DE19606402A1 - Zylinderabschaltung bei Otto-Motoren - Google Patents
Zylinderabschaltung bei Otto-MotorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Otto-Motoren mit Zylinderabschaltung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
Bekannte Zylinderabschaltung bei Otto-Motoren werden realisiert durch
mechanische Einrichtungen. Dies sind Drosselklappen, die die Zuführung des
Verbrennungsgemisches für eine Gruppe von Ansaugrohren unterbinden oder durch
Vorrichtungen, welche die Ventilsteuerung unterbrechen. Diese Einrichtungen
können nicht flexibel gesteuert werden. Um Wärmeprobleme zu vermeiden, müssen
z. B. bei der Drosselklappensteuerung die abgeschalteten Zylinder durch Umleitung
von Abgasen in die abgeschalteten Zylinder aufgeheizt werden.
Erfindungsgemäß soll eine flexible Zylinderabschaltung dadurch erreicht werden,
daß bei Otto-Motoren mit elektromagnetisch arbeitenden Einspritzdüsen in der
Anzahl der Zylinder die Kraftstoffzufuhr nach Bedarf für einzelne oder mehrere
Zylinder unterbunden wird durch temporäre Abschaltung der elektrischen
Einspritzimpulse bzw. Vermeidung dieser Stromimpulse direkt im Steuergerät.
Flexible Zylinderabschaltung bedeutet dabei erfindungsgemäß, daß zu dem Zweck
der gleichmäßigen Wärmebelastung aller Zylinder sukzessive nach einem oder
mehreren Arbeitstakten die Kraftstoffzufuhr für diesen Zylinder unterbunden und für
andere Zylinder freigegeben wird.
Dies erfordert Einspritzventile pro Zylinder, Direkt- oder Saugrohreinspritzung, die
untereinander unabhängig zu und abgeschaltet werden können. Eine für diese
Zwecke nutzbare Ventiltechnik sind die elektromagnetischen Einspritzventile der
sogenannten L-Jetronic und deren Variationen. Bei dieser Technik sind die
Einspritzventile am Saugrohr des jeweiligen Zylinders in der Nähe des Motorblocks
angebracht. Dadurch kann ausgeschlossen werden, daß bei entsprechender Länge
der Saugrohre und Größe des gemeinsamen Sammelrohres ein abgeschalteter
blinder einen zündunfähigen Gemischanteil aus einem anderen Saugrohr abzieht.
Die Vorteile dieser flexiblen Zylinderabschaltung resultieren daraus, daß bei
Aktivierung der Zylinderabschaltung je Arbeitstakt mehr Leistung erbracht werden
muß. Dies bedingt eine weiter geöffnete Drosselklappe, damit ein größeres
Gemischvolumen angesaugt werden kann. Durch das größere Gemischvolumen
entsteht einerseits eine höhere Kompression. Andererseits wird im Ansaugtakt der
abgeschalteten Zylinder der zu überwindende Unterdruck durch die weiter geöffnete
Drosselklappe reduziert.
Höhere Kompression hat einen besseren Wirkungsgrad zur Folge und mit der
Reduzierung des Unterdrucks werden die inneren Motorverluste gemindert.
Zusätzlich, wenn auch mit geringeren Auswirkungen, erbringen die abgeschalteten
Zylinder Leistung. Die komprimierte Reinluft nimmt Wärme von der Zylinderwandung
und dem Kolben auf, die in mechanische Leistung umgesetzt wird.
Diese drei Effekte bewirken eine Verbrauchsreduzierung, was sich besonders bei
Staus, häufigen Ampelstops und im unteren Teillastbetrieb (Stadtverkehr und
Landstraße) positiv auswirkt. Die Nachteile durch die Auskühlung bei konstant
abgeschalteten Zylinder werden durch eine kontinuierliche Belastung mit
Arbeitstakten vermieden.
Bei 4-Zylindermotoren ergeben sich zwei Möglichkeiten einer gleichmäßigen
Lastverteilung über alle Zylinder. Für den Leerlauf einen Arbeitstakt pro 540°
Kurbelwellendrehung und für den Teillastbetrieb nach zwei Arbeitstakten mit
Kraftstoffgemisch ein Arbeitstakt mit Reinluft, nachfolgend Blindtakt genannt.
Die Leerlaufzylinderabschaltung mit der Logik nach Fig. 1 kann automatisch
aktiviert werden durch einen Endschalter, der die Nullstellung des Gaspedals
signalisiert in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur und dem Unterschreiten
einer Mindestdrehzahl des Motors. Mindestbetriebstemperatur deshalb, um bei
kaltem Motor durch einen größeren Unterdruck die Kraftstoffgasbildung zu
unterstützen. Mindestdrehzahl signalisiert durch den geschlossenen
Öldruckschalter, um den Motor immer im Vollbetrieb zu starten. Um die bessere
Motorbremsung im Vollbetrieb nutzen zu können, kann diese durch ein vom Fahrer
zu betätigenden Schalter bei Talfahrten mit größerem Gefälle aktiviert werden. Dies,
weil durch den größeren Öffnungswinkel der Drosselklappe eine Art Freilauf
entsteht.
Unabhängig davon ist immer ein zweiter fixer Öffnungswinkel der Drosselklappe bei
Nullstellung des Gaspedals erforderlich, der sich nach Bedarf automatisch einstellt.
Realisiert werden kann dies mit einem Elektromagnet, der in Abhängigkeit von der
Aktivierung der Zylinderabschaltung in die Mechanik der Drosselklappenverstellung
eingreift. D. h. den Nullstellungsanschlag der Drosselwellenmechanik bei
angezogenem Magnet in Drehrichtung der Drosselwelle versetzt.
In Fig. 2 ist die zweite Alternative der zyklischen Zylinderabschaltung für einen 4-
Zylindermotor aufgezeichnet. Hierbei wird erfindungsgemäß nach jedem zweiten
Arbeitstakt ein Blindtakt eingelegt was 1,33 Arbeitstakte pro
Kurbelwellenumdrehung ergibt. Das bedeutet, daß ein 1,6 l Motor nach Bedarf auf
die Leistung eines 1 l Motors gedrosselt werden kann.
Dies mit einer Achsübersetzung, die ausgerichtet ist auf die Nennleistung des 1,6 l
Motors. Dadurch können, das ist der wesentliche Aspekt für Pkws, hubraumstarke
Motoren eingesetzt werden, deren Nenndrehzahl nicht ausgerichtet ist auf
Vollgasfestigkeit sondern auf einen noch vertretbaren Wirkungsgrad. Mit gleicher
Nennleistung wie die bisher eingesetzten Motoren kann der hubraumstarke Motor
mit wesentlich geringerer Drehzahl betrieben werden, ohne daß die größeren
Verluste im Teillastbetrieb akzeptiert werden müssen. Da dies auf freiwilliger Basis
keine Effekte bringt, muß die Überschreitung der Nenndrehzahl mit einer
irreversiblen Einrichtung automatisch unterbunden werden. Niedrige Drehzahlen
mindern die inneren Motorverluste, verursacht durch die kontinuierlich
Beschleunigten nicht rotierenden Teile, exponential. Was bei 1000 U/min noch
vertretbare Verluste verursacht, hat bei 6000 U/min den 36fachen Wert. Damit
werden auch im maximalen Leistungsbereich durch die Zylinderabschaltung indirekt
erhebliche Einsparungseffekte erzielt.
Auch diese Zylinderabschaltung läßt sich automatisch aktivieren und inaktivieren mit
einem Unterdruckschalter am Ansaugsammelrohr in Verbindung mit dem
Endschalter am Gaspedal, der bei Nullstellung des Gaspedals Priorität haben muß.
Reduzierter Unterdruck im Saugrohr signalisiert immer eine höhere
Leistungsanforderung.
Andererseits besteht die Möglichkeit, daß lediglich mit einem vom Fahrer zu
betätigen Schalter diese Zylinderabschaltung aktiviert wird.
Bei Otto-Motoren mit mehr als 4-Zylindern ergeben sich zwangsläufig mehr
Variationsmöglichkeiten. Um eine gleichmäßige Belastung aller Zylinder zu
erreichen, muß lediglich bei dem Logikentwurf sichergestellt werden, daß wie bei
den Fig. 1 und 2 alle Zylinder zyklisch mit Arbeitstakten belastet werden.
Für den Entwurf einer zyklischen Abschaltung gelten folgende Regeln:
Die Anzahl der Zylinder darf nicht ganzzahlig dividierbar sein durch die Summe, gebildet aus den aufeinanderfolgenden Arbeitstakten und Leertakten, die sich regelmäßig wiederholen, wobei die Summe kleiner sein muß als die Anzahl Zylinder.
Die Positionierung der Leertakte innerhalb der Arbeitstakte ist frei wählbar.
Die Anzahl der Zylinder darf nicht ganzzahlig dividierbar sein durch die Summe, gebildet aus den aufeinanderfolgenden Arbeitstakten und Leertakten, die sich regelmäßig wiederholen, wobei die Summe kleiner sein muß als die Anzahl Zylinder.
Die Positionierung der Leertakte innerhalb der Arbeitstakte ist frei wählbar.
Als Beispiel für einen Achtzylindermotor:
Mögliche Summen sind 7,6,5 und 3;
Summe 7 = 5 Arbeitstakte 2 Blindtakte oder 4 Arbeitstakte 3 Blindtakte oder 6 Arbeitstakte und 1 Blindtakt und umgekehrt durch vertauschen der Anzahl Arbeitstakte und Blindtakt.
Mögliche Summen sind 7,6,5 und 3;
Summe 7 = 5 Arbeitstakte 2 Blindtakte oder 4 Arbeitstakte 3 Blindtakte oder 6 Arbeitstakte und 1 Blindtakt und umgekehrt durch vertauschen der Anzahl Arbeitstakte und Blindtakt.
Summe 6 = 4 Arbeitstakte 2 Blindtakte oder 3 Arbeitstakte 3 Blindtakte oder 5
Arbeitstakte 1 Blindtakt und umgekehrt usw.
Damit besteht die Möglichkeit, Kaskadenförmig nach Leistungsbedarf
Abschaltungskombinationen zu oder abzuschalten mit dem Effekt, daß der Motor
überwiegend in der Nähe der Maximalkompression betrieben wird. Ein Zustand, der
dann mit dem durchschnittlichen Wirkungsgrad von Dieselmotoren im Fahrbetrieb
vergleichbar ist.
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der
Figuren; es zeigt
Fig. 1 ein Diagramm für eine Zylinderabschaltung bei 4-Taktmotoren mit einer
intermittierenden Einspritzanlage für jeden Zylinder. Bei dieser bekannten Form der
Einspritzanlage sind die Einspritzventile parallel geschaltet und öffnen deshalb
gleichzeitig. Pro Kurbelwellenumdrehung wird vom Verteiler ein Impuls
(Zündzeitpunkt) zum Steuergerät abgegeben. Die Signale sind in durch Pfeile in
der Figur gekennzeichnet. Mit diesem Signal wird ein zeitlich kontrollierter
Stromimpuls zu den Einspritzventilen weitergeleitet, der die Düsennadel in den
Ventilen elektromagnetisch anhebt und damit den Kraftstoffdurchfluß freigibt. Das
bedeutet, daß pro Ansaugtakt und Zylinder zwei Einspritzvorgänge stattfinden.
Die Logik der Leerlaufabschaltung besteht darin, daß nach jedem Arbeitstakt zwei
Blindtakte durch Reinluftansaugung folgen. Dies ergibt 0,667 Arbeitstakte pro
Kurbelwellenumdrehung. Durch die zyklische Folge von Arbeits- und Blindtakten
werden bereits bei einer geringfügigen Anhebung der Leerlaufdrehzahl
akzeptierbare Rundlaufeigenschaften des Motors erreicht.
Nach jedem 6. Signal für ein Zylinder wiederholt sich die Abschaltlogik zyklisch. Um
dies schalttechnisch zu verwirklichen, werden Schieberegister mit 6 parallelen
Eingängen benötigt. Hierbei ist für Nachrüstmodule von Bedeutung, daß die
Register nicht untereinander austauschbar sind. Der Grund dafür ist, daß
Auslösesignale der Einspritztakte bei zwei Zylindern (hier 1 und 3) am unteren
Totpunkt der Ansaugtakte anliegen und bei zwei Zylindern am oberen Totpunkt. Für
den Cleareingang der Register müssen deshalb Signale abgegriffen werden, die die
Taktfolge der einzelnen Zylinder eindeutig definieren.
Fig. 2 zeigt eine Abschaltlogik für den Fahrbetrieb im unteren Teillastbereich. Bei
dieser Logik folgt nach jedem zweiten Arbeitstakt ein Blindtakt, was 1,33 Arbeitstakte
pro Umdrehung ergibt. Auch hierbei wiederholt sich der Taktzyklus für einen
Zylinder nach jedem 6. Einspritzimpuls. Die technischen Probleme mit der L-Jetronic
sind dabei die gleichen wie bei Fig. 1. Die Rundlaufeigenschaften sind hierbei so
gut, daß sich der abgeschaltete Zylinder nur durch die geminderte Leistung
bemerkbar macht.
Fig. 3 beinhaltet vollständigkeitshalber eine andere Alternative als Beispiel , bei
der die Anzahl Zylinder ganzzahlig teilbar ist durch die Summe der zyklisch
aufeinanderfolgenden Arbeitstakte und Blindtakte. Bei dieser Logik muß nach einer
Anzahl Kurbelwellenumdrehungen ein azyklischer Wechsel stattfinden zwischen
Arbeitstakten oder Blindtakten. Hier bei der vierten Kurbelwellenumdrehung. Die
Wechselintervalle sind im wesentlichen abhängig von der Wärmeleitfähigkeit des
Zylinderblockmaterials.
Fig. 4 zeigt ein Prinzipschaltbild, bei dem die Abschaltlogik von Fig. 1 und 2 mit
der bekannten Technik von Schieberegister (Parallel/Seriell-Wandler) realisiert
wird. Schieberegister sind IC-Bausteine mit einem parallelem Signaleingang und
seriellem statischen Ausgang. (Für diese Zwecke). Nach jedem Taktimpuls wird das
nächste gespeicherte Signal vom Eingang abgefragt (0 oder 1) und zum Ausgang
geschaltet. Der Ausgang ist mit einem Thyristor verbunden, der für Nachrüstmodule
über einen Optokoppler -A- in Abhängigkeit von der Signalfolge geschaltet wird und
den Stromimpuls zum Einspritzventil freigibt oder sperrt.
Die Signalfolge wird durch die Verdrahtung der Schieberegister, für jeden Zylinder
ein Register, vorgegeben. Mit logischen Gattern wird automatisch die
Leerlaufzylinderabschaltung und die im Teillastbereich eingestellt.
Die Leerlaufzylinderabschaltung wird immer dann aktiviert, wenn
- - der Öldruckschalter geöffnet ist durch das invertierte Signal, zu dem Zweck, jeden Anlaßvorgang im Vollbetrieb durchzuführen und
- - der geschlossenen Bimetallschalter eine ausreichende Betriebstemperatur signalisiert und
- - der Endschalter am Gaspedal geschlossen ist bei Nullstellung.
Die Tellastabschaltung wird immer dann aktiviert, wenn
- - der Unterdruckschalter ein Lastbereich signalisiert, der im Teillastbereich betrieben werden kann und
- - der Endschalter am Gaspedal geöffnet ist und
- - der Bimetallschalter eine ausreichende Betriebstemperatur signalisiert.
Der Vollastbetrieb wird immer dann geschaltet, wenn von der Leerlauf und
Teillastabschaltung kein Signal anliegt (Negationsabsicherung).
Claims (6)
1. Zylinderabschaltung bei Otto-Motoren mit elektromagnetisch arbeitenden
Einspritzventilen in der Anzahl der Zylinder dadurch gekennzeichnet, daß durch
Abschaltung oder Vermeidung von Stromimpulsen für ein einzelnes Einspritzventil
die Kraftstoffeinspritzung für einen Ansaugtakt des zugeordneten Zylinders
unterbunden wird.
2. Zylinderabschaltung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zu dem
Zweck der gleichmäßigen Wärmebelastung aller Zylinder nach einem oder
mehreren Arbeitstakten eines Zylinders die Kraftstoffzufuhr für diesen Zylinder
unterbunden und für andere Zylinder freigegeben wird.
3. Zylinderabschaltung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß bei 4-
Zylinder-Ottomotoren nach jedem Arbeitstakt zwei Blindtakte folgen.
4. Zylinderabschaltung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß bei 4-
Zylinder-Ottomotoren nach jedem zweiten Arbeitstakt ein Blindtakt folgt.
5. Zylinderabschaltung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die
Abschaltlogik mit Parallel/Seriellen Wandlern realisiert wird, bei dem die Logik durch
die Verdrahtung der Eingänge fixiert wird.
6. Zylinderabschaltung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zur
Automatisierung der Abschaltungen mittels logischen Gattern Signale von einem
Unterdruckschalter am Saugrohr, von dem Öldruckschalter, von einem Endschalter,
die bei Nullstellung des Gaspedals schaltet und von einem Bimetallschalter, der die
ausreichende Betriebstemperatur signalisiert, verarbeitet werden.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19606402A DE19606402C2 (de) | 1996-02-21 | 1996-02-21 | Zylinderabschaltung bei Otto-Motoren |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE19606402A DE19606402C2 (de) | 1996-02-21 | 1996-02-21 | Zylinderabschaltung bei Otto-Motoren |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19606402A1 true DE19606402A1 (de) | 1997-08-28 |
| DE19606402C2 DE19606402C2 (de) | 1998-08-13 |
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ID=7785979
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
| DE (1) | DE19606402C2 (de) |
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