DE3125647A1

DE3125647A1 - "brennkraftmaschine mit mehreren zylindern"

Info

Publication number: DE3125647A1
Application number: DE19813125647
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. 7120 Bietigheim-Bissingen Britsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-06-30
Filing date: 1981-06-30
Publication date: 1983-01-13
Also published as: DE3125647C2; JPH0243894B2; JPS5810133A; US4506633A

Description

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ROBERT BOSCH GMBH₅ TOOO STUTTGART 1

Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche Brennkraftmaschine "bekannt geworden (DE-AS 2h 5U 82$) _s bei der mindestens ein Zylinder zur Aufnahme von aus dem Verbrennungsprozess in mindestens einem anderen Zylinder herrührenden Abgasen bestimmt ist. Dieser Zylinder ist hierzu mit seiner Einlaßleitung unmittelbar an die Auslaßleitung des anderen Zylinders angeschlossen« Der zur Abgasaufnahme bestimmte Zylinder hat andere Abmessungen des Brennraumes und weißt ein höheres Verdichtungsverhältnis als die anderen Zylinder auf. Bei der so geschaffenen Brennkraftmaschine wird unabhängig vom äußeren Kühlsystem ein rückgeführter Teil des Abgases aus den Arbeitszylindern auf eine schadstoffvermindernde Temperatur abgekühlt und zugleich ein leichtes Starten dieser Maschine ermöglicht»

Eine ebenfalls bekannte andere Brennkraftmaschine dieser Art (DE-OS 2 325 O6o) hat zwei Zylindergruppen, von denen eine für den Start und die andere für den Betrieb mit normaler Motorleistung vorgesehen ist. So wird eine gute

Startfähigkeit mit einer starken Leistung bei verminderter mechanischer Belastung erreicht.

Beiden Konstruktionen liegt das Streben zugrunde, Dieselmotoren einerseits startwillig zu machen und andererseits in den Verbrennungsgrundwerten nicht zu hoch zu treiben um den Anfall von Stickoxiden zu verringern.

Alle diese Maßnahmen sind nicht geeignet, eine in allen Betriebszuständen möglichst gleichgute Ausnutzung des Kraftstoffs zu erreichen. Besonders bei Otto-Motoren zeigt sich die im Teillastbereich zu niedrige Temperatur des Kraftstoff-Luftgemisches am Ende des Kompressionshub als nachteilig. Die Zündung und die Verbrennung sind schlecht. Der Kraftstoff wird nicht optimal genutzt." Die bekannte durch Aufladung verbesserte Füllung der Brennräume verbessert die Verbrennung hauptsächlich im Vollastbetrieb.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sowohl beim Start als auch beim Teillastbetrieb und bei Vollast die Verbrennung des Kraftstoffes auf hohem energetischen Niveau erfolgt. Zur optimalen Kraftstoffnutzung werden die Vorteile der Aufladung beim Start und im Teillastbetrieb genutzt, ohne daß zusätzliche Verdichter verwendet werden müssen. Dies wird erreicht, durch Anpassung der Anzahl der durch Zünden als Kraftmaschine genutzten Zylinder an den Leistungsbedarf und Nutzung der nicht mit Kraftstoff versorgten und gezündeten Zylinder als Lader.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Brennkraftmaschine möglich.

Besonders vorteilhaft ist das Verwenden von Drosseln jeweils nur im Aas&ugweg der durch Zünden als Kraftmaschine genutzten Zylinder. Durch das ungedrosselte Ansaugen des Mediums (Luft) in die nicht sit Kraftstoff versorgten und gesundeten Zylinder wird die Ladungswechselarbeit stark verringert» Durch die teilweise Abgasrückführung über den Speicherbehälter wird die Kraftstoffverwertung weiter verbessert« Die Stickoxid-Emission wird abgesenkt.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele des Erfindünggfegenstandes sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß gestalteten Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsforay Figur 2 ©inen Teilschnitt durch den Zylinderblock und den Zylinderkopf einer solchen Brennkraftmaschine nach Figur 1, im Bereich eines Zylinders und Figur 3 eine ichesaatische Darstellung wie Figur 1, die einer zweiten Ausführungsfora entspricht»

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Ausführung nach den Figuren 1 und 2 sind Zylinder 1 bis k in einer Brenakraftmaschine 5 gezeigt» Die Zylinder 1 bis 1* in eines Zylinderblock β nehmen Kolben 7 auf. Ein Zylinderkopf 8 bildet_s wenigstens teilweise₉ Einlaßkanäle 9 bis 12, Diese Einlaßkaaäle 9 bis 12 münden in eine gemeinsame Ansaugleitung 13. In der Einlaßöffnung dieser gemeinsamen Ansaugleitung 13 befindet sieh eine erste Drossel 1^. Der Zylinderkopf 8 bildet teilweise auch Auslaßkanäle 15 bis 18 und schließlieh auch ausätaliche Auslaßkanäle 19 bis zu den Zylindern 2 bis k* Während die Aüslaßkanäle 15 bis in bekannter Weise in eines gemeinsamen Auslaßkanal 22 münden₅ münden die zusätzlichen Auslaßkanäle 19 bis 21 in einem Speicher behälter 23. Der Speicherbehälter 23 ist über einen Kanal 2h mit dem Einlaßkanal 9 für den Zylinder 1 verbunden. In diesem Kanal 2h befindet sich eine zweite Drossel 25»

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Ein anderer Kanal 26--TUhTt v«Gm"-SpeicireiiT&.ehälter 23 zum Einlaßkanal 12 für den Zylinder k. Vor seiner Einmündung in den Einlaßkanal 12 nimmt der Kanal 26 ein Absperrventil 27 auf. Eine Abzweigung 28 des Kanals 26 führt über ein Druckregelventil 29 zur gemeinsamen Ansaugleitung 13. Eine Steuerleitung 30 verbindet das Druckregelventil 29 mit einem Sensor 31 am Speicherbehälter 23. Während alle Einlaßkanäle 9 bis 12 in bekannter Weise durch Ventile 32 verschließbar sind, besitzen die Eilaßkanäle 9 und 12 zusätzlich Drosseln. Im Einlaßkanal 9 befindet sich die dritte Drossel 33, im Einlaßkanal 12 die vierte Drossel 3h. Die Drosseln 33 und 3^ sind durch ein Gestänge 35 mechanisch gekoppelt. Im Einlaßkanal 9 befindet sich zwischen der Einmündung des Kanals 2k und der Anschlußstelle an die gemeinsame Ansaugleitung 13 ein Absperrventil 36. In gleicher Weise ist auch der Einlaßkanal 12 mit einem Absperrventil

37 versehen. Die Auslaßkanäle 15 bis 18 sind in bekannter Weise durch Ventile 38 verschließbar. Zum Verschließen der zusätzlichen Auslaßkanäle 19 bis 21 dienen Ventile 39, die wie die anderen Einlaß- und Auslaßventile gestaltet sein können. Die Ventile 39 sind ausschließlich, die Ventile zusätzlich steuerbar durch eine hier nicht näher dargestellte, an sich bekannte elektronische Kennfeldsteuerung z.B. nach der US-PS U009 695. Nur in Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, in denen die Ventile 39 die zusätzlichen Auslaßkanäle 19 bis 21 öffnen, erfolgt auch die Zusatzsteuerung der Ventile 38. Dabei werden die Ventile 39 während des Verdichtungshubs des Kolbens 7 und die Ventile

38 vorzeitig schon in der Bewegungsphase der Kolben 7 geöffnet, in der beim Normalbetrieb der Arbeitshub stattfindet. Auf die Zusatzsteuerung der Ventile 38 kann aber auch verzichtet werden.

Der Betrieb dieser Brennkraftmaschine ist im Beispielsfall in drei Phasen aufgeteilt. In Phase 1 für den Start, den Leerlauf und den Stadtverkehr im unteren Leistungsbereich sind die erste Drossel 1U, die dritte Drossel 33 und die vierte Drossel 3^ voll geöffnet. Die Absperrventile 36 und 27 sind geschlossen und die Zylinder 2, 3 und h von der Kraftstoffzufuhr abgetrennt. Die gewünschte Leistung

wird über di© zweite Drossel 25 eingestellt. Über die Zylinder 2„ 3 und k wird ein Medium (hier LuftKungedrosselt angesaugt und nach dem Schließen der Einlaßkanäle 10, 11 und 12 über die dann geöffneten zusätzlichen Auslaßkanäle 19_S 20 und 21 in dea Speicherbehälter 23 gedrückt« Von dort wird über den Kanal Zk der mit Kraftstoff versorgte Zylinder 1 aufgeladen und gezündet.

Während des nun folgenden Arbeitstaktes im Zylinder 1 halten die Ventile 39 die zusätzlichen Auslaßkanäl® 19„ 20 und 21 geschlossene während die Ventile 38 die Auslaßkanäle 16₉ 17 und 18 bereits öffnen. Dies geschieht₉ um den Energieverlust zu vermeiden, der mit deia Entstehen eines Vakuums Γ*- in den Zylindern 2, 3 und k gegeben wäre.

Selbstverständlich könnte man dies auch in Kauf nehmen oder die Einlaßkanäle 1O₈ 11 und 12 öffnen. Sobald der Druck im Speicherbehalter 23 einen für die Aufladung vorgegebenen Grenzwert erreicht_s wird, auf Signal des Sensor 31 das Druckregelventil 29 geöffnet und der Luftüberschuß in die gemeinsame Ansaugleitung zurückgeführt. Sobald die zweite Drossel 25 vollständig geöffnet ist oder auch dann_s wenn der Gaspedaldruck weiter anwächst, wird die Brennkraftmaschine 5 auf ihre zweite Betriebsphase geschaltet.

In dieser Phase 2 sind die Absperrventile 36 und 37 geschlossens das Absperrventil 27 geöffnet die erste Drossel ]k und die zweite Drossel 25 voll geöffnet und nur noch die Zylinder 2 und 3 von der Kraftstoffzufuhr abgetrennt. Die gewünschte Leistung wird eingestellt durch verstellen der dritten Drossel 33 und der vierten Drossel 3k, Die über die Zylinder 2 und 3 angesaugte Luft wird in der bereits beschriebenen Weise in den Speicherbehälter 23 gepresst. Von dort wird über den Kanal 2k der Zylinder 1 aufgeladen_s ebenso über den Kanal 26 der Zylinder k. Der zusätzliche Auslaßkanal 21 zum Zylinder k bleibt stets geschlossen. Die gezündeten Zylinder 1 und k arbeiten als Kraftmaschine und geben eine Leistung ab, die einer mittleren Teillast entspricht.

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Die Zylinder 2 und 3 arbeiten als Lader für die Zylinder 1 und k. Ist die obere Leistungsgrenze der Zylinder 1 und k nach völligem Öffnen der dritten Drossel 33 und der vierten Drossel 3^· erreicht, kann der Übergang in die dritte Arbeitsphase erfolgen.

Diese dritte Arbeitphase erfaßt den Bereich hohe Teillast und Vollast. Die Absperrventile 36 und 37 sind geöffnet, daß Absperrventil 27 ist geschlossen. Alle vier Zylinder sind mit Kraftstoff versorgt und werden gezündet. Die gewünschte Leistung wird in bekannter Weise durch die Drossel lh eingestellt. Alle zusätzlichen Auslaßkanäle 19» 20 und 21 bleiben geschlossen.

Im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist eine Brennkraftmaschine kO verwendet, bei der keine zusätzlichen Auslaßkanäle 19 bis 21 vorhanden sind. Stattdessen sind Auslaßkanäle U1 bis kk in je zwei weiterführende Kanäle aufgeteilt, von denen die Zweige h5 bis h8 zum Speicherbehälter 23 führen. An den Ort der Abzweigung sind Umsteuerventile k9 gelegt.

Die Arbeit der Brennkraftmaschine kO gleicht der der Brennkraftmaschine 5· Anstelle der zusätzlichen Auslaßkanäle mit ihren Ventilen 39 und der zusätzlichen Steuerung der Ventile 38 werden die unterschiedlichen Betriebsarten auslaßseitig lediglich durch die Umsteuerventile U9 eingestellt. Die Umsteuerung auch des Auslaßkanals kl dient dem Zweck, mit der Aufladung in den Betriebphasen 1 und 2 auch eine Abgasrückführung zu verbinden. Die Abgase aus dem Zylinder bzw. k werden durch vermischen mit der Frischluft aus den Zylindern 2 bis k bzw. 2 und 3 ausreichend abgekühlt, um den Stickoxidanfall zu verringern. Andererseits erhöht sich die Zündwilligkeit durch Anwärmen des Kraftstoff-Luft-Gemischs

Leerseite

Claims

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ROBEBT BOSCH GMBH₈ TOOO SfUI¹TGART 1

Brennkraftmaiehiae mit mehreren Zylindern

Ansprüche.

Bre'nnkraftisaschine axt aahre^ea Zylindern die für Start Τ2.Ά& Betrieb unterschiedlich genutzt werden_s dadurch gekennzeichnet₀ daß mindestens einer (1) der Zylinder (1_O2 ₀3₀^) durch ein Sperrmittel τοη der Kraftstoffzufuhr abtrennbar und auslaßseitig mit einea Speicher behälter (23) für ein über ihn angesaugtes Medium verbunden ist₉ und daß mindestens einer der Zylinder (1 bis h) eingangsseitig ebenfalls mit diesam Speicherbehälter (23) verbunden und durch ein Sperrmittel (36) von der gemeinsamen Ansaugleitung (13) abtrennbar ist»

2 ο Brennkraftmaschine nach Anspruch 1_s dadurch gekennzeichnet s daß der Speicherbehälter (23) über ein Druckregelventil (29) "mit der Ansaugleitung (13) für alle Zylinder (1 bis k) verbunden ist,,

3. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie in der gemeinsamen Ansaugleitung (13) für alle Zylinder (J bis h) eine gemeinsame Drossel (lh) enthält.

k. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie in mindestens einem der nur jeweils einem Zylinder zugeordneten Ansaugkanäle (9, 12) eine separate Drossel (33, 3*0 enthält.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch k₃ dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ansaugkanal (9₉ 12) mit separater Drossel (33, 3U) ein Absperrventil (36, 37) enthält, mit dem er von der gemeinsamen Ansaugleitung (13) für alle Zylinder (J bis h) abtrennbar ist.

6» Brennkraftmaschine nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil (36, 37) zwischen die Einmündung des Verbindungskanals (2k_t 26) vom Speicherbehälter (23) zur Einlaßseite des ausgewählten Zylinders (3, k) und die gemeinsame Ansaugleitung (13) für alle Zylinder (1 bis k) gelegt ist.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Verbindungskanal (26) vom Speicherbehälter (23) zur Einlaßseite eines ausgewählten Zylinders (k) ein Absperrventil (27) gelegt ist.

1 Λ

8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 "bis T₉
dadurch gekennzeichnet, daß die von der Kraftstoffaufuhr abtrennbaren Zylinder (2₉3, k) einen zusätzlichen Auslaß habeng der über einen Kanal (J9₈ 20, 21) mit dem Speicherbehälter (23) verbunden ist.

9» Brennkraftmaschine nach Anspruch 8_S dadurch gekennzeichnet_s daß das Ventil (39) für den zusätzlichen Auslaß während
der unmittelbar dem Ansaughub folgenden Aufwärtsbewegung des in 'diesen ausgewählten Zylindern (2, 3, ¹O bewegten Kolbens (7) geöffnet ist, wenn der Zylinder (2, 3_S h) von der Kraftstoffzufuhr abgetrennt ist.

10, Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet _t daß das für den normalen Betrieb dienende Auslaßventil (38) bereits während des sonst
als Arbeitshub dienenden "Kolbenhubs geöffaet wird₉

der Zylinder von der Kraftstoff zufuhr abgetrennt ist.

3I₀ Brennkraftmaschine naeh ei&esi der Ansprüche 1 bis 7_S dadurch gekennzeichnet_s daß im Auslaßkanal {k2_s k3 ₀ hk) der von der Kraftstoffzufuhr abtrennbaren Zyliader (2_a 3_S h) ein Umsteuerventil (^9) angeordnet ist, das vor einer Abzweigung (U6_S ^7» ^8) des Auslaßkanals (^2₈ ί+3₀ hk) zum Speicherbehalter (23) liegt.

12, Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnete daß das ümsteuerventil (^9) aus einer Stellung in der es den nach außen führenden Auslaßkanal (kl bis kk)

offen und den zum Speicherbehälter (23) führenden Kanal (k6, kl, U8) geschlossen hält, in eine Stellung steuerbar ist, in der der Kanal (k6, kj, k8) zum Speicherbehälter (23) voll geöffnet und der nach außen führende Auslaßkanal (U2, k3, hk) geschlossen' ist.

13. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Umsteuerventil (k9) zwecks Abgasrückführung auch einem Auslaßkanal (4i) eines nicht von der Kraftstoffzufuhr abtrennbaren Zyliners (1) zugeordnet ist.

lU. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung bzw. Regelung für die Kraftstoffzufuhr, das Absperren mindestens eines Zylinders (l) von der Kraftstoffzufuhr, die Öffnungs- und Schließbewegung der Zusatzventile (39) und das Steuern der Umsteuerventile (^9) mittels einer ansich bekannten elektronischen Kennfeldsteuerung bzw. Regelung erfolgt.