DE2907934A1 - Mehrzylindrige brennkraftmaschine, insbesondere fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Mehrzylindrige brennkraftmaschine, insbesondere fuer kraftfahrzeuge

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Description

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Mehrzylindrige Brennkraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrzylindrige Brenn-Kraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit zwei verschiedenen Zylindern bzw. Zylindergruppen zugeordneten Brennstoff-Luft-Gemisch-Zuführeinrichtungen und einem Abgasleitungssystem, in dem zwei Katalysatoren hintereinander angeordnet sind, die den Zylindergruppen derart zugeordnet sind, daß die Abgase einer ersten Zylindergruppe beide Katalysatoren beaufschlagen unddie Abgase einer zweiten Zylindergruppe dem Abgassystem vor dem zweiten Katalysator zugeführt werden.
Bei einer bekannten mehrzylindrigen Brennkraftmaschine der genannten Art wird der einen Zylindergruppe durch einen Vergaser fettes Brennstoff-Luft-Gemisch und der anderen Zylindergruppe durch einen Vergaser mageres Brennstoff-Luft-Gemisch zugeführt (US-PS 3 708 980). Durch diese Gemischregelung wird zwar gegenüber einer Brennkraftmaschine, bei der die Gemischzusammensetzung an die Drehmomentanforderung der Brennkraftmaschine z.B. derart angepasst wird, daß die Gemischzusammensetzung in Abhängigkeit von Drehmoment- oder Leistungsanforderung fetter wird (DE-AS 1 121 202), die Abgasemission verbessert, jedoch nicht in einem Umfang, als daß dadurch den zu erwartenden gesetzlichen Bestimmungen Genüge getan werden kann.
Zur Verbesserung der Abgasemission von Brennkraftmaschinen ist auch eine Schalteinrichtung zur Regelung des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Brennstoff-Gemisches mit Hilfe eines im Abgasstrom der Brennkraftmaschine angeordneten
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Sauerstoff-Meßfühlers bekannt (DE-OS 2 554 988) , der in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des aus der Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemisches resultierenden Abgases ein elektrisches Schaltsignal an die Steuereinrichtung eines Brennstoff-Einspritz-Systems abgibt. Dadurch kann das Brennstoff-Luft-Gemisch zur Erzielung möglichst schadstofffreier Abgase auf ein bestimmtes Verhältnis, z.B. auf ein stöchiometrisches Verhältnis mit der Luftzahl 1\. = 1 , einreguliert werden. Diese Sauerstoff-Meßfühler haben den Vorteil, daß sie ein deutliches und beständiges Regelsignal beim übergang von einer überstöchiometrischen zu einer unterstöchiometrischen Zusammensetzung der Abgase bei der Luftzahl "K = 1 und umgekehrt abgeben. Auf das Erreichen der Ansprechtemperatur von Katalysatoren die auch dabei zur Erzielung der zu erwartenden gesetzlichen Bestimmungen erforderlich sind, bleiben derartige Sauerstoff-Meßfühler in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine jedoch ohne Einfluß.
Zur Vermeidung von Leistungsverlusten und der Erzielung von Brennstoffersparnis wird bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen mit mehreren bzw. unterteilten Vergasern zur gruppenweisen Speisung der Zylinder über getrennte Gemischleitungen durch Veränderung der Brennstoffzufuhr in Abhängigkeit von der Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine eine Aussetzregelung in der Form vorgenommen, daß eine oder mehrere Zylindergruppen ohne Brennstoffzufuhr bleiben (DE-PS 838 518). Die Abgasemission bleibt durch diese Verfahren zur Aussetzregelung bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen jedoch im wesentlichen unbeeinflusst.
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-6- U 47
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die die Vorteile der beschriebenen Brennkraftmaschinen in sich vereinigt und deren Nachteile im wesentlichen vermeidet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise die Brennstoffzufuhr zur Brennstoff-Luft-Gemisch- Zuführeinrichtung für die zweite Zylindergruppe in Abhängigkeit von der Belastung der Brennkraftmaschine abschaltbar ist, die abschaltbare Zylindergruppe dem zweiten Katalysator zugeordnet ist, vor dem ersten Katalysator ein Sauerstoff-Meßfühler und vor dem zweiten Katalysator hinter der Zuführung der Abgase der zweiten Zylindergruppe ein Sauerstoff-Meßfühler angeordnet ist, und bei abgeschalteter zweiter Zylindergruppe dieser von der Brennstoff-Luft-Gemisch-Zuführeinrichtung nur Luft zugeführt wird. Die Abgasrohre der ersten Zylindergruppe sind vor dem Sauerstoff-Meßfühler vor dem ersten Katalysator zu einem Einzelabgasrohr und die Abgasrohre der zweiten Zylindergruppe sind vor dem Sauerstoff-Meßfühler vor dem zweiten Katalysator zusammen mit dem Abgas-Austrittsrohr des ersten Katalysators zu einem Einzelabgasrohr zusammengefasst. Im Leerlauf der Brennkraftmaschine wird der ersten Zylindergruppe Brennstoff-Luft-Gemisch und der zweiten Zylindergruppe Luft zugeführt. Als besonders zweckmässig hat sich erwiesen, daß vom Leerlauf bis zum Ende eines vorbestimmten Teillastbereiches der Brennkraftmaschine die der ersten Zylindergruppe zugeführte Menge Brennstoff-Luft-Gemisch kontinuierlich erhöht wird und die der zweiten Zylindergruppe zugeführte Menge Luft in einem ersten Teil dieses Teillastbereiches kontinuierlich erhöht und in dem sich an diesen ersten Teil anschließenden verbleibenden Teil des Teillastbereiches kontinuierlich bis zu einer Menge annähernd Null verringert wird. Nach dem
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29Q7934
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Durchlaufen des vorbestimmten Teillastbereiches der Brennkraftmaschine wird der zweiten Zylindergruppe ebenfalls Brennstoff-Luft-Gemisch zugeführt. Weiter hat sich als zweckmässig erwiesen, daß nach dem Durchlaufen des vorbestimmten Teillastbereiches der Brennkraftmaschine die der ersten Zylindergruppe zugeführte Menge Brennstoff-Luft-Gemisch derart lange kontinuierlich verringert und die der zweiten Zylindergruppe zugeführte Menge Brennstoff-Luft-Gemisch derart lange kontinuierlich erhöht wird, bis die Brennstoff-Luft-Gemisch-Mengen für beide Zylindergruppen gleich sind und die Brennstoff-Luft-Gemisch-Mengen für beide Zylindergruppen dann in gleichem Umfang kontinuierlich bis zur Vollast erhöht werden. Nach dem Durchlaufen des vorbestimmten Teillastbereiches der Brennkraftmaschine erfolgt die kontinuierliche Verringerung der der ersten Zylindergruppe zugeführten Menge Brennstoff-Luft-Gemisch in einem geringeren Maße als die kontinuierliche Erhöhung der der zweiten Zylindergruppe zugeführten Menge Brennstoff-Luft-Gemisch.
Die Hintereinanderschaltung der beiden Katalysatoren und die getrennte Regelung der beiden Zylindergruppen durch je einen Sauerstoff-Meßfühler ermöglicht eine optimale Entgiftung der Abgase beider Zylindergruppen in allen Betriebsbereichen und unter allen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine unter Beibehaltung der Vorteile der Erzielung von Brennstoffersparnis und der Vermeidung von Leistungsverlusten. Arbeitet die Brennkraftmaschine nur mit der ersten Zylindergruppe, so werden sämtliche Abgaskomponenten der Abgase dieser Zylindergruppe durch gleichzeitige Oxydation und Reduktion in dem ersten Katalysator teilweise entgiftet. Die zweite Zylindergruppe wirkt in diesem Betriebszustand der Brennkraftmaschine aufgrund der dieser Zylindergruppe zugeführten Luft als Luftpumpe, so daß den Abgasen der ersten Zylinder-
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gruppe vor dem zweiten Katalysator diese Luft zugeführt wird und somit im zweiten Katalysator eine zusätzliche Oxydation der Abgase der ersten Zylindergruppe folgt. Dabei werden das Kohlenmonoxyd und die Kohlenwasserstoffe in diesen Abgasen noch weiter reduziert. Gleichzeitig wird durch die Abgase der ersten Zylindergruppe der Sauerstoff-Meßfühler und der Katalysator der zweiten Zylindergruppe, falls diese noch nicht ihre Betriebstemperatur erreicht haben, vorgeheizt, so daß bei der Zuschaltung der zweiten Zylindergruppe dessen Abgasentgiftungssystem sofort betriebsbereit ist. Arbeiten beide Zylindergruppen, wird durch den Sauerstoff-Meßfühler vor dem zweiten Katalysator das Gemisch der Abgase aus der ersten und zweiten Zylindergruppe gemessen und die Zusammensetzung des Brennstoff-Luft-Gemisches für die zweite Zylindergruppe derart gesteuert, daß die Abgaszusammensetzung an dem Sauerstoff meß fühler vor dem zweiten Katalysator einer Brennstoff-Luft-Gemisch-Zusammensetzung für beide Zylindergruppen mit einer Luftzahl von T\ = 1 entspricht. Somit wären also Fehler in der Brennstoff-Luft-Gemisch-Zusammensetzung für die erste Zylindergruppe durch die Brennstoff-Luft-Gemisch-Zusammensetzung der zweiten Zylindergruppe berücksichtigt. In diesem Betriebszustand der Brennkraftmaschine erfolgt darüber hinaus auch im zweiten Katalysator eine Oxydation und Reduktion der Abgase der ersten ZyIIndergruppe sowie der Abgase der zweiten Zylindergruppe.
In der Zeichnung ist die Erfindung in einer beispielsweisen Ausführungsform dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 eine Acht-Zylinder-Brennkraftmaschine mit einem
Abgasleitungssystem, und
Fig. 2 die Brennstoff-Luft-Gemisch- bzw. Luft-Zuführung für die Zylindergruppen der Brennkraftmaschine anhand eines Steuerdiagramms.
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In der Fig» 1 ist eine Acht-Zylinder-Brennkraftmaschine mit 1 bezeichnet, die in eine erste Zylindergruppe 2 und eine zweite Zylindergruppe 3 mit je vier Zylindern unterteilt ist. der Zylindergruppe 2 ist eine Brennstoff-Luft-Gemisch-Zuführeinrichtung 4 zugeordnet, die aus einem Luftmengenmesser 5, einer in einem Saugrohr 6 angeordneten, vom nicht gezeigten Fahrpedal beeinflussbaren Drosselklappe 7 und einer Brennstoff-Einspritzdüse 8 gebildet wird, und der Zylindergruppe 3 ist eine Brennstoff-Luft-Gemisch-Zuführeinrichtung 9 zugeordnet, die aus einem Luftmengenmesser 10, einer in einem Saugrohr 11 angeordneten und auch vom nicht gezeigten Fahrpedal beeinflußbaren Drosselklappe 12 und einer Brennstoffeinspritzdüse 13 gebildet wird. Ein Luftfilter ist mit 14 bezeichnet. Die Abgase der Zylindergruppe 2 werden Abgasrohren 15, 16, 17 und 18 zugeführt, die zu einem Einzelabgasrohr 19 zusammengeführt werden und die Abgase der Zylindergruppe 3 werden Abgasrohren 20, 21, 22 und 23 zugeführt, die mit einem Äbgas-Austrittsrohr 26 eines Katalysators 25 zu einem Einzelabgasrohr 24 zusammengeführt werden. Das Einzelabgasrohr 19 mündet in den Katalysator 25, der durch das Abgas-Austrittsrohr 26 mit einem weiteren Katalysator 27 verbunden ist. In dem Einzelabgasrohr 19 ist vor dem Katalysator 25 ein Sauerstoff-Meßfühler 28 und in dem Abgas-Austrittsrohr 26 ist ein Sauerstoff-Meßfühler 29 angeordnet und die Abgasrohre 20, 21, 22 und 23 münden in das Abgas-Austrittsrohr 26 vor dem Sauerstoff-Meßfühler 29.
In der Fig. 2 ist anhand eines Steuerdiagrammes die Brennstoff-Luft-Gemisch- bzw. Luft-Zuführung veranschaulicht, die durch eine Kurvenscheibe, einen Kulissenschieber oder dergleichen erfolgen kann. Auf der Abszisse 30 ist die Fahrpedalstellung und auf der Ordinate 31 sind die Drosselklappenstellungen eingetragen. Die Kurve 32 veranschaulicht die Zylindergruppe 2, die Kurve 33 die ZyIIndergruppe 3 und die Linie 34 die Brennstoffzufuhr für die Zylindergruppe 3. Auf der Ordi-
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nate 31 symbolisiert der Punkt 35 den Zustand der unterbrochenen Brennstoffzufuhr und der Punkt 36 den Zustand der geöffneten Brennstoffzufuhr für die Zylindergruppe 3, der Punkt 37 die Stellung der geschlossenen und der Punkt 38 die Stellung der geöffneten Drosselklappe 5 der Zylindergruppe 2, und der Punkt 39 die Stellung der geschlossenen und der Punkt 40 die Stellung der geöffneten Drosselklappe 10 der Zylindergruppe 3. Das Ende eines vorbestimmten Teillastbereiches 41 ist durch eine strichpunktierte Linie 42 gekennzeichnet.
Nach Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine 1 läuft die Zylindergruppe 2 bei geschlossener Drosselklappe 5 im Leerlauf und der Zylindergruppe 3 wird bei leicht geöffneter Drosselklappe 10 und abgeschalteter Brennstoffzufuhr Luft zugeführt, so daß diese als Luftpumpe wirkt. Die Abgase der Zylindergruppe 2 werden zuerst dem Katalysator 25 zugeführt und in diesem durch gleichzeitige Oxydation und Reduktion teilweise entgiftet und dann dem Katalysator 27 zugeführt, in dem aufgrund der Luft der Zylindergruppe 3 eine zusätzliche Oxydation dieser Abgase erfolgt. Durch diese Abgase wird auch der Sauerstoff-Meßfühler 29 und der Katalysator 27, sofern diese noch nicht ihre Betriebstemperatur erreicht haben, vorgeheizt.
Vom Leerlauf bis zum Ende des gekennzeichneten Teillastbereiches 41 der Brennkraftmaschine 1 wird die der ersten Zylindergruppe 2 zugeführte Menge Brennstoff-Luft-Gemisch kontinuierlich erhöht und die der zweiten Zylindergruppe 3 zugeführte Menge Luft in einem ersten Teil dieses Teillastbereiches kontinuierlich erhöht und in dem sich an diesem ersten Teil anschließenden verbleibenden Teil des Teillastbereiches kontinuierlich bis zu einer Menge annähernd Null verringert. Bia zum Ende dieses vorbestimmten Teillastbereiches wirkt die Zylindergruppe 3 weiterhin als Luftpumpe. Beim Erreichen des Endes dieses Teillastbereiches
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der Brennkraftmaschine wird die Brennstoffzufuhr für die Zylindergruppe 3 zugeschaltet (Linie 34), so daß dieser Zylindergruppe ebenfalls Brennstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird. Nach dem Durchlaufen dieses Teillastbereiches der Brennkraftmaschine wird die der ersten Zylindergruppe 2 zugeführte Menge Brennstoff-Luft-Gemisch derart lange kontinuierlich verringert und die der zweiten Zxlindergruppe 3 zugeführte Menge Brennstoff-Luft-Gemisch derart lange kontinuierlich erhöht, bis die Brennstoff-Luft-Gemisch-Mengen für beide Zylindergruppen 2, 3 gleich sind. Danach werden die Brennstoff-Luft-Gemisch-Mengen für beide Zylindergruppen 2, 3 in gleichem Umfang kontinuierlich bis zur Vollast erhöht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt nach dem Durchlaufen des vorbestimmten Teillastbereiches der Brennkraftmaschine 1 die kontinuierliche Verringerung der der ersten Zylindergruppe 2 zugeführten Menge Brennstoff-Luft-Gemisch in einem geringeren Maße als die kontinuierliche Erhöhung der der zweiten Zylindergruppe 3 zugeführten Menge Brennstoff-Luft-Gemisch. Durch den von den Abgasen der Zylindergruppe 2 beaufschlagten Sauerstoff-Meßfühler 28 wird die Brennstoff-Luft-Gemisch-Zuführeinrichtung 4 und durch den von den Abgasen der Zylindergruppe 2 und der Zylindergruppe beaufschlagten Sauerstoff-Meßfühler 29 wird die Brennstoff-Luft-Gemisch-Zuführeinrichtung 9 entsprechend der Abgaszusammensetzung zur Optimierung dar Abgasemission beeinflusst.
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Claims (7)

  1. U 47
    Patentansprüche
    1 .)Mehrzylindrige Brennkraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit zwei verschiedenen Zylindern bzw. Zylindergruppen zugeordneten Brennstoff-Luft-Gemisch-Zuführeinrichtungen und einem Abgasleitungssystem, in dem zwei Katalysatoren hintereinander angeordnet sind, die den Zylindergruppen derart zugeordnet sind, daß die Abgase einer ersten Zylindergruppe beide Katalysatoren beaufschlaaen und die Abgase einer zweiten Zylindergruppe dem Abgassystem vor dem zweiten Katalysator zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Brennstoffzufuhr zur Brennstoff-Luft-Gemisch-Zuführeinrichtung (9) für die zweite Zylinderaruppe (3) in Abhängigkeit von der Belastung der Brennkraftmaschine (1) abschaltbar ist, die abschaltbare Zylindergruppe (3) mit dem zweiten Katalysator (27) zugeordnet ist, vor dem ersten Katalysator (21 ein Sauerstoffmeßfühler (28).und vor dem zweiten Katalysator (27) hinter der Zuführung der Abgase der zweiten Zylindergruppe (3) ein Sauerstoff-Meßfühler (29) angeordnet ist und bei abgeschalteter zweiter Zylindergruppe (3) dieser von der Brennstoff-Luft-Gemisch-Zuführeinrichtung (9) nur Luft zugeführt wird.
  2. 2. Mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrohre {15, 16, 17, 18) der ersten Zylindergruppe (2) vor dem Sauerstoff-Meßfühler (28) vor dem ersten Katalysator (25) zu einem Einzelabaasrohr (19) und die Abgasrohre (20, 21, 22, 23) der zweiten Zylindergruppe (3) vor dem Sauerstoff-Meßfühler (29) vor dem zweiten Katalv-
    0 300 37/0090 "2~
    BAD ORIGINAL
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    sator (27) zusammen mit dem Abgas-Austrittsrohr (26) des ersten Katalysators (25) zu einem Einzelabgasrohr (24) zusammengefasst sind.
  3. 3. Mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Leerlauf der Brennkraftmaschine (1) der ersten Zylindergruppe (2) Brennstoff-Luft-Gemisch und der zweiten Zylindergruppe (3) Luft zugeführt wird.
  4. 4. Mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom Leerlauf bis zum Ende eines vorbestimmten Teillastbereiches (41) der Brennkraftmaschine (1) die der ersten Zylindergruppe (2) zugeführte Menge Brennstoff-Luft-Gemisch kontinuierlich erhöht wird und die der zweiten Zylindergruppe (3) zugeführte Menge Luft in einem ersten Teil dieses Teillastbereiches kontinuierlich erhöht und in dem sich an diesen ersten Teil anschließenden verbleibenden Teil des Teillastbereiches (41) kontinuierlich bis zu einer Menge annähernd Null verringert wird.
  5. 5. Mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Durchlaufen des vorbestimmten Teillastbereiches (41) der Brennkraftmaschine (1) der zweiten Zylindergruppe (3) ebenfalls Brennstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird.
  6. 6. Mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Durchlaufen des vorbestimmten Teillastbereiches (41) der Brennkraftmaschine (1) die der ersten Zylindergruppe (2) zugeführte Menge Brennstoff-Luft-Gemisch derart lange kontinuierlich verringert und die der zweiten Zylindergruppe (3) zugeführte Menge Brennstoff-Luft-Gemisch derart lange kontinuierlich erhöht wird, bis die Brennstoff-Luft-Gemisch-Mengen für beide Zylindergruppen (2 und 3) gleich sind
    Q3ÖÖ37/009Ö
    -3-
    290793A
    -3- U 47
    und die Brennstoff-Luft-Gemisch-Mengen für beide Zylindergruppen (2r 3) dann in gleichem Umfang kontinuierlich bis zur Vollast erhöht werden.
  7. 7. Mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Durchlaufen des vorbestimmten Teillastbereiches (41) der Brennkraftmaschine (1) die kontinuierliche Verringerung der der ersten Zylindergruppe (2) zugeführten Menge Brennstoff-Luft-Gemisch in einem geringeren Maße erfolgt als die kontinuierliche Erhöhung der der zweiten Zylindergruppe (3) zugeführten Menge Brennstoff-Luft-Gemisch-
    030037/0090
DE2907934A 1979-01-03 1979-03-01 Mehrzylindrige Brennkraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge Expired DE2907934C2 (de)

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