sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für den Betrieb einer Mehrzylinder-Otto-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiges Verfahren ist aus "ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 83 (1981) 2, S. 69-73" bekannt. Allerdings arbeitet dieses Verfahren nicht im Zusammenhang mit einer Aufladung der verschiedenen Zylindergruppen, so daß insbesondere bei der Zuschaltung der zweiten Zylindergruppe eine optimale Leistung nicht erzielbar ist. Die nicht in Betrieb befindliche Zylindergruppe wird hier mittels Abgasen gespült, um eine zu starke Abkühlung dieser Zylinder zu verhindern.
Aus der DE-OS 29 51 051 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Fremdzündung bekannt, bei der eine Brennkraftmaschine ständig betrieben wird und eine Hilfsmaschine für die Leistungssteigerung durch eine Kupplung zugeschaltet werden kann. Bei nicht zugeschalteter Hilfsmaschine wird diese nicht mitgeschleppt, so daß Ladungswechselverluste und Ölleckagen nicht auftreten.
Schließlich ist aus der US-PS 32 70 724 eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der beim Betrieb von beiden Zylindergruppen eine Aufladung erfolgt. Wenn nur eine Zylindergruppe mit Aufladung betrieben wird, so wird die andere Zylindergruppe über eine gesonderte Leitung mit aus der Atmosphäre angesaugter Luft gespült.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für den Betrieb einer Mehrzylinder-Otto-Brennkraftmaschine so weiterzuentwickeln, daß eine zusätzliche Leistungssteigerung im Hochleistungsbereich erzielt wird und dabei mit einfachen Mitteln die Ladungswechselverluste der abgeschalteten Zylinder reduziert werden.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
Ähnlich wie beim Stand der Technik wird durch das erfindungsgemäße Prinzip, insbesondere im Niederleistungsbereich, ein günstigerer Kraftstoffverbrauch erzielt. In erster Linie aber wird es ermöglicht, im Hochleistungsbereich eine Leistungssteigerung zu erzielen. Dadurch, daß auch die nicht im Betrieb befindliche zweite Zylindergruppe durch den Lader versorgt wird, werden die beim nicht angetriebenen Bewegungsablauf der Kolben der zweiten, nicht im Betrieb befindlichen Zylindergruppe genannten Ladungswechselverluste reduziert. Dies wird bei der "ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 83 (1981) 2, S. 69-73" jedoch durch Spülen mit Abgas erreicht, während anmeldungsgemäß Ladeluft aus einem sowieso vorhandenen Lader verwendet wird, was auch durch die DE-OS 29 51 051 nicht bekannt und nicht nahegelegt ist. Auch die US-PS 32 70 724 zeigt nicht das Spülen der abschaltbaren Zylindergruppe mit Hilfe der vom Lader erzeugten Ladeluft. Außerdem ist es in erhöhtem Maße möglich, während dieses Betriebes eine Ölleckage in den Zylinder durch die Kolbenringe zu reduzieren.
Durch die Merkmale des Patentanspruchs 3 werden automatisch die Überdruckverhältnisse durch eine Bypassleitung geregelt.
Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß der für die zweite, abschaltbare Zylindergruppe bestimmte Lader dazu verwendet wird, im abgeschalteten Betrieb der zweiten Zylindergruppe zur Lösung der Aufgabe wirksam zu sein, ohne daß hierzu getrennte Luftversorgungsmittel eingesetzt werden müssen.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es außerdem möglich, bei richtig eingestellter Zündung ein Klopfen zu vermeiden.
Die Erfindung wird nun anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Prinzipskizze der beiden Zylindergruppen einer Otto-Brennkraftmaschine, zusammen mit der Steuerung,
Fig. 2 ein Diagramm mit der Aufzeichnung der Leistungsgrenzkurven, und
Fig. 3 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht mit einer abgewandelten Ausführungsform.
In Fig. 1 ist eine mit 10 bezeichnete Brennkraftmaschine schematisch dargestellt, die in diesem Fall sechs Zylinder in 60°-V-Anordnung aufweist. Mit 11, 12, 13 sind die drei Zylinder der rechten Reihe 14 bezeichnet, die ein hohes Verdichtungsverhältnis, zum Beispiel zwischen 13 : 1 und 15 : 1, haben. Mit 15, 16, 17 sind die drei Zylinder der linken Reihe 18 bezeichnet, die ein niedrigeres Verdichtungsverhältnis zwischen 8 : 1 und 9 : 1 haben.
Mit 19, 20, 21 sind die Einlaßventile der Zylinder 11, 12, 13 und mit 22, 23, 24 die entsprechenden vom Krümmer 25 stammenden Einlaßkanäle bezeichnet. Mit 26 ist die Drosselklappe der vom Krümmer 25 angesaugten Luft und mit 27 das entsprechende Filter bezeichnet.
In diesem Fall handelt es sich um einen Motor mit Benzineinspritzung, so daß die Einlaßkanäle mit Einspritzdüsen 28, 29, 30 versehen sind, die über die Leitungen 31, 32 und 33 von einem Stellglied 34 betätigt werden, das mit der allgemein mit 35 bezeichneten Maschinensteuerungsanlage in Form eines Mikrocomputers in Wirkverbindung steht.
Mit 36, 37, 38 sind die Einlaßventile der Zylinder 15, 16, 17 und mit 39, 40, 41 die entsprechenden vom Krümmer 42 stammenden Einlaßkanäle bezeichnet.
Vor dem Krümmer 42 ist ein mit 101 bezeichneter Turbolader angeordnet, der die Aufgabe erfüllt, den Ladedruck der von den Zylindern 15, 16, 17 angesaugten Luft zu steigern. Mit 111 ist ein Luftkühler bezeichnet.
Mit 43 ist die Drosselklappe der vom Krümmer 42 angesaugten Luft und mit 44 das entsprechende Filter bezeichnet.
Mit 45, 46, 47 sind die Einspritzdüsen bezeichnet, die das Benzin in die Zylinder 15, 16, 17 einspritzen. Diese Einspritzdüsen werden ebenfalls über Leitungen 48, 49, 50 von einem mit der Maschinensteuerungsanlage 35 in Wirkverbindung stehenden Stellglied 34 betätigt.
Die Drosselklappen 26 und 43 stehen mit den entsprechenden Stellgliedern 51, 52 in Wirkverbindung, die hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch angetrieben werden können. Auch die Stellglieder 51, 52 werden durch die Maschinensteuerungsanlage 35 gesteuert, wie weiter unten noch beschrieben wird.
Mit 53, 54, 55, 56, 57, 58 sind die Zündkerzen der sechs Motorzylinder bezeichnet. Diese Zündkerzen sind durch Leitungen 59, 60, 61, 62, 63, 64 mit dem Stellglied 65 verbunden, das mit der Maschinensteuerungsanlage 35 in Wirkverbindung steht.
Die Auslaßventile der Zylinder 11, 12, 13 sind mit 66, 67, 68 und die Auslaßkanäle mit 69, 70, 71 bezeichnet, die in den Krümmer 72 auslaufen, der mit der Radialturbine 102 versehen ist, deren Welle 103 den Schleuderlader mitnimmt, der mit dem Bypassventil 104 der Turbine 102 und mit dem Schalldämpfer 73 versehen ist.
Die Auslaßventile der Zylinder 15, 16, 17 sind mit 74, 75, 76 und die Auslaßkanäle 77, 78, 79 bezeichnet, die in den Krümmer 80 auslaufen, der mit dem Schalldämpfer 81 versehen ist.
Die Maschinensteuerungsanlage 35 ist ein Mikrocomputer, der aus einer zentralen Mikroprozessoreinheit (CPU) 82, einer Ein- und Ausgabeeinheit 83, einem Lese-Schreib-Speicher (RAM) 84, einem Festspeicher (ROM) 85 und einer Zeitgebereinheit 86 besteht.
Mit 87 ist die Sammelschiene (Bus) für die Datenadressen und zur Steuerung bezeichnet.
Die in den Mikrocomputer 35 eingegebenen Signale entsprechen folgenden Motorparametern, die durch geeignete Fühler (nicht dargestellt, weil an sich bekannt) übertragen werden: Motordrehzahl, durch den Pfeil 90 dargestellt; Stellwinkel der Drosselklappe 26, durch den Pfeil 91 dargestellt; Stellwinkel der Drosselklappe 43, durch den Pfeil 92 dargestellt; Temperatur der vom Motor angesaugten Luft, durch den Pfeil 93 dargestellt; Motorkühlwassertemperatur, durch den Pfeil 94 dargestellt; eventuelle Verbrennungsstörungen (Klopfen), durch den Pfeil 95 dargestellt; Überdruck im Krümmer 42, durch den Pfeil 104 dargestellt.
In den Mikrocomputer werden weitere, ebenfalls von geeigneten Aufnahmegeräten gelieferte Signale eingegeben, und zwar das Signal, das der Lage des Gaspedals entspricht, ein Kennwert der dem Motor abverlangten Leistungsabgabe und durch den Pfeil 96 dargestellt ist, sowie das Signal, das ein Kennwert des im Krümmer 42 herrschenden Druckes ist und durch den Pfeil 112 dargestellt ist.
Mit 88 sind allgemein die Analog-Digital-Wandler der im Mikrocomputer eingegebenen Signale und mit 89 die Leitung der Signaleingabe in den Mikrocomputer bezeichnet.
Im Festspeicher (ROM) 85 sind die Verarbeitungsprogramme der zentralen Mikroprozessoreinheit (CPU) 82 und die Daten des Maschinenbetriebes enthalten, d. h. die bei jedem Takt der arbeitenden Zylinder in Abhängigkeit von den vorgewählten Motorparametern (Motordrehzahl, Stellwinkel der Drosselklappen, Temperatur der angesaugten Luft, Temperatur des Motorkühlmittels) einzuspritzenden Benzinmengen. Der Speicher 85 enthält auch die Daten des Motorbetriebsplanes in Abhängigkeit von den von vorgewählten Motorparametern angenommenen Werten und aufgrund der verlangten Leistungsabgabe für eine geringe Leistungsabgabe bis zu einer vorgewählten Grenzkurve entsprechenden Werten sollen nur die drei Zylinder 11, 12, 13 arbeiten, so daß nur die Einspritzdüsen 28, 29, 30 betätigt werden; für eine höhere Leistungsabgabe als derjenige der Grenzkurve sollen alle sechs Einspritzdüsen 28-30 und 45- 47 betätigt werden.
In diesem Zusammenhang ist in Fig. 2 ein Kurvenbild der vom Motor in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n abgegebenen Leistung N dargestellt; die Grenzkurve ist mit A und die Höchstleistungskurve mit B bezeichnet.
Der Festspeicher 85 enthält auch die dem für den Überdruck im Krümmer 42 zugelassenen Grenzwert entsprechende Daten.
Der Festspeicher 85 enthält ebenfalls die Daten des Zündpunkteinstellplanes zum o. T. in Abhängigkeit von vorgewählten Motorparametern (Motordrehzahl, Stellwinkel der Drosselklappen, Motorkühlmitteltemperatur, Signal einer eventuellen Klopfwirkung) und außerdem die Daten des Betätigungsplanes der Drosselklappen 26 und 43, d. h. der Winkelstellungen, die sie in Abhängigkeit von dem durch die Gaspedallage dargestellten, verlangten Leistungsabgabe des Motors annehmen sollen, sowie in Abhängigkeit von den augenblicklichen Motorbetriebsbedingungen: für eine geringe Leistungsabgabe bis zur Grenzkurve A von Fig. 2 arbeiten nur die Zylinder 11-13 und nur die Drosselklappe 26 wird von Leerlauf bis zu Vollgas wirksam gesteuert. Wird in diesem Fall die Drosselklappe 43 offengehalten, so lädt der Lader 101 die vom Krümmer 42 zugeführte Luft auf, wobei die Abgase der arbeitenden Zylinder 11-13 durch die Turbine 102 fließen; die zu den abgeschalteten Zylindern 15- 17 gelangende Druckluft verhindert ein Eindringen an Lecköl vorbei an den Kolbenringen in den Kolbenraum und reduziert den Leistungsverlust durch den Ladungswechsel der mitgenommenen Zylinder.
Für eine höhere Leistungsabgabe als derjenige der Grenzkurve A und bis zur Höchsleitungskurve B von Fig. 2 arbeiten alle Zylinder 11-13 und 15-17 und die Drosselklappe 26 wird angesteuert.
In diesem Fall werden die Zylinder 15-17 durch den Lader 101 aufgeladen und der Aufladungsgrad hängt von der durch die Turbine fließenden Abgasmenge ab. Überschreitet der Überdruck im Krümmer 42 einen vorbestimmten Grenzwert, so steuert der Mikrocomputer über das Stellglied 105 das Bypassventil 104, um einen Teil des Abgases gemäß dem durch den Pfeil 113 dargestellten Steuersignal umzuleiten.
Für eine Leistungsabgabe daher, die zwar höher als diejenige der Grenzkurve A, aber niedriger als die Höchstleistungskurve ist, liefern die beiden Zylinderreihen 14 und 18 je einen Leistungsanteil der gewünschten Gesamtleistung und die beiden Anteile werden durch Steuern des gleichzeitigen Öffnens der beiden Drosselklappen 26 und 43 zwischen den beiden Zylinderreihen so eingeteilt, daß der Motor vollständig, aber mit dem geringstmöglichen Kraftstoffverbrauch läuft. Es ist zum Beispiel möglich, die Drosselklappe 43 ganz zu öffnen, während die Drosselklappe 26 von der kleinsten bis zur größten Öffnung geregelt wird.
Die über die Abgabeleitung 110 aus dem Mikrocomputer austretenden Signale steuern entsprechend dem Pfeil 97 das Stellglied 51 für die Winkelstellung der Drosselklappe 26 entsprechend dem Pfeil 98 das Stellglied 52 für die Winkelstellung der Drosselklappe 43; entsprechend dem Pfeil 99 das Stellglied 34 zum Öffnen der Einspritzdüsen; entsprechend dem Pfeil 100 das Stellglied 65 zum Zünden der Zündkerzen; und schließlich das Bypassventil 104 (Pfeil 113).
Die Signale zur Steuerung der Winkelstellung der Drosselklappen 26 und 43 werden durch den Mikrocomputer 35 aufgrund der augenblicklichen Betriebsbedingungen des Motors und der Lage des Gaspedals nach den vorgeschriebenen, im Festspeicher 35 gespeicherten Werten, verarbeitet.
Der Mikrocomputer berechnet die Öffnungszeit der Einspritzdüsen in Abhängigkeit von den je Takt einzuspritzenden Benzinmengen aufgrund der gemessenen Motorparameter und steuert über die Zeitgeber der Einheit 86 das Öffnen der Einspritzdüsen, die betätigt werden sollen: drei, 28-30, oder sechs 28-30 und 45-47, nach der Zündfolge der Zylinder.
Der Mikrocomputer berechnet die Zündzeit der Zündkerzen in Abhängigkeit von den im Festspeicher 85 gespeicherten Verstellwinkeln aufgrund der gemessenen Motorparameter und steuert die Zündung der Zündkerzen nach der Zündfolge der Zylinder.
In Fig. 3 ist vor dem Zufuhrkrümmer 42 ein Verdrängungslader 106 angeordnet, der über eine Welle 107 und ein Getriebe 108 von der Brennkraftmaschine 10 mechanisch angetrieben wird.
Im Getriebe 108 ist eine Magnetkupplung 114 vorgesehen, die durch den Mikrocomputer 35 über das vom Pfeil 109dargestellte Signal und über das Stellglied 115 dazu gesteuert wird, den Lader nur bei bestimmten Betriebsbedingungen, zum Beispiel für vorbestimmte Werte der Maschinendrehzahl und/ oder für vorbestimmte Gaspedallagen, mit der Maschine zu verbinden.

Claims

1. Verfahren für den Betrieb einer Mehrzylinder-Otto- Brennkraftmaschine in Abhängigkeit vom geforderten Leistungsbedarf, bei dem

a) vorgewählte Motorparameter und der geforderte Leistungsbedarf sensormäßig erfaßt und einer Steuereinrichtung zugeführt werden,

b) eine erste Zylindergruppe mit einem höheren Verdichtungsverhältnis ständig betrieben wird,

c) eine abschaltbare zweite Zylindergruppe mit einem niedrigeren Verdichtungsverhältnis für den Hochleistungsbetrieb zugeschaltet wird, wenn der geforderte Leistungsbedarf oberhalb einer Grenzkurve liegt,

d) in Abhängigkeit von den vorgewählten Motorparametern und dem geforderten Leistungsbedarf die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wird, um die abschaltbare zweite Zylindergruppe abzuschalten, wenn der Leistungsbedarf unterhalb der Grenzkurve liegt,

e) der Zündzeitpunkt in Abhängigkeit von vorgewählten Motorparametern eingestellt wird,

f) die Ladungszufuhr durch mittels Stellglieder in Abhängigkeit von den vorgewählten Motorparametern getrennt steuerbare Drosselklappen für die jeweils nicht abschaltbaren und abschaltbaren Zylinder erfolgt,

dadurch gekennzeichnet, daß

g) eine Leistungssteigerung nur der abschaltbaren zweiten Zylindergruppe, die mit einem Verdichtungsverhältnis von höchstens 9,5 : 1 verdichtet wird, mit Hilfe eines Laders vorgenommen wird,

h) die von diesem Lader ständig geförderte Luft der abschaltbaren Zylindergruppe auch bei deren abgeschaltetem Betrieb zugeführt wird,

i) für einen Leistungsbedarf, der oberhalb der Grenzkurve liegt, der von diesem Lader erzeugte Ladungsdruck in der abschaltbaren zweiten Zylindergruppe durch die Steuereinrichtung bis zu einem vorbestimmten Wert gesteuert wird, und

j) die nicht abschaltbare Zylindergruppe mit einem Verdichtungsverhältnis von mehr als 12,5 : 1 verdichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lader als ein vom Abgas der ständig in Betrieb befindlichen ersten Zylindergruppe angetriebener Turbolader betrieben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bestehen eines Überdruckes in der Lufteinlaßleitung zu den Zylindern der zweiten Zylindergruppe das vom Lader kommende Abgas durch die Bypassleitung geleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lader als von der Brennkraftmaschine mechanisch angetriebener Verdrängerlader betrieben wird.