METHOD OF OPERATING A SPARK-IGNITED INTERNAL-COMBUSTION ENGINE

Abstract: 1. Process for the operation of a spark-ignited internal-combustion engine, in particular in a motor vehicle, with an ignition system, a fuel metering system and an exhaust-gas turbocharger, the exhaust gas turbine of which is fed the exhaust gas from the combustion chambers of the internal-combustion engine via exhaust pipes and drives a compressor for the combustion air, the ignition being switched off during deceleration of the internal-combustion engine, characterized in that a) deceleration, idling and lower part-load operation of the internal-combustion engine are determined ; b) in each of these operating states, a combustion of the exhaust gas mixture is performed in the exhaust pipes, in which operation c) only single or a plurality of ignition suppressions are controlled in accordance with a given pattern ; d) ignition suppressions are increasingly performed with decreasing charging pressure B and with decreasing load requirement ; e) the controlled throughput of combustion air in the intake line of the internal-combustion engine during the suppression of ignitions is increased by additional controlled opening of the intake cross-section.

Description: Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Leistung von Abgasturboladern ist bei Betriebszuständen der Brennkraftmaschine mit geringer Abgasmenge , z. B. im Leerlauf und in der unteren Teillast, nicht voll befriedigend. Insbesondere beim plötzlichen, starken Beschleunigen der Brennkraftmaschine unter Last tritt eine gewisse Zeitverzögerung bis zum Erreichen des maximal möglichen Drehmomentes auf, welche durch das verzögerte Ansprechen und Hochlaufen des Abgasturboladers bedingt ist. Beispielsweise durch die DE-OS 24 38 162 ist es bekannt, dieses vornehmlich bei Wettbewerbsfahrzeugen unerwünschte verzögerte Ansprechen zu eliminieren, in dem in die Abgas leitungen eine zusätzliche Brennkammer eingeschaltet ist. Durch Zuführung von Brennstoff und Zusatzluft und Zündung dieses Gemisches wird die Abgasmenge bei Leerlauf und Teillast der Brennkraftmaschine erhöht und somit der Abgasturb lader auf Drehzahl gehalten. Diese Lösung bedingt jedoch einen erheblichen zusEtz- lichen Teile- und Bauaufwand und bewirkt durch die zusitzliche Brennkaramer eine weit grössere thermische Belastung des gesanten Brennkraftmaschinen-Umfeldes (z. B. Motorraum ir, Xraftfahrzeug). Aufgabe der Erfindung ist es, ein relativ einfaches, ohne zusitzliche Brennkammer funktionierendes Verfahren zum verbesserten Ansprechen des Abgasturboladers und eine zweck beige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens aufzuzeigen. Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den kennzeichnender Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Es wird somit Brennstoff-Luftgemisch und unmittelbar über die Zylinder der Brennkraftn.aschine im Falle einer Hubkolben-Brer,nkraftmaschine) in die Abgasleitungen eingeleitet und dort durch nachfolgendes, bereits gezündetes und zur Teil entspanntes Abgas nachgezündet. Dadurch wird die Abgasenergie wesentlich erhöht und derrentsprechend der Abgasturbolader auf Drehzahl gehalten, so dass bei Bedarf nahezu ohne Verzögerung der volle Ladedruck in der Einlassleitung der Brennkraft maschine zur Verfügung seht. Da dieses Ausblenden von Zündungen insbesondere im Leerlauf und bei Teillast der Brernkraftr.aschine erfolgen soll, wirkt sich der damit verbunden, unmittelbare Leistungsabfall der Brennkraftmaschine nicht nachteilig aus. Die Einleitung der Abgase in die Abgasturbine sollte über möglichst kurze Abgasleitungen erfolgen, welche gegebenenfalls in einen gemeinsamen Abgassammler stromauf der Abgasturbine münden können. Durch die kurzen Abgasleitungen ist sichergestellt, dass eine spontane achzündung durch aus gezündeten Brennräumen einströmendes, noch brennbares Abgas erfolgt. Durch die Merkmale des Patentanspruches 2 wird die Abgastemperatur der gezündeten Zylinder erhöht, was zu einer verbesserten Nachzündung des Brennstoff-Luftgemisches in den Abgas leitungen und zu einem vermehrten Energiegehalt im Abgas führt. Eine weitere Massnahme zur Verbesserung des Ansprechverhaltens des Abgasturboladers ist im Patentanspruch 3 angeführt. Dabei kann sowohl der Brennstoffanteil nur der nichtgezündeten Zylinder oder aber der Brennstoffanteil sämtlicher Zylinder erhöht werden. Zur Steuerung der Zündausblendungen, des Zündzeitpunktes und gegebenenfalls der Gemischanfettung kann neben der Lastzustanderfassung der Brennkraftmaschine bevorzugt der Ladedruck in der Einlassleitung entsprechend Patentanspruch 5 dienen. Es kann somit mit einer. relativ geringem Steuerungsaufwand eine geeignete Modifizierung der erforderlichen Abgasenergie zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Ladedruckkurve erzielt werde, wobei die Merkmale des Patentanspruches 6 eine feinstufige, schnell ansprechende Regelung ermöglichen. Durch die Merkmale des Patentanspruches 7 ist ferner sichergestellt, dass das durch eine Zündausblendung den Abgasleitungen zugeführte, unverbrannte Brennstoff-Luftgemisch jeweils unmittelbar danach nachgezündet wird, so dass grössere Ansammlungen von unverbranntem Brennstoff Luftgemisch ausgeschlossen sind. Eine thermisch und mechanisch gleichmässige Belastung der Brennkraftmaschine ergibt sich durch die Merkmale des Patentanspruches 8. Besonders vorteilhaft kann auch entsprechend den Merkmalen der Patentansprüche 9 bis 11 eine gezielte Nachzündung des Brennstoff-Luftgemisches in den Abgas leitungen erfolgen. Dies kann entweder unter Verwendung von Zündkerzen bewirkt werden, welche gegebenenfalls komplementär mit der bereits vorhandenen Zündeinrichtung der Brennkraftmaschine mit Spannung versorgt werden, oder in besonders einfacher Weise durch Fackel zündung mittels die einzelnen Abgasleitungen zusammenschliessender Verbindungsrohre. Die Verbindungsrohre bzw. die Zündkerzen können entweder bereits innerhalb des Zylinderkopfes oder in unmittelbarer Nähe des Zylinderkopfes an den Abgasleitungen vorgesehen sein. Bei der Verwendung separater Nachzündungsmittel ergibt sich der Vorteil, dass relativ lange, einzelne Abgasleitungen bis hin zum Abgasturbolader verlegt werden können, wodurch sich dann eine durch die Nachzündungen noch verstärkte Stossaufladung an der Abgasturbine ergibt. Mit den Merkmalen des Patentanspruches 12 kann vorteilhaft der durch die Zündausblendungen bewirkte Leistungsabfall der Brennkraftmaschine, insbesondere im Leerlauf, kompensiert werden, so dass Störungen wie z. B. Absterben des Motors oder ein subjektiver Leistungsabfall im Teillastbetrieb bei gleichbleibender Stellung des Leistungssteuergliedes vermieden sind. Eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist den Merkmalen des Patentanspruches 13 ert- nehmbar. Der steuerungstechnische Aufwand zur Realisierung des erfindungsgemässen Verfahrens ist somit relativ gering, insbesondere wenn die Brennkraftmaschine bereits mit einer elektronischen Zündeinrichtung und einer elektronischen Brennstoff-Zumesseinrichtung ausgerüstet ist, da hier die erforderlichen Funktionen unmittelbar in die bereits vorhandene Hardware eingearbeitet werden können. Gegebenenfalls können auch bereits die angeführten Sensoren und Stellungsgeber vorhanden sein, wobei dann nur die Pro grarninspeicher entsprechend auszulegen sind. Weitere zweckmässige und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemBen Vorrichtung sind den Merkmalen der Patentansprüche 14 bis 17 entnehmbar. Z. B. kann mittels eines Temperatursensors eine thermische Uberlastung des Abgasturboladers aufgrund zu hoher Abgastemperaturen vermieden werden. Der Temperatursensor kann gegebenenfalls auch die Steuerung der Zündausblendungen und der Gemischanfettung unterhalb einer bestimmten Temperaturschwelle unterdrücken, um bei noch nicht betriebswarmer Brennkraftmaschine Störungen und gegebenenfalls eine hohe Leistungsabnahme aus zuschliessen. Durch eine Bypassleitung in der Einlassleitung der Brennkraftmaschine kann mit relativ geringem Steuerungsaufwand eine exakte Anhebung des Durchsatzes an Verbrennungsluft verwirklicht werden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt eine erfindungsgemässe Vorrichtung an einer Hubkolben-Brennkraftmaschine. Eine Hubkolben-Brennkraftmaschine 10 mit 5 Zylindern 1 - V weist fünf einzelne Abgasleitungen 12, 14, 16, 18, 20 auf, die in einem mehrflutigen Abströmflansch 22 zusammengeführt sind. Am Flansch 22 ist das Turbinengehäuse 24 eines Abgasturboladers 26 befestigt. Uber diese Abgasleitungen wird das aus den nicht näher dargestellten Brennräumen der Brennkraftmaschine über entsprechende Auslasskanäle 11, 13, 15, 17, 19 ausgestossene Abgas der Abgasturbine 28 des Abgasturboladers 26 zugeführt. Uber eine mit den Abgasleitungen 14; 18 verbundene Bypassleitung 30 und ein Bypassventil 32 kann zur Abregelung der Drehzahl der Abgasturbine 28 Abgas aus den korrespondierenden Zylindern unter Umgehung der Abgasturbine 28 in die stromab liegende Abgasleitung 34 abgeblasen werden. Die Abgasturbine 28 treibt einen Verdichter 36 an, welcher Verbrennungsluft in Strömungsrichtung über einen Luftfilter 38 und einen Luftmengenmesser 40 ansaugt und diese durch eine Einlassleitung 42 zu einem Luftsammler 44 drückt, welcher über Einzelleitungen 46, 48, 50, 52, 54 die Verbrennungsluft den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine zuführt. In der Einlassleitung 42 ist ezne Drosselklappe 56 vorgesehen, mittels welcher die Leistung der Brennkraftmaschine über ein Bediengestänge 58 und ein Leistungssteuerglied (Gaspedal 60) willkürlich verstellbar ist. An der Einlassleitung 42 ist eine Bypassleitung 43 vorgesehen, welche stromab und stromauf der Drosselklappe 56 in die Einlassleitung 42 mündet und welche durch ein elektromagnetisch betätigtes Ventil 45 absperrbar ist. Die Versorgung der Brennkraftmaschine 10 mit Brennstoff wird mittels elektromagnetisch betätigter Einspritzventile 61 vorgenommen, welche Einspritzventile über entsprechende elektrische Leistungen mit einem elektronischen Steuergerät 64 verbunden sind. Das Steuergerät 64 bestimmt in bekannter Weise nach MaB- gabe der relevanten Parameter wie angesaugte Verbrennungsluftmenge, Stellung des Leistungssteuergliedes 60, Drehzahl und Temperatur der Brennkraftmaschine etc. die Offnungs- dauer der Einspritzventile je Arbeitszyklus. Die Forderung des Brennstoffes aus dem Brennstofftank zu den Einspritzventilen 61 ist herkömmlicher Art und deshalb nicht dargestellt. Die Zündung des Brennstoff-Luftgemisches in den Brennräumen der Brennkraftmaschine 10 erfolgt mittels einer elek tronischen Zündeinrichtung 66, welche über entsprechende elektronische Leitungen mit den in die Brennräume der Brennkraftmaschine ragenden Zündkerzen 66 verbunden sind. In der Zündeinrichtung 66 wird neben der Bereitstellung des Hochspannungs-Zündfunkens zu dem jeweiligen Zylinder der Zündzeitpunkt abhängig von der Drehzahl und der Last der Brennkraftmaschine 10 sowie in bekannter Weise von weiteren Parametern errechnet. Ferner sind in die Abgasleitungen 11, 13, 15, 17, 19 ragende Zündkerzen 62 vorgesehen, welche ebenfalls über elektrische Leitungen mit der Zündeinrichtung 66 verbunden sind und komplementär mit einem jeweils phasenverschobenen Zylinder mit Hochspannung versorgt werden. Die Phasenverschiebung ist dabei derart, dass der Zündfunke an den Zündkerzen 62 etwa dann erfolgt, wenn bei dem jeweiligen Zylinder 1 - V der Ausstoss der gezündeten oder nicht gezündeten Gase erfolgt. In der Einlass leitung 42 ist ein Ladedrucksensor 68 vorgesehen, der den jeweils anliegenden Ladedruck P an ein eine logische Verknüpfungsschaltung enthaltendes Steuergerät 70 in Form eines elektrischen Signales meldet. Mittels eines weiteren elektrische Stellungsgebers 72 wird die Last der Brennkraftmaschine, entsprechend der Stellung des Gaspedales 60, in das Steuergerät 70 eingegeben. Die Auslegung bzw. Programmierung des Steuergerätes 70 ist derart, dass bei Unterschreitung eines vorbestimmten Ladedruckes P und bei einem bestimmten Lastbereich entsprechend dem Leerlauf (Gaspedal in Ruhestellung) und der Teillast (nicht voll gedrücktes Gaspedal) Signale von dem Steuergerät 70 zu den Steuergeräten 64 und 66 sowie zu dem Ventil 45 in der Bypassleitung 43 abgegeben werden, welche folgende Steuerungsfunktionen auslösen: Beim Steuergerät 66 der Zündeinrichtung der Brennkraftmaschine werden bei absinkendem Ladedruck P zunehmend Zündausblendungen verteilt über die Zylinder 1 - V gesteuert, so dass beispielsweise jede zehnte bis zweite Zündung nicht erfolgt und somit Brennstoff Luftgemisch in zunehmender Menge in die Ab gasleitungen 12 bis 20 einströmt. Ferner werden die Zündzeitpunkte der Zylinder 1 - V um ca. 5 bis 20 Kurbelwellenwinkel ab weichend vom jeweils normalen Zündzeitpunkt nach spät verlegt. Vom Steuergerät 64, welches die Brennstoff Zumessung der Brennkraftmaschine bewirkt, werden sämtliche Zylinder I - V mit um ca. 5 % bis 15 % vermehrter Brennstoffmenge gegenüber der normalen Brennstoffmenge versorgt. Schliesslich wird das Ventil 45 in der Bypass leitung 43 geöffnet, so dass zusätzlich zu dem durch die Drosselklappe 56 aufgesteuerten Quer schnitt über die Bypassleitung 43 Verbrennungs luft der Brennkraftmaschine zugeführt bzw. der Durchsatz an Verbrennungsluft erhöht wird. Diese Massnahmen bewirken mit abnehmendem Ladedruck P eine zunehmende Abgasmenge bzw. Abgasenergie stromauf der Abgasturbine 28, so dass in der Einlassleitung 42 stromauf der Drosselklappe 56 ein relativ hoher Ladedruck aufrechterhalten wird. Mit zunehmendem Ladedruck P bei zunehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine werden zumindest die Zündausblendungen wieder gleitend zurückgesteuert und schliesslich bei Erreichen der vorbestimmten Ladedruckschwelle wieder aufgehoben. Mit der Aufhebung der Zündausblendungen wird auch die Bypassleitung 43 durch das Ventil 45 wieder abgesperrt, so dass die Verbrennungsluft in der Einlassleitung 42 nur noch tiber die Drosselklappe 56 strömen kann. Sobald das Leistungssteuerglied bzw. das Gaspedal 60 auf Vollast gestellt wird, werden ebenfalls sofort die Zündausblendungen, die Zündzeitpunktverstellung nach spät und die Gemischanfettung eliminiert. Im Gehäuse 74 des Abgasturboladers 26 ist ein Temperatursensor 76 eingesetzt, welcher über eine elektrische Leitung mit dem Steuergerät 70 verbunden ist und welcher bei zu hohen Temperaturen des Abgasturboladers 26 ebenfalls Steuerungseingriffe auf die Steuergeräte 64, 66 verhindert. Ein in der Funktion ähnlicher Temperatursensor kann an der Brennkraftmaschine 10, beispielsweise am Zylinderkopf vorgesehen sein und Steuerungseingriffe durch das Steuergerät 70 auf die Steuergeräte 64, 66 dann unterbinden, wenn die Brennkraftmaschine 10 um einen vorgegebenen Wert unterhalb ihrer Betriebstemperatur liegt. Zwischen den Abgasleitungen 12, 14, 16, 18, 20 können in unmittelbarer Nähe des Abgasaustrittes aus der Brennkraftmaschine Verbindungsrohre 78, 79, 80, 81 (gestrichelt dargestellt) geringeren Querschnittes vorgesehen sein. ueber diese Verbindungsrohre kann erforderlichenfalls eine Fackel zündung des in die Abgasleitungen eingeleiteten Brennstoff-Luftgemisches über die noch brennenden Abgase aus den gezündeten Zylindern bewirkt werden. Es versteht sich, dass bei dieser Ausführung keine in dieAbgakanäle 11, 13, 15, 17, 19 ragende Zündkerzen 62 benötigt werden. Sofern die Brennkraftmaschine bereits mit einer Bypassleitung an der Einlass leitung für die Verbrennungsluft versehen ist, über die beispielsweise eine Leerlaufdrehzahlanhebung beim Kaltlauf bewirkt wird, könnte diese Bypassleitung auch zur Leistungsanhebung bei den gesteuerten Zündausblendungen herangezogen werden.

Claims: Patentansprche 1. Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Brenn kraftmaschine, insbesondere in eine Kraftfahrzeug, mit einer Zündeinrichtung, einer Brennstoff-Zumessein- richtung und einem Abgasturbolader, dessen Abgas turbine über Abgas leitungen das Abgas aus den Brenn räumen der Brennkraftmaschine zugeführt wird und die einen Verdichter für die Verbrennungsluft antreibt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine bzw. bei zu geringen Drehzahlen des Abgasturboladers durch Ausblenden einzelner oder mehrerer Zündungen nach einem vorgegebenen Muster unverbranntes Brennstoff Luftgemisch in die Abgas leitungen eingeleitet wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t, dass während des Ausblendens von Zündungen der Zündzeitpunkt bei den gezündeten Brennräumen nach spät verschoben wird. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 unc 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mit dem Ausblenden von Zündungen der Brennstoffanteil im Brennstoff-Luft gemisch erhöht wird. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Zündausblendungen, die Zündzeitpunktverstellung und die Anhebung des Brenn stoffanteiles im Teillastbereich und gegebenenfalls bei Leerlauf der Brennkraftmaschine bewirkt werden. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Steuerung der Zündausblendungen, der Zündzeitpunktverstellung und der Anhebung des Brennstoffanteiles der Ladedruck P stromab des Verdichters und gegebenenfalls die Last anforderung der Brennkraftmaschine verwendet werden. 6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mit abnehmendem Lade druck und gegebenenfalls bei abnehmender Lastanforderung vermehrt Zündausblendungen und gegebenenfalls eine zu nehmende Gemischanfettung vorgenommen werden. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Muster der Zünd ausblendungen derart ist, dass einer jeden Zündausblendung zumindest eine Zündung der zeitlich nachfolgenden Brenn raume folgt. 8. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, d a a u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Zündausblendungen über sämtliche Brennräume verteilt vorgenommen werden. 9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Brennstoff-Luft gemisch in den Abgas leitungen der Brennkraftmaschine nach gezündet wird. 10. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Nachzündung durch Fackelzündung bewirkt wird. 11. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Nachzündung durch eine zusätzliche Zündeinrichtung (Zündkerzen 62) in den Abgasleitungen erfolgt. 12. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der gesteuerte Durchsatz für Verbrennungsluft in der Ein ableitung der Brennkraftmaschine während des Aus blendens von Zündungen, zumindest im Leerlaufbetrieb, erhöht wird. 13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An spruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h. einen Ladedrucksensor (68) in der Einlassleitung (42) und einen Stellungsgeber (72) an einem Leistungs steuerglied (Gaspedal 60) der Brennkraftmaschine und eine logische Verknüpfungsschaltung (Steuergerät 70), über die unterhalb eines vorbestimmten Ladedruckes P und/oder bei insbesondere in Leerlauf oder Teillast stellung befindlichem Leistungssteuerglied die Zünd einrichtung (Steuergerät 66) und gegebenenfalls die Brennstoff-Zumesseinrichtung (Steuergerät 64) ange steuert sind. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, an einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit mehreren, mit der Abgasturbine (28) verbundenen Abgas leitungen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zwischen den Ab gasleitungen (12, 14, 16, 18, 20) Verbindungsleitungen (78, 79 80, 81) vorgesehen sind. 15. Vorrichtung nach Anspruch 13, an einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit mehreren, mit der Abgasturbine (28) verbundenen Abgasleitungen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in den stromauf befindlichen Abgaskanälen (11, 13, 15, 17, 19) oder in den Abgasleitungen (12, 14, 16, 18, 20) Zündkerzen t62) angeordnet sind. 16. Vorrichtung nach Anspruch 13, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Temperatursensor (76) im Bereich der Abgasturbine (28), mittels dem bei ober halb eines vorgegebenen Temperaturschwellwertes liegender Temperatur am Abgasturbolader (26) die Zünd ausblendungen, die Zündzeitpunktverstellung nach spät und/oder die Anhebung des Brennstoffanteiles im Brennstoff-Luftgemisch reduziert oder aufgehoben sind. 17. Vorrichtung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass an der Einlassleitung (42) der Brennkraftmaschine eine die Drosselklappe (56) umgehende Bypassleitung (43) mit einem steuer baren Ventil (45) vorgesehen ist und dass das Ventil (45) bei Zündausblendungen geöffnet ist.

Inventors: PIECH, FERDINAND, DR.
Applicants: AUDI AG
Application year: 1985
Main classification: F02D23
IPC codes: F02D41, F02D23, F02P5