Die sogenannte Zylinderabschaltung ist schon bei Kolbenbrenn- kraftmaschinen mit höherer Zylinderzahl, beispielsweise mit 12 Zylindern, ausgeführt worden. Die sich durch die Zylinder- abschaltung verändernde Drehmomentverlaufsform ist bei den höheren Zylinderzahlen oft noch akzeptabel. Während bei- spielsweise bei Dreizylindermaschinen durch das Übergewicht der Massenkräfte gegenüber den Gaskräften bei hoher Motor- drehzahl ebenfalls noch akzeptable Drehmomentverlaufsformen erreicht werden, überwiegen jedoch im niedrigen Drehzahlbe- reich die Einflüsse der Gaskräfte gegenüber den Massenkräf- ten, so daß im niedrigen Drehzahlbereich sich nicht mehr ak- zeptable Drehmomentverlaufsformen einstellen.

Da grundsätzlich eine Zylinderabschaltung bei allen Motor- drehzahlen und bei niedriger Last eine erhebliche Ver- brauchseinsparung bedeuten kann, liegt der Erfindung die Auf- gabe zugrunde, ein Verfahren zur Verbesserung des Drehmoment- verlaufs zu schaffen, der auch zumindest für Vierzylinder- Viertakt-Kolbenbrennkraftmaschinen, aber auch für höhere Zy- linderzahlen einen verbesserten Drehmomentverlauf ergibt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Verbesse- rung des Drehmomentverlaufs an einer Mehrzylinder-Viertakt-

Kolbenbrennkraftmaschine, die wenigstens zwei Zylinderpaare mit variabel ansteuerbaren Gaswechselventilen aufweist, wobei jeweils ein Zylinderpaar aus zwei Zylindern besteht, die durch einen Zündabstand von 360° Kurbelwinkel einander zuge- ordnet sind, und wobei über eine Motorsteuerung für einen Teillastbetrieb durch Abschalten der Kraftstoffzufuhr und Einwirkung auf die Gaswechselventile die Zylinder eines Zy- linderpaares nicht befeuert werden, das dadurch gekennzeich- net ist, daß für den Teillastbetrieb die Zylinder des nicht- befeuerten Zylinderpaares zur Einstellung einer vorgebbaren, den Drehmomentverlauf beeinflussenden Kompressionshöhe durch entsprechendes Ansteuern der Gaswechselventile eine vorgege- bene Ladungsmenge aufnehmen, und daß für die Dauer des Teil- lastbetriebs die Gaswechselventile dieser Zylinder geschlos- sen gehalten werden und nur zur Beeinflussung der Ladungsmen- ge jeweils im Bereich des Kolbendurchlaufs durch den Bereich des unteren Totpunktes das zugehörige Gaseinlaßventil bzw.

Gasauslaßventils kurzzeitig geöffnet wird. Die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die von den nichtbefeuerten Zylindern jeweils aufgenommene Ladungsmenge bei geschlossen gehaltenen Gaswechselventilen wie eine Spei- cherfeder wirkt, die bei einer Kolbenbewegung vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt zusammengedrückt wird und bei der Kolbenbewegung vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt sich wieder entspannt und damit Arbeitsleistung an den Kolben abgibt.

Beispielsweise bei einer Vierzylinder-Viertaktmaschine ergibt sich aufgrund des gewählten Zündabstandes der Zylinder der einzelnen Zylinderpaare zueinander von 360° Kurbelwinkel der Vorteil, daß dem Kompressionshub jeweils eines befeuerten Zy- linders des"arbeitenden"Zylinderpaares beide Zylinder des nichtbefeuerten, d. h. des abgeschalteten Zylinderpaares zuge- ordnet sind, bei dem die Wirkung der"Speicherfeder"auf den sich vom oberen zum unteren Totpunkt bewegenden Kolben wirk- sam wird und damit die Ladungskompression in dem befeuerten Zylinder durch Einleitung eines entsprechenden positiven Drehmomentanteils unterstützt.

Bei einem Teillastbetrieb über einen längeren Zeitraum hinweg ist es zweckmäßig vorgesehen, daß je nach Betriebsweise, wie nachstehend noch näher erläutert, für die nichtbefeuerten Zy- linder beim Durchgang des Kolbens durch den unteren Totpunkt jeweils die zugehörigen Gaseinlaßventile oder Gasauslaßventi- le kurzzeitig geöffnet werden, um die aufgenommene Ladungs- menge zu beeinflussen, beispielsweise um Blow-By-Verluste wieder auszugleichen, so daß mit einer vorgegebenen optimalen Ladungsmenge der vorbeschriebene unterstützende Effekt durch Kompression und Expansion bei geschlossenen Gaswechselventi- len an den nichtbefeuerten Zylindern aufrecht erhalten werden kann.

Insbesondere bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit vollvariabel steuerbaren Gaswechselventilen, beispielsweise mit Gaswech- selventilen, die über elektromagnetische Aktuatoren betätig- bar und über die Motorsteuerung ansteuerbar sind, ist in vor- teilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, daß die Vorgabe der Ladungsmenge in Abhängigkeit von der Last und/oder der Drehzahl und/oder dem Drehmoment- verlauf durch entsprechende Ansteuerung der Gaswechselventile beim Kolbendurchgang im Bereich des unteren Totpunkts ange- paßt wird. Damit ist die Möglichkeit gegeben, den Drehmoment- verlauf jeweils für unterschiedliche Teillastbereiche bzw. unterschiedliche Drehzahlbereiche zu optimieren. Die hier zu berücksichtigenden Teillastbereiche und/oder Drehzahlbereiche können beispielsweise in Form von Kennfeldern in der Mo- torsteuerung abgelegt sein. Zweckmäßig ist es, wenn der aktu- elle Drehmomentverlauf erfaßt wird, beispielsweise über einen der Kurbelwelle zugeordneten Sensor, der dann als Istwert mit einem vorgegebenen Sollwert, der auch als Kennfeld abgelegt sein kann, berücksichtigt wird. Hierbei kann es zweckmäßig sein, für den Sollwert Toleranzfelder vorzusehen, um nicht laufend Korrekturen vornehmen zu müssen.

Die jeweils für die nichtbefeuerten Zylinder vorgebbare La- dungsmenge kann entweder über Abgas gebildet, oder aber über Frischluft gebildet werden.

Verwendet man Abgas als Ladungsmenge, dann sind bei geschlos- senen Gaseinlaßventilen jeweils die Gasauslaßventile der nichtbefeuerten Zylinder in dem Verfahren anzusteuern.

Verwendet man Frischluft als vorgebbare Ladungsmenge, dann sind bei geschlossenen Gasauslaßventilen die Gaseinlaßventile der nichtbefeuerten Zylinder entsprechend anzusteuern.

Je nachdem ob die vorgegebene Ladungsmenge durch Abgas oder durch Frischluft gebildet wird, sind die Gaswechselventile beim Übergang von Teillast auf Vollast mit Zuschaltung der nichtbefeuerten Ventile entsprechende Verfahrensabläufe für einen schnell reagierenden Übergang vorzusehen. Diese sind in den Unteransprüchen angegeben und nachstehend näher beschrie- ben.

Die Erfindung wird anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 den Verlauf eines Drehmomentes in Abhängigkeit von Grad Kurbelwinkel für eine Vierzylinder-Maschine im Vollastbetrieb und Betrieb mit Zylinderabschaltung ; Fig. 2 einen Drehmomentverlauf in Abhängigkeit von Grad Kurbelwinkel für eine Vierzylinder-Maschine im Zweizylinderbetrieb ohne Zylinderabschaltung und mit Zylinderabschaltung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ; Fig. 3 für eine Vierzylindermaschine ein Diagramm für das Aus-und Einschalten von zwei Zylindern bei Gaskom- pression ; Fig. 4 ein Diagramm entsprechend Fig. 3 für Luftkompres- sion ; Fig. 5 eine Anordnung für einen zusätzlichen mechanischen Drehmomentausgleich ;

Fig. 6 Verlauf eines Ausgleichsmoments in Abhängigkeit von Grad Kurbelwinkel.

Für eine Vierzylinder-Viertakt-Kolbenbrennkraftmaschine mit zwei Zylinderpaaren, die jeweils einen Zündabstand von 360° aufweisen, beispielsweise in der Zündreihenfolge 1-3-4-2 oder 1-2-4-3, ist mit der Kurve 1 in Fig. 1 der Drehmomentverlauf bei Vollbetrieb dargestellt, d. h. einem Betrieb, bei dem alle vier Zylinder befeuert werden.

In Fig. 2 ist mit der Kurve 2 der Drehmomentverlauf für die Vierzylinder-Maschine entsprechend Fig. 1 dargestellt, der sich ergibt, wenn ein Zylinderpaar, d. h. zwei Zylinder mit einem Zündabstand von 360 Grad Kurbelwinkel in der Weise ab- geschaltet werden, daß Kraftstoffzufuhr und Zündung abge- schaltet werden, die Betätigung der Gaswechselventile jedoch weiterhin im normalen Arbeitstakt erfolgt. Wie die Kurve er- kennen läßt, ergibt sich ein sehr ungleichmäßiger Drehmoment- verlauf und damit ein unruhiger Lauf der Kolbenbrennkraftma- schine.

Ist nun eine Kolbenbrennkraftmaschine mit variabel, insbeson- dere vollvariabel betätigbaren Gaswechselventilen, beispiels- weise Gaswechselventilen mit elektromagnetischen Aktuatoren, ausgerüstet, dann läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfah- ren bei einer Abschaltung eines Zylinderpaares auch bei einer Vierzylinder-Kolbenbrennkraftmaschine der Drehmomentverlauf deutlich verbessern, wie dies aus der Kurve 3 in Fig. 2 er- sichtlich ist.

Bei der erfindungsgemäßen Zylinderabschaltung werden bei- spielsweise bei der Verwendung des Abgases für die Bildung einer vorgebbaren Ladungsmenge die Einlaßventile geschlossen gehalten und mit der Abschaltung bei der jeweils ersten Ab- wärtsbewegung der Kolben dieses Zylinderpaares im Saughub Ab- gas angesaugt. Über die Öffnungsdauer kann die Ladungsmenge bestimmt werden. Sobald die vorgegebene Ladungsmenge erreicht ist, werden auch die Gasauslaßventile geschlossen und während

der gesamten Dauer der Abschaltphase geschlossen gehalten, so daß die aufgenommene Ladungsmenge in den beiden nichtbefeuer- ten Zylindern des abgeschalteten Zylinderpaares jeweils in der Aufwärtsbewegung des Kolbens komprimiert wird, wodurch ein negatives Drehmoment auf die Kurbelwelle aufgebracht wird, wenn der entsprechende Zylinder des befeuerten Zylin- derpaares den Expansionshub durchläuft. Bei Durchgang durch den oberen Totpunkt kann jeweils die aufgenommene Ladungsmen- ge expandieren, so daß ein positives Drehmoment auf die Kur- belwelle einwirkt, wenn der entsprechende Zylinder des befeu- erten Zylinderpaares den Kompressionshub durchläuft. Durch den vorgegebenen Zündabstand von 360° der einander zugeordne- ten Zylinderpaare ergibt sich bei der entsprechenden Zündrei- henfolge der mit Kurve 3 in Fig. 2 dargestellte deutlich gleichmäßigere Drehmomentverlauf für die Gesamtmaschine.

Daraus ist zu erkennen, daß es mit dem erfindungsgemäßen Ver- fahren möglich ist, für den Teillastbetrieb einen relativ gleichmäßigen Drehmomentverlauf auch bei einer Vierzylinder- Kolbenbrennkraftmaschine zu erzielen, wenn ein Zylinderpaar abgeschaltet und das befeuerte Zylinderpaar praktisch unter Vollastbedingungen mit optimalen Brennverläufen betrieben wird. Gleichwohl wird von der Maschine insgesamt nur eine Teillast abgegeben.

Anstatt für das abgeschaltete Zylinderpaar die Ladungsmenge durch Abgas vorzugeben, kann in gleicher Weise auch Frisch- luft vorgegeben werden. Hierfür ergibt sich lediglich ein an- deres Ansteuerschema für die Betätigung der Gaswechselventi- le.

In Fig. 3 ist das Schaltschema für den"Abgasbetrieb"bei ei- ner VierzylinderViertakt-Kolbenbrennkraftmaschine mit einem Zündabstand von 360° der einander zugeordneten Zylinderpaare bei einer Zündfolge 1-3-4-2 dargestellt. Der Abschaltzeitraum isr durch eine Umrahmung gekennzeichnet.

In dem Diagramm bedeuten : K Kompressionstakt, E Expansionstakt, A Ausschiebetakt, S Saugtakt.

Ferner bedeuten : AS Abgassaugtakt, k Abgas- (Luft-) kompression und e Abgas- (Luft-) expansion.

Soll für einen Teillastbetrieb während der Arbeitstakte 6 bis 15 das durch die Zylinder 2 und 3 gebildete Zylinderpaar ab- geschaltet werden, dann wird im Takt 5 im Anschluß an den Ausschiebetakt das Gasauslaßventil offengehalten, so daß Ab- gas angesaugt wird. Für die anschließenden Takte 6 bis 15 bleiben sowohl das Gaseinlaßventil als auch das Gasauslaßven- til geschlossen.

Während des Abgasansaugtaktes für den Zylinder 3 erfolgt für den abzuschaltenden Zylinder 2 der Expansionstakt, so daß be- reits im Takt 6 das Abgasventil geschlossen gehalten wird und damit die aus dem Expansionstakt stammende Ladungsmenge im Zylinder 2 gehalten bleibt.

Für die Zuschaltung dieses Zylinderpaares für einen Vollast- betrieb ab Takt 16 werden bereits ab Takt 14 die Gaswechsel- ventile wieder im Normalbetrieb angesteuert, während für den Zylinder 3 noch einmal die Kompression und die Expansion bei geschlossenen Gaswechselventilen erfolgt und erst mit Ar- beitstakt 16 die Ansteuerung der Gaswechselventile für den Zylinder 3 im normalen Arbeitstakt erfolgt.

In Fig. 4 ist für den gleichen, ebenfalls durch eine Umrah- mung gekennzeichneten Abschaltzeitraum von Arbeitstakt 5 bis

Arbeitstakt 15 das Schaltschema für die Luftkompression dar- gestellt. Hierbei wird für den Zylinder 3 bereits zu Beginn des Saugtaktes im Arbeitstakt 5 die Kraftstoffzufuhr abge- sperrt, so daß (praktisch) nur Luft angesaugt wird und die aufgenommene Ladungsmenge ab dem Arbeitstakt 6 bei geschlos- senen Gaswechselventilen komprimiert werden und expandieren kann, so daß für den Übergang zum Vollastbetrieb für den Ar- beitstakt 16 das Gasauslaßventil im"Normalbetrieb"angesteu- ert werden kann.

Für den Zylinder 2 erfolgt die Abschaltung der Ansteuerung der Gaswechselventile entsprechend verzögert. Die Kraftstoff- zufuhr wird zu Beginn des Arbeitstaktes 7 abgestellt, so daß im Anschluß an den Saugtakt mit dem Arbeitstakt 8 die Gas- wechselventile geschlossen bleiben. Für den Übergang werden dann die Gaswechselventile mit dem Arbeitstakt 14 bereits wieder im Normalbetrieb angesteuert.

Um nun den Drehmomentverlauf bei Zylinderabschaltung noch et- was zu glätten, ist es zweckmäßig, auf die Kurbelwelle zu- sätzlich ein periodisch wechselndes Drehmoment aufzubringen.

Dies kann beispielsweise in der Form geschehen, daß, wie in Fig. 5 dargestellt, auf einen an der Kurbelwelle 4 angebrach- ten Nocken 5 über einen Stößel 6 und eine Speicherfeder 7 ei- ne entsprechende Kraft aufgenommen und wieder eingeleitet wird. Der Scheitelpunkt der Exzentrizität liegt um etwa 80° Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt der befeuerten Zylin- der, so daß während des Expansionstaktes des jeweils befeuer- ten Zylinders ein Teil der Energie Über die Speicherfeder 7 aufgenommen und beim Übergang zum Ausstoßtakt wieder abgege- ben wird.

Die Steuerkurve des Nockens 5 ist so ausgelegt, daß der in Fig. 6 dargestellte mit der Anordnung gemäß Fig. 5 zusätzlich aufzubringende Drehmomentverlauf erzielt wird. Dieser zusätz- lich aufzubringende Drehmomentverlauf hat während der Kom- pression und Expansion der befeuerten Zylinder ein negatives Moment und infolge des Zündabstandes während der Kompression

und Expansion der abgeschalteten Zylinder ein positives Mo- ment. In der Überlagerung ergibt sich dann eine zusätzliche Glättung des Drehmomentverlaufs, wie er mit der Kurve 3.1 in Fig. 1 dargestellt ist.

Zur Drehmomentbeeinflussung bei verschiedenen Lasten der be- feuerten Zylinder ist die Federkraft der Speicherfeder 7 ein- stellbar zu gestalten. Der Winkel der maximalen Einfederung und somit des größten Nockenhubes ist so auf der Kurbelwelle zu wählen, daß zu dieser Kurbelwellenstellung die befeuerten Zylinder Kompression und Expansion im wesentlichen beendet haben. Dies ist bei einem Winkel von 80° Kurbelwinkel nach OT in etwa gegeben.

Eine weitere Möglichkeit, zusätzlich ein periodisch wechseln- des Drehmoment aufzubringen, besteht im periodischen Drehmo- mentbetrieb einer mit der Kolbenbrennkraftmaschine verbunde- nen Elektromaschine und einem entsprechenden Energiespeicher, welcher das Drehmoment kurzzeitig aufnimmt bzw. kurzzeitig eine Last abnimmt und anschließend wieder abgibt. Dies ist beispielsweise durch Batterien oder auch Kondensatoren gege- ben, die mit einer Elektromaschine in Verbindung stehen, die sowohl im Generator-als auch im Motorbetrieb betrieben wer- den kann.

Insbesondere bei vollvariabel steuerbaren Gaswechselventilen läßt sich nun über eine Änderung des Zeitpunktes des Schlie- ßens der Gasauslaß-bzw. der Gaseinlaßventile die jeweils verbleibende Ladungsmenge auch variieren.

Ein Schließen der"ansaugenden"Ventile zu Beginn der Zylin- derabschaltung zu einem in der Nähe des unteren Totpunktes liegenden Zeitpunkt führt dabei zu einem hohen Ladungseinsatz der im Mittel ohne Momentenabgabe komprimierenden und expan- dierenden Zylinder. Durch ein Schließen des oder der letzten noch geöffneten"ansaugenden"Ventile zu einem Zeitpunkt vor oder nach dem unteren Totpunkt verändert die Ladungsmenge und damit die zu erzielende Kompressionshöhe in den abgeschalte-

ten, d. h. nichtbefeuerten Zylindern. Auch ein kurzzeitiges Öffnen und Schließen von einem oder mehreren der"ansaugen- den"Ventile zu einem Zeitpunkt in der Nähe des unteren Tot- punktes bewirkt eine Luft-oder Abgasansaugung und kompen- siert so den durch Blow-By-Verluste aus dem Zylinder entwi- chenen Ladungsteil. Das Nachladen der Zylinderfüllung zum Ausgleich von Blow-By-Verlusten oder auch eine Änderung der Ladungsmenge kann alle 360° Kurbelwinkel erfolgen oder sich auch nur auf jedes n-te Arbeitsspiel beschränken. Die Höhe des erforderlichen Ladungseinsatzes steigt mit der Last der befeuerten Zylinder.

Die vorstehend beschriebenen Maßnahmen zur Verbesserung des Drehmomentverlaufs bei Viertakt-Kolbenbrennkraftmaschinen, die jeweils Zylinderpaare mit einem Zündabstand von 360° auf- weisen, lassen sich entsprechend auch für Kolbenbrennkraftma- schinen mit 8,12 oder 16 Zylindern einsetzen. Entsprechend werden bei einer Achtzylinder-Maschine zwei Zylinderpaare, bei einer Zwölfzylinder-Maschine drei Zylinderpaare und bei einer Sechzehnzylinder-Maschine vier Zylinderpaare abgeschal- tet, die jeweils zum selben Kurbelwinkel ihren oberen Tot- punkt aufweisen. Die abzuschaltenden Zylinder sind Zylinder mit gleichem Zündabstand, der doppelt so lang ist wie im Vollbetrieb.

Die Motorsteuerung kann nun so ausgestaltet sein, daß bei Überschreiten einer vorgegebenen Dauer für den Teillastbe- trieb die Zylinderabschaltung von einem Zylinderpaar auf das andere Zylinderpaar wechselt, um so eine Mindesttemperaturhö- he für die jeweils abgeschalteten zylinderpaare einzuhalten, damit beim Übergang von Teillastbetrieb zum Vollastbetrieb das jeweils abgeschaltete zylinderpaar schnellstmöglich seine Betriebstemperatur wieder erreicht.