Zylinderabschaltung einer Brennkraftmaschine

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur stoßfreien Lastaufschaltung bei aktivierter Zylinderabschaltung einer Brennkraftmaschine.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Beim Betrieb von Brennkraftmaschinen, insbesondere Gasmotoren, mit mehreren Zylindern, die in zwei Zylinderbänken angeordnet sind, ist es bekannt, im unteren Kennfeldbereich, insbesondere im Leerlauf, zur Kraftstoffeinsparung und zur Leistungsoptimierung eine Zylinderabschaltung vorzusehen. Diese Zylinderabschaltung dient insbesondere auch der Schadstoffreduzierung. Derartige Zylinderabschaltungen werden üblicherweise bei Otto- Motoren vorgenommen.

Durch die Abschaltung einzelner Zylinder müssen die restlichen Zylinder die geforderte Leistung der Brennkraftmaschine erzeugen. Hierdurch ergibt sich eine höhere spezifische Zylinderleistung der aktiven Zylinder. Um eine derartige höhere spezifische Leistung bei quantitätsgeregelten Motoren darstellen zu können, ist eine Anhebung des Ladedrucks erforderlich. Diese wird üblicherweise durch eine Änderung der Drosselklappenstellung realisiert. Wenn nun beim Betrieb der Brennkraftmaschine die deaktivierten Zylinder wieder zugeschaltet werden, kommt es zu Momentenstößen, d.h., zu kurzfristigen Erhöhungen des jeweiligen Drehmoments, da der Ladedruck der Brennkraftmaschine noch auf den Betrieb mit der verminderten Zylinderzahl eingeregelt ist. Der Ladedruck wird dann erst bei einer nachfolgenden Einstellung der erforderlichen Leistung der Brennkraftmaschine reduziert.

Eine stufenweise einzelne Zuschaltung von einzelnen Zylindern bringt bei dem beschriebenen Problem keine Abhilfe, da dennoch Momentenstöße auftreten. Eine Abmagerung des Gemisches und damit verbunden eine Reduzierung der Brennstoffleistung ist bei Otto-Motoren nicht oder nur in sehr geringen Grenzen möglich, da die Gefahr von Zündaussetzern besteht. Bei einem Abmagern des Gemisches auf Werte, bei welchen dieses noch sicher brennbar ist, treten trotzdem die beschriebenen Momentenstöße auf.

Die Momentenstöße sind insbesondere deshalb unerwünscht, weil sie Belastungen des Antriebsstrangs mit sich bringen. Weiterhin wird die Laufruhe der Brennkraftmaschine verschlechtert und es besteht die Möglichkeit von Drehzahlschwankungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bei einfacher Ausgestaltung und einfacher, betriebssicherer Anwendbarkeit Momentenstöße verhindert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist somit ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Gasmotors, insbesondere eines Otto-Motors, geschaffen worden. Dieses Verfahren wird insbesondere bei einer Brennkraftmaschine eingesetzt, welche zwei Zylinderbänke mit jeweils mehreren Zylindern umfasst, beispielsweise mit jeweils sechs Zylindern. Erfindungsgemäß wird jeder Zylinderbank unabhängig Ladedruck zugeführt. Eine aktive Zylinderabschaltung erfolgt mittels einer üblichen Vorrichtung, die beispielsweise den Zündkreislauf und/oder eine Kraftstoffzufuhr unterbricht. Erfindungsgemäß ist bei dem Verfahren vorgesehen, dass bei einem Wechsel von einem Betriebszustand mit zumindest einem abgeschalteten Zylinder zu einem Betriebszustand mit zumindest einem weiteren zugeschalteten Zylinder der Ladedruck vor der Zuschaltung des weiteren Zylinders reduziert wird.

Erfindungsgemäß erfolgt somit eine Absenkung des Ladedrucks und somit eine Leistungsverminderung bei den bisher aktiven Zylindern, bevor die zusätzlichen Zylinder wieder aktiviert werden. Diese kurzfristige Absenkung des Ladedrucks bzw. diese kurzfristige Verminderung der Leistung verhindert, dass die dann zusätzlich aktivierten Zylinder zu Beginn ihrer Zuschaltung mit der vollen, vorher für die ursprünglichen aktiven Zylinder eingestellten Leistung betrieben werden. Auf diese Weise wird ein Momentenstoß verhindert.

Erfindungsgemäß kann dann nachfolgend die Leistung der Brennkraftmaschine in üblicher Weise angepasst werden, ohne dass Momentenstöße auftreten und ohne dass die Laufruhe des Motors beeinträchtigt wird. Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vermeidet somit, wie erwähnt, Momentenstöße bei der Zuschaltung zusätzlicher vorher deaktivierter Zylinder. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass eine gute Laufruhe der Brennkraftmaschine ohne Drehzahlschwankungen sichergestellt wird.

Erfindungsgemäß kann somit beim Wechsel der Anzahl der aktiven Zylinder eine konstante Leistung der Brennkraftmaschine sichergestellt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Änderung des Ladedrucks auf den erforderlichen Wert erfolgt, welcher beim Betrieb nach der Umschaltung bzw. Aktivierung der Zylinder erforderlich ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit einfach durchführbar, da keine zusätzlichen Regelungsgrößen oder Ähnliches berücksichtigt werden müssen.

Um sicherzustellen, dass kein Momentenstoß auftritt, erfolgt in vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Aktivierung oder Zuschaltung des einen oder der mehreren zusätzliche Zylinder erst nach Erreichen oder nach Einregulierung des reduzierten Ladedrucks. Dies sichert die momentenstoßfreie Umschaltung.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch in analoger Weise bei einem Übergang von einem Betriebszustand mit mehreren aktiven Zylindern auf einen Betriebszustand mit zumindest einem abgeschalteten Zylinder durchgeführt werden. Es würde dann kurzfristig der Ladedruck erhöht werden, um eine konstante Leistung der Brennkraftmaschine auch bei reduzierter Anzahl aktiver Zylinder zu gewährleisten.

Bevorzugterweise erfolgt die Änderung des Ladedrucks innerhalb der Grenzen einer Schalthysterese der Brennkraftmaschine, welche sich beim Aktivieren oder Deaktivieren von Zylindern ergibt.

Die Änderung des Ladedrucks kann erfindungsgemäß auch durch eine Änderung der Stellung einer der jeweiligen Zylinderbank zugeordneten Drosselklappe erfolgen. Somit kann das Verfahren auch bei einer Brennkraftmaschine mit Saugrohren angewendet werden.

Eine Brennkraftmaschine mit zwei zueinander parallel wirkenden Zylinderbänken wird vielfach so betrieben, dass bei Aktivierung nur einer begrenzten Anzahl von Zylindern zwischen den einzelnen Zylinderbänken umgeschaltet oder gewechselt wird. Auch hierbei ist das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise einsetzbar.

Brennkraftmaschinen mit zwölf Zylindern, die in zwei Zylinderbänken angeordnet sind, können im unteren Kennfeldbereich oder im Leerlauf mit lediglich drei der zwölf Zylinder betrieben werden. Bei einer gewünschten Leistungserhöhung werden dann drei zusätzliche, vorher deaktivierte Zylinder zugeschaltet, so dass sich ein Betrieb mit sechs Zylindern ergibt. Bei einer nochmaligen Leistungserhöhung können dann alle zwölf Zylinder aktiviert werden. Insbesondere bei derartigen Vorgängen ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft einsetzbar.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken mit jeweils sechs Zylindern in unterschiedlicher Aktivierung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Drosselklappenstellung bzw.

des Ladedrucks von der Zeit bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Drehzahl und des auftretenden Moments bei

Betrieb mit unterschiedlichen Zylinderzahlen.

Die Fig. 1 zeigt in der vereinfachten Draufsicht eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, welche zwei zueinander parallele Zylinderbänke 1 , 2 aufweist. In jedem der Zylinderbänke 1 , 2 sind jeweils sechs Zylinder vorgesehen, die mit A1 bis A6 und B1 bis B6 bezeichnet sind. In der linken Darstellung der Fig. 1 ist ersichtlich, dass lediglich drei Zylinder aktiviert sind, nämlich die Zylinder B1 , B2 und B3. Bei einer Umschaltung des Betriebes werden nachfolgend sechs Zylinder aktiviert, nämlich die Zylinder A1 bis A6 der Zylinderbank 1. Die Zylinder der Zylinderbank 2 sind deaktiviert, ebenso wie in der linken Bildhälfte der Fig. 1 sämtliche Zylinder A1 bis A6 der Zylinderbank 1 deaktiviert sind.

Die Fig. 2 zeigt ein Diagramm, bei welchem auf der Abszisse die Zeit eingetragen ist, während die Ordinate die Drosselklappenstellung in Prozent bzw. den Ladedruck in bar wiedergibt. Auf der Abszisse ist die Schalthysterese bei der Aktivierung bzw. Deaktivierung der Zylinder mit der linken unteren Grenze UG und der rechten oberen Grenze OG dargestellt. Der rechte Bereich der Fig. 2 zeigt mit der Zahl 6 einen Sechs-Zylinder-Betrieb, während der linke Bereich mit der Zahl 3 einen Drei-Zylinder-Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Brennkraftmaschine darstellt. Die durchgezogene Linie ist mit A bezeichnet und gibt die Zylinderbank 1 mit den Zylindern A1 bis A6 wieder, während die gestrichelte Linie, welche mit B dargestellt ist, die Zylinderbank 2 mit den Zylindern B1 bis B6 repräsentiert.

Das Bezugszeichen 3 auf der Abszisse zeigt die gestrichelte Linie, welche den Übergang von drei auf sechs Zylinder und damit den Schaltpunkt von drei auf sechs Zylinder, gemäß der Darstellung in Fig. 1 , wiedergibt. Bei einem Übergang von Drei-Zylinder-Betrieb auf Sechs- Zylinder-Betrieb wird erfindungsgemäß der Ladedruck bzw. die Drosselklappenstellung bei Erreichen des Schaltpunktes (ovaler Kreis) auf der gestrichelten Linie abgesenkt, um den Wert des Schaltpunkts (ovaler Kreis) auf der durchgezogenen Linie des Sechs-Zylinder- Betriebs einzunehmen. Nachfolgend erfolgt eine Aktivierung der zusätzlichen Zylinder gemäß der Darstellung der rechten Bildhälfte von Fig. 1.

In analoger Weise erfolgt, ausgehend von einem Sechs-Zylinder-Betrieb, eine Erhöhung des Ladedrucks bzw. eine Vergrößerung der Drosselklappenstellung (Öffnung) bei Erreichen des Schaltpunktes und vor der Deaktivierung dreier Zylinder und dem Übergang auf den Drei- Zylinder-Betrieb.

Die Fig. 3 zeigt auf der Abszisse die Drehzahl n und auf der Ordinate das Drehmoment M. Insgesamt ist schematisch ein Motorkennfeld dargestellt, welches im oberen Bereich mit der Zahl 12 einen Zwölf-Zylinder-Betrieb wiedergibt. Die Zahl 6 kennzeichnet einen Sechs- Zylinder-Betrieb, während die Zahl 3 einen Drei-Zylinder-Betrieb darstellt. Zwischen den gestrichelten Linien ergibt sich die in Fig. 2 gezeigte Schalthysterese, wobei die beiden Ffeile den Übergang von Drei-Zylinder-Betrieb zum Sechs-Zylinder-Betrieb wiedergeben.