DE102012220374B4

DE102012220374B4 - Ein Vier-Zylinder-Motor mit zwei deaktivierbaren Zylindern

Info

Publication number: DE102012220374B4
Application number: DE102012220374.5A
Authority: DE
Inventors: Carsten Weber; Martin Wirth; Rainer Friedfeldt; Günter Bartsch
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2023-08-03
Anticipated expiration: 2032-11-09
Also published as: CN104081022B; CN104081022A; DE202012104300U1; DE102012220374A1; WO2013068487A1; US20140245993A1; US9822712B2; DE102012220375A1

Abstract

Vier-Zylinder-Reihenhubkolbenverbrennungsmotor (5), der Folgendes umfasst: zwei benachbarte Primärzylinder (11,12) und zwei zu den Primärzylindern benachbart angeordnete Sekundärzylinder (13, 14), wobei jeder der Zylinder (11, 12, 13, 14) gleitend einen jeweiligen Kolben (11P, 12P, 13P, 14P) aufnimmt, der operativ durch eine jeweilige Pleuelstange mit einer jeweiligen Kröpfung einer vierfach gekröpften Kurbelwelle verbunden ist, wobei- die Kröpfungen für die beiden Primärzylinder (11, 12) in Phase angeordnet sind und die Kröpfung für die Sekundärzylinder (13, 14) 180°(+- 5°) außer Phase bezüglich der beiden Primärzylinder (11, 12) angeordnet ist,- die Primärzylinder (11, 12) immer arbeiten, während der Motor (5) arbeitet, und die Sekundärzylinder (13, 14) selektiv deaktiviert werden können,- eine Abgasleitung (6) des Motors (5) einen Abgaskrümmerabschnitt (6a) für die Primärzylinder (11, 12) und einen weiteren Abgaskrümmerabschnitt (6b) für die Sekundärzylinder (13, 14) enthält,- ein Arbeitshub in einem der beiden Primärzylinder (11, 12) für jede Umdrehung der Kurbelwelle (40) auftritt und der Arbeitshub für einen der beiden Sekundärzylinder (13, 14) außer Phase mit den Arbeitshüben der Primärzylinder (11, 12) ist,- die Sekundärzylinder (13, 14) deaktiviert sind, um die Temperatur der aus dem Motor austretenden Abgase, des durch den Motor fließenden Schmieröls und/oder des durch den Motor fließenden Kühlmittels zu erhöhen,- die Primärzylinder (11, 12) und die Sekundärzylinder (13, 14) fluidisch trennbare Motorblockkühlmäntel (52, 52') aufweisen und für eine Kühlmittelzufuhr zu einem der Motorblockkühlmäntel (52, 52') jeweils ein Durchflussregelventil (4a, 4b) angeordnet ist,- die separaten Abgaskrümmerabschnitte (6a, 6b) von Zylinderkopfkühlmänteln (51, 51') umgeben sind, wobei ein Zylinderkopfkühlmantel (51) den Abgaskrümmerabschnitt (6a) für die Primärzylinder (11, 12) und der andere Zylinderkopfkühlmantel (51') den Abgaskrümmerabschnitt (6b) für die Sekundärzylinder (13, 14) umgibt, und- wobei jeweils der Motorblockkühlmantel (52) der Primärzylinder (11, 12) mit dem Zylinderkopfkühlmantel (51) der Primärzylinder (11, 12) und der Motorblockkühlmantel (52') der Sekundärzylinder (13, 14) mit dem Zylinderkopfkühlmantel (51') der Sekundärzylinder (13, 14) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor und insbesondere einen Vier-Zylinder-Reihenhubkolbenmotor, bei dem zwei Zylinder deaktiviert werden können, um den Kraftstoffverbrauch zu verbessern, sowie ein Motorsystem.
Es ist bekannt, dass ein Motor oftmals auf einem Leistungsabgabeniveau weit unter dem arbeitet, was er erzeugen kann. Ein derartiger Teillastbetrieb führt oftmals dazu, dass der Motor auf einem Wärmeeffizienzniveau weit unter dem arbeitet, was von dem Motor erreicht werden kann, wodurch die Kraftstoffsparsamkeit kompromittiert wird.
Es ist deshalb wünschenswert, die von einem Motor erhältliche Leistung besser an die dem Motor auferlegte Last anzupassen, so dass der Motor zu möglichst vielen Zeiten so nahe wie möglich an seiner maximalen Betriebseffizienz arbeitet. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass eine derartige Anpassung am besten durch selektives Deaktivieren zweier der Zylinder eines Vier-Zylinder-Motors erreicht werden kann, wenn der Motor unter Teillast arbeitet.
Falls eine Nachbehandlungseinrichtung, wie etwa ein Katalysator, eine NOx-Falle oder eine Rußfalle, an den Motor gekoppelt ist, um Emissionen von dem Motor zu reduzieren, ist zudem normalerweise erforderlich, die Nachbehandlungseinrichtung über eine Temperatur hinaus zu erhitzen, bei der sie ausreichend aktiv wird, um ihre bezeichnete Funktion auszuführen, eine derartige Temperatur wird oftmals als die „Anspringtemperatur“ bezeichnet. Wenn jedoch ein Motor mit niedriger oder unter Teillast arbeitet, wobei alle Zylinder arbeiten, ist die Abgastemperatur relativ niedrig im Vergleich zu der, die erzeugt wird, wenn der Motor unter Volllast arbeitet. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat deshalb erkannt, dass ein weiterer Vorteil der selektiven Zylinderdeaktivierung darin besteht, dass durch Deaktivieren eines der Zylinder die Abgastemperatur von den übrigen arbeitenden Zylindern erhöht werden kann, wodurch die Zeit verringert wird, die beliebige Nachbehandlungseinrichtungen benötigen, um nach einem Anlassen aus dem kalten Zustand ihre jeweilige Anspringtemperatur zu erreichen.
In der DE 689 11 484 T2 wird eine Ventilsteuervorrichtung für Brennkraftmaschinen gezeigt. Es wird beschrieben, dass der Kraftstoffverbrauch eines Vier-Zylinder-Verbrennungsmotors dadurch gesenkt werden kann, dass die Ventilsteuervorrichtung so betrieben wird, dass nur entweder der erste und der vierte oder der zweite und der dritte Zylinder des Motors eingeschaltet sind, wenn sich der Motor im Leerlauf befindet, wobei zyklisch gewechselt wird, um zu verhindern, dass in abgeschalteten Zylindern Schmieröl zurückbleibt, und um die Abnutzung der Zylinder zu vereinheitlichen.
In der WO 97/ 01 026 A1 werden Abgasleitungen für Verbrennungsmotoren gezeigt, bei denen Paare von Zylindern gemeinsame Abgaskrümmerabschnitte verwenden, wobei die Paare so zusammengestellt sind dass die Zylinder nicht simultan mit dem gemeinsamen Abgaskrümmerabschnitt kommunizieren, so dass eine gegenseitige Beeinflussung verringert ist.
In der DE 31 45 381 A1 wird eine mehrzylindrige Hubkolben-Brennkraftmaschine gezeigt, wobei die Kurbelwelle aus zwei jeweils einem Teil der Zylinder zugeordneten und über eine Kupplung in Abhängigkeit von der Belastung der Brennkraftmaschine zum gemeinsamen Antrieb verbindbaren bzw. zum Antrieb nur durch einen Kurbelwellenteil trennbaren Kurbelwellenteilen besteht.
In der DE 10 2010 002 082 A1 wird ein Verbrennungsmotor gezeigt, der einen Zylinderblockkühlmittelmantel und einen Zylinderkopfkühlmittelmantel aufweist und bei dem am Zylinderkopf ein Abgassammler angeordnet ist.
In der US 2 675 789 A wird ein mehrzylindriger Zweitakt-Verbrennungsmotor gezeigt, bei dem Zylinder bei geringen Geschwindigkeiten von der Treibstoffzufuhr getrennt werden. Zudem wird gezeigt, dass nur die Zylinder gekühlt werden können, die gerade arbeiten, so dass der Kühlaufwand reduziert und das Bilden von Kondensat in den leerlaufenden Zylindern vermieden wird.
Die JP 2001 - 329 873 A offenbart eine Ventilsteuervorrichtung für einen Mehrzylinderverbrennungsmotor. Die Zylinderbank weist vier in Reihe angeordnete Zylinder #1, #2, #3 und #4 auf, wovon die Zylinder #3 und #4 unter bestimmten Betriebsbedingungen abgeschaltet sind. Eine Zündreihenfolge der Zylinderbank lautet #1- #3- #2- #4 oder #1- #4- #2- #3. Die abschaltbaren Zylinder #3, #4 sind direkt nebeneinander angeordnet.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Vier-Zylinder-Motors mit verbesserter Kraftstoffsparsamkeit.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Vier-Zylinder-Reihenhubkolbenverbrennungsmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Motorsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 5.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Vier-Zylinder-Reihenhubkolbenverbrennungsmotor bereitgestellt, bei dem ein Äußerer und der benachbarte innere Zylinder (gemeinsam als Primärzylinder bezeichnet) und zwei dazu in Reihe liegende weitere benachbarte Zylinder als deaktivierbare (Sekundärzylinder) betrieben werden. Jeder der Zylinder nimmt gleitend einen jeweiligen Kolben auf, der operativ durch eine jeweilige Pleuelstange mit einer jeweiligen Kröpfung einer Kurbelwelle mit vier Kröpfungen verbunden ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird das Volumen des Abgaskrümmers deutlich reduziert. Die dynamischen Wellenvorgänge bzw. Druckschwankungen im Abgasabführsystem sind der Grund dafür, dass sich die thermodynamisch versetzt arbeitenden Zylinder einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine beim Ladungswechsel gegenseitig beeinflussen, insbesondere auch behindern können. Eine verschlechterte Drehmomentcharakteristik bzw. ein gemindertes Leistungsangebot können die Folge sein. Werden die Abgasleitungen der einzelnen Zylinder für eine längere Wegstrecke voneinander getrennt geführt, kann der gegenseitigen Einflußnahme der Zylinder beim Ladungswechsel entgegengewirkt werden.
Letzteres bewirkt jedoch ein verschlechtertes Ansprechverhalten des Turboladers. Die Evakuierung der Verbrennungsgase aus einem Zylinder der Brennkraftmaschine im Rahmen des Ladungswechsels beruht im Wesentlichen auf zwei unterschiedlichen Mechanismen. Wenn sich zu Beginn des Ladungswechsels das Auslaßventil nahe dem unteren Totpunkt öffnet, strömen die Verbrennungsgase aufgrund des gegen Ende der Verbrennung im Zylinder vorherrschenden hohen Druckniveaus und der damit verbundenen hohen Druckdifferenz zwischen Brennraum und Abgastrakt mit hoher Geschwindigkeit durch die Auslaßöffnung in das Abgasabführsystem. Dieser druckgetriebene Strömungsvorgang wird durch eine hohe Druckspitze begleitet, die auch als Vorauslaßstoß bezeichnet wird und sich entlang der Abgasleitung mit Schallgeschwindigkeit fortpflanzt, wobei sich der Druck mit zunehmender Wegstrecke und in Abhängigkeit von der Leitungsführung infolge Reibung mehr oder weniger stark abbaut, d. h. verringert.
Im weiteren Verlauf des Ladungswechsels gleichen sich die Drücke im Zylinder und in der Abgasleitung weitgehend an, so dass die Verbrennungsgase maßgeblich infolge der Hubbewegung des Kolbens ausgeschoben werden.
In Abhängigkeit von der konkreten Ausgestaltung des Abgasabführsystems laufen die Druckwellen, die von einem Zylinder ausgehen, nicht nur durch die mindestens eine Abgasleitung dieses Zylinders, sondern vielmehr auch die Abgasleitungen der anderen Zylinder entlang und zwar gegebenenfalls bis zu der am Ende der jeweiligen Leitung vorgesehenen und geöffneten Auslaßöffnung.
Während des Ladungswechsels bereits in eine Abgasleitung ausgeschobenes bzw. abgeführtes Abgas kann somit erneut in den Zylinder gelangen und zwar unter anderem infolge der Druckwelle, die von einem anderen Zylinder ausgeht.
Um zu vermeiden, dass die Abgasleitungen der einzelnen Zylinder für eine längere Wegstrecke voneinander getrennt geführt werden, werden die Abgasleitungen von vier Zylindern unter Ausbildung eines Abgaskrümmers zusammengeführt. Dabei werden die Abgasleitungen der Zylinder stufenweise zusammengeführt und zwar in der Art, dass jeweils die mindestens eine Abgasleitung eines außenliegenden Zylinders und die mindestens eine Abgasleitung des benachbarten innenliegenden Zylinders zu einer Teilabgasleitung zusammenführen und die beiden auf diese Weise gebildeten Teilabgasleitungen der zwei Zylindergruppen zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen. Mit dieser Maßnahme läßt sich die Gesamtwegstrecke aller Abgasleitungen und das Volumen der Abgasleitung senken. Zudem können für jede der Zylindergruppen ein Turbolader mit für die jeweils optimierter Ladeluftführung angeordnet werden. Mittels zweier parallel angeordneter Turbolader mit entsprechend kleinen Turbinenquerschnitten kann das Ansprechverhalten der Turbolader verbessert werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Zylindergruppen unterschiedliche Hubräume aufweisen. Bevorzugt können die Turbinen eine variable Geometrie aufweisen, so dass eine Regelung der Turbinengeometrie im Hinblick auf niedrige und hohe Drehzahlen als auch für niedrige und hohe Lasten erfolgen kann.
Die Abgasleitungen können dabei teilweise oder vollständig in dem mindestens einen Zylinderkopf integriert sein. Die Abgasleitungen bzw. Teilabgasleitungen werden z.T. aber auch zusammenfassend als Abgaskrümmer bezeichnet.
Die vorstehend beschriebene Problematik betreffend die gegenseitige Einflußnahme der Zylinder beim Ladungswechsel, ist bei der konstruktiven Auslegung von Brennkraftmaschinen von zunehmender Relevanz, da bei der Ausbildung des Abgaskrümmers eine Entwicklung hin zu kurzen Abgasleitungen zu beobachten ist.
So ist es aus mehreren Gründen vorteilhaft, die Abgasleitungen der Zylinder ausgehend von der jeweiligen Auslaßöffnung bis hin zur Sammelstelle im Abgaskrümmer, an der die Abgasleitungen zu einer gemeinsamen Gesamtabgasleitung zusammenführen und das heiße Abgas der Zylinder gesammelt wird, möglichst kurz auszuführen, beispielsweise den Abgaskrümmer weitestgehend in den mindestens einen Zylinderkopf zu integrieren und die Zusammenführung der Abgasleitungen zu einer Gesamtabgasleitung möglichst umfänglich bereits im Zylinderkopf vorzunehmen.
Zum einen führt dies zu einer kompakteren Bauweise der Brennkraftmaschine und einem dichteren Packaging der gesamten Antriebseinheit im Motorraum. Zum anderen ergeben sich Kostenvorteile bei der Herstellung und der Montage sowie eine Gewichtsreduzierung, insbesondere bei einer vollständigen Integration des Abgaskrümmers in den Zylinderkopf.
Des Weiteren können sich kurze Abgasleitungen vorteilhaft auf die Anordnung und den Betrieb eines Abgasnachbehandlungssystems, welches stromabwärts der Zylinder vorgesehen ist, auswirken. Der Weg der heißen Abgase zu den Abgasnachbehandlungssystemen sollte möglichst kurz sein, damit den Abgasen wenig Zeit zur Abkühlung eingeräumt wird und die Abgasnachbehandlungssysteme möglichst schnell ihre Betriebstemperatur bzw. Anspringtemperatur erreichen, insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine.
In diesem Zusammenhang ist man bemüht, die thermische Trägheit des Teilstücks der Abgasleitungen zwischen Auslaßöffnung am Zylinder und Abgasnachbehandlungssystem zu minimieren, was durch Reduzierung der Masse und der Länge dieses Teilstückes erreicht werden kann, d. h. durch Verkürzung der entsprechenden Abgasleitungen.
Bei mittels Abgasturbolader aufgeladenen Brennkraftmaschinen wird angestrebt, die Turbine möglichst nahe am Auslaß, d. h. den Auslaßöffnungen der Zylinder, anzuordnen, um auf diese Weise die Abgasenthalpie der heißen Abgase, die maßgeblich vom Abgasdruck und der Abgastemperatur bestimmt wird, optimal nutzen zu können und ein schnelles Ansprechverhalten des Turboladers zu gewährleisten. Auch dabei sollte die thermische Trägheit und das Volumen des Leitungssystems zwischen den Auslaßöffnungen der Zylinder und der Turbine minimiert werden, weshalb wiederum die Verkürzung der Leitungen dieses Leitungssystems zielführend ist, beispielsweise durch zumindest teilweise Integration des Abgaskrümmers in den Zylinderkopf.
Zunehmend häufig wird der Abgaskrümmer in den Zylinderkopf integriert, um von einer im Zylinderkopf vorgesehenen Kühlung zu partizipieren und den Krümmer nicht aus thermisch hoch belastbaren Werkstoffen fertigen zu müssen, die kostenintensiv sind.
Die Verkürzung der Abgasleitungen des Abgaskrümmers, beispielsweise durch Integration in den Zylinderkopf, hat - wie vorstehend dargelegt - eine Vielzahl von Vorteilen, führt aber neben der Verkürzung der Gesamtwegstrecke aller Abgasleitungen auch zu einer Verkürzung der einzelnen Abgasleitungen, da diese bereits unmittelbar stromabwärts der Auslaßöffnungen zusammengeführt werden, wodurch sich die Problematik der gegenseitigen Einflußnahme der Zylinder beim Ladungswechsel verschärft.
Kurze Abgasleitungen können beispielsweise bei einem Vier-Zylinder-Reihenmotor, dessen Zylinder mit der Zündfolge 1 - 3 - 4 - 2 betrieben werden, auch dazu führen, dass der vierte Zylinder den in der Zündfolge vorangehenden dritten Zylinder, d. h. den vorher gezündeten Zylinder, während des Ladungswechsels nachteilig beeinflußt und aus dem vierten Zylinder stammendes Abgas in den dritten Zylinder gelangt, bevor dessen Auslaßventile schließen.
Vor dem Hintergrund des oben beschriebenen wird gemäß eines dritten Aspektes der Erfindung eine Kurbelwelle eingesetzt, mit der die Zylinder einer Zylindergruppe mechanisch gleichlaufen, d. h. zu demselben Zeitpunkt den oberen und unteren Totpunkt durchlaufen. Die dazugehörigen Kurbelwellenkröpfungen der beiden Zylinder dürfen hierzu in Umfangsrichtung um die Längsachse der Kurbelwelle herum keinen Versatz aufweisen. Der thermodynamische Versatz von 360°KW wird dann durch die Zündfolge realisiert.
Um im Hinblick auf die Gesamtheit der vier Zylinder einen Zündabstand von jeweils 180°KW zu realisieren, sind die Kurbelwellenkröpfungen der einen Zylindergruppe gegenüber den Kurbelwellenkröpfungen der anderen Zylindergruppe in Umfangsrichtung um 180° verdreht, d. h. versetzt. Der Winkel von 180° ist bevorzugt im Hinblick auf den Massenausgleich, er kann jedoch ohne weiteres zwischen z.B. 175° und 185° liegen.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist eine Brennkraftmaschine, die einen kompakten Abgaskrümmer mit kurzen Abgasleitungen aufweist und gleichzeitig die Problematik der gegenseitigen Einflußnahme der Zylinder beim Ladungswechsel eliminiert.
Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann auch zwei Zylinderköpfe aufweisen, wenn beispielweise acht Zylinder auf zwei Zylinderbänke verteilt angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Zusammenführung der Abgasleitungen in den dann zwei Zylinderköpfen kann auch dann zur Verbesserung des Ladungswechsels und zur Verbesserung des Drehmomentangebots genutzt werden. Die Abgasleitungen der Zylinder einer Gruppe (Primärzylinder bzw. Sekundärzylinder) führen dabei vorzugsweise innerhalb des Zylinderkopfes zu jeweils einer Teilabgasleitung zusammen. Der Abgaskrümmer ist dann modular aufgebaut und setzt sich aus einem im Zylinderkopf integrierten Krümmerabschnitt, nämlich zwei Abgasteilkrümmern und einem externen Krümmer bzw. Krümmerabschnitt zusammen.
Die Abgasströme der Teilabgasleitungen der Primärzylinder werden zumindest bis zum Verlassen des Zylinderkopfes getrennt von den Abgasströmen der Teilabgasleitungen der Sekundärzylinder gehalten, so dass das Abgasabführsystem in Gestalt von zwei Austrittsöffnungen aus dem Zylinderkopf austritt. Die Teilabgasleitungen werden stromabwärts des Zylinderkopfes und damit erst außerhalb des Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung zusammengeführt. Dies kann stromaufwärts oder stromabwärts einer Abgasnachbehandlung oder einer Abgasturboaufladung erfolgen.
Die Sekundärzylinder können insbesondere deaktiviert werden, um die Temperatur der aus dem Motor austretenden Abgase, des durch den Motor fließenden Schmieröls und/oder des durch den Motor fließenden Kühlmittels zu erhöhen.
Die Versorgung der Primärzylinder mit Kühlmittel kann mittels eines Durchflussregelventils (z.B. Thermostat mit Dehnstoffelement) geregelt werden, wobei die Versorgung der Sekundärzylinder mit Kühlmittel bei Deaktivierung mittels eines weiteren Durchflussregelventils einstellbar ist.
Die Versorgung der deaktivierten Sekundärzylinder mit Kühlmittel kann mittels des weiteren Durchflussregelventils in Anpassung an Betriebsbedingungen des Motors und der Nachbehandlungseinrichtung einstellbar, insbesondere abstellbar sein.
Ein Arbeitshub kann in einem der beiden Primärzylinder für jede Umdrehung der Kurbelwelle auftreten und die Arbeitshübe für die Sekundärzylinder können außer Phase mit den Arbeitshüben der Primärzylinder sein.
Das Deaktivieren der Sekundärzylinder kann das Abschalten einer Kraftstoffzufuhr zu dem Sekundärzylinder beinhalten.
Die Sekundärzylinder können mindestens ein Einlassventil und mindestens ein Auslassventil enthalten und das Deaktivieren der Sekundärzylinder kann das Halten aller Einlass- und aller Auslassventile in ihren jeweiligen geschlossenen Positionen beinhalten.
Die Sekundärzylinder können auf der Basis eines Vergleichs einer Motordrehmomentnachfrage mit einer Motordrehmomentnachfragegrenze deaktiviert werden.
Die Sekundärzylinder können auf der Basis eines Vergleichs einer Änderungsrate der Motordrehmomentnachfrage mit einer Änderungsratengrenze der Motordrehmomentnachfrage deaktiviert werden.
Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung wird ein Motorsystem bereitgestellt, das Folgendes umfasst: einen Vier-Zylinder-Motor, gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung konstruiert, eine Eingabe, die ein angefordertes Motordrehmoment ermittelt, und einen Elektronikcontroller, der betätigt werden kann, die das ermittelte, angeforderte Motordrehmoment zu empfangen, wobei der Elektronikcontroller betätigt werden kann, um zu bestimmen, ob der Motor unter Verwendung aller vier Zylinder betrieben werden soll, oder die Sekundärzylinder so zu deaktivieren, dass der Motor unter Verwendung nur der beiden Primärzylinder betrieben wird, auf der Basis mindestens des ermittelten, angeforderte Motordrehmoments.
Die Eingabe des ermittelten angeforderten Motordrehmoments kann von einem Geschwindigkeitsregelsystem erzeugt werden.
Das Motorsystem kann weiterhin Folgendes umfassen: ein Fahrpedal, das von einem Bediener des Motors betätigt werden kann, und einen Fahrpedalpositionssensor zum Überwachen der Position des Fahrpedals und Liefern der das angeforderte Motordrehmoment anzeigenden Eingabe, und der Elektronikcontroller kann betätigt werden, die Eingabe von dem Fahrpedalpositionssensor zu empfangen und zu bestimmen, ob der Motor unter Verwendung aller vier Zylinder betrieben werden soll oder die Sekundärzylinder deaktiviert werden sollen, um den Motor unter Verwendung nur der beiden Primärzylinder zu betätigen, auf der Basis mindestens der von dem Fahrpedalpositionssensor empfangenen Eingabe.
Falls das angeforderte Motordrehmoment über einer ersten vordefinierten Drehmomentnachfragegrenze liegt, kann der Motor unter Verwendung aller vier Zylinder betrieben werden, und falls das angeforderte Drehmoment unter der ersten vordefinierten Drehmomentnachfragegrenze liegt, kann der Motor als ein Zwei-Zylinder-Motor betrieben werden, wobei die Sekundärzylinder deaktiviert sind.
Das Motorsystem kann weiterhin Folgendes umfassen: ein Temperaturindikatormittel zum Liefern einer Eingabe an den Elektronikcontroller, die eine den Motor betreffende Temperatur anzeigt, und der Elektronikcontroller kann betätigt werden, die Sekundärzylinder zu deaktivieren, falls die den Motor betreffende Temperatur unter einer vordefinierten Temperaturgrenze liegt.
Das Motorsystem kann weiterhin eine Abgasnachbehandlungseinrichtung umfassen, die den Motor betreffende Temperatur kann die Abgastemperatur sein, das Temperaturindikatormittel ist dann ein Abgastemperatursensor zum Liefern einer Eingabe an den Elektronikcontroller, die die Temperatur des in die Nachbehandlungseinrichtung eintretenden Abgases anzeigt, und die vordefinierte Temperaturgrenze ist dann eine erforderliche Betriebstemperatur der Nachbehandlungseinrichtung. Der Ausdruck „Temperaturindikatormittel“ bedeutet, wie hier gemeint, die Bestimmung einer Temperatur entweder durch direkte Temperaturmessung unter Verwendung eines Sensors oder durch Einsatz einer gefolgerten Temperatur
Die den Motor betreffende Temperatur kann alternativ die Temperatur eines durch den Motor zirkulierenden Kühlmittels sein, der Temperatursensor kann ein Kühlmitteltemperatursensor sein zum Liefern einer Eingabe an den Elektronikcontroller, die die Kühlmitteltemperatur anzeigt, und die vordefinierte Temperaturgrenze kann eine erforderliche Betriebstemperatur des Kühlmittels sein.
Die den Motor betreffende Temperatur kann die Temperatur von durch die Primärzylinder strömendem Kühlmittel sein. Das Temperaturindikatormittel ist dann ein Temperatursensor zum Liefern einer Eingabe an den Elektronikcontroller, welche die Kühlmitteltemperatur des die Primärzylinder durchströmenden Kühlmittels anzeigt und die vordefinierte Temperaturgrenze kann eine erforderliche Betriebstemperatur des durch die Primärzylinder strömenden Kühlmittels sein.
Die den Motor betreffende Temperatur kann die Temperatur von durch die Sekundärzylinder strömendem Kühlmittel sein. Das Temperaturindikatormittel ist dann ein Temperatursensor zum Liefern einer Eingabe an den Elektronikcontroller, welche die Kühlmitteltemperatur des durch die Sekundärzylinder strömenden Kühlmittels anzeigt und die vordefinierte Temperaturgrenze kann eine erforderliche Betriebstemperatur des durch die Sekundärzylinder strömenden Kühlmittels sein.
Die den Motor betreffende Temperatur kann alternativ die Temperatur von durch den Motor zirkulierendem Öl sein, das Temperaturindikatormittel ist ein Öltemperatursensor zum Liefern einer Eingabe an den Elektronikcontroller, die die Öltemperatur anzeigt, und die vordefinierte Temperaturgrenze ist eine erforderliche Betriebstemperatur des Öls.
Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung konstruierten Motors bereitgestellt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bestimmen, ob die Sekundärzylinder deaktiviert werden können, und falls die Sekundärzylinder deaktiviert werden können, Beenden einer Kraftstoffzufuhr zu den Sekundärzylindern, um ihn zu deaktivieren.
Die Sekundärzylinder des Motors können deaktiviert werden, falls die von dem Motor geforderte Drehmomentausgabe durch Betreiben des Motors auf nur zwei Zylindern erfüllt werden kann.
Der Motor kann unter Verwendung von vier Zylindern betrieben werden, falls eine Motordrehmomentnachfrage über einer vordefinierten Grenze liegt.
Die Sekundärzylinder können mindestens ein Einlassventil und mindestens ein Auslassventil enthalten, und das Verfahren kann weiterhin das Deaktivieren der Sekundärzylinders durch Halten aller Einlass- und aller Auslassventile in ihren jeweiligen geschlossenen Positionen umfassen.
Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

1 ein Blockdiagramm, das ein Motorsystem gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung zeigt;
1a eine schematische Ansicht von Zylinderkopfkühlmantel und Motorblockkühlmantel
1b eine schematische Ansicht der Kurbelwellkröpfung
2 einen schematischen Querschnitt durch einen Vier-Zylinder-Reihenmotor gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung;
3 eine schematische Draufsicht auf die Anordnung zweier Abgasturbolader am Motor
4 ein Flussdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben eines Motors gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung;
5A und 5B Flussdiagramme, die eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben eines Motors gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung zeigen; und
6A und 6B alternative Zeitsteuerdiagramme für den in 1 bis 3 gezeigten Motor.

Unter besonderer Bezugnahme auf 1 bis 3 wird ein Kraftfahrzeug 50 mit einem Motorsystem 1 gezeigt, das einen Viertakt-Vier-Zylinder-Hubkolbenverbrennungsmotor 5, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 für den Motor 5, einen Elektronikcontroller 30, eine Bedieneranforderungseingabeeinrichtung in Form eines Fahrpedals 16 und einen assoziierten Fahrpedalpositionssensor 32 aufweist.
Der Elektronikcontroller 30 kann mehrere miteinander verbundene Elektronikcontroller, Steuereinheiten oder Elektronikprozessoren umfassen kann und ist lediglich zu Darstellungszwecken als eine einzelne Einheit gezeigt ist.
Das Motorsystem 1 enthält auch einen Abgastemperatursensor 33 zum Liefern einer Ausgabe, die die Temperatur des in die Nachbehandlungseinrichtung 20 eintretenden Abgases anzeigt, eine elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzeinheit 10, einen elektronisch gesteuerten variablen Ventilbetätigungsmechanismus 15 und einen Motordrehzahlsensor 31, der mit einem Zahnkranz auf einem Schwungrad 9 des Motors 5 assoziiert ist. Es können andere Mittel zum Messen der Motordrehzahl verwendet werden und die Erfindung ist nicht auf die Verwendung eines Zahnkranzes und eines Motordrehzahlsensors beschränkt.
Das Motorsystem 1 kann auch ein nicht gezeigtes Geschwindigkeitsregelsystem enthalten, um an den Elektronikcontroller 30 eine Eingabe einer erforderlichen Motordrehmomentnachfrage zu liefern, um eine eingestellte Fahrzeuggeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Die Logik für das Geschwindigkeitsregelsystem kann als Teil des Elektronikcontrollers 30 ausgebildet sein oder eine separate Einheit sein.
Der Motor 5 umfasst vier in Reihe angeordnete Zylinder 11, 12, 13 und 14, wobei zwei Primärzylinder 11, 12 und zwei Sekundärzylinder 13,14 vorliegen. Bevorzugt haben Primär- und Sekundärzylinder etwa den gleichen Hubraum. Alternativ können Primär- und Sekundärzylinder unterschiedliche Hubräume aufweisen. Insbesondere kann der Hubraum der Primärzylinder größer als der Hubraum der Sekundärzylinder sein.
Die Primärzylinder 11, 12 arbeiten immer, während der Motor 5 arbeitet, und die Sekundärzylinder 13, 14 können selektiv deaktiviert werden, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben. Alternativ können in Verbindung mit einer geänderten Zündsteuerung die Zylinder 13, 14 als Primärzylinder und die Zylinder 11,12 als Sekundärzylinder betrieben werden. Bei dieser alternativen Anordnung (anders als in der schematischen Darstellung in 1 gezeigt) sind vorteilhaft die ständig arbeitenden Primärzylinder 13, 14 nahe am Schwungrad angeordnet. Dies ist für den Massenausgleich bevorzugt, insbesondere, wenn der Hubraum der Primärzylinder größer als der Hubraum der Sekundärzylinder ist. In Verbindung mit einer Anordnung der Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 nahe der Schwungradseite des Motors ergibt sich dadurch ein besonders kurzer Abstand zwischen Primärzylindern und Abgasnachbehandlungseinrichtung 20. Zusätzlich ergibt sich bei dieser Ausführung ein verringerter Strömungswiderstand der Abgasführung zur Atmosphäre (Pfeil „E“).
Eine Kühlmittelpumpe 2 sorgt in den Zylindern 11, 12, 13, 14 und in dem -nicht dargestellten- Zylinderkopf für Kühlmittelumlauf vermittels einer Kühlmittelverteilerleitung 3. Die Kühlmittelverteilerleitung 3 kann im Zylinderblock und/oder Zylinderkopf verlaufen. Der Eintritt von Kühlmittel in die Kühlmittelverteilerleitung 3 wird von einem Durchflussregelventil 4a geregelt ermöglicht. In der Kühlmittelverteilerleitung 3 ist ein weiteres regelbares Durchflussregelventil 4b für die Kühlung der Sekundärzylinder 13, 14 angeordnet. Eines der Ventile kann als Thermostat mit Dehnstoffelement ausgeführt sein. Die Ventile können, durch den Elektronikcontroller 30 über an den elektronisch gesteuerten variablen Ventilbetätigungsmechanismus gesendete Befehle, den Kühlmittelfluss durch die Zylinder variieren. Wenn die Sekundärzylinder 13, 14 deaktiviert sind wird deren Kühlung mittels des Durchflussregelventils 4b reduziert oder z. B. zeitweilig alternierend unterbrochen. Dadurch wird eine Abkühlung der deaktivierten Zylinder vermieden, bzw. wird die Temperatur der Sekundärzylinder in einem Temperaturbereich gehalten, der für die fortgesetzte Schmierung günstig ist. Dadurch wird auch der Kraftstoffverbrauch reduziert. Dabei wird die Temperatur der Sekundärzylinder z.B. mittels eines Temperatursensors (Temperaturindikatormittel) bestimmt. Der Ausdruck „Temperaturindikatormittel“ bedeutet, wie hier gemeint, die Bestimmung einer Temperatur entweder durch direkte Temperaturmessung unter Verwendung eines Sensors oder durch Einsatz einer gefolgerten Temperatur z.B. aus einem Kennfeld der Lastanforderung und der Motordrehzahl. Die Kühlmittelverteilerleitung 3 ist im Ausführungsbeispiel weitgehend in den Motor integriert. Alternativ kann die Kühlmittelverteilerleitung 3 teilweise außerhalb des Motors angeordnet sein.
Ein Abgaskrümmer 6 lenkt den Motor 5 verlassendes Abgas zu einen Auslasskanal 7 und zu der Nachbehandlungseinrichtung 20, und ein Endrohr 8 leitet Abgas von der Nachbehandlungseinrichtung 20 zur Atmosphäre, wie durch den Pfeil „E“ angezeigt. Die Abgasleitung 6 (der Abgaskrümmer) besteht bevorzugt aus zwei voneinander getrennten Abschnitten (Teilabgasleitungen) 6a, 6b. Dabei strömt Abgas aus den Primärzylindern 11, 12 gesammelt im Abschnitt 6a zu dem Auslasskanal 7. Abgas aus den Sekundärärzylindern 13, 14 strömt gesammelt im Abschnitt 6b zu dem Auslasskanal 7. Dadurch werden die Abgasleitungen der Zylinder stufenweise zusammengeführt
Die Nachbehandlungseinrichtung 20 kann von einem beliebigen bekannten Typ sein, der sich zum Reduzieren der Emissionen von dem Motor 5 eignet, und die mehr als ein Typ von Abgasnachbehandlungseinrichtung kann in Reihe an den Auslasskanal 7 angeschlossen sein. Beispielsweise und ohne Einschränkung können ein Katalysator, eine Rußfalle und eine NOx-Falle bzw NOx -Katalysator in Reihe angeordnet sein. Zusätzlich können eine oder mehrere Einrichtungen zum Reduzieren von Auslassgeräusch in das Endrohr 8 hinter der oder den Nachbehandlungseinrichtung(en) eingebaut sein.
Der Abgastemperatursensor 33 kann direkt an einem Einlassende der Nachbehandlungseinrichtung 20 angebracht sein oder kann sich vor der Nachbehandlungseinrichtung 20 befinden, um die Temperatur des durch den Auslasskanal 7 strömenden Abgases an einer Position nahe einem Einlass zu der Nachbehandlungseinrichtung 20 zu messen. Es versteht sich, dass die Temperatur aus anderen Betriebsparametern gefolgert werden könnte, anstatt unter Verwendung eines Temperatursensors direkt gemessen zu werden.
Die Position des Fahrpedals 16 wird von dem Fahrpedalpositionssensor 32 erfasst, und die Ausgabe von dem Sensor 32 wird als eine Eingabe zu dem Elektronikcontroller 30 geliefert, wo sie verarbeitet wird, um eine Anzeige der Bedienermotordrehmomentnachfrage zu liefern.
Die Ausgabe von dem Motordrehzahlsensor 31 wird von dem Elektronikcontroller 30 als eine Anzeige der aktuellen Motordrehzahl verwendet.
Wie in 1a dargestellt erfolgt die Zufuhr von Kühlmittel zum Motor 5 von der Wasserpumpe 2 (nicht gezeigt) mittels der Zuführung 40 der Kühlmittelverteilerleitung 3 in den Motorblockkühlmantel 52 der Primärzylinder 11, 12. Die Zuführung 40 ist mittels eines Kanals 41 im Durchflussregelventil 4a mit einem Kanal 42 verbunden, der in den Zylinderkopfkühlmantel 51 führt. In der Figur ist nur ein Kanal 42 bezeichnet, die Zufuhr von Kühlmittel kann jedoch durch mehrere Kanäle erfolgen. Das Durchflussregelventil 4a regelt den Zufluss von Kühlmittel von der Wasserpumpe 2 zum Zylinderkopfkühlmantel 51 und über Kanäle 47 zum Motorblockkühlmantel. Alternativ kann das Durchflussregelventil 4a ganz oder teilweise den Zufluss von Kühlmittel von der Wasserpumpe 2 über die Kühlmittelverteilerleitung 3 zum Motorblockkühlmantel 52 und über Kanäle 47 zum Zylinderkopfkühlmantel 51 regeln. Der Zylinderkopfkühlmantel 51 umgibt den Abgaskrümmerabschnitt 6a. Dabei strömt Abgas aus den Primärzylindern 11, 12 gesammelt im Abschnitt 6a durch die Auslassöffnung 53 zu dem Auslasskanal 7. Ferner erfolgt die Zufuhr von Kühlmittel zum Motor 5 von der Wasserpumpe 2 (nicht gezeigt) mittels der Zuführung 40 der Kühlmittelverteilerleitung 3 in den Motorblockkühlmantel 52' der Sekundärzylinder 13, 14. Die Zuführung 40 ist mittels eines Kanals 41' im Durchflussregelventil 4b mit einem Kanal 42' verbunden, der in den Zylinderkopfkühlmantel 51' führt. In der Figur ist nur ein Kanal 42' dargestellt, die Zufuhr von Kühlmittel kann jedoch mehrere Kanäle erfolgen. Das Durchflussregelventil 4b regelt den Zufluss von Kühlmittel von der Wasserpumpe 2 zum Zylinderkopfkühlmantel 51' und über Kanäle 47' zum Motorblockkühlmantel. Alternativ kann das Durchflussregelventil 4b ganz oder teilweise den Zufluss 40 von Kühlmittel von der Wasserpumpe 2 über die Kühlmittelverteilerleitung 3 zum Motorblockkühlmantel 52' und über Kanäle 47' zum Zylinderkopfkühlmantel 51' regeln. Der Zylinderkopfkühlmantel 51' umgibt den Abgaskrümmerabschnitt 6b. Dabei strömt Abgas aus den Sekundärzylindern 13, 14 gesammelt im Abschnitt 6b durch die Auslassöffnung 53' zu dem Auslasskanal 7. Die Auslassöffnungen sind in Einbaulage etwa horizontal nebeneinander angeordnet. Dadurch wird eine kompakte Bauweise des Motors ermöglicht.
In 1a sind die Durchflussregelventile 4a, 4b in die Motorblockkühlmäntel 51, 51' integriert dargestellt. Alternativ können die Durchflussregelventile 4a, 4b in Gehäusen am Motorblock oder in einem gemeinsamen Gehäuse am die Motorblockkühlmäntel 52, 52' bildenden Motorblock oder am Zylinderkopf angeordnet sein. Dabei kann Kühlmittelverteilerleitung 3 auch außerhalb des Motors angeordnet sein um die Kühlmittelpumpe 2 mit den Durchflussregelventilen zu verbinden. Bevorzugt ist das Durchflussregelventil 4a ein Thermostat mit Dehnstoffelement.
Nunmehr insbesondere auf 2 bezugnehmend stützt der erste Primärzylinder 11 gleitend einen Kolben 11 p, der durch eine Pleuelstange 11 c mit einer ersten Kröpfung 11T einer vierfach gekröpften Flat-Plane-Kurbelwelle 40 verbunden ist. Die Pleuelstange 11 c ist über ein kleines Endlager 11 e und einen Kolbenbolzen 11 g drehbar mit dem Kolben 11p verbunden und ist über ein großes Endlager 11D drehbar mit der ersten Kröpfung (Hubzapfen) 11T der Kurbelwelle 40 verbunden.
Der zweite Primärzylinder 12 stützt gleitend einen Kolben 12p, der durch eine Pleuelstange 12c mit einer dritten Kröpfung 12T der dreifach gekröpften Flat-Plane-Kurbelwelle 40 verbunden ist. Die Pleuelstange 12c ist über ein kleines Endlager 13e und einen Kolbenbolzen 12g drehbar mit dem Kolben 12p verbunden und ist über ein großes Endlager 120 drehbar mit der ersten Kröpfung (Hubzapfen) 12T der Kurbelwelle 40 verbunden.
Der erste Sekundärzylinder 13 stützt gleitend einen Kolben 13p, der über eine Pleuelstange 13c mit einer zweiten Kröpfung 13T der vierfach gekröpften Flat-Plane-Kurbelwelle 40 verbunden ist. Die Pleuelstange 13c ist über ein kleines Endlager 13E und einen Kolbenbolzen 13g drehbar mit dem Kolben 13p verbunden und ist über ein großes Endlager 130 drehbar mit der ersten Kröpfung (Hubzapfen) 13T der Kurbelwelle 40 verbunden.
Der zweite Sekundärzylinder 14 stützt gleitend einen Kolben 14p, der über eine Pleuelstange 14c mit einer zweiten Kröpfung 14T der vierfach gekröpften Flat-Plane-Kurbelwelle 40 verbunden ist. Die Pleuelstange 14c ist über ein kleines Endlager 14E und einen Kolbenbolzen 14g drehbar mit dem Kolben 14p verbunden und ist über ein großes Endlager 14D drehbar mit der ersten Kröpfung (Hubzapfen) 14T der Kurbelwelle 40 verbunden.
Die Sekundärzylinder 13, 14 sind benachbart in Reihe zu den Primärzylindern 11, 12 angeordnet. Die Sekundärzylinder 13, 14 können die gleiche Kapazität wie die beiden Primärzylinder 11, 12 besitzen oder eine andere Kapazität besitzen entweder aufgrund eines anderen Bohrungsdurchmessers oder eines anderen Hubs oder einer Kombination aus diesen, doch besitzen bei dem beschriebenen Beispiel alle vier Zylinder 11, 12, 13 und 14 die gleiche Kapazität und die Bohrung und der Hub sind die gleichen für alle vier Zylinder 11, 12, 13 und 14.
Jeder der Zylinder 11, 12, 13 und 14 besitzt ein jeweiliges Einlass- und Auslassventil 11a, 11b; 12a, 12b; 13a, 13b, 14a, 14b doch versteht sich, dass es in der Praxis eine andere Anzahl an Einlass- und Auslassventilen geben kann, beispielsweise zwei Einlass- und zwei Auslass- oder drei Einlass- und zwei Auslassventile. Weiterhin ist es möglich, dass die Sekundärzylinder 13, 14 eine andere Anzahl an Einlassventilen und Auslassventilen als die Primärzylinder 11, 12 besitzt.
In dargestellten Ausführungsbeispielen werden die Einlass- und Auslassventile durch den elektronisch gesteuerten variablen Ventilbetätigungsmechanismus 15 betätigt, so dass das Öffnen und Schließen der Ventile 11a, 11b; 12a, 12b; 13a, 13b, 14a, 14b gesteuert werden kann und insbesondere dahingehend gesteuert werden kann, die Einlass- und Auslassventile 13a, 13b, 14a, 14b der Sekundärzylinder 13,14 zu deaktivieren, so dass sie geschlossen bleiben, wenn die Sekundärzylinder 13, 14 deaktiviert sind.
Die Kurbelwelle 40 kann um eine Mittelachse 42 gedreht werden und wird in diesem Fall durch fünf Hauptlager 43 gestützt. Wie am besten in 2 zu sehen, sind die Kröpfungen 11T, 12T für die beiden Primärzylinder 11, 12 in Phase miteinander angeordnet, und die Kröpfungen 13T, 14T für die Sekundärzylinder 13, 14 sind so angeordnet oder orientiert, dass sie um einen Winkel θ bezüglich der Kröpfung 11T, 12T für die beiden Primärzylinder 11, 12 außer Phase ist. Der Winkel θ (s, 1 b) ist bevorzugt ein Winkel von 180°, so dass gesagt werden kann, dass die Kröpfungen 11T und 12T für die Primärzylinder 11, 12 um 180° außer Phase sind zu der Kröpfung 13T und 14T für die Sekundärzylinder 13, 14. Der Effekt davon ist, dass immer dann, wenn sich die Kolben 11P, 12P der Primärzylinder 11, 12 am oberen Totpunkt befinden, der Kolben 13P, 14P der Sekundärzylinders 13, 14 sich am unteren Totpunkt befindet, und umgekehrt. Der Winkel von 180° ist bevorzugt im Hinblick auf den Massenausgleich, er kann jedoch ohne weiteres zwischen z.B. 175° und 185° liegen.
Der Motor 5 kann ein Viertakt-Dieselmotor oder Ottomotor sein. Das das Mittel zum Deaktivieren der Sekundärzylinders 13, 14 ist bevorzugt das Abstellen oder die Beendigung der Kraftstoffzufuhr zu den Sekundärzylindern 13, 14. Außerdem werden bei Deaktivierung bevorzugt sowohl die Einlass- als auch Auslassventile 13a, 13b, 14a, 14b durch den Elektronikcontroller 30 über an den elektronisch gesteuerten variablen Ventilbetätigungsmechanismus 15 gesendete Befehle deaktiviert. Das Schließen der Einlass- und Auslassventile 13a, 13b, 14a, 14b hat den Vorteil, dass Pumpverluste reduziert werden, während die Sekundärzylinder 13, 14 deaktiviert sind. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Ausführungsformen möglicherweise keine Mittel zum Deaktivieren der Einlass- und Auslassventile 13a, 13b und/oder 14a, 14b vorgesehen werden, so dass sie während der Deaktivierung normal arbeiten. Es können andere Ventilbetätigungsanordnungen vorgesehen werden, so dass beispielsweise während der Deaktivierung der Sekundärzylinders 13, 14 nur die Einlassventile geschlossen gehalten wird oder nur die Auslassventile geschlossen gehalten wird.
Es können sowohl die Zündung als auch die Kraftstoffzufuhr zu den Sekundärzylindern 13, 14 während der Deaktivierung unterbunden werden oder die Zündung könnte in einem normalen Betriebszustand gehalten werden, wobei nur die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wird.
Wie 3 zeigt besteht der Abgaskrümmer 6 bevorzugt aus zwei voneinander getrennten Abschnitten 6a, 6b. Dabei strömt Abgas aus den Primärzylindern 11, 12 gesammelt im Abschnitt 6a zu dem Auslasskanal 7. Abgas aus den Sekundärzylindern 13, 14 strömt gesammelt im Abschnitt 6b zu dem Auslasskanal 7. Dadurch kann bevorzugt zwischen jede der Abschnitte 6a, 6b und dem Auslasskanal 7 jeweils ein Turbolader angeordnet sein.
Wie 3 weiter zeigt, bilden die vier Zylinder 11, 12, 13, 14 zwei Gruppen mit jeweils zwei Zylindern 11, 12, und 13, 14. Die Abgaskrümmerabschnitte 6a bzw. 6b sind zu einem Auslasskanal (Gesamtabgasleitung) 7 zusammen geführt. Zwischen dem Auslasskanal 7 und dem Abgaskrümmerabschnitt 6a und 6b ist jeweils eine Turbine 17a eines Abgasturboladers 17 angeordnet, welche einen dazugehörigen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter 17b antreibt. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform sind die beiden Abgaskrümmer 7 in den Zylinderkopf 10 integriert, d. h. die Abgasleitungen 5 jeder Gruppe führen innerhalb des Zylinderkopfes 10 zu einer Gesamtabgasleitung 8 zusammen. Die Verdichter der beiden Turbolader sind bevorzugt mit jeweils einem Plenum 18a bzw. 18b der Einlassventile verbunden. Dabei steht einer der Verdichter mit dem Plenum 18a mit den Einlassventilen 11a, 12a der Primärzylinder in Verbindung. Der zweite Verdichter steht mit dem Plenum 18b der Sekundärzylinder mit den Einlassventilen 13a,14a in Verbindung. In 3 ist schematisch nur jeweils ein Einlassventil gezeigt, bevorzugt können jedoch mehrere Einlassventile je Zylinder angeordnet sein. Dies gilt ebenso für die Auslassventile. An jedem Plenum 18a bzw. 18b ist ein Luftmassensensor angeordnet (in der schematischen Darstellung nicht eingezeichnet). Statt zwei separaten Bauteilen für Plenum 18a und 18b kann eine Plenum mit einer Trennwand für die Luftversorgung der Primärzylinder separat von der Luftversorgung der Sekundärzylinder angeordnet sein. Die Trennwand kann durch eine regelbare Überströmeinrichtung (z.B. Klappe) gebildet werden. Dadurch kann das Resonanzverhalten des Plenums und die Luftmassenzufuhr an die Einlassventile verbessert werden.
Der Betrieb des Motorsystems 1 ist wie folgt: wenn eine hohe Drehmomentausgabe von dem Motor 5 gefordert wird, kann der Elektronikcontroller 30 programmiert sein, den Motor 5 in einem Vier-Zylinder-Betriebsmodus zu betreiben, wobei alle vier Zylinder 11, 12, 13 und 14 arbeiten. Die Bestimmung darüber, was eine hohe Drehmomentausgabe darstellt, ist in diesem Fall das von einem Bediener des Motors 5 angeforderte Motordrehmoment auf der Basis der durch den Elektronikcontroller 30 von dem Fahrpedalpositionssensor 32 empfangenen Eingabe. Eine Motordrehmomentnachfrage könnte von einem Geschwindigkeitsregelsystem sein.
Bei einem Beispiel variiert die Ausgabe von dem Fahrpedalpositionssensor 32 zwischen 0,0 V und 4,2 V, und nach Signalkonditionierung entspricht die 0,0 V-Ausgabe einer Fahrpedalposition von 0%, die anzeigt, dass der Bediener das Fahrpedal 16 nicht drückt, und die 4,2 V-Ausgabe entspricht einer Fahrpedalposition von 100%, die anzeigt, dass das Fahrpedal 16 von dem Bediener ganz durchgedrückt worden ist. Die Fahrpedalpositionen können zu dem angeforderten Motordrehmoment in direkter Beziehung stehen oder es kann zwischen der Fahrpedalposition und dem angeforderten Motordrehmoment eine nichtlineare Beziehung bestehen.
Falls bei einer derartigen Anordnung die Ausgabe von dem Fahrpedalpositionssensor 32 anzeigt, dass der Bediener das Fahrpedal 16 um mehr als ein vordefiniertes Ausmaß drückt, das einer vordefinierten Motordrehmomentnachfragegrenze entspricht, dann wird der Betrieb mit allen vier Zylindern 11, 12, 13 und 14 gewählt. Falls das Fahrpedal 16 um weniger als dieses vordefinierte Ausmaß gedrückt wird, dann wird der Betrieb nur mit den beiden Primärzylindern 11, 12 gewählt und die Sekundärzylinder 13, 14 werden deaktiviert. Im Fall einer Deaktivierung wird dies dadurch bewirkt, dass der Elektronikcontroller 30 dahingehend wirkt, die Kraftstoffzufuhr zu den Sekundärzylinder 13, 14 abzuschneiden und die Ventilbetätigungseinheit 15 dahingehend zu steuern, dass die Einlass- und Auslassventile 13a, 13b, 14a, 14b deaktiviert werden.
Der für diese vordefinierte Motordrehmomentnachfragegrenze gewählte genaue Wert hängt von der genauen Konfiguration des Motors 5 ab und wird so gewählt, dass, falls, wie in diesem Fall, der Motor 5 in das Kraftfahrzeug 5 eingebaut ist, die Beschleunigungsleistung des Motorfahrzeugs 50 durch Arbeiten mit zwei Zylindern 11, 12 nicht stark beeinflusst wird und auch nicht die Notwendigkeit zum Betreiben aller vier Zylinder 11, 12, 13 und 14 so nahe wie möglich an ihrer optimalen Effizienz. Das heißt, der Betrieb wird so gesteuert, dass die durch das Arbeiten mit zwei Zylindern erreichte Gesamteffizienz die übersteigt, die erhältlich ist, falls der Motor 5 mit vier Zylindern arbeiten würde.
Durch selektives Deaktivieren der Sekundärzylinder 13, 14 ist es deshalb möglich, den Motor 5 näher an seiner maximalen Effizienz zu betreiben, wodurch der Kraftstoffverbrauch reduziert wird.
Die Deaktivierung wurde bisher so beschrieben, dass sie einzig auf dem angeforderten Motordrehmoment basierend bewirkt wird, was in diesem Fall aus der Fahrpedalposition gefolgert wird, doch braucht dies nicht der Fall zu sein. Beispielsweise könnte die Änderungsrate des angeforderten Motordrehmoments, wie durch die Fahrpedalposition angezeigt, in Kombination mit der vordefinierten Drehmomentnachfragegrenze verwendet werden. Falls in einem derartigen Fall die Rate, mit der das Fahrpedal gedrückt wird, über einer vordefinierten Grenze liegt, dann könnte der Motor selbst dann mit allen vier Zylindern 11, 12, 13 und 14 betrieben werden, wenn die tatsächliche Motordrehmomentnachfrage unter der Motordrehmomentanfragegrenze liegt.
Dies könnte unter Verwendung einer Logik erreicht werden, wie etwa beispielsweise und ohne Begrenzung: $Falls dTd > {dTd}_{limit} ODER Td > {Td}_{limit} dann verwende vier Zylinder;$
Sonst verwende zwei Zylinder
wobei:

dTd: die aktuelle Änderungsrate der Fahrpedalposition ist;
dTdlimit: die Grenze für die Änderungsrate der Fahrpedalposition ist;
Td: die aktuelle Drehmomentnachfrage auf der Basis der Fahrpedalposition ist und
Tdlimit: die vordefinierte Drehmomentnachfragegrenze ist.

Die Änderungsrate der Motordrehmomentnachfrage kann alternativ aus einer Änderungsrate der Motordrehmomentnachfrage von einem Geschwindigkeitsregelsystem gefolgert werden.
Ein Vorteil bei der Verwendung einer derartigen Kombination ist, dass eine plötzliche Änderung bei der Fahrpedalposition anzeigt, dass der Motorbediener wie etwa ein Fahrer des Kraftfahrzeugs 50 erfordert, dass die Drehmomentproduktion schnell gesteigert wird, und deshalb ist es wünschenswert, dass dies darin zum Ausdruck kommt, dass alle vier Zylinder 11, 12, 13 und 14 verwendet werden, um zu arbeiten, selbst falls das aktuelle angeforderte Niveau an Motordrehmoment unter der vordefinierten Drehmomentnachfragegrenze (Td_limit) liegt. Beispielsweise wird möglicherweise bei einem Überholmanöver das Fahrpedal 16 schnell von z. B. 15% gedrückt zu 90% gedrückt bewegt, aber ohne die Verwendung der Änderungsratenlogik würden die Sekundärzylinder 13, 14 deaktiviert bleiben, bis sich das Fahrpedal 16 physisch an der vordefinierten Motordrehmomentnachfragegrenze vorbeibewegt. Durch Verwendung einer Änderungsratenlogik können jedoch die Sekundärzylinder 13, 14 wieder zum Einsatz gebracht werden, sobald eine Änderungsrate der Fahrpedalposition die Fahrpedaländerungsratengrenze (dTd_limit) übersteigt, wodurch die Motorreaktionszeit reduziert wird und die Notwendigkeit für einen Vier-Zylinder-Betrieb antizipiert wird.
Wenngleich oben auf die Fahrpedalposition so Bezug genommen wird, dass sie eine prozentuale Nachfrage ist, versteht sich, dass dies nicht der Fall zu sein braucht und die Bedienerdrehmomentnachfrage auf der Basis von Variationen bei der Ausgangsspannung von dem Fahrpedalpositionssensor 32 oder Variationen beim Ausgangswert abgeleitet werden könnte, falls ein digitaler Positionssensor verwendet wird.
Es versteht sich, dass der Übergang zwischen dem deaktivierten und aktiven Zustand möglicherweise nicht sofort dann eintritt, wenn die Bedingungen für das Eintreten eines derartigen Übergangs hergestellt sind. Beispielsweise und ohne Beschränkung können die Sekundärzylinder 13, 14 reaktiviert werden, wenn einer in seinen Ansaughub eintritt, und wird möglicherweise erst am Ende eines Auslasshubs deaktiviert.
Nunmehr wird unter Bezugnahme auf 4 eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben eines Vier-Zylinder-Motors 5 von dem Typ und der Konstruktion, die zuvor beschrieben wird, gezeigt.
Das Verfahren startet in Kasten 100, der im Fall eines Kraftfahrzeugs ein Schlüssel-Ein-Ereignis wäre. Das Verfahren geht dann weiter zu Kasten 110, wo geprüft wird, ob die Bedingungen für das Betreiben des Motors 5 als ein Zwei-Zylinder-Motor vorliegen. Dieser Test könnte in seiner einfachsten Form lauten: $Ist Td < {Td}_{limit} ?$
Wobei:

Td: die aktuelle Drehmomentnachfrage in diesem Fall auf der Basis der Fahrpedalposition ist und
Tdlimit: die vordefinierte Motordrehmomentnachfragegrenze ist.

Alternativ kann die Motordrehmomentnachfrage von einem Geschwindigkeitsregelsystem kommen.
Falls die aktuelle Motordrehmomentnachfrage unter der vordefinierten Motordrehmomentnachfragegrenze liegt, geht das Verfahren weiter zu Kasten 120, wo der Motor 5 als ein Zwei-Zylinder-Motor betrieben wird, wobei die Sekundärzylinder 113, 14 in diesem Fall dadurch deaktiviert wird, dass der Elektronikcontroller 30 die Zufuhr von Dieselkraftstoff zu den Sekundärzylindern 13, 14 abschneidet und die Einlass- und Auslassventile 13a, 13b, 14a, 14b für die Sekundärzylinder 13, 14 mit Hilfe des elektronisch gesteuerten variablen Ventilbetätigungsmechanismus 15 deaktiviert. Das Verfahren geht dann weiter von Kasten 120 zu Kasten 140, wo bestimmt wird, ob ein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist, und falls es eingetreten ist, endet das Verfahren in Kasten 150, falls aber kein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist, läuft das Verfahren zurück zu Kasten 110. Das Verfahren läuft weiter durch die Kästen 110, 120 und 140, während die Bedingungen für einen Zwei-Zylinder-Betrieb andauern und kein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist.
Wieder unter Bezugnahme auf Kasten 110 geht das Verfahren, falls die aktuelle Motordrehmomentnachfrage über der vordefinierten Motordrehmomentnachfragegrenze liegt, weiter zu Kasten 130, wo der Motor 5 als ein Vier-Zylinder-Motor 5 betrieben wird, wobei alle vier Zylinder 11, 12, 13 und 14 arbeiten. Das Verfahren geht dann weiter von Kasten 130 zu Kasten 140, wo bestimmt wird, ob ein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist, und falls es eingetreten ist, endet das Verfahren in Kasten 150, falls aber kein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist, läuft das Verfahren zurück zu Kasten 110. Das Verfahren läuft weiter durch die Kästen 110, 130 und 140, während die Bedingungen für einen Vier-Zylinder-Betrieb andauern und kein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist.
Als eine Alternative zu dem oben bezüglich Kasten 110 beschriebenen einfachen Test könnte der Test alternativ folgende Form annehmen: $Falls dTd > {dTd}_{limit} ODER Td > {Td}_{limit} dann verwende vier Zylinder;$
Sonst verwende zwei Zylinder
wobei:

dTd: in diesem Fall die aktuelle Änderungsrate der Fahrpedalposition ist;
dTdlimit: die Grenze für die Änderungsrate der Fahrpedalposition ist;
Td: in diesem Fall die aktuelle Drehmomentnachfrage auf der Basis der Fahrpedalposition ist und
Tdlimit: die vordefinierte Drehmomentnachfragegrenze ist.

Alternativ kann eine Änderungsrate einer Drehmomentnachfrage von einem Geschwindigkeitsregelsystem sein.
Falls ein derartiger Test verwendet wird, dann würde das Ergebnis aus Kasten 110 darin bestehen, zu Kasten 120 weiterzugehen, falls die aktuelle Änderungsrate der Fahrpedalposition unter der Grenze für die Änderungsrate der Fahrpedalposition liegt und die aktuelle Drehmomentnachfrage auf der Basis der Fahrpedalposition unter der vordefinierten Drehmomentnachfragegrenze liegt, aber zu Kasten 130 weiterzugehen, falls entweder die aktuelle Änderungsrate der Fahrpedalposition über der Grenze für die Änderungsrate der Fahrpedalposition liegt oder die aktuelle Motordrehmomentnachfrage auf der Basis der Fahrpedalposition über der vordefinierten Motordrehmomentnachfragegrenze liegt. Das Verfahren ist anderweitig durch diesen Wechsel zu dem Test in Kasten 110 unbeeinflusst.
Es versteht sich, dass die vordefinierte Motordrehmomentnachfragegrenze auf der Basis anderer Betriebsbedingungen des Motors 5 variiert werden kann und somit nicht notwendigerweise ein fester Wert ist. Beispielsweise und ohne Beschränkung könnte der Wert der vordefinierten Drehmomentnachfragegrenze mit der Motordrehzahl variiert werden, so dass die Grenze mit der Motordrehzahl steigt.
Nunmehr unter Bezugnahme auf 5A und 5B wird eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung gezeigt.
Das Verfahren beginnt in Kasten 200, der im Fall eines Kraftfahrzeugs ein Schlüssel-Ein-Ereignis sein würde. Das Verfahren geht dann weiter zu Kasten 205, wo bestimmt wird, ob eine Erwärmung erforderlich ist. Dieser Test kann beispielsweise darin bestehen, ob die Temperatur der Abgase erhöht werden muss, um das Anspringen einer oder mehrerer Nachbehandlungseinrichtungen zu beschleunigen, oder ob die Temperatur des durch den Motor 5 fließenden Schmieröls erhöht werden muss, um seine Viskosität zu reduzieren, wodurch Reibungsverluste reduziert werden, oder ob die Temperatur eines durch den Motor 5 fließenden Kühlmittels, um ihn zu kühlen, etwa nach einem Kaltstart erhöht werden muss, oder eine Kombination aus diesen. Bevorzugt wird bei Deaktivierung der Sekundärzylinder 13,14 deren Kühlung reduziert, indem der Kühlmittelfluss vermittels eines Steuersignals des Elektronikcontroller 30 an das elektronisch gesteuerte Durchflussregelventil 4b reduziert wird.
In jedem Fall besitzt der Test die Form eines Vergleichs unter Verwendung des Elektronikcontrollers 30 einer aktuellen Temperatur, wie beispielsweise durch den Kühlmitteltemperatursensor 4b erfasst, mit einer vordefinierten Temperaturgrenze wie etwa einer Mindesttemperatur für minimierte Reibungsverluste. Falls die Kühlmitteltemperatur des durch die Sekundärzylinder strömenden Kühlmittels über der Mindesttemperatur liegt, dann wäre der Test nicht bestanden und das Verfahren würde weitergehen zu Kasten 210, und falls der Test bestanden ist, was anzeigt, dass die aktuelle Kühlmitteltemperatur unter der vordefinierten Temperaturgrenze liegt und eine Erwärmung erforderlich ist, geht das Verfahren weiter zu Kasten 207.
Zuerst unter Behandlung eines Nichtbestehens des Tests in Kasten 205 und dem folglichen Weitergehen des Verfahrens zu Kasten 210 wird dann in Kasten 210 geprüft, ob die Bedingungen für das Betreiben des Motors 5 als ein Zwei-Zylinder-Motor vorliegen. Dieser Test ist der gleiche Test wie in Kasten 110 in 4 angewendet und wird nicht wieder ausführlich beschrieben.
Falls die aktuelle Motordrehmomentnachfrage unter der vordefinierten Motordrehmomentnachfragegrenze liegt, geht das Verfahren weiter zu Kasten 220, wo der Motor 5 als ein Zwei-Zylinder-Motor bei deaktivierten Sekundärzylindern 13,14 betrieben wird. Das Verfahren geht dann weiter von Kasten 220 zu Kasten 240, wo bestimmt wird, ob ein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist, und falls es eingetreten ist, endet das Verfahren in Kasten 250, falls aber kein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist, läuft das Verfahren zurück zu Kasten 205. Das Verfahren läuft weiter durch die Kästen 205, 210, 220 und 240, während keine Erwärmung erforderlich ist, die Bedingungen für den Zwei-Zylinder-Betrieb fortdauern und kein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist.
Falls wieder unter Bezugnahme auf Kasten 210 die aktuelle Motordrehmomentnachfrage über der vordefinierten Motordrehmomentnachfragegrenze liegt, geht das Verfahren weiter zu Kasten 230, wo der Motor 5 als ein Vier-Zylinder-Motor 5 betrieben wird, wobei alle vier Zylinder 11, 12, 13 und 14 arbeiten. Das Verfahren geht dann weiter von Kasten 230 zu Kasten 240, wo bestimmt wird, ob ein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist. Falls ein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist, endet das Verfahren in Kasten 250, falls aber kein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist, läuft das Verfahren zurück zu Kasten 205. Das Verfahren läuft weiterhin durch die Kästen 205, 210, 230 und 240, während keine Erwärmung erforderlich ist, die Bedingungen für einen Vier-Zylinder-Betrieb fortdauern und kein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist.
Wie oben bezüglich Kasten 110 in 4 beschrieben, könnte der Test in Kasten 210 einen Test für die Änderungsrate der Motordrehmomentnachfrage beinhalten, wie durch die Änderungsrate der Fahrpedalposition gefolgert.
Nunmehr wieder unter Bezugnahme auf Kasten 205 geht das Verfahren, falls der Test in Kasten 205 bestanden wird, was anzeigt, dass eine Erwärmung erforderlich ist, weiter über Kasten 207 zu Kasten 215.
In Kasten 215 wird geprüft, ob die Bedingungen für den Betrieb des Motors 5 als ein Zwei-Zylinder-Motor vorliegen. Dieser Test ist ähnlich dem Test wie in Kasten 210 angewendet, aber der Wert der vordefinierten Motordrehmomentgrenze könnte verschieden sein. Das heißt, die Kraftstoffeffizienz des Motors 5 kann vorübergehend beeinträchtigt sein, um die Zeit zu reduzieren, die zum Erwärmen des Kühlwassers benötigt wird.
Im Fall eines Vier-Zylinder-Motors mit Zylindern von identischer Kapazität beim Laufen auf zwei Zylindern, für die gleiche Leistungsausgabe, der Kühlmittelstrom um etwa die Hälfte reduziert, aber die Temperatur des Kühlmittels erhöht ist. Damit kann auch die und Wärmeabfuhr erhöht sein.
Falls die aktuelle Motordrehmomentnachfrage unter der zweiten vordefinierten Motordrehmomentnachfragegrenze liegt, geht das Verfahren weiter von Kasten 215 zu Kasten 225, wo der Motor 5 als ein Zwei-Zylinder-Motor mit deaktivierten Sekundärzylinder 13, 14 betrieben wird. Das Verfahren geht dann weiter von Kasten 225 zu Kasten 238 und dann zu Kasten 240, wo bestimmt wird, ob ein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist. Falls ein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist, endet das Verfahren in Kasten 250, und falls kein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist, läuft das Verfahren zurück zu Kasten 205. Das Verfahren läuft dann weiter durch die Kästen 205, 207, 215, 225, 238 und 240, während eine Erwärmung erforderlich ist, die Bedingungen für den Zwei-Zylinder-Betrieb fortdauern und kein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist.
Falls wieder unter Bezugnahme auf Kasten 215 die aktuelle Motordrehmomentnachfrage über der zweiten vordefinierten Motordrehmomentnachfragegrenze liegt, geht das Verfahren weiter zu Kasten 235, wo der Motor 5 als ein Vier-Zylinder-Motor 5 betrieben wird, wobei alle vier Zylinder 11, 12, 13 und 14 arbeiten. Das Verfahren geht dann weiter von Kasten 235 zu Kasten 238 und von Kasten 238 zu Kasten 240, wo bestimmt wird, ob ein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist. Falls ein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist, endet das Verfahren in Kasten 250, und falls kein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist, läuft das Verfahren zurück zu Kasten 205. Das Verfahren läuft weiterhin durch die Kästen 205, 207, 215, 235, 238 und 240, während eine Erwärmung erforderlich ist, die Bedingungen für einen Vier-Zylinder-Betrieb fortdauern und kein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist.

Die 6A und 6B zeigen zwei mögliche Zeitsteuerdiagramme für den Motor 5, wobei der Hauptunterschied zwischen diesen Zeitsteuerdiagrammen darin besteht, dass in 6A die Zeitsteuerung der Sekundärzylinders 13, 14 von der in 6B um 360 Grad verschieden ist. Die in 6A und 6B für die Sekundärzylinder 13, 14 aufgeführten Aktionen sind jene, die auftreten, wenn die Sekundärzylinder 13, 14 arbeiten und der Motor 5 alle vier Zylinder 11, 12, 13und 14 verwendet, um Leistung zu erzeugen. 6A:

Kurbelwellen-Winkelgrade	Zylinder 11	Zylinder 12	Zylinder 13	Zylinder 14
0	OT	OT	UT	UT
	Ansaugen	Arbeit	Verdichten	Auslass
180	UT	UT	OT	OT
	Verdichten	Auslass	Arbeit	Ansaugen
360	OT	OT	UT	UT
	Arbeit	Ansaugen	Auslass	Verdichten
540	UT	UT	OT	OT
	Auslass	Verdichten	Ansaugen	Arbeit
720	OT	OT	UT	UT

6B:

Kurbelwellen-Winkelgrade	Zylinder 11	Zylinder 12	Zylinder 13	Zylinder 14
0	OT	OT	UT	UT
	Ansaugen	Arbeit	Auslass	Verdichten
180	UT	UT	OT	OT
	Verdichten	Auslass	Ansaugen	Arbeit
360	OT	OT	UT	UT
	Arbeit	Ansaugen	Verdichten	Auslass
540	UT	UT	OT	OT
	Auslass	Verdichten	Arbeit	Ansaugen
720	OT	OT	UT	UT

Es wird auch angemerkt, dass, wenn die Sekundärzylinder 13,14 deaktiviert sind, der Motor 5 als ein herkömmlicher Zwei-Zylinder-Motor arbeitet, wobei Leistung in alternativen Zyklen von den beiden Primärzylindern 11, 12 erzeugt wird. Das heißt, jede Betriebsphase des Primärzylinders 11 ist so getaktet, dass sie um 360 Grad von der gleichen Betriebsphase in dem anderen Primärzylinder 12 auftritt und umgekehrt. Deshalb wird immer dann, wenn einer der Kolben 11P, 12P in den Primärzylindern 11, 12 vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt läuft, Leistung von dem Motor 5 erzeugt. Deshalb erfolgt ein Arbeitshub in einem der beiden Primärzylinder 11, 12 für jede Kurbelwellenumdrehung. Außerdem tritt ein Arbeitshub der Sekundärzylinders 13, 14 niemals zur gleichen Zeit wie ein Arbeitshub in einem der beiden Primärzylinder 11, 12 auf. Für die Sekundärzylinder 13, 14 ist jede Betriebsphase des Sekundärzylinders 13 so getaktet, dass sie um 360 Grad von der gleichen Betriebsphase in dem anderen Sekundärzylinder 14 auftritt und umgekehrt. Deshalb erfolgt ein Arbeitshub in einem der beiden Primärzylinder 13, 14 für jede Kurbelwellenumdrehung.
Deshalb stellt zusammengefasst die Erfindung einen Motor, ein Motorsystem und ein Verfahren bereit, das es ermöglicht, dass ein Vier-Zylinder-Motor als ein Vier-Zylinder-Motor oder selektiv als ein Zwei-Zylinder-Motor betrieben wird. Die Verwendung einer Flat-Plane-Kurbelwelle ermöglicht die wirtschaftlichere Herstellung des Motors, und die selektive Deaktivierung eines der Zylinder ermöglicht den effizienteren Betrieb des Motors, wodurch die Kraftstoffnutzung reduziert wird, und kann auch verwendet werden, um ein schnelles Erwärmen beispielsweise des Abgases, des durch den Motor fließenden Kühlmittels und des durch den Motor fließenden Schmieröls zu fördern. Da das Betreiben des Motors auf zwei Zylindern im Vergleich zu vier Zylindern den Lastpunkt für die arbeitenden Zylinder bewegt und den Massegasstrom proportional reduziert, kann die Emissionsproduktion wie etwa Ruß, HC und CO optimiert werden, wodurch diese Emissionen aus dem Motor potentiell reduziert werden können.
Der Elektronikcontroller 30 kann sowohl auf eine Bedienerdrehmomentnachfrage als auch eine Geschwindigkeitsregelsystemdrehmomentnachfrage reagieren.
Der Elektronikcontroller 30 kann so ausgelegt sein, dass die Sekundärzylinder 13, 14 deaktiviert werden, wenn ein Nachbehandlungsregenerierungsereignis eintritt, um das Anheben der Temperatur des aus dem Motor 5 austretenden Abgases zu unterstützen.
Wenngleich der Motor bezüglich eines Vier-Zylinder-Dieselmotors beschrieben worden ist, versteht sich, dass er auf einen Vier-Zylinder-Motor mit Fremdzündung angewendet werden könnte. Die Erfindung kann auch auf einen Zwei-Takt-Motor angewendet werden.
Die Kraftstoffzufuhr und die Ventilzeitsteuerung für die deaktivierbaren Zylinder müssen nicht notwendigerweise die gleichen sein wie die für die primären Arbeitszylinder.
Durch Verwenden der beschriebenen Zylinderzeitsteuerung wird ein glatterer Leistungsfluss erzeugt, weil die Leistung der beiden Sekundärzylinder außer Phase zu den beiden Primärzylindern erzeugt.

Claims

Vier-Zylinder-Reihenhubkolbenverbrennungsmotor (5), der Folgendes umfasst: zwei benachbarte Primärzylinder (11,12) und zwei zu den Primärzylindern benachbart angeordnete Sekundärzylinder (13, 14), wobei jeder der Zylinder (11, 12, 13, 14) gleitend einen jeweiligen Kolben (11P, 12P, 13P, 14P) aufnimmt, der operativ durch eine jeweilige Pleuelstange mit einer jeweiligen Kröpfung einer vierfach gekröpften Kurbelwelle verbunden ist, wobei - die Kröpfungen für die beiden Primärzylinder (11, 12) in Phase angeordnet sind und die Kröpfung für die Sekundärzylinder (13, 14) 180°(+- 5°) außer Phase bezüglich der beiden Primärzylinder (11, 12) angeordnet ist, - die Primärzylinder (11, 12) immer arbeiten, während der Motor (5) arbeitet, und die Sekundärzylinder (13, 14) selektiv deaktiviert werden können, - eine Abgasleitung (6) des Motors (5) einen Abgaskrümmerabschnitt (6a) für die Primärzylinder (11, 12) und einen weiteren Abgaskrümmerabschnitt (6b) für die Sekundärzylinder (13, 14) enthält, - ein Arbeitshub in einem der beiden Primärzylinder (11, 12) für jede Umdrehung der Kurbelwelle (40) auftritt und der Arbeitshub für einen der beiden Sekundärzylinder (13, 14) außer Phase mit den Arbeitshüben der Primärzylinder (11, 12) ist, - die Sekundärzylinder (13, 14) deaktiviert sind, um die Temperatur der aus dem Motor austretenden Abgase, des durch den Motor fließenden Schmieröls und/oder des durch den Motor fließenden Kühlmittels zu erhöhen, - die Primärzylinder (11, 12) und die Sekundärzylinder (13, 14) fluidisch trennbare Motorblockkühlmäntel (52, 52') aufweisen und für eine Kühlmittelzufuhr zu einem der Motorblockkühlmäntel (52, 52') jeweils ein Durchflussregelventil (4a, 4b) angeordnet ist, - die separaten Abgaskrümmerabschnitte (6a, 6b) von Zylinderkopfkühlmänteln (51, 51') umgeben sind, wobei ein Zylinderkopfkühlmantel (51) den Abgaskrümmerabschnitt (6a) für die Primärzylinder (11, 12) und der andere Zylinderkopfkühlmantel (51') den Abgaskrümmerabschnitt (6b) für die Sekundärzylinder (13, 14) umgibt, und - wobei jeweils der Motorblockkühlmantel (52) der Primärzylinder (11, 12) mit dem Zylinderkopfkühlmantel (51) der Primärzylinder (11, 12) und der Motorblockkühlmantel (52') der Sekundärzylinder (13, 14) mit dem Zylinderkopfkühlmantel (51') der Sekundärzylinder (13, 14) verbunden ist.
Motor (5) nach Anspruch 1, wobei eine Kühlmittelverteilerleitung (3) eine Wasserpumpe (2) mit den Zylinderkopfkühlmänteln (51, 51') und mit den Motorblockkühlmänteln (52, 52') verbindet.
Motor (5) nach Anspruch 2, wobei die Kühlmittelverteilerleitung (3) als Teil der Motorblockkühlmäntel (52, 52') ausgebildet ist.
Motor (5) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Durchflussregelventile (4a, 4b) in einem gemeinsamen Gehäuse am die Motorblockkühlmäntel (52, 52') bildenden Motorblockgehäuse angeordnet sind.
Motorsystem (1), das Folgendes umfasst: einen Vier-Zylinder-Motor (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, eine Eingabe, die ein angefordertes Motordrehmoment anzeigt, und einen Elektronikcontroller (30), der betätigt werden kann, die das angeforderte Motordrehmoment anzeigende Eingabe zu empfangen, wobei der Elektronikcontroller (30) betätigt werden kann, um zu bestimmen, ob der Motor (5) unter Verwendung aller vier Zylinder (11, 12, 13, 14) betrieben werden soll, oder die Sekundärzylinder (13, 14) zu deaktivieren, um den Motor (5) unter Verwendung nur der beiden Primärzylinder (11, 12) zu betreiben, auf der Basis mindestens der das angeforderte Motordrehmoment anzeigenden Eingabe.