EP1522701A1 - Mehrzylinder-Brennkraftmaschine und Verfahren zur Zylinderabschaltung - Google Patents
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- EP1522701A1 EP1522701A1 EP03103737A EP03103737A EP1522701A1 EP 1522701 A1 EP1522701 A1 EP 1522701A1 EP 03103737 A EP03103737 A EP 03103737A EP 03103737 A EP03103737 A EP 03103737A EP 1522701 A1 EP1522701 A1 EP 1522701A1
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- F01N2430/00—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics
- F01N2430/02—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics by cutting out a part of engine cylinders
Definitions
- the invention relates to a multi-cylinder internal combustion engine with a lambda probe, a catalyst and having a first group of cylinders and a second group of cylinders, each comprising at least one cylinder and of which the second group of cylinders can be switched off in the partial load range, the first group of cylinders having a separate first exhaust pipe and the second group of cylinders equipped with a separate second exhaust pipe is.
- the invention relates to a method for partial shutdown of a such multi-cylinder internal combustion engine.
- the problem is the fuel consumption and thus the efficiency in particular in gasoline engines.
- the reason for this lies in the principle working method of the Otto engine.
- the Otto engine works with a homogeneous fuel-air mixture, that - if there is no direct injection - by external mixture formation is prepared by introduced into the intake air in the intake tract fuel becomes.
- the desired power is set by changing the Filling the combustion chamber, so that the working method of the gasoline engine - unlike diesel engine - a quantity regulation is based.
- This load control is usually carried out by means provided in the intake Throttle.
- the pressure of the sucked Air behind the throttle will be reduced more or less severely.
- the further the Throttle is closed d. H. the more it blocks the intake tract the more higher is the pressure loss of the intake air across the throttle and the lower the pressure of the intake air behind the throttle and before the inlet to the combustion chamber.
- the air mass d. H. the quantity be set. This also explains why this type of quantity regulation especially in the partial load range proves to be disadvantageous because low loads require one high throttling and pressure reduction in the intake tract, causing the Charge exchange losses with decreasing load and increasing throttling increase, which is briefly explained below.
- the direct injection of the fuel can be a be suitable means for the realization of the stratified combustion chamber charge.
- the Direct injection of the fuel into the combustion chamber leads in addition to avoidance of throttling losses also to a reduction in heat losses, as the Flame moving in the combustion chamber with its unfavorably high Heat transfer meets only a small part of the combustion chamber inner wall.
- variable valve train Another way to optimize the combustion process of a gasoline engine, consists in the use of a variable valve train.
- a variable valve train In contrast to conventional valve trains, in which both the stroke of the valves and the Control times, i. the opening and closing times of the intake and exhaust valves, due to the non-flexible, as not adjustable mechanism of the valve train as immutable variables are given, these can be the combustion process and thus the parameter influencing the fuel consumption by means of variable Valve gears are more or less varied.
- the ideal solution would be one fully variable valve timing, which is suitable for any operating point of the gasoline engine Specially tuned values for the stroke and the timing allow.
- valve train is for example the VALVETRONIC Valve Train from BMW, as described in the Motortechnische Science, Vintage 2001, No. 6, page 18 is described.
- the closing timing of the intake valve and the intake valve lift can be varied.
- a throttle-free and thus lossless load control is possible.
- the mixture mass flowing into the combustion chamber during the intake process is not controlled as in conventional gasoline engines by means of a throttle valve arranged in the intake tract, but is dimensioned via the intake valve stroke and the opening duration of the intake valve.
- variable valve train was also recognized by Porsche as a solution and realized with the VarioCam Plus.
- the intake tract must be modified in such a way that the constantly in Operating cylinder and deactivatable cylinder via separate Intake ducts have.
- must be in the intake of the disconnectable Cylinders are provided a shut-off with which the supply of Combustion air or fuel / air mixture in the context of partial shutdown controlled d. H. can be blocked or released.
- DE 33 05 704 A1 describes a multi-cylinder internal combustion engine generic type comprising a controller comprising a number of Cylinders by putting them out of service under operating conditions low load the flow of the air / fuel mixture to the out of service locked cylinders locks.
- the intake manifold is in two intake ports divided, of which the first intake manifold to the constantly in operation located cylinders and the second intake to the turn-off cylinders leads.
- the second intake port has a shut-off valve in shape a second throttle with which this second exhaust passage is released or closed can be disabled for the purpose of partial shutdown.
- the intake of this multi-cylinder internal combustion engine is with a conventional intake tract is no longer comparable and can not be easier Be prepared by modification of such an intake tract.
- Another subtask of the present invention is a simple method for partial shutdown and thus for de-throttling such a multi-cylinder internal combustion engine show, with the state of the art known disadvantages are overcome, and in particular a retrofit permitted by existing on the market conventional internal combustion engines.
- thermodynamic disadvantages i. the charge cycle losses, which are due to the quantity control by means of throttle flap, be attenuated.
- a second group of cylinders can be switched off, whereby the load of the first group of cylinders increases, causing an opening of the cylinder Throttle and thus a Entdrosselung the internal combustion engine allowed.
- the partial shutdown takes place in an advantageous manner, that only the fuel supply to the cylinders of the second group prevented becomes, whereby these are put out of operation in such a way that although the aspirated combustion air still flows through the deactivated cylinders, but due to the lack of fuel input no combustion in these cylinders takes place.
- the second group of cylinders does not contribute during the partial shutdown Power output of the internal combustion engine at. On the contrary, that the Fresh air not - as described in the prior art - is saved, but The cylinders of the second group continue to pass, taking this air to the four Work cycles - suction, compression, expansion and ejection - continue Part, so that the deactivated cylinders not only do not work, but rather work for the charge change must be invested in this cylinder.
- the main advantage of the internal combustion engine according to the invention is to see that in contrast to that described in DE 33 05 704 A1 Internal combustion engine, the turn-off cylinder of the second group Partial shutdown need not be completely isolated in the way that this Cylinder by means of a shut-off valve from the supply of combustion air or Fresh mixture to be cut off. Consequently, the invention requires Internal combustion engine not only no shut-off valve.
- the intake tract must not be in be modified the type that the constantly operating cylinder of the first Group and the deactivatable cylinders of the second group via separate Intake ducts have.
- the internal combustion engine according to the present Invention may be with a conventional intake system or intake equipment, which lowers the development costs and the other the proposed concept of a partial shutdown also for retrofitting already on the market located internal combustion engines appear to be suitable.
- the intake tract need only be equipped with a throttle valve, which in a closed-loop method is controllable, wherein a throttle valve in principle already exists.
- controllable throttle when activating or Deactivating the partial shutdown i.e.. the torque of the engine does not fall or increases and the driver does not need to track the gas pedal to hold the load which would be the case with non-controllable throttle.
- the first group of cylinders with a separate first exhaust pipe and the second group of cylinders with a separate second exhaust pipe equipped, with both exhaust pipes combined to form an overall exhaust pipe can be.
- Such a design of the exhaust tract is but after the The prior art partly already common and results from the fact that the outlets the cylinder have separate exhaust manifold, which then gradually be merged.
- a so-called four-in-two-in-one exhaust manifold for a four-cylinder inline engine quite common.
- the lambda probe and the catalyst in the first Exhaust pipe arranged.
- This first catalyst is used exclusively for Conversion of the cylinders in operation from the first in operation Group exhaust gases and is independent of the operating state of the Internal combustion engine neither of the exhaust gases of the deactivatable cylinder of the second Group still from the case of partial shutdown disabled by these cylinders guided air is applied.
- this second lambda probe and a second Catalyst provided, this second lambda probe and this second Catalyst in the second exhaust pipe or, if both exhaust pipes in one Entire exhaust pipe open, the second lambda probe in the second exhaust pipe and the second catalyst are arranged in this entire exhaust pipe.
- embodiments are advantageous thereby are characterized in that a third catalyst is provided, wherein the third Catalyst is arranged in the entire exhaust pipe.
- embodiments are advantageous, which are characterized in that a third Catalyst is provided, wherein the third catalyst in the second exhaust pipe behind the second lambda probe is arranged.
- the gas flow is the second Group of cylinders to a pure air flow
- the actual exhaust gas flow the first group after the first and before the second after treatment similar to is supplied in a secondary air injection.
- the extra oxygen can be used for a further oxidation of the pollutants, in particular the oxidation of unburned hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO), in Serve the exhaust tract.
- the multi-cylinder internal combustion engine is a four-cylinder internal combustion engine. It must be taken into account that there is a trend towards small, has completed supercharged engines and continues to perform. It is the Charging primarily a method of increasing performance, in which the for the engine combustion process compressed air is compressed so that per Working cycle a larger air mass enters the combustion chamber. This allows the Fuel mass can be increased. With targeted design of the charge can also advantages in the efficiency and in the exhaust emissions can be achieved.
- One typical representative of the small, supercharged engines is a gasoline engine with Exhaust gas turbocharging, in which the exhaust gas energy for compression of the Combustion air is used.
- the multi-cylinder internal combustion engine in which the multi-cylinder internal combustion engine is an in-line engine, preferably either the first group of cylinders the two inner and the second group of cylinders comprising the two outer cylinders or the first group of Cylinders the two outer and the second group of cylinders the two inner cylinder covers.
- This is advantageous because, on the one hand, the first and the fourth piston and on the other hand the second and the third piston the same Perform movement, which is why a merger of these pistons to appropriate groups is to be preferred.
- the method according to the invention deactivates the second group of cylinders, by the fuel supply is prevented, without the air supply to the shut down cylinders needs to be prevented by means of shut-off elements. It This is not necessary, the deactivated cylinders when partial shutdown completely too isolate or disable the valve actuator of these cylinders put.
- the basic principle of the method is that even with partial shutdown the Supply of deactivated cylinders is maintained with fresh air.
- the invention requires Procedure no complex modification of the intake system, but only the Use of a second lambda probe and a second catalyst.
- Embodiments of the method for partial shutdown are advantageous in where a third catalyst is provided, the third catalyst being in the second exhaust pipe is disposed behind the second lambda probe.
- first group of cylinders for partial shutdown of a four-cylinder in-line engine are embodiments of Method advantageous in which the first group of cylinders, the two inner and the second group of cylinders comprises the two outer cylinders such that a partial shutdown of the internal combustion engine by switching off the two outer Cylinder takes place
- embodiments of the method are also advantageous, where the first group of cylinders are the two outer and the second group of cylinders comprising the two inner cylinders, so that a partial shutdown of Internal combustion engine is done by switching off the two inner cylinder.
- Figure 1 shows schematically a first embodiment of the multi-cylinder internal combustion engine 1. This is an in-line engine 1 with four cylinders A, B, C, D.
- the four cylinders A, B, C, D of the multi-cylinder internal combustion engine 1 are in two Groups 2.3 of cylinders A, B, C, D divided.
- the first group 2 of cylinders comprises the two inner cylinders B, C of the multi-cylinder internal combustion engine 1, whereas the second group 3 of cylinders has the two outer cylinders A, D includes.
- the Partial shutdown of the multi-cylinder internal combustion engine 1 by switching off the second group 3 of cylinders i. by switching off the two outer cylinders A, D, which will be described in more detail below.
- All four cylinders A, B, C, D have a common plenum 5 and one common, electronically controlled throttle 6 in the inlet area 4, with the is regulated by the four cylinders A, B, C, D sucked air quantity.
- the Internal combustion engine 1 may be due to the partial shutdown underlying Principle, namely the partial shutdown only by blocking the To realize fuel supply with undisturbed promotion of combustion air, with a conventional intake 4 and only one controllable throttle 6 equipped become. An elaborate redesign or redesign of the intake tract - as in the known and described in the prior art Partial shutdown - is not required.
- the exhaust tract 7 is a so-called four-in-two-in-one exhaust manifold educated.
- the first lambda probe 11 and the first catalyst 12 are basically in first exhaust pipe 8 arranged because the exhaust gases of the constantly operating Cylinder B, C of the first group of cylinders 2 in this first exhaust pipe. 8 be initiated. In this way is an exhaust aftertreatment of the exhaust gases this constantly operating cylinder B, C guaranteed.
- the gas flow is the second group 3 of cylinders A, D to a pure air flow, the actual exhaust gas flow similar to the first group 2 after the first and before the second post-treatment as supplied in a secondary air injection.
- the extra oxygen can for a further oxidation of pollutants, in particular the oxidation of unburned hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO), in Exhaust tract 7 serve.
- each OBD monitor lambda probe 17 are provided to provide advanced on-board diagnostics (OBD). It may alternatively only one OBD monitor lambda probe 17 are provided behind the second catalyst 14, used for on-board diagnostics (OBD) of both catalysts 12,14.
- Figure 2 shows schematically a second embodiment of the multi-cylinder internal combustion engine 1.
- the second embodiment has a different type Arrangement of the two arranged in the exhaust system 7 catalysts 12,14, in the will be discussed below. Otherwise, reference is made to FIG the same components, the same reference numerals have been used.
- the partial shutdown of Multi-cylinder internal combustion engine 1 also by switching off the second group. 3 of cylinders i. by switching off the two outer cylinders A, D.
- the first lambda probe 11 and the first catalyst 12 are in the first exhaust pipe 8 arranged to the exhaust gases of the constantly operating cylinders B, C a Supply exhaust aftertreatment.
- FIG. 3 shows schematically a third embodiment of the multi-cylinder internal combustion engine 1.
- the third embodiment has an additional Catalyst 16 in the exhaust system 7, which will be discussed below.
- FIGS. 1 and 2 The same components have become the same Reference numeral used.
- the sectionabschaltu ng takes place the Multi-cylinder internal combustion engine 1 also by switching off the second group. 3 of cylinders i. by switching off the two outer cylinders A, D.
- the first lambda probe 11 and the first catalyst 12 are in the first exhaust pipe 8 arranged to the exhaust gases of the constantly operating cylinders B, C a Supply exhaust aftertreatment.
- FIG. 3 of a multi-cylinder internal combustion engine 1 is characterized in that a third catalyst 16 is provided, wherein the third catalyst 16 in the second exhaust pipe 9 behind the second lambda probe 13 is arranged.
- the already aftertreated exhaust gas streams of the second group 3 of cylinders A, D and the first group 2 of cylinders B, C mixed and together another, arranged in the entire exhaust pipe 10 Catalyst 14 fed, in which they a further exhaust aftertreatment be subjected.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (1) mit einer Lambda-Sonde (11), einem Katalysator (12) und mit einer ersten Gruppe (2) von Zylindern (B,C) und einer zweiten Gruppe (3) von Zylindern (A,D) und von denen die zweite Gruppe (3) von Zylindern (A,D) im Teillastbereich abschaltbar ist, wobei die erste Gruppe (2) von Zylindern (B,C) mit einem separaten ersten Abgasrohr (8) und die zweite Gruppe (3) von Zylindern (A,D) mit einem separaten zweiten Abgasrohr (9) ausgestattet ist. Die Lambda-Sonde (11) und der Katalysator (12) sind im ersten Abgasrohr (8) angeordnet, weiterhin sind eine zweite Lambda-Sonde (13) und ein zweiter Katalysator (14) vorgesehen, wobei die zweite Lambda-Sonde (13) und der zweite Katalysator (14) im zweiten Abgasrohr (9) oder, wenn beide Abgasrohre (8,9) in ein Gesamtabgasrohr (10) münden, der zweite Katalysator (14) in diesem Gesamtabgasrohr (10) angeordnet ist, und im Einlaßbereich (4) der Zylinder (A,B,C,D) nur eine gemeinsame, regelbare Drosselklappe (6) angeordnet ist, mit der die Menge an Verbrennungsluft für die Zylinder (A,B,C,D) dosiert wird, wobei die zweite Gruppe (3) von Zylindern (A,D) im Teillastbereich dadurch abgeschaltet wird, daß die Kraftstoffzufuhr zu diesen Zylindern (A,D) unterbunden wird. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Teilabschaltung einer derartigen Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (1). <IMAGE>
Description
Die Erfindung betrifft eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einer Lambda-Sonde,
einem Katalysator und mit einer ersten Gruppe von Zylindern und einer
zweiten Gruppe von Zylindern, die beide jeweils mindestens einen Zylinder umfassen
und von denen die zweite Gruppe von Zylindern im Teillastbereich abschaltbar ist,
wobei die erste Gruppe von Zylindern mit einem separaten ersten Abgasrohr und die
zweite Gruppe von Zylindern mit einem separaten zweiten Abgasrohr ausgestattet
ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Teilabschaltung einer
derartigen Mehrzylinder-Brennkraftmaschine.
Aufgrund der begrenzten Ressourcen an fossilen Energieträgern, insbesondere
aufgrund der begrenzten Vorkommen an Mineralöl als Rohstoff für die Gewinnung
von Brennstoffen für den Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen, ist man bei der
Entwicklung von Verbrennungsmotoren ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu
minimieren, wobei eine verbesserte d. h. effektivere Verbrennung im Vordergrund
der Bemühungen steht.
Problematisch ist der Kraftstoffverbrauch und damit der Wirkungsgrad insbesondere
bei Ottomotoren. Der Grund hierfür liegt im prinzipiellen Arbeitsverfahren des
Ottomotors. Der Ottomotor arbeitet mit einem homogenen Brennstoff-Luftgemisch,
das - sofern keine Direkteinspritzung vorliegt - durch äußere Gemischbildung
aufbereitet wird, indem in die angesaugte Luft im Ansaugtrakt Kraftstoff eingebracht
wird. Die Einstellung der gewünschten Leistung erfolgt durch Veränderung der
Füllung des Brennraumes, so daß dem Arbeitsverfahren des Ottomotors - anders als
beim Dieselmotor - eine Quantitätsregelung zugrunde liegt.
Diese Laststeuerung erfolgt in der Regel mittels einer im Ansaugtrakt vorgesehenen
Drosselklappe. Durch Verstellen der Drosselklappe kann der Druck der angesaugten
Luft hinter der Drosselklappe mehr oder weniger stark reduziert werden. Je weiter die
Drosselklappe geschlossen ist d. h. je mehr sie den Ansaugtrakt versperrt desto
höher ist der Druckverlust der angesaugten Luft über die Drosselklappe hinweg und
desto geringer ist der Druck der angesaugten Luft hinter der Drosselklappe und vor
dem Einlaß in den Brennraum. Bei konstantem Brennraumvolumen kann auf diese
Weise über den Druck der angesaugten Luft die Luftmasse d. h. die Quantität
eingestellt werden. Dies erklärt auch, weshalb sich diese Art der Quantitätsregelung
gerade im Teillastbereich als nachteilig erweist, denn geringe Lasten erfordern eine
hohe Drosselung und Druckabsenkung im Ansaugtrakt, wodurch die
Ladungswechselverluste mit abnehmender Last und zunehmender Drosselung
zunehmen, was im folgenden kurz erläutert wird.
Die Quantitätsregelung mittels Drosselklappe hat thermodynamische Nachteile.
Aufgrund der Druckabsenkung der angesaugten Luft wird der vier Takte umfassende
Kreisprozeß thermodynamisch nachteilig beeinflußt, da durch die Drosselung der
innere Mitteldruck pmi infolge des reduzierten Drucks der angesaugten Luft und den
damit verbundenen größeren Ladungswechselverlusten absinkt. Zusammen mit dem
Hubvolumen Vh ergibt der innere Mitteldruck pmi die gewonnene Arbeit pro Arbeitspiel
WA. Es gilt:
pmi *Vh = ∫ p dV-WA
Weitere erhebliche Wirkungsgradverluste ergeben sich durch Wandwärmeverluste Q
infolge des Wärmeüberganges von den Verbrennungsgasen an die
Brennraumwände im Brennraum.
Um die beschriebenen Verluste - die Drosselverluste einerseits und die
Wärmeübergangsverluste andererseits - zu senken, wurden verschiedene Strategien
zur Laststeuerung entwickelt, die sich im Stand der Technik wiederfinden.
Aufgrund der Tatsache, daß beim Ottomotor durch die prinzipbedingte
Drosselregelung im Teillastbereich hohe Ladungswechselverluste mit den daraus
resultierenden relativ schlechten Teillastwirkungsgraden auftreten und andererseits
beim Dieselmotor die Qualitätsregelung zu einem relativ guten Wirkungsgrad im
Teillastbereich und damit zu einem günstigen Kraftstoffverbrauch führt, wurden
schon früh Versuche unternommen, beide Arbeitsverfahren miteinander zu
kombinieren.
Ein Lösungsansatz zur Entdrosselung nach dem Stand der Technik ist
beispielsweise ein ottomotorisches Arbeitsverfahren mit geschichteter
Brennraumladung. Die direkte Einspritzung des Kraftstoffes kann dabei ein
geeignetes Mittel zur Realisierung der geschichteten Brennraumladung sein. Die
Direkteinspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum führt neben der Vermeidung
von Drosselverlusten ebenfalls zu einer Verminderung der Wärmeverluste, da die
sich im Brennraum bewegende Flamme mit ihrer ungünstig hohen
Wärmeübertragung nur auf einen kleinen Teil der Brennrauminnenwand trifft.
Eine andere Möglichkeit den Verbrennungsprozeß eines Ottomotors zu optimieren,
besteht in der Verwendung eines variablen Ventiltriebs. Im Gegensatz zu
konventionellen Ventiltrieben, bei denen sowohl der Hub der Ventile als auch die
Steuerzeiten, d.h. die Öffnungs- und Schließzeiten der Einlaß- und Auslaßventile,
bedingt durch die nicht flexible, da nicht verstellbare Mechanik des Ventiltriebes als
unveränderliche Größen vorgegeben sind, können diese den Verbrennungsprozeß
und damit den Kraftstoffverbrauch beeinflussenden Parameter mittels variabler
Ventiltriebe mehr oder weniger stark variiert werden. Die ideale Lösung wäre eine
voll variable Ventilsteuerung, die für jeden beliebigen Betriebspunkt des Ottomotors
speziell abgestimmte Werte für den Hub und die Steuerzeiten zuläßt.
Spürbare Kraftstoffeinsparungen können aber auch mit nur teilweise variablen
Ventiltrieben erzielt werden. Ein solcher Ventiltrieb ist beispielsweise der
VALVETRONIC Ventiltrieb von BMW, wie er in der Motortechnischen Zeitung,
Jahrgang 2001, Heft 6, Seite 18 beschrieben wird.
Bei diesem Ventiltrieb kann die Schließzeit des Einlaßventils und der Einlaßventilhub
variiert werden. Hierdurch ist eine drosselfreie und damit verlustfreie Laststeuerung
möglich.
Die während des Ansaugvorganges in den Brennraum einströmende Gemischmasse wird dabei nicht wie bei konventionellen Ottomotoren mittels einer im Ansaugtrakt angeordneten Drosselklappe gesteuert d. h. bemessen, sondern über den Einlaßventilhub und die Öffnungsdauer des Einlaßventils.
Die während des Ansaugvorganges in den Brennraum einströmende Gemischmasse wird dabei nicht wie bei konventionellen Ottomotoren mittels einer im Ansaugtrakt angeordneten Drosselklappe gesteuert d. h. bemessen, sondern über den Einlaßventilhub und die Öffnungsdauer des Einlaßventils.
Ein variabler Ventiltrieb wurde ebenfalls von Porsche als ein Lösungsansatz erkannt
und mit der VarioCam Plus realisiert.
Die aufgezeigten Konzepte weisen ausnahmslos den Nachteil auf, daß sie nicht
universal einsetzbar sind, da sie wesentliche Änderungen am Grundmotor bzw. dem
Ventiltrieb und zusätzliche komplexe Bauteile erfordern. Folglich können sie nur bei
zukünftigen Motorengenerationen berücksichtigt werden, da sie sich nicht für eine
Nachrüstung bereits im Verkehr befindlicher Motoren eignen. Ein Konzept zur
Entdrosselung von mit Drosselklappen ausgestatteten Ottomotoren, das auch bei
bereits auf dem Markt befindlichen Motoren angewendet werden könnte, wird im
Stand der Technik nicht aufgezeigt.
Zwar kann grundsätzlich der Wirkungsgrad im Teillastbereich auch durch die
Abschaltung eines oder mehrerer Zylinder verbessert d. h. erhöht werden. Denn die
Abschaltung einiger Zylinder der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine erhöht die
Belastung der in Betrieb befindlichen Zylinder, so daß die Drosselklappe weiter
geöffnet werden kann bzw. muß, wodurch eine Entdrosselung der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine
erreicht wird.
Im Stand der Technik werden aber ausschließlich Brennkraftmaschinen und
Verfahren beschrieben, bei denen die Teilabschaltung durch eine vollständige
Absperrung der abzuschaltenden Zylinder erfolgt. D. h. die Zylinder werden
abgeschaltet, indem sowohl die Zufuhr von Verbrennungsluft als auch die Zufuhr von
Kraftstoff unterbunden wird. Hierzu ist eine völlige Neugestaltung des Ansaugtraktes
herkömmlicher Brennkraftmaschinen erforderlich, weshalb sich dieser
Lösungsansatz zur Entdrosselung nur bedingt für eine Nachrüstung bereits auf dem
Markt befindlicher Motoren anbietet.
Dabei muß nämlich der Ansaugtrakt in der Art modifiziert werden, daß die ständig in
Betrieb befindlichen Zylinder und die abschaltbaren Zylinder über separate
Ansaugkanäle verfügen. Zudem muß im dem Ansaugkanal der abschaltbaren
Zylinder ein Absperrelement vorgesehen werden, mit dem die Zufuhr von
Verbrennungsluft bzw. von Kraftstoff/Luftgemisch im Rahmen der Teilabschaltung
gesteuert d. h. gesperrt bzw. freigegeben werden kann.
Eine Brennkraftmaschine der in Rede stehenden Art und ein Verfahren zur
Teilabschaltung einer derartigen Brennkraftmaschine offenbart die deutsche
Offenlegungsschrift DE 33 05 704 A1 am Beispiel eines Sechs-Zylinder-Reihenmotors,
wobei dieser Schrift nicht die Teilabschaltung als solche sondern eine
genaue Steuerung des Abgasrückführungsverhältnisses über den gesamten
Betriebsbereich des Motors zur Verringerung schädlicher Emissionen zugrunde liegt.
Die DE 33 05 704 A1 beschreibt eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine der
gattungsbildenden Art, welche eine Steuereinrichtung aufweist, die eine Anzahl von
Zylindern dadurch außer Betrieb setzt, daß sie unter Betriebsbedingungen mit
niedriger Last die Strömung des Luft/Treibstoffgemisches zu den außer Betrieb
genommenen Zylindern sperrt. Hierzu ist der Ansaugkrümmer in zwei Ansaugkanäle
unterteilt, von denen der erste Ansaugkrümmer zu den ständig in Betrieb
befindlichen Zylindern und der zweite Ansaugkanal zu den abschaltbaren Zylindern
führt. Zusätzlich verfügt der zweite Ansaugkanal über ein Absperrventil in Gestalt
einer zweiten Drosselklappe, mit der dieser zweite Abgaskanal freigegeben bzw. zu
dem Zwecke der Teilabschaltung gesperrt werden kann.
Der Ansaugtrakt dieser Mehrzylinder-Brennkraftmaschine ist mit einem
herkömmlichen Ansaugtrakt nicht mehr vergleichbar und kann auch nicht in einfacher
Weise durch Umbau eines solchen Ansaugtraktes hergestellt werden.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine
Mehrzylinder-Brennkraftmaschine bereitzustellen, die über eine Teilabschaltung zur
Entdrosselung der Brennkraftmaschine verfügt, mit welcher die nach dem Stand der
Technik bekannten Nachteile überwunden werden, wobei die Teilabschaltung
insbesondere von der Art ist, daß nur eine geringe Modifizierung herkömmlicher
Brennkraftmaschinen erforderlich ist
Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren
zur Teilabschaltung und damit zur Entdrosselung einer derartigen Mehrzylinder-Brennkraftmaschine
aufzuzeigen, mit dem die nach dem Stand der Technik
bekannten Nachteile überwunden werden, und das insbesondere eine Nachrüstung
von bereits auf dem Markt befindlichen herkömmlichen Brennkraftmaschinen erlaubt.
Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit
einer Lambda-Sonde, einem Katalysator und mit einer ersten Gruppe von Zylindern
und einer zweiten Gruppe von Zylindern, die beide jeweils mindestens einen Zylinder
umfassen und von denen die zweite Gruppe von Zylindern im Teillastbereich
abschaltbar ist, wobei die erste Gruppe von Zylindern mit einem separaten ersten
Abgasrohr und die zweite Gruppe von Zylindern mit einem separaten zweiten
Abgasrohr ausgestattet ist, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß
- die Lambda-Sonde und der Katalysator im ersten Abgasrohr angeordnet sind,
- eine zweite Lambda-Sonde und ein zweiter Katalysator vorgesehen sind, wobei die zweite Lambda-Sonde und der zweite Katalysator im zweiten Abgasrohr oder, wenn beide Abgasrohre in ein Gesamtabgasrohr münden, die zweite Lambda-Sonde im zweiten Abgasrohr und der zweite Katalysator in diesem Gesamtabgasrohr angeordnet sind, und
- im Einlaßbereich der Zylinder nur eine gemeinsame, regelbare Drosselklappe angeordnet ist, mit der die Menge an Verbrennungsluft, mit der die Zylinder beaufschlagt werden, dosiert wird, wobei die zweite Gruppe von Zylindern im Teillastbereich dadurch abgeschaltet wird, daß die Kraftstoffzufuhr zu diesen Zylindern unterbunden wird.
Mittels der erfindungsgemäßen Mehrzylinder-Brennkraftmaschine können die
thermodynamischen Nachteile d.h. die Ladungswechselverluste, welche sich infolge
der Quantitätsregelung mittels Drosselklappe ergeben, abgeschwächt werden. Im
Teillastbereich kann eine zweite Gruppe von Zylindern abgeschaltet werden,
wodurch sich die Last der ersten Gruppe von Zylindern erhöht, was eine Öffnung der
Drosselklappe und damit eine Entdrosselung der Brennkraftmaschine erlaubt.
Dabei erfolgt erfindungsgemäß die Teilabschaltung in vorteilhafter Weise dadurch,
daß lediglich die Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern der zweiten Gruppe unterbunden
wird, wodurch diese in der Art außer Betrieb gesetzt werden, daß zwar die
angesaugte Verbrennungsluft nach wie vor die abgeschalteten Zylinder durchströmt,
aber infolge des fehlenden Kraftstoffeintrages keine Verbrennung in diesen Zylindern
stattfindet.
Die zweite Gruppe von Zylindern trägt damit während der Teilabschaltung nicht zur
Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine bei. Im Gegenteil, dadurch daß die
Frischluft nicht - wie im Stand der Technik beschrieben - abgespe rrt wird, sondern
die Zylinder der zweite Gruppe weiterhin passiert, nimmt diese Luft an den vier
Arbeitstakten - Ansaugen, Komprimieren, Expandieren und Ausschieben - weiterhin
teil, so daß die abgeschalteten Zylindern nicht nur keine Arbeit abgeben, sondern
vielmehr Arbeit für den Ladungswechsel in diesen Zylinder investiert werden muß.
Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist darin zu
sehen, daß im Gegensatz zu der in der DE 33 05 704 A1 beschriebenen
Brennkraftmaschine die abschaltbaren Zylinder der zweiten Gruppe bei
Teilabschaltung nicht völlig isoliert zu werden brauchen in der Art, daß diese
Zylinder mittels eines Absperrventils von der Versorgung mit Verbrennungsluft bzw.
Frischgemisch abgeschnitten werden. Folglich erfordert die erfindungsgemäße
Brennkraftmaschine nicht nur kein Absperrventil. Der Ansaugtrakt muß auch nicht in
der Art modifiziert werden, daß die ständig in Betrieb befindlichen Zylinder der ersten
Gruppe und die abschaltbaren Zylinder der zweiten Gruppe über separate
Ansaugkanäle verfügen.
Mit anderen Worten gesagt; die Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden
Erfindung kann mit einem herkömmlichen Ansaugsystem bzw. Ansaugtrakt
ausgestattet werden, was zum einen die Entwicklungskosten senkt und zum anderen
das vorgeschlagene Konzept einer Teilabschaltung auch für eine Nachrüstung
bereits auf dem Markt befindlicher Brennkraftmaschinen geeignet erscheinen läßt.
Der Ansaugtrakt muß lediglich mit einer Drosselklappe ausgestattet werden, die in
einem Close-Loop-Verfahren regelbar ist, wobei eine Drosselklappe grundsätzlich
bereits vorhanden ist.
Ein Vorteil der regelbaren Drosselklappe ist es, daß beim Aktivieren bzw.
Deaktivieren der Teilabschaltung d.h. das Drehmoment des Motors nicht abfällt bzw.
ansteigt und der Fahrer das Gaspedal nicht nachführen muß, um die Last zu halten,
was bei nicht regelbarer Drosselklappe der Fall wäre.
Aufgrund des der erfindungsgemäßen Teilabschaltung zugrunde liegenden Prinzips,
nämlich die Teilabschaltung lediglich durch das Unterbinden der Kraftstoffzufuhr bei
ungestörter Förderung der Verbrennungsluft zu realisieren, sind bestimmte
Modifikationen des Abgastraktes erforderlich. Diese Modifikationen können aber in
Art und Umfang nicht mit den aus dem Stand der Technik bekannten, oben
beschriebenen Modifikationen des Ansaugtraktes verglichen werden.
Dabei wird die erste Gruppe von Zylindern mit einem separaten ersten Abgasrohr
und die zweite Gruppe von Zylindern mit einem separaten zweiten Abgasrohr
ausgestattet, wobei beide Abgasrohre zu einem Gesamtabgasrohr zusammengeführt
werden können. Eine derartige Ausbildung des Abgastraktes ist aber nach dem
Stand der Technik teilweise schon üblich und ergibt sich dadurch, daß die Auslässe
der Zylinder über separate Abgaskrümmer verfügen, die dann stufenweise
zusammengeführt werden. So ist beispielsweise ein sogenannter Vier-in-Zwei-in-Eins-Abgaskrümmer
für einen Vierzylinder-Reihenmotor durchaus gebräuchlich.
Erfindungsgemäß werden die Lambda-Sonde und der Katalysator im ersten
Abgasrohr angeordnet. Dieser erste Katalysator dient ausschließlich zur
Konvertierung der aus den ständig in Betrieb befindlichen Zylindern der ersten
Gruppe ausströmenden Abgase und wird unabhängig vom Betriebszustand der
Brennkraftmaschine weder von den Abgasen der abschaltbaren Zylinder der zweiten
Gruppe noch von der bei Teilabschaltung durch diese abgeschalteten Zylinder
geführten Luft beaufschlagt.
Aus diesem Grunde wird ergänzend eine zweite Lambda-Sonde und ein zweiter
Katalysator vorgesehen, wobei diese zweite Lambda-Sonde und dieser zweite
Katalysator im zweiten Abgasrohr oder, wenn beide Abgasrohre in ein
Gesamtabgasrohr münden, die zweite Lambda-Sonde im zweiten Abgasrohr und der
zweite Katalysator in diesem Gesamtabgasrohr angeordnet sind.
Die beiden Varianten werden im Rahmen der Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen und im Rahmen der Beschreibung der Figuren näher erläutert.
Beide haben das Ziel, daß die aus den Zylindern der zweiten Gruppe ausströmenden
Abgase einen Katalysator durchströmen und konvertiert werden.
Wie ausführlich dargelegt, wird mit der erfindungsgemäßen Mehrzylinder-Brennkraftmaschine
eine Brennkraftmaschine bereitgestellt, die über eine
Teilabschaltung zur Entdrosselung der Brennkraftmaschine verfügt, mit welcher die
nach dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden, wobei die
Teilabschaltung insbesondere von der Art ist, daß nur eine geringe Modifizierung
herkömmlicher Brennkraftmaschinen mit entsprechend wenig zusätzlichen Bauteilen
und Kosten erforderlich ist. Damit wird die erste der Erfindung zugrunde liegende
Aufgabe gelöst.
Bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen, bei denen die zweite Lambda-Sonde und der
zweite Katalysator im zweiten Abgasrohr angeordnet sind und die beiden Abgasrohre
in ein Gesamtabgasrohr münden, sind Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch
gekennzeichnet sind, daß ein dritter Katalysator vorgesehen ist, wobei der dritte
Katalysator im Gesamtabgasrohr angeordnet ist.
Bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen, bei denen die zweite Lambda-Sonde im
zweiten Abgasrohr und der zweite Katalysator im Gesamtabgasrohr angeordnet ist,
sind Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, daß ein dritter
Katalysator vorgesehen ist, wobei der dritte Katalysator im zweiten Abgasrohr hinter
der zweiten Lambda-Sonde angeordnet ist.
Gemäß diesen Ausführungsformen werden bei deaktivierter Teilabschaltung die
beiden Abgasströme der beiden Zylindergruppen jeweils in einem separaten im
ersten bzw. zweiten Abgasrohr angeordneten Katalysator einer
Abgasnachbehandlung unterzogen. Anschließend werden sie gemischt und
gemeinsam einem weiteren Katalysator zugeführt, in dem nochmals eine
Abgasnachbehandlung erfolgt. Vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist, daß die
beiden Gasströme der zwei Gruppen von Zylindern auch bei Teilabschaltung zu
einem Gesamtabgasstrom zusammengeführt werden und anschließend einen
weiteren, im Gesamtabgasrohr vorgesehenen Katalysator durchlaufen.
Bei der letztgenannten Variante handelt es sich bei dem Gasstrom der zweiten
Gruppe von Zylindern um einen reinen Luftstrom, der dem eigentlichen Abgasstrom
der ersten Gruppe nach der ersten und vor der zweiten Nachbehandlung ähnlich wie
bei einer Sekundärlufteinblasung zugeführt wird. Der zusätzliche Sauerstoff kann für
eine weitere Oxidation der Schadstoffe, insbesondere der Oxidation von
unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) und von Kohlenmonoxid (CO), im
Abgastrakt dienen.
Da für die HC- und CO-Oxidation relativ hohe Temperaturen erforderlich sind, sind
gerade die Konzentrationen dieser Schadstoffe insbesondere nach einem Kaltstart
und im Teillastbereich, also bei einer niedrigen Betriebstemperatur der
Brennkraftmaschine, hoch, weshalb sich die letztgenannten Ausführungsformen der
Brennkraftmaschine insbesondere beim Betrieb mit niedrigen Temperaturen als
vorteilhaft erweisen. Zum einen wird durch die Teilabschaltung der zweiten Gruppe
von Zylindern die Last der übrigen Zylinder und damit die Betriebstemperatur der
Brennkraftmaschine erhöht. Zum anderen dient zur Sekundärlufteinblasung der
Luftstrom, der durch die abgeschalteten Zylinder geführt wurde, und damit ein
vorerwärmter Luftstrom, der die HC- und CO-Oxidation in vorteilhafter Weise
unterstützt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, bei denen
die Drosselklappe eine elektronisch geregelte Drosselklappe ist. Vorteilhaft ist diese
Ausführungsform, weil die Elektronik grundsätzlich verstärkt im Motorenbau zur
Anwendung kommt und deshalb häufig eine elektronisch geregelte Drosselklappe
bereits vorhanden ist. Des weiteren kann eine bereits vorhandene Motorsteuerung
die Regelung einer derartigen Drosselklappe übernehmen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, bei denen
hinter den eingebauten Katalysatoren jeweils eine weitere Lambda-Sonde
vorgesehen ist, so daß eine erweiterte On-Board-Diagnose durchführbar ist. Die On-Board-Diagnose
wurde als Kontrolle des Emissionsverhaltens eines im Verkehr
befindlichen Kraftfahrzeuges eingeführt. Zunächst wurden dabei emissionsrelevante
Komponenten der Motorsteuerung und dergleichen überwacht. Später war eine
Erweiterung der überwachten Komponenten Ziel der Bemühungen. So ist gemäß der
bevorzugten Ausführungsform der Brennkraftmaschine eine Überwachung der
Lambda-Sonde und des Katalysators möglich, wobei eine Anzeige und
Abspeicherung der erfaßten Daten sowie ein Zugriff auf diese Daten vorgesehen
werden kann.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, bei denen
die Mehrzylinder-Brennkraftmaschine eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine ist. Es
muß nämlich berücksichtigt werden, daß sich eine Entwicklung hin zu kleinen,
hochaufgeladenen Motoren vollzogen hat und weiter vollzieht. Dabei ist die
Aufladung in erster Linie ein Verfahren zur Leistungssteigerung, bei dem die für den
motorischen Verbrennungsprozeß benötigte Luft verdichtet wird, so daß pro
Arbeitsspiel eine größere Luftmasse in den Brennraum gelangt. Dadurch kann die
Kraftstoffmasse gesteigert werden. Bei gezielter Auslegung der Aufladung können
ebenfalls Vorteile im Wirkungsgrad und bei den Abgasemissionen erzielt werden. Ein
typischer Vertreter der kleinen, hochaufgeladenen Motoren ist ein Ottomotor mit
Abgasturboaufladung, bei der die Abgasenergie zur Verdichtung der
Verbrennungsluft eingesetzt wird.
Mittels des erfindungsgemäßen Prinzips der Teilabschaltung, könnte eine
Teilabschaltung auch bei diesen Motoren erfolgen, ohne daß auf die Vorteile der
Aufladung verzichtet werden müßte. Bei hochaufgeladenen Motoren, die bei
entsprechend hohen Temperaturen betrieben werden, würde sich die
Teilabschaltung insbesondere auch deswegen vorteilhaft auswirken, weil die
Verringerung der Wärmeverluste, welche aus dem Wärmeübergang vom
Brennrauminneren auf die Brennraumwände herrühren, hier aufgrund der hohen
Betriebstemperaturen besonders deutlich ausfallen würde. Dabei ist die Verringerung
der Wandwärmverluste durch Verringerung der Brennraumoberflächen infolge
Teilabschaltung ein grundsätzlicher Vorteil dieses Prinzips der Entdrosselung.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, bei denen
die Mehrzylinder-Brennkraftmaschine ein Reihenmotor ist, wobei vorzugsweise
entweder die erste Gruppe von Zylindern die beiden inneren und die zweite Gruppe
von Zylindern die beiden äußeren Zylinder umfaßt oder die erste Gruppe von
Zylindern die beiden äußeren und die zweite Gruppe von Zylindern die beiden
inneren Zylinder umfaßt. Günstig ist dies deshalb, weil einerseits der erste und der
vierte Kolben und andererseits der zweite und der dritte Kolben die gleiche
Bewegung ausführen, weshalb eine Zusammenlegung dieser Kolben zu
entsprechenden Gruppen zu bevorzugen ist.
Die zweite Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch ein Verfahren zur
Teilabschaltung einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine der gattungsbildenden Art
gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß
- im Einlaßbereich der Zylinder lediglich eine gemeinsame, regelbare Drosselklappe angeordnet wird, mit der die Menge an Verbrennungsluft, mit der die Zylinder beaufschlagt werden, dosiert wird,
- die zweite Gruppe von Zylindern im Teillastbereich dadurch abgeschaltet wird, daß die Kraftstoffzufuhr zu diesen Zylindern unterbunden wird,
- die Lambda-Sonde und der Katalysator im ersten Abgasrohr angeordnet werden,
- eine zweite Lambda-Sonde und ein zweiter Katalysator vorgesehen werden, wobei die zweite Lambda-Sonde und der zweite Katalysator im zweiten Abgasrohr oder, wenn beide Abgasrohre in ein Gesamtabgasrohr münden, die zweite Lambda-Sonde im zweiten Abgasrohr und der zweite Katalysator in diesem Gesamtabgasrohr angeordnet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren schaltet die zweite Gruppe von Zylindern ab,
indem die Kraftstoffzufuhr unterbunden wird, ohne daß die Luftzufuhr zu den
abgeschalteten Zylindern mittels Absperrelementen verhindert zu werden braucht. Es
ist damit nicht erforderlich, die abgeschalteten Zylindern bei Teilabschaltung völlig zu
isolieren oder die Ventilbetätigungseinrichtung dieser Zylinder außer Betrieb zu
setzen. Das Grundprinzip des Verfahrens ist es, daß auch bei Teilabschaltung die
Versorgung der abgeschalteten Zylinder mit Frischluft aufrechterhalten wird.
Im Teillastbereich wird eine zweite Gruppe von Zylindern abgeschaltet, wodurch die
Last der übrigen in Betrieb befindlichen Zylinder erhöht wird, so daß die
Drosselklappe weiter geöffnet werden muß. Damit ist das erfindungsgemäße
Verfahren ein Verfahren zur Entdrosselung einer Brennkraftmaschine.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren erfordert das erfindungsgemäße
Verfahren keine aufwendige Modifikation des Ansaugtraktes, sondern lediglich die
Verwendung einer zweiten Lambda-Sonde und eines zweiten Katalysators.
Bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen, bei denen die zweite Lambda-Sonde und der
zweite Katalysator im zweiten Abgasrohr angeordnet werden und die beiden
Abgasrohre in ein Gesamtabgasrohr münden, sind Ausführungsformen des
Verfahrens zur Teilabschaltung vorteilhaft, bei denen ein dritter Katalysator
vorgesehen wird, wobei der dritte Katalysator im Gesamtabgasrohr angeordnet wird.
Bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen, bei denen die zweite Lambda-Sonde im
zweiten Abgasrohr und der zweite Katalysator im Gesamtabgasrohr angeordnet
werden, sind Ausführungsformen des Verfahrens zur Teilabschaltung vorteilhaft, bei
denen ein dritter Katalysator v orgesehen wird, wobei der dritte Katalysator im
zweiten Abgasrohr hinter der zweiten Lambda-Sonde angeordnet wird.
Die Vorteile der beiden zuletzt genannten Ausführungsformen wurden bereits im
Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine erläutert, weshalb
an dieser Stelle auf diese Ausführungen bezug genommen werden soll.
Insbesondere die Nachoxidation von unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) und
Kohlenmonoxid (CO) während des teilabgeschalteten Betriebes der
Brennkraftmaschine mittels Zuführen der durch die abgeschalteten Zylinder
geförderten Luft in das Gesamtabgasrohr ist als vorteilhaft anzusehen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens zur Teilabschaltung, bei denen
als regelbare Drosselklappe eine elektronisch geregelte Drosselklappe verwendet
wird, da der Einsatz elektronisch geregelter Drosselklappen bereits weit verbreitet ist
und weiter zunimmt und diese Art der Regelung über eine bereits vorhandene
Motorsteuerung erfolgen kann, so daß keine zusätzliche Regelvorrichtung
vorgesehen werden muß. Diese Ausführungsform ist daher auch im Hinblick auf die
Kosten zu bevorzugen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens zur Teilabschaltung, bei denen
hinter den eingebauten Katalysatoren jeweils eine weitere Lambda-Sonde
vorgesehen wird, um eine erweiterte On-Board-Diagnose (OBD) durchführen zu
können.
Zur Teilabschaltung eines Vierzylinder-Reihenmotors sind Ausführungsformen des
Verfahrens vorteilhaft, bei denen die ersten Gruppe von Zylindern die beiden inneren
und die zweite Gruppe von Zylindern die beiden äußeren Zylinder umfaßt, so daß
eine Teilabschaltung der Brennkraftmaschine durch Abschalten der beiden äußeren
Zylinder erfolgt, wobei ebenfalls Ausführungsformen des Verfahrens vorteilhaft sind,
bei denen die erste Gruppe von Zylindern die beiden äußeren und die zweite Gruppe
von Zylindern die beiden inneren Zylinder umfaßt, so daß eine Teilabschaltung der
Brennkraftmaschine durch Abschalten der beiden inneren Zylinder erfolgt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von drei Ausführungsbeispielen gemäß den
Figuren 1, 2 und 3 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
- Fig. 1
- schematisch eine erste Ausführungsform der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine,
- Fig. 2
- schematisch eine zweite Ausführungsform der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, und
- Fig. 3
- schematisch eine dritte Ausführungsform der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine.
Figur 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine
1. Dabei handelt sich um einen Reihenmotor 1 mit vier Zylindern
A,B,C,D.
Die vier Zylinder A,B,C,D der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine 1 sind in zwei
Gruppen 2,3 von Zylindern A,B,C,D aufgeteilt. Die erste Gruppe 2 von Zylindern
umfaßt die beiden inneren Zylinder B,C der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine 1,
wohingegen die zweite Gruppe 3 von Zylindern die beiden äußeren Zylinder A,D
umfaßt. Bei dem im Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die
Teilabschaltung der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine 1 durch Abschalten der
zweiten Gruppe 3 von Zylindern d.h. durch Abschalten der beiden äußeren Zylinder
A,D, was weiter unten noch näher beschrieben werden wird.
Alle vier Zylinder A,B,C,D verfügen über ein gemeinsames Plenum 5 und eine
gemeinsame, elektronisch geregelte Drosselklappe 6 im Einlaßbereich 4, mit der die
von den vier Zylindern A,B,C,D angesaugte Luftmenge geregelt wird. Die
Brennkraftmaschine 1 kann aufgrund des der Teilabschaltung zugrunde liegenden
Prinzips, nämlich die Teilabschaltung lediglich durch das Unterbinden der
Kraftstoffzufuhr bei ungestörter Förderung der Verbrennungsluft zu realisieren, mit
einem üblichen Ansaugtrakt 4 und nur einer regelbaren Drosselklappe 6 ausgestattet
werden. Eine aufwendige Neukonstruktion bzw. Umgestaltung des Ansaugtraktes -
wie bei der aus dem Stand der Technik bekannten und beschriebenen
Teilabschaltung - ist nicht erforderlich.
Es sind lediglich kleinere Modifikationen des Abgastraktes 7 durchzuführen, die
dadurch begründet sind, daß auch bei Teilabschaltung weiter Luft durch die
abgeschalteten Zylinder A,D gefördert wird. Diese Modifikationen können aber in Art
und Umfang nicht mit den aus dem Stand der Technik bekannten Modifikationen des
Ansaugtraktes verglichen werden.
Hierzu ist die erste Gruppe 2 von Zylindern B,C mit einem separaten ersten
Abgasrohr 8 und die zweite Gruppe 3 von Zylindern A,D mit einem separaten
zweiten Abgasrohr 9 ausgestattet, wobei beide Abgasrohre 8,9 in ein
Gesamtabgasrohr 10 münden d.h. zu einem gemeinsamen Abgasrohr 10
zusammengeführt werden. Damit ist der Abgastrakt 7 als sogenannter Vier-in-Zweiin-Eins-Abgaskrümmer
ausgebildet.
Die erste Lambda-Sonde 11 und der erste Katalysator 12 sind dabei grundsätzlich im
ersten Abgasrohr 8 angeordnet, weil die Abgase der ständig in Betrieb befindlichen
Zylinder B,C der ersten Gruppe 2 von Zylindern in dieses erste Abgasrohr 8
eingeleitet werden. Auf diese Weise ist eine Abgasnachbehandlung der Abgase
dieser ständig in Betrieb befindlichen Zylinder B,C gewährleistet.
Es sind des weiteren eine zweite Lambda-Sonde 13 und ein zweiter Katalysator 14
vorgesehen, wobei die zweite Lambda-Sonde 13 im zweiten Abgasrohr 9 und der
zweite Katalysator 14 im Gesamtabgasrohr 10 angeordnet sind.
Gemäß dieser Ausführungsformen werden bei deaktivierter Teilabschaltung die
beiden Abgasströme der beiden Zylindergruppen 2,3 in der Art nachbehandelt, daß
der Abgasstrom der ersten Gruppe 2 von Zylindern B,C in dem separaten, im ersten
Abgasrohr 8 angeordneten Katalysator 12 einer Abgasnachbehandlung unterzogen
wird. Anschließend werden der Abgasstrom der zweiten Gruppe 3 von Zylindern A,D
mit dem bereits nachbehandelten Abgasstrom der ersten Gruppe 2 von Zylindern
B,C gemischt und gemeinsam einem zweiten Katalysator 14 zugeführt, in dem
nochmals eine Abgasnachbehandlung erfolgt.
Vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist aber insbesondere das Zusammenwirken
der Gasströme bei aktivierter Teilabschaltung. Denn die beiden Gasströme der zwei
Gruppen 2,3 von Zylindern A,B,C,D werden auch bei Teilabschaltung zu einem
Gesamtabgasstrom zusammengeführt und durchlaufen anschließend einen weiteren,
im Gesamtabgasrohr 10 vorgesehenen Katalysator 14.
Bei aktivierter Teilabschaltung handelt es sich bei dem Gasstrom der zweiten Gruppe
3 von Zylindern A,D um einen reinen Luftstrom, der dem eigentlichen Abgasstrom
der ersten Gruppe 2 nach der ersten und vor der zweiten Nachbehandlung ähnlich
wie bei einer Sekundärlufteinblasung zugeführt wird. Der zusätzliche Sauerstoff kann
für eine weitere Oxidation der Schadstoffe, insbesondere der Oxidation von
unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) und von Kohlenmonoxid (CO), im
Abgastrakt 7 dienen.
Die beiden vor den Katalysatoren 12,14 angeordneten Lambda-Sonden 11,13 dienen
der Überwachung des Luftverhältnisses, um eine optimale Funktionsweise der
Katalysatoren 12,14 und damit eine optimale Konvertierung der Schadstoffe zu
gewährleisten. Hinter diesen Katalysatoren 12,14 kann zusätzlich jeweils eine OBD-Monitor-Lambda-Sonde
17 vorgesehen werden, um eine erweiterte On-Board-Diagnose
(OBD) durchführen zu können. Es kann alternativ auch nur eine OBD-Monitor-Lambda-Sonde
17 hinter dem zweiten Katalysatoren 14 vorgesehen werden,
der zur On-Board-Diagnose (OBD) beider Katalysatoren 12,14 verwendet wird.
Figur 2 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine
1. Im Unterschied zu der in Figur 1 dargestellten
Ausführungsform verfügt die zweite Ausführungsform über eine andersartige
Anordnung der zwei im Abgastrakt 7 angeordneten Katalysatoren 12,14, auf die im
folgenden eingegangen wird. Im übrigen wird bezug genommen auf Figur 1. Für
dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform erfolgt die Teilabschaltung der
Mehrzylinder-Brennkraftmaschine 1 auch durch Abschalten der zweiten Gruppe 3
von Zylindern d.h. durch Abschalten der beiden äußeren Zylinder A,D.
Die erste Lambda-Sonde 11 und der erste Katalysator 12 sind im ersten Abgasrohr 8
angeordnet, um die Abgase der ständig in Betrieb befindlichen Zylindern B,C einer
Abgasnachbehandlung zuzuführen.
Es sind des weiteren eine zweite Lambda-Sonde 13 und ein zweiter Katalysator 14
vorgesehen, wobei die zweite Lambda-Sonde 13 und der zweite Katalysator 14 bei
dem im Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine
1 im zweiten Abgasrohr 9 angeordnet sind.
Gemäß dieser Ausführungsformen werden bei deaktivierter Teilabschaltung die
beiden Abgasströme der beiden Zylindergruppen 2,3 in der Art nachbehandelt, daß
der Abgasstrom der ersten Gruppe 2 von Zylindern B,C und der Abgasstrom der
zweiten Gruppe 3 von Zylindern A,D jeweils in separaten, im ersten bzw. zweiten
Abgasrohr 8,9 angeordneten Katalysatoren 12,14 einer Abgasnachbehandlung
unterzogen werden. Anschließend werden die bereits nachbehandelten Abgasströme
der zweiten Gruppe 3 von Zylindern A,D und der ersten Gruppe 2 von Zylindern B,C
gemischt und gemeinsam einem Gesamtabgasrohr 10 zugeführt.
Das bei Figur 1 im Zusammenhang mit der aktivierten Teilabschaltung Gesagte hat
hinsichtlich der Nachoxidation der Schadstoffe auch für diese Ausführungsform
weiter Gültigkeit.
Figur 3 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine
1. Im Unterschied zu der in Figur 2 dargestellten
Ausführungsform verfügt die dritte Ausführungsform über einen zusätzlichen
Katalysator 16 im Abgastrakt 7, auf den im folgenden eingegangen wird. Im übrigen
wird bezug genommen auf Figur 1 und 2. Für dieselben Bauteile wurden dieselben
Bezugszeichen verwendet.
Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform erfolgt die Teilabschaltu ng der
Mehrzylinder-Brennkraftmaschine 1 auch durch Abschalten der zweiten Gruppe 3
von Zylindern d.h. durch Abschalten der beiden äußeren Zylinder A,D.
Die erste Lambda-Sonde 11 und der erste Katalysator 12 sind im ersten Abgasrohr 8
angeordnet, um die Abgase der ständig in Betrieb befindlichen Zylindern B,C einer
Abgasnachbehandlung zuzuführen.
Es sind des weiteren eine zweite Lambda-Sonde 13 und ein zweiter Katalysator 14
vorgesehen, wobei die zweite Lambda-Sonde 13 im zweiten Abgasrohr 9 und der
zweite Katalysator 14 im Gesamtabgasrohr angeordnet sind.
Die in Figur 3 dargestellte Ausführungsform einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine
1 ist dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Katalysator 16 vorgesehen ist, wobei
der dritte Katalysator 16 im zweiten Abgasrohr 9 hinter der zweiten Lambda-Sonde
13 angeordnet ist.
Gemäß dieser Ausführungsformen werden bei deaktivierter Teilabschaltung die
beiden Abgasströme der beiden Zylindergruppen 2,3 in der Art nachbehandelt, daß
der Abgasstrom der ersten Gruppe 2 von Zylindern B,C und der Abgasstrom der
zweiten Gruppe 3 von Zylindern A,D jeweils in separaten, im ersten bzw. zweiten
Abgasrohr 8,9 angeordneten Katalysatoren 12,16 einer Abgasnachbehandlung
unterzogen werden. Anschließend werden die bereits nachbehandelten Abgasströme
der zweiten Gruppe 3 von Zylindern A,D und der ersten Gruppe 2 von Zylindern B,C
gemischt und gemeinsam einem weiteren, im Gesamtabgasrohr 10 angeordneten
Katalysator 14 zugeführt, in welchem sie einer weiteren Abgasnachbehandlung
unterzogen werden.
Das bei Figur 1 im Zusammenhang mit der aktivierten Teilabschaltung Gesagte hat
hinsichtlich der Nachoxidation der Schadstoffe auch für diese dritte Ausführungsform
weiter Gültigkeit.
Wie bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel kann auch bei den in den
Figuren 2 und 3 dargestellten Varianten alternativ nur eine OBD-Monitor-Lambda-Sonde
17 hinter dem letzten Katalysatoren vorgesehen werden, der zur On-Board-Diagnose
(OBD) sämtlicher Katalysatoren verwendet wird.
- 1
- Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, Vierzylinder-Reihenmotor
- 2
- erste Gruppe von Zylindern
- 3
- zweite Gruppe von Zylindern
- 4
- Ansaugtrakt, Einlaßbereich
- 5
- Plenum
- 6
- Drosselklappe
- 7
- Abgastrakt
- 8
- erstes Abgasrohr, erster Abgaskrümmer
- 9
- zweites Abgasrohr, zweiter Abgaskrümmer
- 10
- Gesamtabgasrohr
- 11
- erste Lambda-Sonde
- 12
- erster Katalysator
- 13
- zweite Lambda-Sonde
- 14
- zweiter Katalysator
- 16
- dritter Katalysator
- 17
- OBD-Monitor-Lambda-Sonde
- A
- erster Zylinder
- B
- zweiter Zylinder
- C
- dritter Zylinder
- D
- vierter Zylinder
Claims (16)
- Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (1) mit einer Lambda-Sonde (11), einem Katalysator (12) und mit einer ersten Gruppe (2) von Zylindern (B,C) und einer zweiten Gruppe (3) von Zylindern (A,D), die beide jeweils mindestens einen Zylinder (A,B,C,D) umfassen und von denen die zweite Gruppe (3) von Zylindern (A,D) im Teillastbereich abschaltbar ist, wobei die erste Gruppe (2) von Zylindern (B,C) mit einem separaten ersten Abgasrohr (8) und die zweite Gruppe (3) von Zylindern (A,D) mit einem separaten zweiten Abgasrohr (9) ausgestattet ist,
dadurch gekennzeichnet, daßdie Lambda-Sonde (11) und der Katalysator (12) im ersten Abgasrohr (8) angeordnet sind,eine zweite Lambda-Sonde (13) und ein zweiter Katalysator (14) vorgesehen sind, wobei die zweite Lambda-Sonde (13) und der zweite Katalysator (14) im zweiten Abgasrohr (9) oder, wenn beide Abgasrohre (8,9) in ein Gesamtabgasrohr (10) münden, die zweite Lambda-Sonde (13) im zweiten Abgasrohr (9) und der zweite Katalysator (14) in diesem Gesamtabgasrohr (10) angeordnet sind, undim Einlaßbereich (4) der Zylinder (A,B,C,D) nur eine gemeinsame, regelbare Drosselklappe (6) angeordnet ist, mit der die Menge an Verbrennungsluft, mit der die Zylinder (A,B,C,D) beaufschlagt werden, dosiert wird, wobei die zweite Gruppe (3) von Zylindern (A,D) im Teillastbereich dadurch abgeschaltet wird, daß die Kraftstoffzufuhr zu diesen Zylindern (A,D) unterbunden wird. - Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, bei der die zweite Lambda-Sonde (13) und der zweite Katalysator (14) im zweiten Abgasrohr (9) angeordnet sind und die beiden Abgasrohre (8,9) in ein Gesamtabgasrohr (10) münden,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein dritter Katalysator (16) vorgesehen ist, wobei der dritte Katalysator (16) im Gesamtabgasrohr (10) angeordnet ist. - Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, bei der die zweite Lambda-Sonde (13) im zweiten Abgasrohr (9) und der zweite Katalysator (14) im Gesamtabgasrohr (10) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein dritter Katalysator (16) vorgesehen ist, wobei der dritte Katalysator (16) im zweiten Abgasrohr (9) hinter der zweiten Lambda-Sonde (13) angeordnet ist. - Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Drosselklappe (6) eine elektronisch geregelte Drosselklappe (6) ist. - Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
hinter den eingebauten Katalysatoren (12,14,16) jeweils eine OBD-Monitor-Lambda-Sonde (17) vorgesehen ist, so daß eine erweiterte On-Board-Diagnose (OBD) durchführbar ist. - Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (1) eine Vierzylinder-Brennkraftmachine (1) ist. - Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (1) ein Reihenmotor (1) ist. - Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 7 mit vier Zylindern (A,B,C,D),
dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Gruppe (2) von Zylindern (B,C) die beiden inneren und die zweite Gruppe (3) von Zylindern die beiden äußeren Zylinder (A,D) umfaßt. - Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 7 mit vier Zylindern,
dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Gruppe (2) von Zylindern die beiden äußeren (A,D) und die zweite Gruppe (3) von Zylindern die beiden inneren Zylinder (B,C) umfaßt. - Verfahren zur Teilabschaltung einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (1) mit einer Lambda-Sonde (11), einem Katalysator (12) und mit einer ersten Gruppe (2) von Zylindern (B,C) und einer zweiten Gruppe (3) von Zylindern (A,D), die beide jeweils mindestens einen Zylinder (A,B,C,D) umfassen und von denen die zweite Gruppe (3) von Zylindern (A,D) im Teillastbereich abschaltbar ist, wobei die erste Gruppe (2) von Zylindern (B,C) mit einem separaten ersten Abgasrohr (8) und die zweite Gruppe (3) von Zylindern (A,D) mit einem separaten zweiten Abgasrohr (9) ausgestattet ist,
dadurch gekennzeichnet, daßim Einlaßbereich (4) der Zylinder (A,B,C,D) lediglich eine gemeinsame, regelbare Drosselklappe (6) angeordnet wird, mit der die Menge an Verbrennungsluft, mit der die Zylinder (A,B,C,D) beaufschlagt werden, dosiert wird,die zweite Gruppe (3) von Zylindern (A,D) im Teillastbereich dadurch abgeschaltet wird, daß die Kraftstoffzufuhr zu diesen Zylindern (A,D) unterbunden wird,die Lambda-Sonde (11) und der Katalysator (12) im ersten Abgasrohr (8) angeordnet werden,eine zweite Lambda-Sonde (13) und ein zweiter Katalysator (14) vorgesehen werden, wobei die zweite Lambda-Sonde (13) und der zweite Katalysator (14) im zweiten Abgasrohr (9) oder, wenn beide Abgasrohre (8,9) in ein Gesamtabgasrohr (10) münden, die zweite Lambda-Sonde (13) im zweiten Abgasrohr (9) und der zweite Katalysator (14) in diesem Gesamtabgasrohr (10) angeordnet werden. - Verfahren zur Teilabschaltung einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 10, bei der die zweite Lambda-Sonde (13) und der zweite Katalysator (14) im zweiten Abgasrohr (9) angeordnet werden und die beiden Abgasrohre (8,9) in ein Gesamtabgasrohr (10) münden,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein dritter Katalysator (16) vorgesehen wird, wobei der dritte Katalysator (16) im Gesamtabgasrohr (10) angeordnet wird. - Verfahren zur Teilabschaltung einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 10, bei der die zweite Lambda-Sonde (13) im zweiten Abgasrohr (9) und der zweite Katalysator (14) im Gesamtabgasrohr (10) angeordnet werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein dritter Katalysator (16) vorgesehen wird, wobei der dritte Katalysator (16) im zweiten Abgasrohr (9) hinter der zweiten Lambda-Sonde (13) angeordnet wird. - Verfahren zur Teilabschaltung einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
als regelbare Drosselklappe (6) eine elektronisch geregelte Drosselklappe (6) verwendet wird. - Verfahren zur Teilabschaltung einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß
hinter den eingebauten Katalysatoren (12,14,16) jeweils eine OBD-Monitor-Lambda-Sonde (17) vorgesehen wird, um eine erweiterte On-Board-Diagnose (OBD) durchführen zu können. - Verfahren zur Teilabschaltung eines Vierzylinder-Reihenmotors (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Gruppe (2) von Zylindern (B,C) die beiden inneren und die zweite Gruppe (3) von Zylindern die beiden äußeren Zylinder (A,D) umfaßt, so daß eine Teilabschaltung der Brennkraftmaschine (1) durch Abschalten der beiden äußeren Zylinder (A,D) erfolgt. - Verfahren zur Teilabschaltung eines Vierzylinder-Reihenmotors (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Gruppe (2) von Zylindern (A,D) die beiden äußeren und die zweite Gruppe (3) von Zylindern die beiden inneren Zylinder (B,C) umfaßt, so daß eine Teilabschaltung der Brennkraftmaschine (1) durch Abschalten der beiden inneren Zylinder (B,C) erfolgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP03103737A EP1522701A1 (de) | 2003-10-09 | 2003-10-09 | Mehrzylinder-Brennkraftmaschine und Verfahren zur Zylinderabschaltung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP03103737A EP1522701A1 (de) | 2003-10-09 | 2003-10-09 | Mehrzylinder-Brennkraftmaschine und Verfahren zur Zylinderabschaltung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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EP1522701A1 true EP1522701A1 (de) | 2005-04-13 |
Family
ID=34306982
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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EP03103737A Withdrawn EP1522701A1 (de) | 2003-10-09 | 2003-10-09 | Mehrzylinder-Brennkraftmaschine und Verfahren zur Zylinderabschaltung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1522701A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105604709A (zh) * | 2016-03-07 | 2016-05-25 | 马瑞利(中国)有限公司 | 一种多点电喷发动机停缸控制***及方法 |
DE102021001881A1 (de) | 2021-04-12 | 2022-10-13 | Mercedes-Benz Group AG | Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen |
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- 2003-10-09 EP EP03103737A patent/EP1522701A1/de not_active Withdrawn
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