DE3913523C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit Drehzahlbegrenzung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 7.

Aus der gattungsgemäßen EP 0 208 183 A2 ist eine Brennkraftmaschine mit zylinder­ individuellen Kraftstoffeinspritzventilen und sequentieller Kraftstoffeinspritzung bekannt, welche eine Steuereinrichtung aufweist, die eine Abregeldrehzahl der Brennkraftma­ schine festlegt. Hierbei sind zur Drehzahlbegrenzung zwei Grenzwerte vorgegeben, welche sich um einige hundert Umdrehungen voneinander unterscheiden. Die Verbren­ nung in den Zylindern wird dabei durch Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr nach dem Überschreiten des ersten, unteren Grenzwertes für beispielsweise zwei Takte der Brennkraftmaschine unterbrochen, anschließend für weitere z. B. zwei Takte wieder eingeschaltet und so weiter, so daß sich letztendlich ein zwischen den beiden Grenz­ werten liegender, intervallartiger Betrieb der Brennkraftmaschine einstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung einer mehrzylindrigen Brennkraftma­ schine sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, mit deren Hilfe ein günstigeres Verhalten der Brennkraftmaschine erzielt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Einrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 7 vorgeschlagen.

Die wesentlichen Gedanken der vorliegenden Erfindung bestehen dabei darin, nicht eine feste Drehzahlgrenze vorzusehen, bei der die Verbrennung in allen Zylindern der Brennkraftmaschine gleichzei­ tig und schlagartig abgeschaltet wird, sondern mehrere Grenzwerte der Drehzahl vorzusehen, bei der einzelne Zylinder oder Zylinder­ gruppen nacheinander abgeschaltet werden. Dabei sollen sich die einzelnen Drehzahlgrenzwerte nur um geringe Drehzahldifferenzen voneinander unterscheiden und etwa im Bereich der bekannten festen Drehzahlgrenze liegen. Durch das erfindungsgemäße Ver­ fahren wird eine sanftere Abregelcharakteristik der Brennkraft­ maschine erreicht, bei der durch sukzessives Abschalten einzelner Zylinder oder Zylindergruppen die Leistung der Brennkraftmaschine stufenweise bis auf Null abgesenkt wird.

Dabei kann es vorgesehen sein, daß beispielsweise bei Abschalten eines ersten Zylinders nach Überschreiten des ersten Drehzahlgrenz­ wertes nicht ständig ein und derselbe Zylinder abgeschaltet bleibt, sondern daß nach einem oder mehreren Arbeitsspielen der zunächst abgeschaltete Zylinder wieder zugeschaltet und dafür ein anderer Zylinder abgeschaltet wird, so daß die abzu­ schaltenden Zylinder über die Zeit einander abwechseln. Ähnliches wird beim Abschalten weiterer Zylinder oder Zylindergruppen nach Überschreiten weiterer Drehzahlgrenzwerte vorgenommen. Diese Maßnahme soll dabei dazu dienen, eine Vergleichmäßigung der Triebwerksbelastung zu erreichen und darüber hinaus ein lokales Abkühlen einzelner Zylinder und dadurch verursachte Wärmespannungen im Gehäuse der Brennkraftmaschine zu vermeiden.

Zweckmäßig kann es sein, eine der Zahl der Zylinder oder Zylinder­ gruppen entsprechende Anzahl von Drehzahlgrenzwerten vorzusehen, wobei bei Erreichen des jeweils nächsthöheren Drehzahlgrenz­ wertes ein weiterer Zylinder oder eine weitere Zylindergruppe abgeschaltet wird. Die Abschaltung der Zylinder kann im übrigen durch Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr und/oder durch Unter­ brechung der Zündung erfolgen.

Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Einrichtung vorge­ schlagen, die eine die Drehzahl der Brennkraftmaschine erfassende Meßvorrichtung sowie eine mit der Meßvorrichtung verbundene Steuervorrichtung vorsieht, wobei die Steuervorrichtung eine Zylinderabschalteinrichtung ansteuern soll, die bei Überschreiten eines ersten Drehzahlgrenzwertes zur Abschaltung eines ersten Zylinders oder einer ersten Zylindergruppe und bei Überschreitung weiterer Drehzahlgrenzwerte zur Abschaltung weiterer Zylinder bzw. Zylindergruppen beaufschlagbar ist. Die Zylinderabschalt­ einrichtung kann dabei mit Vorteil durch eine mit ansteuerbaren Mitteln zur Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine ausgerüstete Kraftstoffeinspritz­ einrichtung gebildet sein.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar­ gestellt, das im folgenden näher erläutert wird.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer mehrzylindrigen Brenn­ kraftmaschine mit einer Einrichtung zur Dreh­ zahlbegrenzung gemäß der Erfindung und

Fig. 2 ein Diagramm der Leistung der Brennkraftmaschine über der Drehzahl für einen bestimmten Getriebe­ gang.

In der Fig. 1 der Zeichnung ist mit 1 eine beispielsweise vier­ zylindrige Brennkraftmaschine angedeutet, die über eine Antriebs­ welle 3 mit einem Stufenschaltgetriebe 2 zur Einschaltung ver­ schiedener, den einzelnen Fahrwiderständen angepaßter Übersetzungs­ stufen verbunden ist. Die Brennkraftmaschine 1, die beispielsweise als Antriebsmotor für ein Kraftfahrzeug vorgesehen ist, weist weiter neben einer Abgasleitung 5 eine Ansaugleitung 4 mit zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine führenden Saugrohren auf. Mit 6a bis 6d sind den einzelnen Zylindern der Brennkraft­ maschine zugeordnete Einspritzdüsen angedeutet, über die Kraft­ stoff zur Verbrennung in den einzelnen Brennräumen der Zylinder entweder in die Saugrohre oder direkt in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Die einzelnen Ein­ spritzdüsen stehen mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 7 in Verbindung, die unter anderem auch Mittel zur Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr zu den einzelnen Zylindern aufweist. Diese beispielsweise durch Abschaltventile gebildeten Mittel zur Unter­ brechung der Kraftstoffzufuhr können von einer Steuervorrichtung 8 angesteuert werden, die mit einer Meßvorrichtung 9 zur Erfassung der Drehzahl der Brennkraftmaschine verbunden ist. Bei (segnen­ tieller) elektronischer Einspritzung sind dagegen keine Abschalt­ ventile erforderlich; hier werden die Einspritzventile ohne­ hin elektrisch zwischen den beiden Stellungen "offen" und "zu" angesteuert. Die Steuervorrichtung 8 ist nun so eingestellt, daß eine Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine dann vorgenommen wird, wenn bestimmte, relativ hoch liegende, im einzelnen durch Versuche und/oder Berechnungen festzulegende Drehzahlgrenzwerte überschrit­ ten werden.

Dabei sind im Gegensatz zu bisher bekannten Steuerungen nicht eine einzige feste Abschaltdrehzahl, sondern mehrere, durch geringe Drehzahldifferenzen unterschiedene Drehzahlgrenzwerte vorgesehen, bei deren Überschreitung die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine sukzessive, beispielsweise durch Unter­ brechung der Kraftstoffzufuhr abgeschaltet werden.

So ist zum Beispiel, wie aus der Fig. 2 ersichtlich, ein Leistungsdiagramm der Brennkraftmaschine für einen be­ stimmten Gang des Getriebes über der Drehzahl aufgetragen, in der ein erster Drehzahlgrenzwert n_1G vorgesehen ist, der in etwa im Bereich der früher festen Abschaltdrehzahl n_0G liegt und bei dessen Erreichen ein erster Zylinder abgeschaltet wird. Durch das Abschalten dieses ersten Zylinders von insgesamt beispiels­ weise vier Zylindern sinkt die Leistung der Brennkraftmaschine von dem zuvor erreichten Leistungswert Ne_A auf den Wert Ne_G1. Bei weiterer Steigerung der Drehzahl fällt zunächst die Leistung geringfügig ab, bis bei Erreichen eines zweiten Drehzahlgrenz­ wertes n_2G nach Abschaltung eines weiteren Zylinders nur noch eine Leistung Ne_G2 erreicht wird. Der Verlauf der Leistungskurve setzt sich in dieser Weise bei weiterer Drehzahlsteigerung bis zum Erreichen eines dritten Drehzahlgrenzwertes n_3G und darüber­ hinaus bis zum Erreichen eines vierten Drehzahlgrenzwertes n_4G fort, wobei mit Erreichen eines jeden neuen Drehzahlgrenzwertes ein weiterer Zylinder abgeschaltet wird, so daß schließlich alle Zylinder der Brennkraftmaschine abgeschaltet und die Leistung der Brennkraftmaschine somit auf Null reduziert ist. Diese Leistungsreduzierung der Brennkraftmaschine von dem Ausgangswert Ne_A bis zum Wert Null erfolgt dabei jedoch nicht wie zuvor bei der festen Abschaltdrehzahl schlagartig, sondern in einzelnen diskreten Stufen, so daß eine sanfte Abregelcharakteristik über eine größere Drehzahldifferenz um die Abschaltdrehzahl herum erreicht wird. Dadurch, daß der Leistungsverlauf der Brenn­ kraftmaschine im Abregelbereich jetzt gezielt eingestellt werden kann, kann auch der Zugkraftverlauf beim Hochschalten des Getriebes verbessert werden. Wird nämlich aus diesem Abregelbereich heraus der nächsthöhere Gang eingeschaltet, kann ein früher auftretender, durch den Drehzahlsprung sich ergebender starker Leistungsabfall weitgehend vermieden werden.

Um eine Vergleichmäßigung der Triebwerksbelastung zu erreichen und das Auftreten von Temperaturdifferenzen im Motorgehäuse und im Zylinderkopf weitgehend auszuschließen, ist es zweckmäßig, bei Erreichen der einzelnen Drehzahlgrenzwerte nicht ständig immer wieder dieselben Zylinder, sondern mit den Arbeitsspielen wechselnde Zylinder abzuschalten. Dadurch wird verhindert, daß beim Betrieb der Brennkraftmaschine in dem Abregelbereich einzelne Zylinder durch länger andauernde Abschaltung gegenüber ständig zugeschaltet bleibenden Zylindern abkühlen. Dies kann in der Weise durchgeführt werden, daß beispielsweise bei Erreichen des ersten Drehzahlgrenzwertes n_1G für eine vorgegebene Zahl von Arbeitsspielen zunächst ein bestimmter Zylinder abgeschaltet wird und daß danach für eine weitere Zahl von Arbeitsspielen anstelle dessen ein anderer Zylinder abgeschaltet wird, wobei sich diese variierende Abschaltung der Zylinder über die Zeit fortsetzt. Auch bei Abschaltung mehrerer Zylinder soll dies nicht immer die gleichen Zylinder treffen, sondern jeder Zylinder soll abwechselnd zu- und abgeschaltet sein. Beispielsweise kann bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine mit einer Zündung der Zylinder in der Reihenfolge 1342 bei Überschreiten des ersten Drehzahlgrenzwertes im ersten Arbeitsspiel der Zylinder 1, im zweiten Arbeitsspiel der Zylinder 3, im dritten Arbeitsspiel der Zylinder 4, im vierten Arbeitsspiel der Zylinder 2, im fünften Arbeitsspiel wieder der Zylinder 1 und so fort abgeschaltet werden. Es ergibt sich dann insgesamt gesehen eine Reduzierung der Leistung der Brennkraftmaschine um 1/4 bei ständig wechselnden, abgeschalteten Zylindern. Entsprechend können bei dieser Brenn­ kraftmaschine und der angegebenen Zündfolge bei Überschreiten des zweiten Drehzahlgrenzwertes zur Reduzierung der Leistung auf 1/2 im ersten Arbeitsspiel die Zylinder 1 und 4, im zweiten Arbeitsspiel die Zylinder 3 und 2, im dritten Arbeitsspiel wieder die Zylinder 1 und 4 und so fort abgeschaltet werden. Selbst­ verständlich sind aber auch andere Reihenfolgen der Zylinder­ abschaltung denkbar, wobei allerdings darauf geachtet werden sollte, daß nach Möglichkeit nicht ständig die gleichen Zylinder ab- bzw. eingeschaltet bleiben.

Die Abschaltung der Zylinder kann, wie dies aus dem Prinzip­ schaltbild der Fig. 1 ersichtlich ist, am einfachsten durch Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr erfolgen, wobei bei Otto-Brenn­ kraftmaschinen eine den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine individuell zugeordnete Einspritzung erforderlich ist. Alternativ oder zusätzlich zur Kraftstoffabschaltung kann bei Otto-Brenn­ kraftmaschinen auch die Zündung in den einzelnen Zylindern unter­ brochen werden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Steuerung einer mehrzylindrigen Brennkraftma­ schine, wobei zur Drehzahlbegrenzung die Zylinder der Brenn­ kraftmaschine bei Überschreiten vorgegebener Grenzwerte der Drehzahl durch Unterbrechung der Verbrennung in den Zylindern abgeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylin­ der einzeln oder in Gruppen bei unterschiedlich hohen Drehzahl­ grenzwerten abgeschaltet werden, wobei die Zahl der abgeschal­ teten Zylinder oder Zylindergruppen mit steigender Höhe der Drehzahlgrenzwerte zunimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Drehzahlgrenzwerte sich um geringe Drehzahldifferen­ zen voneinander unterscheiden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bei Überschreiten jedes Drehzahlgrenzwertes abzuschal­ tenden Zylinder oder Zylindergruppen nach einem oder mehreren Arbeitsspielen der Brennkraftmaschine variieren.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine der Zahl der Zylinder oder Zylindergruppen entsprechende Anzahl von Drehzahlgrenzwerten vorgesehen ist, wobei bei Erreichen des niedrigsten Drehzahlgrenzwertes ein Zylinder oder eine Zylindergruppe und bei Erreichen jedes nächsthöheren Drehzahlgrenzwertes ein weiterer Zylinder oder eine weitere Zylindergruppe abgeschaltet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abschaltung der Zylinder durch Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abschaltung der Zylinder durch Unterbrechung der Zündung der Zylinder erfolgt.

7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) erfassende Meßvorrichtung (9) sowie eine mit der Meßvorrichtung verbundene Steuervorrichtung (8) vorgesehen sind und daß eine von der Steuervorrichtung ansteuerbare Zylinderabschalteinrichtung (7) vorgesehen ist, die bei Überschreiten eines ersten Drehzahlgrenzwertes zur Abschaltung eines ersten Zylinders oder einer ersten Zylinder­ gruppe und bei Überschreitung weiterer Drehzahlgrenzwerte zur Abschaltung weiterer Zylinder bzw. Zylindergruppen beauf­ schlagbar ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderabschalteinrichtung durch eine mit ansteuerbaren Mitteln zur Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr zu den einzel­ nen Zylindern der Brennkraftmaschine ausgerüstete Kraftstoff­ einspritzvorrichtung (7) gebildet ist.