DE3143467A1

DE3143467A1 - Mehrzylindrige brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3143467A1
Application number: DE19813143467
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr Ing Krueger
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1981-11-03
Filing date: 1981-11-03
Publication date: 1983-05-11

Description

VOL K S W A G E N WER K

AKTIENGESELLSCHAFT

J180 Wolfsburg
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Unsere Zeichen: K 3182
1702pt-we-sch

Mehrzylindrige Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere der Otto-Bauart,, ist es bekannt, zwecks Kraftstoffeinsparung im Teillastbetrieb einzel=· ne Zylinder oder Zylindergruppen abzuschalten. Dadurch wird den nicht abgeschalteten Zylindern eine höhere Last zugewiesen, die in der Regel mit einem günstigeren Wirkungsgrad erzielt werden kann.

Eine Möglichkeit zur Abschaltung von Zylindern besteht darin, die den einzelnen Zylindern bzw. Zylindergruppen zugeordneten Ventile stillzusetzen. Daduroh werden neben der Erhöhung des Wirkungsgrades der nicht abgeschalteten Zylinder die Ladungswechselverluste an den abgeschalteten Zylindern vermieden; außerdem entfällt dann die Antriebsleistung für die Ventile an den abgeschalteten Zylindern.Dieses Verfahren ist jedoch recht aufwendig.

Bei einem anderen Zylinderabschaltverfahren wird das Saugsystem des Otto-Motors in zwei oder mehrere Gruppen getrennt und jeder

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Gruppe eine eigene Drosselklappe zur Steuerung der Luft- bzw. Gemischansaugung zugeordnet. In diesem Fall muß ein Lastverteiler die Drosselklappen der einzelnen Gruppen so zueinander steuern, daß die abgegebene Motorgesamtlast einer Gesamtlasteingangsinformation entspricht. Bei einer derartigen Brennkraftmaschine ist jedoch für jede Gruppe von Zylindern ein gesonderter Vergaser erforderlich oder es wird eine sehr aufwendig gesteuerte oder geteilte Einspritzanlage notwendig. Auch ergeben sich bei dieser Bauweise an den abgeschalteten Zylindern Ladungswechselverluste, die die Vorteile der Zylinderabschaltung wenigstens teilweise wieder zunichte machen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, bei einer Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Bauart mit möglichst einfachen und wenig aufwendigen Mitteln eine wirkungsvolle Zylinderabschaltung durchzuführen, bei der ähnlich wie bei der Ventilabschaltung die Ladungswechselverluste an den abgeschalteten Zylindern weitgehend vermieden werden und bei der auch einfache Kraftstoffzuführsysteme, wie Vergaser oder eine zentrale Einspritzanlage,verwendet werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Erfindungsgemäß werden also in einem Teil der zu den einzelnen Zylindern führenden Saugrohre zweite Steuerorgane vorgesehen, die bei niedrigen Lasten geschlossen sind und auf diese Weise die diesen Saugrohren zugeordneten Zylinder abschalten. Bei ansteigenden Lasten können diese Steuerorgane kontinuierlich oder schlagartig geöffnet werden, wodurch auch diesen Zylindern dann die zur Arbeitsleistung erforderliche Gemischmenge zugeführt wird.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß den Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist anhand eines schematischen Schaltbildes ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird. Dabei ist mit 1 das Ansaugsystem einer beispielsweise vierzylindrigen Hubkolben-Otto-Brennkraftmaschine bezeichnet, das mit einem in einer gemeinsamen Ansaugleitung 2 angeordneten Vergaser 3 als Kraftstoffzuführsystem ausgerüstet ist. In Strömungsrichtung hinter dem Vergaser 3 befindet sich ein erstes, durch eine Drosselklappe 4 gebildetes querschnittssteuerndes Steuerorgan, das die Gesamtbelastung der Brennkraftmaschine bestimmt und, wie hier nicht weiter gezeigt ist, auf an sich bekannte Veise mit einem von dem Fahrzeugführer betätigten Gaspedal zur Betätigung verbunden ist»

Von der gemeinsamen Ansaugleitung 2 zweigen hinter der Drosselklappe 4 zu den einzelnen Zylindern

der Brennkraftmaschine führende Ansaugrohre 5& *>i^s 5d ab, deren Einmündungen in die Zylinder 9 in an sich bekannter Weise durch Einlaßventile 10 gesteuert sind.

In einem Teil dieser Ansaugrohre, bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel in den Ansaugrohren 5^ vaiä. 5c > sind vor den Einmündungen in die einzelnen Zylinder zweite, ebenfalls beispielsweise durch Drosselklappen gebildete querschnittssteuernde Organe 6 vorgesehen, die in ihrer Schließstellung die diesen Ansaugrohren zugeordneten Zylinder 9 von der Gemischversorgung und damit auch von der Arbeitsleistung absperren. Bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel sind die den beiden Ansaugrohren 5b und 5c zugeordneten Steuerorgane 6 mittels einer Betätigungswelle 7 zur gemeinsamen Betätigung verbunden. Es wäre jedoch grundsätzlich auch möglich, diese zweiten Steuerorgane unabhängig voneinander, beispielsweise nacheinander zu betätigen, wobei im letzteren Fall im Prinzip auch mehr als nur zwei von vier Ansaugrohren mit den zusätzlichen Steuerorganen ausgerüstet sein könnten. TJm einen eini-

germaßen gleichmäßigen Gang der Brennkraftmaschine zu erreichen, ist es aber zweckmäßig, die zweiten Steuerorgane in den Saugrohren so anzuordnen, daß in deren Schließstellung von den nicht abgeschalteten Zylindern noch eine gleichmäßige Zündfolge, das heißt ein möglichst gleichmäßiger Abstand zwischen den einzelnen Zündungen der noch in Betrieb befindlichen Zylinder,eingehalten wird.

Mit 8 sind in der Zeichnung Verbindungsleitungen bezeichnet, die jeweils zwischen einem Saugrohr mit und einem Saugrohr ohne das zweite Steuerorgan 6 vorgesehen sind, wobei diese Verbindungsleitungen stromaufwärts vor den Steuerorganen in die Saugrohre einmünden sollen, tun ein ständiges Spülen der Saugrohre auch bei Schließen der zweiten Steuerorgane zu erreichen und so ein Absondern von Kraftstoff aus dem Gemisch vor den Steuerorganen zu vermeiden.

Grundsätzlich ist es nun möglich, die zweiten querschnittssteuernden Steuerorgane 6 entweder im Schaltbetrieb, das heißt in Auf-Zu-Steuerung, oder aber in kontinuierlicher Steuerung zu betreiben. Im Schaltbetrieb, wenn die Steuerorgane nur in der voll geöffneten oder voll geschlossenen Stellung stehen, kann die umschaltung zum Beispiel abhängig vom Saugrohrunterdruck oder von der Stellung des ersten Steuerorgans erfolgen. Als Antrieb kann dabei ein Elektromagnet oder auch ein beispielsweise vom Saugrohrunterdruck betriebener Servomotor dienen. Dieses Steuerungsverfahren hätte den Vorteil, daß die allgemein übliche Vorzündungsbeeinflussimg in Abhängigkeit vom Saugrohrunterdruck unverändert beibehalten werden kann, wenn der Saugrohrunterdruck in den nicht abgeschalteten Saugrohren oder in der gemeinsamen Ansaugleitung abgegriffen wird. Eine Zündungsabsehaltung in den abgeschalteten Zylindern kann erfolgen, ist jedoch nicht unbedingt erforderlich.

Auch die kontinuierliche Steuerung der Saugrohrquerschnitte durch entsprechende Betätigung der zweiten Steuerorgane kann

von dem Saugrohrunterdruck, derin den ηicht abgeschalteben Saugrohren oder/aer gemeinsamen Ansaugleitung abgenommen wird, oder auch von der Stellung der gemeinsamen Drosselklappe abhängig gemacht werden. So kann bei Betätigung des die Gesaintmotorlast bestimmenden Fahrpedals zunächst das erste, durch die Drosselklappe 4 gebildete Steuerorgan verstellt werden, bis dieses voll geöffnet ist. Bei v/eiterer Betätigung des Fahrpedals werden dann die zweiten Steuerorgane bei voll geöffneter Drosselklappe zunehmend geöffnet bis bei Gesamtvollast des Motors alle Steuerorgane voll geöffnet sind,, Die Kupplung zur Verstellung des ersten und der zweiten Steuerorgane kann dabei auch durch ein mechanisches Gestänge erreicht werden, wobei ein Überdrücken der gemeinsamen Drosselklappe 4 durch eine zwiechengeschaltete Feder ermöglicht wird,,

Die kontinuierliche Betätigung der zweiten Steuerorgane kann aber auch mittels eines vom Saugrohrunterdruck beaufschlagten Servomotors erfolgen, wobei das Öffnen der zweiten Steuerorgane erst dann beginnt, wenn die nicht abgeschalteten Zylinder ihren Vollastbereich erreicht haben. Dabei kann die Steuerung des ersten Steuerorgans so vorgenommen werden, daß bei Beginn der Öffnung der zweiten Steuerorgane dieses noch nicht voll geöffnet ist, sondern erst dann den vollen Ansaugleitungsquerschnitt freigibt, \tfenn bei Gesamtvollast der Brennkraftmaschine auch die zweiten Steuerorgane ihren vollen Öffnungszustand erreicht haben.

Bei der kontinuierlichen Steuerung der zweiten Steuerorgane kann die Brennkraftmaschine mit gleichem Zündzeitpunkt an allen Zylindern betrieben werden oder aber die Zündung in den einzelnen Zylindern wird so geregelt ₅ daß sie dem jei/eiligen Lastzustand des zugeordneten Zylinder entspricht. Demnach xrärde der Zündzeitpunkt in den nicht abgeschalteten Zylindern anders liegen als in den abschaltbaren Zylindern und die Steuerung des Zündzeitpunkts könnte dann in Abhängigkeit von dem vor den Einlaßventilen anstehenden Saugrohrunterdruck oder aber auch in Abhängigkeit von der Stellung des ersten und der zweiten Steuerorgane erfolgen.

In dem Ausführungsbeispiel wird der Kraftstoff mittels eines herkömmlichen Vergasers zugemessen. Es ist jedoch ohne weiteres auch möglich, anstelle eines solchen Vergasers eine zentrale Einspritzanlage vorzusehen, die den Kraftstoff in die gemeinsame Ansaugleitung vor der Verzweigung der einzelnen Saugrohre einspritzt.

Wenn dagegen eine Einzeleinspritzung des Kraftstoffes in die den einzelnen Zylindern zugeordneten Ansaugrohre vorgenommen wird, dann muß auch die Einspritzmonge gesteuert werden. Die zweiten Steuerorgane können dabei nur im Schaltbetrieb betrieben werden, wobei die Einspritzmenge in den nicht abgeschalteten Zylindern beim Schließen der zweiten Sleuerorgane sprunghaft erhöht, huw. beim Öffnen sprunghaft vermindert werden muß. Bei kontinuierlicher Kraftstoffeinspritzung kann diese Steuerung durch Umschalten der KraftstoffZuleitungen der abgeschalteten Zylinder auf die KraftstoffZuleitungen zu den Einspritzventilen der nicht abgeschalteten Zylinder erfolgen. Da sich dabei der Diisenöffnungsquerschnitt aufgrund der verringerten Diisenzahl ändert, kann auch eine Korrektur des Druckes in den Einspritzleitungen zusätzlich erforderlich werden.

Bei Einspritzanlagen mit Steuerung der Einspritzmenge über die Einspritzventilöffnungszeit wird beim Umschalten der zweiten Steuerorgane eine entsprechende Korrektur der Ventileinspritzzeiten erforderlich.

Beim kontinuierlichen Öffnen oder Schließen der zweiten Steuerorgane ist eine luftmc-ngenabhängige Kraftstoffmengensteuerung für die einzelnen Zylinder notwendig. Diese kann in Abhängigkeit von den Querschnitten df-s ersten Steuerorgans..und der zweil.i>n Stcuerorgane oder aber in Abhängigkeit vom Saugrohrunterdrück vor äon einzelnen Einlaßventilen erfolgen. Die Zündungssteuerung erfolgt auch bei Einspritζanlagen ähnlich wie bei Vergaseranlagen.

Claims

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ANSPRÜCHE

ο jMehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem ersten, in einer allen Zylindern gemeinsamen Ansaugleitung angeordneten, querschnittssteuernden Steuerorgan und mit von der Ansaugleitung abzweigenden, den einzelnen Zylindern zugeordneten Ansaugrohren, an deren Einmündung in die Zylinder Einlaßventile angeordnet sindj dadurch gekennzeichnet₅ daß \tfenigstens ein Teil der je= weils einem Zylinder zugeordneten Ansaugrohre (5b, 5c) zwischen dem ersten Steuerorgan (4) und den Einlaßventilen ein zweites querschnittssteuerndes Steuerorgan (6) aufweist, das in Abhängigkeit von der Belastung der Brennkraftmaschine einzeln oder gruppenweise zur Füllungssteuerung der zugeordneten Zylinder betätigbar ist.

2ο Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Steuerorgane (6) in der Weise betätigbar sind_ä daß sie zunächst geschlossen sind und bei steigender Belastung der Brennkraftmaschine erst ab einer vorgegebenen Gesamtteillast, die der Vollastsumme der nicht mittels der zweiten Steuerorgane gesteuerten Zylinder entspricht, geöffnet

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Steuerorgane (6) zur kontinuierlichen Steuerung des Querschnitts der Ansaugrohre (5b, 5c) ausgebildet sind.

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4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Steuerorgane (6) zur schlagartigen Auf-Zu-Steuerung des Querschnitts der Ansaugrohre (5b, 5c) ausgebildet sind.

5- Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4> dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Steuerorgane (6) in der Weise in den zu den Zylindern führenden Ansaugrohren (5b, 5c) angeordnet sind, daß bei vollständigem Schließen der Steuerorgane in den nicht von diesen gesteuerten Zylindern eine gleichmäßige Zündfolge vorhanden ist.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die mit den zweiten Steuerorganen (6) versehenen Ansaugrohre (5b, 5°) stromaufwärts der Steuerorgane über Verbindungsleitungen (β) mit den die zweiten Steuerorgane nicht aufweisenden Ansaugrohren (5a, 5&) verbunden sind.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung der zweiten Steuerorgane (6) in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals oder des ersten Steuerorgans (4) erfolgt.

8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung der zweiten Steuerorgane (6) in Abhängigkeit von dem stromabwärts des ersten Steuerorgans (4) in der Ansaugleitung (2) herrschenden TJnterdruckes erfolgt.