ANWENDUNGSGEBIETFIELD OF USE
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit teilweiser Zylinderabschaltung beim Betrieb im unteren Lastbereich.The present invention relates to an internal combustion engine with partial cylinder deactivation during operation in the lower load range.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Ein Verbrennungsmotor für den Kraftantrieb umfasst normalerweise mehrere Zylinder, die in Reihe in einer einzigen Zylinderreihe angeordnet oder auf zwei, im Winkel zueinander angeordnete Zylinderreihen verteilt sind. Im Allgemeinen haben Motoren mit relativ kleinem Hubraum (typischerweise bis zwei Liter) eine begrenzte Anzahl von Zylindern (normalerweise vier, aber auch drei oder fünf), die in Reihe in einer einzigen Zylinderreihe angeordnet sind; im Gegensatz dazu haben Motoren mit großem Hubraum (mehr als zwei Liter) mehr Zylinder (sechs, acht, zehn oder zwölf), die auf zwei im Winkel zueinander angeordnete Zylinderreihen verteilt sind (im Allgemeinen liegt der Winkel zwischen den Zylinderreihen zwischen 60° und 180°).An internal combustion engine for power propulsion normally comprises a plurality of cylinders arranged in series in a single row of cylinders or distributed on two rows of cylinders arranged at an angle to each other. In general, relatively small displacement engines (typically up to two liters) have a limited number of cylinders (usually four, but also three or five) arranged in series in a single row of cylinders; in contrast, large displacement engines (more than two liters) have more cylinders (six, eight, ten or twelve) spread over two rows of cylinders at an angle to each other (in general, the angle between the rows of cylinders is between 60 ° and 180 ° °).
Ein Motor mit großem Hubraum (mehr als zwei Liter) kann eine hohe Höchstleistung erbringen, die allerdings im normalen Verkehr nur selten ausgenutzt wird; insbesondere im Stadtverkehr muss der Motor eine sehr begrenzte Leistung erbringen, die bei einem Motor mit großem Hubraum einen begrenzten Bruchteil der Höchstleistung (oder Nennleistung) darstellt. Wenn ein Motor mit großem Hubraum eine begrenzte Leistung erbringt (d. h. bei niedriger Last), ist es unvermeidlich, dass diese Leistungsabgabe sowohl mit einem relativ geringen Wirkungsgrad als auch mit einem höheren Schadstoffausstoß erfolgt, da der Gesamthubraum stark überdimensioniert ist.An engine with a large capacity (more than two liters) can provide a high maximum output, which is rarely used in normal traffic; Particularly in urban traffic, the engine must provide very limited power, which in a large displacement engine represents a limited fraction of the maximum power (or rated power). When a large displacement engine provides limited power (i.e., at low load), it is inevitable that this power output will occur with both relatively low efficiency and higher emissions since the overall displacement is greatly oversized.
Bei einem Motor mit großem Hubraum wurde vorgeschlagen, einen Teil (normalerweise die Hälfte) der Zylinder abzuschalten, wenn vom Motor die Erbringung einer begrenzten Leistung (d. h. bei niedriger Last) gefordert wird; auf diese Weise können die in Betrieb bleibenden Zylinder unter günstigeren Bedingungen arbeiten, wodurch der Gesamtwirkungsgrad erhöht und der Schadstoffausstoß verringert wird.In a large displacement engine, it has been proposed to shut off a portion (usually half) of the cylinders when the engine requires limited power (i.e., at low load); In this way, the operating cylinders can operate under more favorable conditions, thereby increasing the overall efficiency and reducing pollutant emissions.
Entsprechend den Vorgehensweisen beim Stand der Technik wird zur Abschaltung eines Zylinders die Einspritzung in den Zylinder unterbrochen (das entsprechende Einspritzventil wird also nicht angesteuert) und sowohl die entsprechenden Einlassventile als auch die entsprechenden Auslassventile bleiben geschlossen (die in der Kompressionsphase zur Kompression des Gases in den Zylindern aufgebrachte mechanische Arbeit wird – mit vernachlässigbaren Verlusten – in der Ausdehnungsphase elastisch wieder abgegeben).In accordance with the prior art techniques, to shut off a cylinder, injection into the cylinder is discontinued (ie, the corresponding injector is not energized) and both the corresponding intake valves and the corresponding exhaust valves remain closed (in the compression phase to compress the gas into the cylinder) Cylinders applied mechanical work is - with negligible losses - elastically released in the expansion phase).
Allerdings können bei Verbrennungsmotoren mit großem Hubraum gemäß dem Stand der Technik durch die Abschaltung eines Teils (normalerweise der Hälfte) der Zylinder bei geringer Leistungsanforderung (d. h. bei niedriger Last) der Wirkungsgrad (geringerer Verbrauch) und die Umwelteffizienz (geringerer Schadstoffausstoß) zwar verbessert werden, jedoch ohne bei gleicher Leistungsabgabe die Wirkungsgrade eines Verbrennungsmotors mit kleinem Hubraum zu erreichen.However, in large displacement internal combustion engines according to the prior art, by shutting off a part (normally half) of the cylinders at low power demand (ie at low load) the efficiency (lower consumption) and the environmental efficiency (lower pollutant output) can be improved, However, without achieving the efficiencies of an internal combustion engine with a small displacement with the same power output.
Die Patentanmeldung US2005034701A1 beschreibt einen Verbrennungsmotor mit zwei Zylinderreihen, von denen eine abgeschaltet werden kann, wenn weniger Leistung vom Motor gefordert wird (d. h. bei geringer Last). Die beiden Zylinderreihen sind so voneinander unterschieden, dass eine Zylinderreihe für den Betrieb mit geringer Last und die andere Zylinderreihe für den Betrieb mit hoher Last optimiert ist.The patent application US2005034701A1 describes an internal combustion engine with two banks of cylinders, one of which can be turned off when less power is required by the engine (ie at low load). The two rows of cylinders are so different that one row of cylinders is optimized for low load operation and the other row is optimized for high load operation.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor mit Abschaltung eines Teils der Zylinder im Betrieb mit niedriger Last bereitzustellen, der die oben beschriebenen Nachteile nicht aufweist und gleichzeitig leicht und kostengünstig hergestellt werden kann. Erfindungsgemäß wird ein Verbrennungsmotor mit Abschaltung eines Teils der Zylinder im Betrieb mit niedriger Last nach den aufgeführten Ansprüchen bereitgestellt.The present invention has for its object to provide an internal combustion engine with shutdown of a portion of the cylinders in low-load operation, which does not have the disadvantages described above and can be produced easily and inexpensively at the same time. According to the invention, there is provided an internal combustion engine with shutdown of a portion of the cylinders during low load operation according to the recited claims.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, die einige nicht einschränkende Ausführungsbeispiele zeigen, wobei:The present invention will now be described with reference to the accompanying drawings which illustrate some non-limiting embodiments, wherein:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit Abschaltung eines Teils der Zylinder während des Betriebs mit niedriger Last zeigt, 1 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine according to the invention with a shutdown of a portion of the cylinders during operation at low load,
2 eine schematische Ansicht eines allgemeinen Zylinders des Verbrennungsmotors aus 1 zeigt, 2 a schematic view of a general cylinder of the internal combustion engine 1 shows,
3 eine schematische und perspektivische Ansicht eines Teils der Auslass- bzw. Abgasleitung des Verbrennungsmotors aus 1 zeigt, 3 a schematic and perspective view of a portion of the exhaust pipe of the internal combustion engine from 1 shows,
die 4 und 5 zwei schematische Ansichten von zwei Zylindern unterschiedlicher Zylinderreihen des Verbrennungsmotors aus 1 zeigen undthe 4 and 5 two schematic views of two cylinders of different cylinder rows of the internal combustion engine 1 show and
6 eine schematische Ansicht eines anderen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit Abschaltung eines Teils der Zylinder während des Betriebs mit niedriger Last zeigt. 6 shows a schematic view of another internal combustion engine according to the invention with shutdown of a portion of the cylinder during low load operation.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNGPREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION
In 1 ist mit 1 insgesamt ein Verbrennungsmotor für ein (nicht dargestelltes) Kraftfahrzeug bezeichnet.In 1 is with 1 an internal combustion engine for a (not shown) motor vehicle referred to.
Der Verbrennungsmotor 1 besitzt sechs Zylinder 2, die in zwei Zylinderreihen 3a und 3b angeordnet sind, die einen Winkel von 90° zueinander bilden (selbstverständlich sind eine andere Anzahl an Zylindern und/oder ein anderer Winkel zwischen den beiden Zylinderreihen 3a und 3b möglich). Der Motor 1 umfasst außerdem eine Einlass- bzw. Saugleitung 4a und eine Einlass- bzw. Saugleitung 4b, die mit den Zylindern 2 der Zylinderreihe 3a bzw. mit den Zylindern 2 der Zylinderreihe 3b verbunden sind und über ein Drosselventil 5a bzw. ein Drosselventil 5b gesteuert werden. Im Einzelnen sind die Zylinder 2 der Zylinderreihe 3a über eine entsprechende Einlasssammelleitung mit der Einlassleitung 4a und die Zylinder 2 der Zylinderreihe 3b über eine entsprechende Einlasssammelleitung mit der Einlassleitung 4b verbunden. Die Zylinder 2 der Zylinderreihe 3a sind über eine entsprechende Auslasssammelleitung mit der Auslassleitung 6a und die Zylinder 2 der Zylinderreihe 3b über eine entsprechende Auslasssammelleitung mit der Auslassleitung 6b verbunden. Jede Auslassleitung 6a oder 6b leitet die aus den Zylindern 2 der jeweiligen Zylinderreihe 3a oder 3b ausgestoßenen Abgase zu einem Katalysatorsystem mit einem Vorkatalysator 7a oder 7b, einem Katalysator 8a oder 8b und einem Sensorpaar 9a oder 9b zur Messung der Abgaszusammensetzung stromaufwärts und stromabwärts des Katalysatorsystems; vorzugsweise umfassen die Sensoren 9a und 9b eine stromaufwärts des Katalysatorsystems angeordnete Lambdasonde UEGO [Universal Exnaust Gas Oxygen] und eine stromabwärts des Katalysatorsystems angeordnete Lambdasonde ON/OFF. Gemäß einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann jedes Katalysatorsystem einen einzigen Katalysator umfassen.The internal combustion engine 1 has six cylinders 2 , which are in two rows of cylinders 3a and 3b are arranged, which form an angle of 90 ° to each other (of course, a different number of cylinders and / or another angle between the two rows of cylinders 3a and 3b possible). The motor 1 also includes an inlet or suction line 4a and an intake pipe 4b that with the cylinders 2 the cylinder row 3a or with the cylinders 2 the cylinder row 3b are connected and via a throttle valve 5a or a throttle valve 5b to be controlled. In detail, the cylinders 2 the cylinder row 3a via a corresponding inlet manifold with the inlet pipe 4a and the cylinders 2 the cylinder row 3b via a corresponding inlet manifold with the inlet pipe 4b connected. The cylinders 2 the cylinder row 3a are via a corresponding outlet manifold with the outlet line 6a and the cylinders 2 the cylinder row 3b via a corresponding outlet manifold with the outlet line 6b connected. Each outlet pipe 6a or 6b directs the out of the cylinders 2 the respective cylinder bank 3a or 3b discharged exhaust gases to a catalyst system with a pre-catalyst 7a or 7b , a catalyst 8a or 8b and a sensor pair 9a or 9b for measuring the exhaust gas composition upstream and downstream of the catalyst system; Preferably, the sensors include 9a and 9b a lambda probe UEGO [Universal Exaust Gas Oxygen] arranged upstream of the catalyst system, and an O / S sensor arranged downstream of the catalyst system. According to an alternative embodiment not shown, each catalyst system may comprise a single catalyst.
Gemäß der Darstellung in 2 umfasst jeder Zylinder 2 mindestens ein Einlassventil 10 (normalerweise zwei Doppeleinlassventile 10) zur Regulierung des aus der Einlasssammelleitung einströmenden Luftstroms und mindestens ein Auslassventil 11 (normalerweise zwei Doppelauslassventile) zur Regulierung des in die Auslasssammelleitung austretenden Luftstroms. Außerdem umfasst jeder Zylinder 2 ein Einspritzventil 12, um in zyklischen Abständen Kraftstoff in den Zylinder 2 einzuspritzen. Jeder Zylinder 2 ist mit einem entsprechenden Kolben 13 gekoppelt, der sich linear im Zylinder 2 bewegen kann und über ein Pleuel 15 mechanisch mit einer Kurbelwelle 14 verbunden ist. Wenn der Verbrennungsmotor 1 im Ottozyklus arbeitet (d. h. mit Benzin oder einem gleichwertigen Kraftstoff betrieben wird), ist jeder Zylinder 2 auch mit einer Zündkerze 16 gekoppelt, um in zyklischen Abständen das im Innern des Zylinders 2 vorhandene Gemisch zu zünden; wenn der Verbrennungsmotor 1 dagegen im Dieselzyklus arbeitet (d. h. mit Dieselkraftstoff oder einem gleichwertigen Kraftstoff betrieben wird), sind keine Zündkerzen 16 vorhanden. Für jeden Zylinder 2 stellen die entsprechenden Einlassventile 10 und ein Teil der entsprechenden Einlassleitung 4 (der die Einlasssammelleitung umfasst) ein Einlassorgan dar, dessen Funktion es ist, Frischluft (d. h. die Verbrennungsluft) in den Zylinder 2 zu leiten. Für jeden Zylinder 2 stellen die entsprechenden Auslassventile 11 und ein Teil der entsprechenden Auslassleitung 6 (der die Auslasssammelleitung umfasst) ein Auslassorgan dar, dessen Funktion es ist, die Abgase (d. h. die Verbrennungsprodukte) aus dem Zylinder 2 heraus zu leiten. Schließlich stellt für jeden Zylinder 2 das entsprechende Einspritzventil 12 ein Einspritzorgan dar, dessen Funktion es ist, den Kraftstoff in den Zylinder 2 einzuführen.As shown in 2 includes every cylinder 2 at least one inlet valve 10 (usually two double inlet valves 10 ) for regulating the intake air flowing from the intake manifold and at least one exhaust valve 11 (usually two double outlet valves) to regulate the airflow exiting the exhaust manifold. In addition, each cylinder includes 2 an injection valve 12 to fuel at regular intervals in the cylinder 2 inject. Every cylinder 2 is with a corresponding piston 13 coupled, which is linear in the cylinder 2 can move and over a connecting rod 15 mechanically with a crankshaft 14 connected is. When the internal combustion engine 1 operating in the Otto cycle (ie, running on gasoline or equivalent fuel) is every cylinder 2 also with a spark plug 16 coupled to the inside of the cylinder at cyclic intervals 2 ignite existing mixture; when the internal combustion engine 1 on the other hand, in the diesel cycle works (ie with diesel fuel or an equivalent fuel is operated), are no spark plugs 16 available. For every cylinder 2 set the appropriate inlet valves 10 and a part of the corresponding inlet line 4 (which includes the intake manifold) is an intake member whose function is to introduce fresh air (ie combustion air) into the cylinder 2 to lead. For every cylinder 2 set the appropriate exhaust valves 11 and a part of the corresponding outlet line 6 (which includes the exhaust manifold) is an exhaust member whose function is to exhaust the exhaust gases (ie, combustion products) from the cylinder 2 to lead out. Finally, for every cylinder 2 the corresponding injection valve 12 an injector whose function is to inject the fuel into the cylinder 2 introduce.
Beim Verbrennungsmotor 1 sind die Zylinder 2 in eine Gruppe 17 der Zylinder 2, die mit den Zylindern 2 der Zylinderreihe 3a zusammenfällt (d. h. alle und ausschließlich die Zylinder 2 der Zylinderreihe 3a gehören zur Gruppe 17 der Zylinder 2), und in eine Gruppe 18 der Zylinder 2, die mit den Zylindern 2 der Zylinderreihe 3b (d. h. alle und ausschließlich die Zylinder 2 der Zylinderreihe 3b gehören zur Gruppe 18 der Zylinder 2) unterteilt.In the internal combustion engine 1 are the cylinders 2 in a group 17 the cylinder 2 that with the cylinders 2 the cylinder row 3a coincides (ie all and only the cylinders 2 the cylinder row 3a belong to the group 17 the cylinder 2 ), and into a group 18 the cylinder 2 that with the cylinders 2 the cylinder row 3b (ie all and excluding the cylinders 2 the cylinder row 3b belong to the group 18 the cylinder 2 ).
Der Verbrennungsmotor 1 umfasst schließlich eine elektronische Steuereinheit 19, die die Funktionsweise des Verbrennungsmotors 1 kontrolliert und insbesondere alle und ausschließlich die Zylinder 2 der Gruppe 17 der Zylinder 2 (d. h. alle und ausschließlich die Zylinder 2 der Zylinderreihe 3a) abschalten kann, wenn der Verbrennungsmotor 1 eine begrenzte Leistung erbringen soll (wenn sich der Verbrennungsmotor 1 also unter niedrigen Lastbedingungen befindet). Auf diese Weise können die in Betrieb verbleibenden Zylinder 2 (d. h. die Zylinder 2 der Gruppe 18 der Zylinder 2) unter günstigeren Bedingungen arbeiten und bei gleicher Leistungsabgabe den Gesamtwirkungsgrad des Verbrennungsmotors 1 erhöhen und den Schadstoffausstoß verringern.The internal combustion engine 1 finally includes an electronic control unit 19 that the operation of the internal combustion engine 1 controlled and in particular all and exclusively the cylinders 2 the group 17 the cylinder 2 (ie all and excluding the cylinders 2 the cylinder row 3a ) can turn off when the internal combustion engine 1 should provide limited power (if the internal combustion engine 1 ie under low load conditions). In this way, the cylinders remaining in operation can 2 (ie the cylinders 2 the group 18 the cylinder 2 ) operate under more favorable conditions and at the same power output the overall efficiency of the internal combustion engine 1 increase and reduce pollutant emissions.
Im Betrieb des Verbrennungsmotors 1 entscheidet die elektronische Steuereinheit 19, ob zur Erbringung des Motordrehmoments alle Zylinder 2 eingesetzt werden oder ob ein Teil der Zylinder 2 abgeschaltet (deaktiviert) und somit für die Erbringung des Motordrehmoments nur ein Teil der Zylinder 2 eingesetzt wird. Im Allgemeinen wird ein Teil der Zylinder 2 deaktiviert (abgeschaltet), wenn vom Verbrennungsmotor 1 die Erbringung einer begrenzten Leistung gefordert wird und vorherzusehen ist, dass die Leistungsanforderung nicht kurzfristig für schnelle Leistungssteigerungen bestimmt ist. Hervorzuheben ist, dass unterschiedliche Voraussetzungen gegeben sein können, die – nachdem sie eingetreten sind – eine Abschaltung oder eine starke Einschränkung der Abschaltung (Deaktivierung) eines Teils der Zylinder 2 bedingen; zum Beispiel erfolgt keine Abschaltung eines Teils der Zylinder 2, wenn der Verbrennungsmotor 1 kalt ist, wenn Störungen oder Fehlfunktionen vorliegen oder wenn der Fahrer einen sportlichen oder Rennstil gewählt hat. Die Abschaltung (Deaktivierung) der Zylinder 2 erfolgt im Einzelnen nur, wenn der Motor 1 eine Mindestbetriebstemperatur erreicht hat und diese hält, die als Mindesttemperatur einer Kühlflüssigkeit des Motors 1 bzw. als Mindestwirkungsgrad der Katalysatorsysteme 7 und 8 des Motors 1 definiert werden kann. Wichtig ist anzumerken, dass der Wirkungsgrad der Katalysatorsysteme 7 und 8 unterhalb einer bestimmten Temperatur deutlich abnimmt (bis bei sehr niedrigen Temperaturen keine Wirkung mehr vorhanden ist), somit ist der Wert des Wirkungsgrads der Katalysatorsysteme 7 und 8 ein Äquivalentwert der Temperatur der Katalysatorsysteme 7 und 8. Anders gesagt entspricht die Erhaltung der Temperatur der Katalysatorsysteme 7 und 8 der Erhaltung des Wirkungsgrads der Katalysatorsysteme 7 und 8; beispielsweise kann der Wirkungsgrad jedes Katalysatorsystems 7 und 8 durch einen Vergleich der von den stromaufwärts und stromabwärts des Katalysatorsystems 7 und 8 angeordneten Sensoren 11 zur Messung der Abgaszusammensetzung gelieferten Messwerte bestimmt werden.In operation of the internal combustion engine 1 decides the electronic control unit 19 whether all cylinders are to provide engine torque 2 be used or whether part of the cylinder 2 switched off (deactivated) and thus for the provision of engine torque only a part of the cylinder 2 is used. In general, part of the cylinder 2 deactivated (switched off) when from the combustion engine 1 the provision of a limited service is required and it can be foreseen that the service requirement will not be short-term for rapid performance increases. It should be noted that there may be different prerequisites which, once they have occurred, are a shutdown or a severe restriction on the deactivation (deactivation) of a portion of the cylinders 2 cause; For example, there is no shutdown of a portion of the cylinder 2 when the internal combustion engine 1 is cold, if there are malfunctions or malfunctions or if the driver has chosen a sporty or racing style. Disconnection (deactivation) of the cylinders 2 Specifically, this only happens when the engine 1 has reached a minimum operating temperature and this holds, as the minimum temperature of a coolant of the engine 1 or as a minimum efficiency of the catalyst systems 7 and 8th of the motor 1 can be defined. It is important to note that the efficiency of the catalyst systems 7 and 8th decreases significantly below a certain temperature (until at very low temperatures no effect is left), so the value of the efficiency of the catalyst systems 7 and 8th an equivalent value of the temperature of the catalyst systems 7 and 8th , In other words, the conservation of temperature corresponds to the catalyst systems 7 and 8th the maintenance of the efficiency of the catalyst systems 7 and 8th ; For example, the efficiency of each catalyst system 7 and 8th by comparing those from the upstream and downstream of the catalyst system 7 and 8th arranged sensors 11 be determined for measuring the exhaust gas composition measured values.
Vorzugsweise erfolgt die Abschaltung der Zylinder 2 der Gruppe 18 der Zylinder 2 durch die komplette Unterbrechung der Kraftstoffeinspritzung und indem die entsprechenden Ventile 10 und 11 über ein (bekanntes und nicht dargestelltes) System zur Abschaltung der Ventile 10 und 11 geschlossen bleiben, wobei dieses Abschaltsystem zum Beispiel die Verwendung von kollabierbaren Stößeln, einer „Cam-Changing”-Vorrichtung oder kollabierbaren Fingern vorsehen könnte.Preferably, the shutdown of the cylinder 2 the group 18 the cylinder 2 by the complete interruption of the fuel injection and by the appropriate valves 10 and 11 via a (known and not shown) system for switching off the valves 10 and 11 For example, this shutdown system could provide for the use of collapsible plungers, a "cam-changing" device, or collapsible fingers.
Erfindungsgemäß weisen die Zylinder 2 bzw. die entsprechenden Einspritz-, Einlass- bzw. Auslassorgane der Gruppe 17 der Zylinder 2 andere Struktureigenschaften als die Zylinder 2 bzw. die entsprechenden Einspritz-, Einlass- bzw. Auslassorgane der Gruppe 18 der Zylinder 2 auf. Anders gesagt sind bei den beiden Gruppen 17 und 18 der Zylinder 2 die Zylinder 2 bzw. die entsprechenden Einspritz-, Einlass- und Auslassorgane unterschiedlich aufgebaut; diese Unterschiede sollen die Gruppe 17 der Zylinder 2 leistungsmäßig (d. h. im Hinblick auf die Erbringung hoher Leistung/eines hohen Drehmoments) und die Gruppe 18 der Zylinder 2 im Hinblick auf Verbrauch und Schadstoffausstoß (d. h. im Hinblick auf die Erzeugung eines maximalen Wirkungsgrads und die maximale Reduzierung des Schadstoffausstoßes bei geringer Last) optimieren. Es besteht somit zwischen den beiden Gruppen 17 und 18 der Zylinder 2 eine Asymmetrie, die bei der Gruppe 17 der Zylinder 2 die Erzielung höherer Leistungen bei großer Last und bei der Gruppe 18 der Zylinder 2 die Erzielung geringerer Verbrauchs- und Emissionswerte bei geringer Last privilegiert.According to the invention, the cylinders 2 or the corresponding injection, inlet or outlet members of the group 17 the cylinder 2 other structural properties than the cylinders 2 or the corresponding injection, inlet or outlet members of the group 18 the cylinder 2 on. In other words, the two groups are 17 and 18 the cylinder 2 the cylinders 2 or the corresponding injection, inlet and outlet organs constructed differently; these differences are meant to be the group 17 the cylinder 2 performance (ie, in terms of providing high power / high torque) and the group 18 the cylinder 2 with regard to fuel consumption and emissions (ie with a view to generating maximum efficiency and maximizing the reduction of pollutant emissions at low load). It thus exists between the two groups 17 and 18 the cylinder 2 an asymmetry in the group 17 the cylinder 2 Achieving higher performance under heavy load and in the group 18 the cylinder 2 the achievement of lower fuel consumption and emission levels at low loads.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzen die Zylinder 2 der Gruppe 17 der Zylinder 2 jeweils einen größeren Hubraum als die Zylinder 2 der Gruppe 18 der Zylinder 2; auf diese Weise hat die Gruppe 17 der Zylinder 2 insgesamt einen größeren Hubraum als die Gruppe 18 der Zylinder 2 (durch diesen Unterschied kann die Gruppe 17 der Zylinder 2 an sich schon eine höhere Leistung als die Gruppe 18 der Zylinder 2 bei höherer Last erbringen und die Gruppe 18 der Zylinder 2 kann geringere Verbrauchs- und Emissionswerte als die Gruppe 17 der Zylinder 2 im niedrigeren Lastbereich erreichen).According to a preferred embodiment, the cylinders have 2 the group 17 the cylinder 2 each a larger displacement than the cylinder 2 the group 18 the cylinder 2 ; That's how the group has 17 the cylinder 2 Overall, a larger displacement than the group 18 the cylinder 2 (by this difference, the group can 17 the cylinder 2 in itself a higher performance than the group 18 the cylinder 2 at higher load and the group 18 the cylinder 2 can lower consumption and emission levels than the group 17 the cylinder 2 reach in the lower load range).
Beispielsweise könnte der Verbrennungsmotor 1 insgesamt einen Gesamthubraum von 3 Liter, die Gruppe 17 der Zylinder 2 einen Gesamthubraum von 1,8 Liter (also hätte jeder Zylinder 2 der Gruppe 17 der Zylinder 2 einen Hubraum von 600 cm3) und die Gruppe 18 der Zylinder 2 einen Gesamthubraum von 1,2 Liter (also hätte jeder Zylinder 2 der Gruppe 18 der Zylinder 2 einen Hubraum von 400 cm3) haben.For example, the internal combustion engine could 1 in total a total cubic capacity of 3 liters, the group 17 the cylinder 2 a total displacement of 1.8 liters (so each cylinder would have 2 the group 17 the cylinder 2 a displacement of 600 cm 3 ) and the group 18 the cylinder 2 a total displacement of 1.2 liters (so each cylinder would have 2 the group 18 the cylinder 2 have a displacement of 400 cm 3 ).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der jeweils unterschiedliche Hubraum der beiden Gruppen 17 und 18 der Zylinder 2 dadurch erreicht, dass der Hub konstant gehalten und die Bohrung der Zylinder 2 verändert wird; anders gesagt haben beide Gruppen 17 und 18 von Zylindern 2 denselben Hub und eine unterschiedliche Bohrung (selbstverständlich ist die Bohrung der Zylinder 2 der Gruppe 17 der Zylinder 2 größer als die Bohrung der Zylinder 2 der Gruppe 18 der Zylinder 2). Folglich haben die Zylinder 2 der Gruppe 17 der Zylinder 2 jeweils ein größeres Hubverhältnis als die Zylinder 2 der Gruppe 18 der Zylinder 2; dieser Unterschied ist auch für die Spezialisierung der beiden Gruppen 17 und 18 der Zylinder 2 funktional: Tatsächlich können mit einem größeren Hubverhältnis (d. h. in Richtung überquadratisch) höhere Leistungen erreicht werden, während durch ein kleineres Hubverhältnis (d. h. in Richtung unterquadratisch) geringere Verbrauchs- und Emissionswerte erreicht werden können. Zum Beispiel hat jeder Zylinder 2 der Gruppe 17 der Zylinder 2 eine Bohrung von 97 mm und einen Hub von 80 mm (somit ist jeder Zylinder 2 der Gruppe 17 der Zylinder 2 „überquadratisch”), während jeder Zylinder 2 der Gruppe 18 der Zylinder 2 eine Bohrung von 80 mm und einen Hub von 80 mm hat (somit ist jeder Zylinder 2 der Gruppe 18 der Zylinder 2 „quadratisch”).According to a preferred embodiment, the respective different displacement of the two groups 17 and 18 the cylinder 2 achieved by keeping the stroke constant and the bore of the cylinder 2 is changed; in other words, both groups have 17 and 18 of cylinders 2 the same stroke and a different hole (of course, the bore of the cylinder 2 the group 17 the cylinder 2 larger than the bore of the cylinder 2 the group 18 the cylinder 2 ). Consequently, the cylinders have 2 the group 17 the cylinder 2 each a larger stroke than the cylinder 2 the group 18 the cylinder 2 ; This difference also applies to the specialization of the two groups 17 and 18 the cylinder 2 Functional: In fact, higher powers can be achieved with a larger lift ratio (ie, in the quadratic direction), while lower power consumption and emissions can be achieved through a smaller lift ratio (ie, in the sub-square). For example, every cylinder has 2 the group 17 the cylinder 2 a hole of 97 mm and a stroke of 80 mm (thus each cylinder 2 the group 17 the cylinder 2 "Over-square"), while each cylinder 2 the group 18 the cylinder 2 has a bore of 80 mm and a stroke of 80 mm (thus each cylinder is 2 the group 18 the cylinder 2 "square").
Gemäß einer möglichen Ausführungsform und durch entsprechende Veränderung der Form der Kurbelwellen 14 können die Zylinder 2 der Gruppe 17 der Zylinder 2 einen anderen (größeren, aber ggf. auch kleineren) Hub haben als die Zylinder 2 der Gruppe 18 der Zylinder 2.According to a possible embodiment and by corresponding change in the shape of the crankshafts 14 can the cylinders 2 the group 17 the cylinder 2 have a different (larger, but possibly even smaller) stroke than the cylinders 2 the group 18 the cylinder 2 ,
Gemäß einer möglichen Ausführungsform haben die Zylinder 2 der Gruppe 17 der Zylinder 2 jeweils ein geringeres Verdichtungsverhältnis als die Zylinder 2 der Gruppe 18 der Zylinder 2; tatsächlich verbessert ein niedriges Verdichtungsverhältnis die Arbeitsweise bei hohen Drehzahlen, die für den Betrieb unter hoher Last (d. h. mit hoher Leistungserzeugung) typisch sind, während ein hohes Verdichtungsverhältnis den Betrieb bei mittleren Drehzahlen, die für die Arbeitsweise bei mittlerer-niedriger Last typisch sind, verbessert.According to a possible embodiment, the cylinders have 2 the group 17 the cylinder 2 each a lower compression ratio than the cylinder 2 the group 18 the cylinder 2 ; in fact, a low compression ratio improves high-speed operation typical of high-load operation (ie, high power generation), while a high compression ratio improves mid-rpm operation typical of medium-low load operation ,
Gemäß einer möglichen Ausführungsform können die Einlass- bzw. Auslassorgane der Zylinder 2 der Gruppe 17 der Zylinder 2 hochleistungsspezifische strömungsdynamische Merkmale aufweisen; zum Beispiel können die Einlassorgane so ausgebildet sein, dass die in die Zylinder 2 angesaugte Luftmenge vergrößert wird (d. h. um die Lastverluste am Einlass auf ein Minimum zu reduzieren), und die Auslassorgane können so ausgebildet sein, dass der Lastgegendruck auf ein Minimum reduziert wird (d. h. um die Lastverluste am Auslass auf ein Minimum zu reduzieren). In analoger Weise können die Einlass- bzw. Auslassorgane der Zylinder 2 der Gruppe 18 der Zylinder 2 spezielle strömungstechnische Merkmale aufweisen, um die Verbrauchs- und Emissionswerte bei geringer Last zu verringern; beispielsweise können die Einlassorgane so ausgebildet sein, um eine starke Verwirbelung in der in die Zylinder 2 angesaugten Luft zu erzeugen, und die Auslassorgane können so ausgebildet sein, um den Wirkungsgrad der Schadstoffreduzierung bei geringem Abgasdurchsatz maximal zu erhöhen.According to a possible embodiment, the inlet and outlet organs of the cylinder 2 the group 17 the cylinder 2 have high performance specific fluid dynamic characteristics; For example, the inlet members may be formed so that the into the cylinder 2 intake air volume is increased (ie, to minimize load losses at the inlet), and the outlet members may be configured to minimize load back pressure (ie, to minimize load losses at the outlet). In an analogous manner, the inlet and outlet organs of the cylinder 2 the group 18 the cylinder 2 have special flow characteristics to reduce fuel consumption and emissions at low load; For example, the inlet members may be configured to provide high turbulence in the cylinder 2 sucked air to produce, and the outlet members may be formed so as to increase the maximum efficiency of pollutant reduction with low exhaust gas flow rate.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, die in den 4 und 5 dargestellt ist, arbeiten die Zylinder 2 der Gruppe 17 der Zylinder 2 nur mit Kraftstoffdirekteinspritzung (wie in 4 dargestellt), während die Zylinder 2 der Gruppe 18 der Zylinder 2 alternativ (oder auch kombiniert) sowohl mit Kraftstoffdirekteinspritzung als auch mit indirekter Kraftstoffeinspritzung (wie in 5 dargestellt) arbeiten. Anders gesagt umfassen die entsprechenden Einspritzorgane bei jedem Zylinder 2 der Gruppe 17 der Zylinder 2 nur ein Einspritzventil 12, das den Kraftstoff direkt in den Zylinder 2 einspritzt, während die entsprechenden Einspritzorgane bei jedem Zylinder 2 der Gruppe 18 der Zylinder 2 ein Einspritzventil 12, das den Kraftstoff direkt in den Zylinder 2 einspritzt, und ein weiteres Einspritzventil 20, das den Kraftstoff in eine Einlassleitung einspritzt, die stromaufwärts des Zylinders 2 angeordnet ist, umfassen (die beiden Einspritzventile 12 und 20 jedes Zylinders 2 der Gruppe 18 der Zylinder 2 können wechselweise, aber ggf. – vor allem im Übergangsbereich – auch in Kombination eingesetzt werden). Die Verwendung der indirekten Einspritzung bei den Zylindern 2 der Gruppe 18 der Zylinder 2 ermöglicht eine Reduzierung der Partikelbildung bei geringer Last (insbesondere in Anbetracht der durch die Norm „Euro 6” vorgegebenen Begrenzungen).According to a preferred embodiment, in the 4 and 5 is shown, the cylinders work 2 the group 17 the cylinder 2 only with direct fuel injection (as in 4 shown) while the cylinder 2 the group 18 the cylinder 2 alternatively (or combined) with both direct fuel injection and indirect fuel injection (as in 5 shown) work. In other words, the respective injectors comprise each cylinder 2 the group 17 the cylinder 2 only one injector 12 putting the fuel directly into the cylinder 2 injects while the respective injectors on each cylinder 2 the group 18 the cylinder 2 an injection valve 12 putting the fuel directly into the cylinder 2 injects, and another injector 20 injecting the fuel into an intake pipe upstream of the cylinder 2 is arranged to include (the two injectors 12 and 20 every cylinder 2 the group 18 the cylinder 2 can be used alternately, but if necessary - especially in the transition area - also in combination). Use of indirect injection at cylinders 2 the group 18 the cylinder 2 allows a reduction of particle formation at low load (especially in view of the Standard "Euro 6" given limits).
Gemäß einer möglichen Variante arbeiten die Zylinder 2 der Gruppe 17 der Zylinder 2 nur mit Kraftstoffdirekteinspritzung (wie in 4 dargestellt), während die Zylinder 2 der Gruppe 18 der Zylinder 2 nur mit indirekter Kraftstoffeinspritzung arbeiten (nicht dargestellte Variante). Anders gesagt umfassen bei jedem Zylinder 2 der Gruppe 17 der Zylinder 2 die entsprechenden Einspritzorgane nur ein Einspritzventil 12, das den Kraftstoff direkt in den Zylinder 2 einspritzt, während die entsprechenden Einspritzorgane bei jedem Zylinder 2 der Gruppe 18 der Zylinder 2 nur ein Einspritzventil 20 umfassen, das den Kraftstoff in eine stromaufwärts des Zylinders 2 angeordnete Einlassleitung einspritzt.According to one possible variant, the cylinders work 2 the group 17 the cylinder 2 only with direct fuel injection (as in 4 shown) while the cylinder 2 the group 18 the cylinder 2 only work with indirect fuel injection (variant not shown). In other words, with each cylinder 2 the group 17 the cylinder 2 the corresponding injectors only one injector 12 putting the fuel directly into the cylinder 2 injects while the respective injectors on each cylinder 2 the group 18 the cylinder 2 only one injector 20 Include the fuel in an upstream of the cylinder 2 Injected inlet line injects.
Wie oben gesagt, nimmt der Wirkungsgrad der Katalysatorsysteme 7 und 8 unterhalb einer bestimmten Temperatur deutlich ab (bis bei sehr geringen Temperaturen keine Wirkung mehr vorhanden ist); folglich müssen die der Gruppe 17 der Zylinder 2 zugeordneten Katalysatorsysteme 7a und 8a ständig beheizt werden, wenn die Zylinder 2 der Gruppe 17 der Zylinder 2 abgeschaltet sind. Dazu ist ein (in den 1 und 3 dargestelltes) Wärmetauschrohr 21 vorgesehen, das einen Teil der von den Zylindern 2 der Gruppe 18 der Zylinder 2 erzeugten Abgase zu den der Gruppe 17 der Zylinder 2 zugeordneten Katalysatorsystemen 7a und 8a leitet; anders gesagt, wenn die Zylinder 2 der Gruppe 17 der Zylinder 2 abgeschaltet sind, werden die von den Zylindern 2 der Gruppe 18 der Zylinder 2 erzeugten Abgase auf die der Gruppe 17 der Zylinder 2 zugeordneten Katalysatorsysteme 7a und 8a und auf die der Gruppe 18 der Zylinder 2 zugeordneten Katalysatorsysteme 7b und 8b verteilt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Wärmetauscherrohr 21 innen mit einem Regelventil versehen, das nur geöffnet wird, wenn die Zylinder 2 der Gruppe 17 der Zylinder 2 abgeschaltet sind.As stated above, the efficiency of catalyst systems decreases 7 and 8th below a certain temperature significantly (until at very low temperatures no effect is present); consequently, those of the group must 17 the cylinder 2 associated catalyst systems 7a and 8a be constantly heated when the cylinders 2 the group 17 the cylinder 2 are switched off. This is a (in the 1 and 3 shown) heat exchange tube 21 provided that part of the cylinders 2 the group 18 the cylinder 2 generated exhaust gases to those of the group 17 the cylinder 2 associated catalyst systems 7a and 8a passes; in other words, if the cylinders 2 the group 17 the cylinder 2 are turned off, those of the cylinders 2 the group 18 the cylinder 2 generated exhaust gases on the group 17 the cylinder 2 associated catalyst systems 7a and 8a and on the group 18 the cylinder 2 associated catalyst systems 7b and 8b distributed. According to a preferred embodiment, the heat exchanger tube 21 provided inside with a control valve, which is only opened when the cylinders 2 the group 17 the cylinder 2 are switched off.
In der in den 1 bis 5 dargestellten Ausführungsform besitzt die Gruppe 17 der Zylinder 2 die gleiche Anzahl an Zylindern 2 wie die Gruppe 18 der Zylinder 2; bei dieser Ausführungsform sind die Zylinder 2 auf zwei Zylinderreihen 3a und 3b verteilt, die im Winkel zueinander angeordnet sind, wobei die Gruppe 17 der Zylinder 2 alle und ausschließlich die Zylinder der Zylinderreihe 3a und die Gruppe 18 der Zylinder 2 alle und ausschließlich die Zylinder der Zylinderreihe 3b umfasst. Gemäß der in 6 dargestellten alternativen Ausführungsform weist die Gruppe 17 der Zylinder 2 mehr Zylinder 2 als die Gruppe 18 der Zylinder 2 auf (im Einzelnen umfasst die Gruppe 17 der Zylinder 2 drei Zylinder 2, während die Gruppe 18 der Zylinder 2 zwei Zylinder 2 umfasst); in dieser Ausführungsform sind die Zylinder 2 in Reihe in einer einzigen Zylinderreihe 3 angeordnet.In the in the 1 to 5 illustrated embodiment has the group 17 the cylinder 2 the same number of cylinders 2 like the group 18 the cylinder 2 ; in this embodiment, the cylinders 2 on two rows of cylinders 3a and 3b distributed, which are arranged at an angle to each other, where the group 17 the cylinder 2 all and exclusively the Cylinders of the cylinder bank 3a and the group 18 the cylinder 2 all and exclusively the cylinders of the cylinder bank 3b includes. According to the in 6 illustrated alternative embodiment, the group 17 the cylinder 2 more cylinders 2 as the group 18 the cylinder 2 (in detail, the group includes 17 the cylinder 2 three cylinders 2 while the group 18 the cylinder 2 two cylinders 2 includes); in this embodiment, the cylinders are 2 in series in a single row of cylinders 3 arranged.
Der oben beschriebene Verbrennungsmotor 1 besitzt zahlreiche Vorteile.The above-described internal combustion engine 1 has many advantages.
In erster Linie ermöglicht der oben beschriebene Verbrennungsmotor 1 sowohl hohe Leistungen bei großen Motorlasten als auch geringe Verbrauchs- und Emissionswerte bei niedrigen Motorlasten, da bei hohen Motorlasten auch die Gruppe 17 der Zylinder 2 eingesetzt wird, die insgesamt einen größeren Hubraum hat und leistungsoptimiert ist, während bei geringen Motorlasten nur die Gruppe 18 der Zylinder 2 eingesetzt wird, die insgesamt einen kleineren Hubraum besitzt und auf Verbrauch und Emissionen optimiert ist. Im Wesentlichen setzt sich der Verbrennungsmotor 1 aus zwei „Untermotoren” zusammen, die den beiden Zylindergruppen 17 und 18 entsprechen und die jeweils darauf optimiert sind, in einem eigenen spezifischen Bereich zu arbeiten. Anders gesagt wird bei geringen Motorlasten die Gruppe 17 der Zylinder 2 (mit einem insgesamt größeren Hubraum, z. B. 1,8 Liter) abgeschaltet und nur die Gruppe 18 der Zylinder 2 (mit einem insgesamt kleineren Hubraum, z. B. 1,2 Liter) eingesetzt, was einen sehr viel effektiveren „Downsizing”-Effekt im Vergleich zu einem herkömmlichen Verbrennungsmotor mit teilweiser Zylinderabschaltung im unteren Lastbereich zur Folge hat. Hervorzuheben ist, dass die Gruppe 17 der Zylinder 2 vorzugsweise speziell für hohe Leistungen geeignete strömungsdynamische Eigenschaften (niedriges Hubverhältnis, Ansaugung mit hoher Permeabilität, usw.) besitzt, während die Gruppe 18 der Zylinder 2 speziell im Hinblick auf Verbrauch (großes Hubverhältnis, Ansaugung mit hoher Verwirbelung, usw.) und Emissionen (z. B. Möglichkeit der indirekten Kraftstoffeinspritzung zur Partikelreduzierung) ausgerichtete strömungsdynamische Eigenschaften besitzt.First and foremost, the internal combustion engine described above allows 1 Both high performance at high engine loads and low fuel consumption and emissions at low engine loads, since at high engine loads, the group 17 the cylinder 2 is used, the overall has a larger displacement and is optimized performance, while at low engine loads only the group 18 the cylinder 2 which has a smaller displacement overall and is optimized for fuel consumption and emissions. Essentially, the internal combustion engine settles 1 composed of two "sub-engines", the two cylinder groups 17 and 18 which are each optimized to work in their own specific area. In other words, at low engine loads, the group 17 the cylinder 2 (with an overall larger displacement, eg 1.8 liters) off and only the group 18 the cylinder 2 (with an overall smaller displacement, eg 1.2 liters) used, which has a much more effective "downsizing" effect compared to a conventional internal combustion engine with partial cylinder deactivation in the lower load range. It should be emphasized that the group 17 the cylinder 2 preferably has high dynamic performance characteristics (low lift ratio, high permeability aspiration, etc.), while the group 18 the cylinder 2 has fluid dynamic properties oriented specifically in terms of fuel consumption (high lift ratio, high swirl aspiration, etc.) and emissions (eg, indirect fuel injection capability for particle reduction).
Darüber hinaus ist der oben beschriebene Verbrennungsmotor 1 im Vergleich zu einem analogen Verbrennungsmotor gemäß dem Stand der Technik einfach und wirtschaftlich herzustellen, da der Aufbau (aber nicht die Größe) aller Bauteile mit dem Aufbau der Bauteile eines analogen Verbrennungsmotors gemäß dem Stand der Technik identisch ist.In addition, the above-described internal combustion engine 1 Compared to an analog internal combustion engine according to the prior art simple and economical to manufacture, since the structure (but not the size) of all components with the structure of the components of an analog internal combustion engine according to the prior art is identical.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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US 2005034701 A1 [0007] US 2005034701 A1 [0007]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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Norm „Euro 6” [0029] Standard "Euro 6" [0029]
