WO2013068487A1 - Ein vier-zylinder-motor mit zwei deaktivierbaren zylindern - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly to a four-cylinder in-line piston engine in which two cylinders can be deactivated to improve fuel economy.
- an aftertreatment device such as a catalyst, NOx trap or soot trap
- a temperature at which it is sufficiently active In order to perform its designated function, such a temperature is often referred to as the
- An object of the invention is to provide a four-cylinder engine with improved fuel economy.
- a four-cylinder in-line reciprocating internal combustion engine wherein one outer and the adjacent inner cylinder (collectively referred to as the primary cylinder) and two further adjacent cylinders in series therewith are deactivatable
- Each of the cylinders slidably receives a respective piston operatively connected by a respective connecting rod to a respective crank of a four-crankshaft crankshaft.
- Exhaust gas which has already been ejected into or discharged from an exhaust pipe during the charge cycle can therefore again enter the cylinder, due in part to the pressure wave which emanates from another cylinder.
- the exhaust pipes of the individual cylinders are separated from each other for a longer distance.
- the exhaust pipes of four cylinders are brought together to form an exhaust manifold.
- the exhaust pipes of the cylinder are gradually brought together in such a way that each merge the at least one exhaust pipe of an outer cylinder and the at least one exhaust pipe of the adjacent inner cylinder to a partial exhaust gas line and the two partial exhaust gas lines formed in this way. merge two cylinder groups to form an overall exhaust gas line.
- a turbocharger can be arranged with for each optimized charge air guide.
- Cylinder groups have different displacements.
- the turbines may have a variable geometry, so that a regulation of Turbine geometry in terms of low and high speeds as well as for low and high loads can be done.
- the exhaust pipes can be partially or completely integrated in the at least one cylinder head.
- the exhaust pipes or partial exhaust pipes are z.T. but also collectively referred to as exhaust manifold.
- short exhaust pipes may advantageously affect the location and operation of an exhaust aftertreatment system provided downstream of the cylinders.
- Exhaust aftertreatment systems should be as short as possible so that the exhaust gases are given little time for cooling and the exhaust aftertreatment systems reach their operating temperature or light-off temperature as quickly as possible, in particular after a cold start of the internal combustion engine.
- Line system is purposeful, for example, by at least partially
- the exhaust manifold is integrated into the cylinder head in order to participate in a provided for in the cylinder head cooling and the manifold does not have to produce from thermally highly resilient materials that are costly.
- Exhaust pipes also to a shortening of the individual exhaust pipes, as they are already brought together immediately downstream of the exhaust ports, which aggravates the problem of mutual influence of the cylinder during the change of charge.
- short exhaust pipes may also cause the fourth cylinder to follow the third cylinder preceding the ignition sequence, ie the previously fired cylinder the charge cycle adversely affected and derived from the fourth cylinder exhaust gas in the third cylinder passes before close the exhaust valves.
- a crankshaft is used, with which the cylinders of a cylinder group are mechanically synchronized, i. H. go through the top and bottom dead center at the same time.
- the associated crankshaft cranks of the two cylinders may for this purpose have no offset in the circumferential direction about the longitudinal axis of the crankshaft.
- the thermodynamic offset of 360 ° KW is then realized by the firing order.
- crankshaft cranks of one cylinder group are opposite to the crankshaft cranks of the other cylinder group in FIG.
- the angle of 180 ° is preferred in terms of mass balance, but it can be readily varied between e.g. 175 ° and 185 °.
- the internal combustion engine according to the invention is an internal combustion engine which has a compact exhaust manifold with short exhaust pipes and at the same time eliminates the problem of the mutual influence of the cylinders during the charge cycle.
- An internal combustion engine according to the invention may also have two cylinder heads, if, for example, eight cylinders are arranged distributed on two cylinder banks.
- the merging of the exhaust pipes according to the invention in the then two cylinder heads can then also to improve the
- the exhaust manifold is then modular and consists of a built-in cylinder head manifold section, namely two exhaust manifold and an external manifold or
- the exhaust gas streams of the partial exhaust gas lines of the primary cylinder are separated from the exhaust gas streams at least until they leave the cylinder head
- Partial exhaust lines of the secondary cylinder held so that the Abgasabriossystem exits in the form of two outlet openings of the cylinder head.
- Part exhaust pipes are merged downstream of the cylinder head and thus only outside of the cylinder head to an overall exhaust gas line. This may be upstream or downstream of exhaust after-treatment or exhaust turbocharging.
- the secondary cylinders may be deactivated to control the temperature of the exhaust gases leaving the engine, that of the engine flowing through the engine
- Lubricating oil and / or of the coolant flowing through the engine are Lubricating oil and / or of the coolant flowing through the engine.
- the supply of primary cylinder with coolant can by means of a
- Flow control valve (such as thermostat with expansion element) are regulated, the supply of the secondary cylinder with coolant is adjustable when deactivated by means of another flow control valve.
- the supply of the deactivated secondary cylinder with coolant can be adjusted, in particular adjustable, by means of the further flow control valve in adaptation to operating conditions of the engine and the aftertreatment device.
- a power stroke may occur in either primary cylinder for each revolution of the crankshaft, and the secondary cylinder strokes may be out of phase with the primary cylinder strokes.
- Disabling the secondary cylinders may include shutting off a fuel supply to the secondary cylinder.
- the secondary cylinders may include at least one intake valve and at least one exhaust valve, and deactivating the secondary cylinders may include maintaining all intake and exhaust valves in their respective closed positions.
- the secondary cylinders can on the basis of a comparison of a
- the secondary cylinders may be based on a comparison of a rate of change of engine torque demand with a rate of change rate limit
- an engine system comprising: a four-cylinder engine constructed in accordance with the first aspect of the invention, an input that determines a requested engine torque, and an electronic controller that is operable to operate the engine determined to receive requested engine torque, wherein the electronic controller can be actuated to determine whether the engine is to be operated using all four cylinders, or to deactivate the secondary cylinders so that the engine is operated using only the two primary cylinders the basis of at least the determined, requested engine torque.
- the input of the determined requested engine torque may be generated by a speed control system.
- the engine system may further include: an accelerator pedal that is operable by an operator of the engine, and a
- Accelerator pedal position sensor for monitoring the position of the accelerator pedal and supplying the requested engine torque indicative input, and the Electronics controller can be actuated, the input of the
- Accelerator pedal position sensor received input.
- the engine may be operated using all four cylinders, and if the requested torque is less than the first predefined torque demand limit, the engine may be operated as a two-cylinder engine with the secondary cylinders deactivated.
- the engine system may further include: a
- Temperature indicator means for providing an input to the electronic controller indicative of a temperature related to the engine, and the electronic controller may be actuated to deactivate the secondary cylinders if the engine
- the engine system may further comprise an exhaust aftertreatment device, the temperature relating to the engine may be the exhaust gas temperature
- Temperature indicator means is then an exhaust gas temperature sensor for providing an input to the electronic controller which determines the temperature of the in
- Aftertreatment device indicates incoming exhaust gas, and the predefined temperature limit is then a required operating temperature of
- temperature indicator agent means the determination of a temperature either by direct
- the temperature relating to the engine may alternatively be the temperature of a coolant circulating through the engine, the temperature sensor may be a
- Coolant temperature sensor be to provide an input to the Electronic controller, which indicates the coolant temperature, and the predefined temperature limit may be a required operating temperature of the coolant.
- the temperature related to the engine can change the temperature of the
- the temperature indicator means is then a temperature sensor for providing an input to the electronics controller indicative of the coolant temperature of the coolant flowing through the primary cylinder and the predefined temperature limit may be a required one
- the temperature related to the engine can change the temperature of the
- the temperature indicator means is then a temperature sensor for providing an input to the electronic controller, which is the coolant temperature of the coolant temperature of the through the
- Temperature limit can be a required operating temperature of the through
- the temperature relating to the engine may alternatively be the temperature of oil circulating through the engine, the temperature indicator means being on
- Oil temperature sensor for providing an input to the electronic controller indicating the oil temperature
- the predefined temperature limit is a required operating temperature of the oil.
- a method of operating an engine constructed according to the first aspect of the invention comprising: determining whether the secondary cylinders can be deactivated and if the secondary cylinders can be deactivated terminating a fuel supply to the Secondary cylinders to disable it.
- the secondary cylinders of the engine may be deactivated if the torque output demanded by the engine can be met by operating the engine on only two cylinders.
- the engine may be operated using four cylinders if engine torque demand is above a predefined limit.
- the secondary cylinders may include at least one intake valve and at least one exhaust valve, and the method may further include deactivating the secondary cylinder by maintaining all intake and exhaust valves in their respective closed positions.
- Fig. 1 is a block diagram showing an engine system according to a second aspect of the invention.
- Fig. 1 a is a schematic view of the cylinder head cooling jacket
- Fig. 1 b is a schematic view of the crankshaft
- FIG. 2 shows a schematic cross section through a four-cylinder in-line engine according to a first aspect of the invention.
- Fig. 3 is a schematic plan view of the arrangement of two exhaust gas turbochargers on the engine
- Fig. 4 is a flowchart of a first embodiment of a method for
- Figures 5A and 5B are flowcharts showing a second embodiment of a
- Figures 6A and 6B are alternative timing diagrams for the motor shown in Figures 1 to 3.
- FIGS. 1 to 3 there is shown a motor vehicle 50 having an engine system 1 including a four-stroke four-cylinder reciprocating internal combustion engine 5, an exhaust after-treatment device 20 for the engine 5, an electronic controller 30
- the electronic controller 30 may have a plurality of interconnected ones
- the engine system 1 also includes an exhaust gas temperature sensor 33 for providing an output indicative of the temperature of the post-treatment device 20
- the engine system 1 may also include a speed control system, not shown, for providing to the electronics controller 30 an input of a required engine torque request to adjust a set engine torque request
- Speed control system may be formed as part of the electronics controller 30 or may be a separate unit.
- the engine 5 comprises four cylinders 1 1, 12, 13 and 14 arranged in series, two primary cylinders 1 1, 12 and two secondary cylinders 13, 14 being present.
- Primary and secondary cylinders preferably have approximately the same displacement.
- primary and secondary cylinders may have different displacements.
- the displacement of the primary cylinder can be greater than the displacement of the secondary cylinder.
- the primary cylinders 11, 12 always operate while the engine 5 is operating, and the secondary cylinders 13, 14 can be selectively deactivated, as described in more detail below.
- the cylinders 13, 14 can be operated as a primary cylinder and the cylinders 11, 12 as a secondary cylinder.
- the continuously operating primary cylinders 13, 14 are advantageously arranged close to the flywheel. This is preferred for mass balance, especially when the displacement of the
- Primary cylinder is greater than the displacement of the secondary cylinder.
- Flywheel side of the engine results in a particularly short distance between primary cylinders and exhaust aftertreatment device 20.
- a coolant pump 2 provides in the cylinders 1 1, 12, 13, 14 and in the cylinder head not shown for coolant circulation by means of a
- Coolant distributor line 3 The coolant distributor line 3 can run in the cylinder block and / or cylinder head. The entry of coolant into the
- Coolant distribution line 3 is controlled by a flow control valve 4a allows.
- a flow control valve 4a allows.
- the coolant distribution line 3 is another controllable
- Flow control valve 4b for the cooling of the secondary cylinders 13, 14 are arranged.
- One of the valves can be designed as a thermostat with expansion element.
- the valves may be controlled by the electronic controller 30 via commands sent to the electronically controlled variable valve actuation mechanism Coolant flow through the cylinders vary.
- the secondary cylinders 13, 14 are deactivated, their cooling is reduced by means of the flow control valve 4b or z. B. temporarily interrupted alternately.
- a cooling of the deactivated cylinder is avoided, or the temperature of the secondary cylinder is maintained in a temperature range which is favorable for the continued lubrication. This also reduces fuel consumption.
- the temperature of the secondary cylinder for example by means of a temperature sensor 4c
- Temperature indicator agent determined.
- the term "temperature indicator agent” as used herein means the determination of a temperature either by direct temperature measurement using a sensor (4c) or by
- the coolant distribution line 3 is largely integrated in the embodiment in the engine. Alternatively, the coolant distribution line 3 may be partially disposed outside the engine.
- An exhaust manifold 6 directs exhaust gas leaving the engine 5 to an exhaust passage 7 and the aftertreatment device 20, and a tail pipe 8 directs exhaust gas from the aftertreatment device 20 to the atmosphere as indicated by the arrow "E."
- the exhaust passage 6 (the exhaust manifold) is preferable From two separate sections (partial exhaust gas lines) 6a, 6b. In this case, exhaust gas flows from the primary cylinders 1 1, 12 collected in the section 6a to the
- the aftertreatment device 20 may be of any known type dedicated to reducing emissions from the engine 5 is suitable, and that more than one type of exhaust aftertreatment device may be connected in series to the exhaust passage 7.
- a catalyst, a soot trap and a NOx trap or NOx catalyst may be arranged in series.
- the exhaust gas temperature sensor 33 may be directly attached to an inlet end of the aftertreatment device 20 or may be located in front of the
- Aftertreatment device 20 are located to measure the temperature of the flowing through the exhaust passage 7 exhaust gas at a position near an inlet to the aftertreatment device 20. It is understood that the temperature could be inferred from other operating parameters, rather than under
- the position of the accelerator pedal 16 is detected by the accelerator pedal position sensor 32, and the output from the sensor 32 is inputted to the accelerator pedal position sensor 32
- Electronics controller 30 where it is processed to provide an indication of operator motor torque demand.
- the output from the engine speed sensor 31 is used by the electronics controller 30 as an indication of the current engine speed.
- the feed 40 is connected by means of a channel 41 in the flow control valve 4 a with a channel 42 which leads into the cylinder head cooling jacket 51.
- a channel 42 which leads into the cylinder head cooling jacket 51.
- the flow control valve 4a controls the inflow of coolant from the water pump 2 to the cylinder head cooling jacket 51 and via channels 47 to the engine block cooling jacket.
- the flow control valve 4a wholly or partially, the inflow of coolant from the water pump 2 via the
- Coolant distribution line 3 to the engine block cooling jacket 52 and via channels 47 for. Regulate cylinder head cooling jacket 51.
- the cylinder head cooling jacket 51 surrounds the exhaust manifold section 6a. In this case, exhaust gas flows from the primary cylinders 1 1, 12 collected in section 6 a through the outlet opening 53 to the outlet channel 7.
- the feed 40 is by means of a channel 41 'in the flow control valve 4b with a channel 42', which leads into the cylinder head cooling jacket 51 '.
- a channel 41 'in the flow control valve 4b with a channel 42', which leads into the cylinder head cooling jacket 51 '.
- only one channel 42 ' is shown, but the supply of coolant can be done multiple channels.
- Flow control valve 4b controls the inflow of coolant from the water pump 2 to the cylinder head cooling jacket 51 'and via channels 47' to the engine block cooling jacket.
- the flow control valve 4 b wholly or partially, the inflow 40 of coolant from the water pump 2 via the coolant distribution line 3 for
- exhaust gas flows from the secondary cylinders 13, 14 collected in section 6b through the outlet opening 53 'to the outlet channel 7.
- the outlet openings are arranged in the installed position approximately horizontally next to each other. This allows a compact design of the engine.
- the flow control valves 4a, 4b are shown integrated into the engine block cooling jackets 51, 51 '.
- the flow control valves 4a, 4b in housings on the engine block or in a common housing on the
- coolant distribution line 3 can also be arranged outside the engine to connect the coolant pump 2 with the flow control valves.
- the flow control valve 4a is a thermostat with expansion element.
- the first primary cylinder 1 1 slidably supports a piston 1 1p which is connected by a connecting rod 1 1 c to a first crank 1 1 T of a four times cranked flat-plane crankshaft 40.
- the connecting rod 1 1 c is connected via a small end bearing 1 1 e and a piston pin 1 1 g rotatably connected to the piston 1 1 p and a large end bearing 1 1 D rotatable with the first crank (crankpin) 1 1 T of the crankshaft 40th connected.
- the second primary cylinder 12 slidably supports a piston 12p, which is connected by a connecting rod 12c with a third crank 12T of the three-fold flat-plane
- crankshaft 40 is connected.
- the connecting rod 12c is rotatably connected to the piston 12p via a small end bearing 13e and a piston pin 12g, and is via a large end bearing 12 D rotatably connected to the first crank (crankpin) 12 T of the crankshaft 40.
- the first secondary cylinder 13 slidably supports a piston 13p which is connected via a connecting rod 13c to a second crank 13T of the four-fold cranked flat-plane crankshaft 40.
- the connecting rod 13c is rotatably connected to the piston 13p via a small end bearing 13E and a piston pin 13g, and is rotatably connected to the first crank 13T of the crankshaft 40 via a large end bearing 13D.
- the second secondary cylinder 14 slidably supports a piston 14p, which is connected via a connecting rod 14c to a second crank 14T of the four-fold cranked flat-plane crankshaft 40.
- the connecting rod 14c is rotatably connected to the piston 14p via a small end bearing 14E and a piston pin 14g, and is rotatably connected to the first crank 14T of the crankshaft 40 through a large end bearing 14D.
- the secondary cylinders 13, 14 are arranged adjacent in series to the primary cylinders 1 1, 12.
- the secondary cylinders 13, 14 may have the same capacity as the two primary cylinders 11, 12 or have a different capacity either due to a different bore diameter or other stroke, or a combination of these, but in the example described all four cylinders 11, 12 , 13 and 14 the same capacity and the bore and the stroke are the same for all four cylinders 1 1, 12, 13 and 14.
- Each of the cylinders 1 1, 12, 13 and 14 has a respective inlet and outlet valve 1 1 a, 1 1 b; 12a, 12b; 13a, 13b, 14a, 14b, however, it should be understood that in practice there may be a different number of intake and exhaust valves, for example, two intake and two exhaust or three intake and two exhaust valves.
- Inlet valves and exhaust valves than the primary cylinder 1 1, 12 has.
- the intake and exhaust valves are actuated by the electronically controlled variable valve actuation mechanism 15 so that the opening and closing of the valves 11a, 11b; 12a, 12b; 13a, 13b, 14a, 14b and in particular can be controlled to deactivate the intake and exhaust valves 13a, 13b, 14a, 14b of the secondary cylinders 13, 14 so that they remain closed when the secondary cylinders 13, 14 are deactivated are.
- the crankshaft 40 can be rotated about a central axis 42 and is supported by five main bearings 43 in this case.
- the cranks 1 1 T, 12T for the two primary cylinders 1 1, 12 are arranged in phase with each other, and the cranks 13T, 14T for the secondary cylinders 13, 14 are arranged or oriented so that it is by an angle ⁇ with respect to the crank 1 1T, 12T for the two primary cylinders 1 1, 12 out of phase.
- the angle ⁇ (s, Fig. 1 b) is preferably an angle of 180 °, so that it can be said that the
- Cogs 1 1 T and 12T for the primary cylinders 1 1, 12 are 180 ° out of phase with the crank 13T and 14T for the secondary cylinders 13, 14.
- the effect of this is that whenever the pistons 1 1 P, 12P the primary cylinder 1 1, 12 are at top dead center, the piston 13 P, 14 P of the secondary cylinder 13, 14 is located at bottom dead center, and vice versa.
- the angle of 180 ° is preferred in terms of mass balance, but it can be readily varied between e.g. 175 ° and 185 °.
- the engine 5 may be a four-stroke diesel or gasoline engine.
- the means for deactivating the secondary cylinders 13, 14 is preferably the stopping or ending of the fuel supply to the secondary cylinders 13, 14.
- both the inlet and outlet valves 13a, 13b, 14a, 14b are transferred by the electronic controller 30 commands sent to the electronically controlled variable valve actuation mechanism 14.
- the closing of the inlet and outlet valves 13a, 13b, 14a, 14b has the advantage that pumping losses are reduced while the secondary cylinders 13, 13
- Secondary cylinders 13, 14 are prevented during deactivation or the ignition could be kept in a normal operating state, with only the fuel supply is interrupted.
- the exhaust manifold 6 preferably consists of two mutually separate sections 6a, 6b.
- exhaust gas flows from the primary cylinders 1 1, 12 collected in the section 6a to the exhaust passage 7. exhaust from the
- Outlet channel 7 Thereby, preferably between each of the sections 6a, 6b and the outlet channel 7, a respective turbocharger may be arranged.
- the four cylinders 1 1, 12, 13, 14 form two groups, each with two cylinders 1 1, 12, and 13, 14.
- the exhaust manifold sections 6 a and 6 b are combined to form an outlet channel (total exhaust line) 7 , Between the exhaust duct 7 and the exhaust manifold section 6a and 6b there is respectively arranged a turbine 17 of an exhaust-gas turbocharger 17, which drives an associated compressor 17b arranged in the intake system.
- a turbine 17 of an exhaust-gas turbocharger 17 which drives an associated compressor 17b arranged in the intake system.
- the two exhaust manifold 7 are integrated into the cylinder head 10, d. H. the exhaust pipes 5 of each group lead within the
- Cylinder head 10 to an overall exhaust line 8 together.
- the compressors of the two turbochargers are preferably connected to a respective plenum 18a or 18b of the intake valves.
- one of the compressors communicates with the plenum 18a with the intake valves 11a, 12a of the primary cylinders.
- the second compressor communicates with the plenum 18b of the secondary cylinders with the intake valves 13a, 14a.
- only one inlet valve is shown schematically, but preferably a plurality of inlet valves per cylinder can be arranged. This also applies to the exhaust valves.
- At each plenum 18a or 18b is an air mass sensor arranged (not shown in the schematic diagram).
- a plenum with a partition for the air supply of the primary cylinder can be arranged separately from the air supply of the secondary cylinder.
- the partition can be formed by a controllable overflow device (eg flap). This can do that
- Resonance behavior of the plenum and the air mass supply to the intake valves can be improved.
- the operation of the engine system 1 is as follows: when high torque output from the engine 5 is required, the electronic controller 30 may be programmed to operate the engine 5 in a four-cylinder mode of operation, with all four cylinders 11, 12, 13 and 14 work.
- the determination of what constitutes a high torque output in this case is the engine torque requested by an operator of the engine 5 on the basis of the engine torque
- An engine torque demand could be from a
- the output from the accelerator pedal position sensor 32 varies between 0.0V and 4.2V, and after signal conditioning, the 0.0V output corresponds to an accelerator pedal position of 0% indicating that the operator is not depressing the accelerator pedal 16. and the 4.2V output corresponds to an accelerator pedal position of 100% indicating that the accelerator pedal 16 is completely off the operator
- the accelerator pedal positions may be directly related to the requested engine torque, or it may be between the engine torque
- Accelerator pedal position and the requested engine torque consist of a non-linear relationship.
- Accelerator pedal position sensor 32 indicates that the operator depresses accelerator pedal 16 by more than a predefined amount that corresponds to a predefined amount
- requested engine torque is based, which is inferred in this case from the accelerator pedal position, but this need not be the case.
- the rate of change of the requested engine torque could be used in combination with the predefined torque request limit.
- the rate at which the accelerator pedal is depressed is above a predefined limit, then the engine could be operated with all four cylinders 11, 12, 13, and 14 even if the actual engine torque demand is below that
- Motor torque request limit is. This could be accomplished using logic such as, for example and without limitation:
- dTd is the current rate of change of accelerator pedal position
- dTdümit is the limit for the rate of change of accelerator pedal position
- Tdn is the predefined torque demand limit.
- the rate of change of engine torque demand may alternatively be a rate of change of engine torque demand from a
- An advantage of using such a combination is that a sudden change in accelerator pedal position indicates that the engine operator, such as a driver of the motor vehicle 50, requires torque output to increase rapidly, and therefore it is desirable that this be reflected therein in that all four cylinders 1 1, 12, 13 and 14 are used to operate even if the current requested level of engine torque is below the predefined torque demand limit (Tdnmit).
- the accelerator pedal 16 may be accelerated rapidly from e.g. B. 15% pressed to 90% pressed, but without the use of
- Output voltage from the accelerator pedal position sensor 32 or variations in the output value could be derived if a digital position sensor is used.
- the transition between the disabled and active states may not occur immediately when the conditions for the occurrence of such a transition are established.
- the secondary cylinders 13, 14 can be reactivated when one enters its intake stroke, and may not be until the end of a
- FIG. 4 there is shown a first embodiment of a method of operating a four-cylinder engine 5 of the type and construction previously described.
- the method starts in box 100, which would be a key-on event in the case of a motor vehicle.
- the method then proceeds to Box 1 10 where it is checked if the conditions for operating the engine 5 as a two-cylinder engine are present. This test could be in its simplest form: Is Td ⁇ Tdümit?
- the engine torque request may be from a
- Cruise control system come. If the current engine torque demand is below the predefined engine torque demand limit, the method continues to box 120, where the engine 5 is operated as a two-cylinder engine, where the
- Electronic controller 30 the supply of diesel fuel to the secondary cylinders 13, 14 cuts off and the intake and exhaust valves 13a, 13b, 14a, 14b for the secondary cylinder 13, 14 by means of the electronically controlled variable
- Valve actuating mechanism 15 is deactivated. The method then proceeds from box 120 to box 140, where it is determined if a key-off event has occurred, and if it has occurred, the method in box 150 ends, but if no key-off event has occurred, the procedure goes back to box 1 10. The process continues through boxes 1 10, 120 and 140 while the conditions for two-cylinder operation continue and no key-off event has occurred.
- Engine torque request limit to box 130 where the engine 5 is operated as a four-cylinder engine 5 with all four cylinders 11, 12, 13 and 14 operating.
- the method then proceeds from box 130 to box 140, where it is determined if a key-off event has occurred, and if it has occurred, the method in box 150 ends, but if no key-off event has occurred, the procedure goes back to box 1 10.
- the process continues through boxes 1 10, 130 and 140 while the conditions for four-cylinder operation continue and no key-off event has occurred.
- test could alternatively take the form:
- dTd in this case is the current rate of change of accelerator pedal position
- dTdümit is the limit for the rate of change of accelerator pedal position
- Td in this case the current torque demand on the basis of
- the result of box 1 10 would be to proceed to box 120 if the current rate of change of the accelerator pedal position is below the rate of change of accelerator pedal position and the current torque request based on the accelerator pedal position below the predefined one Torque request limit, but proceed to box 130 if either the current accelerator pedal rate of change is above the accelerator pedal rate of change limit, or the current engine torque demand based on the accelerator pedal position is above the predefined engine torque demand limit. The method is otherwise unaffected by this change to the test in box 10.
- predefined engine torque demand limit may be varied based on other operating conditions of the engine 5, and thus is not necessarily a fixed value.
- the value of the predefined torque demand limit could be the same as the value
- Engine speed can be varied so that the limit rises with the engine speed.
- the method begins in box 200, which is in the case of a motor vehicle
- Lubricating oil must be increased in order to reduce its viscosity, whereby friction losses are reduced, or whether the temperature of a coolant flowing through the engine 5 to cool it must be increased, for example after a cold start, or a combination of these.
- their cooling is preferably reduced by reducing the coolant flow by means of a control signal from the electronic controller 30 to the electronically controlled variable valve actuation mechanism 4b.
- the test takes the form of a comparison using the electronics controller 30 of a current temperature, such as detected by the coolant temperature sensor 4b, with a predefined temperature limit, such as a minimum temperature for minimized friction losses. If the coolant temperature of the coolant flowing through the secondary cylinders is above the minimum temperature, then the test would fail and the method would proceed to box 210, and if the test passed, indicating that the current coolant temperature is below the predefined temperature limit and a Warming is required, the procedure goes on to Box 207.
- a current temperature such as detected by the coolant temperature sensor 4b
- a predefined temperature limit such as a minimum temperature for minimized friction losses.
- box 210 checks to see if the conditions for operating the engine 5 as a two-cylinder engine are met. This test is the same test as used in box 1 10 in Figure 4 and will not be described again in detail.
- box 220 where the engine 5 is operated as a two-cylinder engine with the secondary cylinders 13,14 deactivated. The method then proceeds from box 220 to box
- the method continues to box 230, where the engine 5 is operated as a four-cylinder engine 5, with all four cylinders 11, 12, 13 and 14 operating. The method then proceeds from box 230 to box 240 where it is determined if a key-off event has occurred. If a key-out event has occurred, the method ends in box 250, but if no key-off event has occurred, the method loops back to box 205. The method continues through boxes 205, 210, 230, and 240 while no heating is required, the conditions for four-cylinder operation persist and no key-off event has occurred.
- test in box 210 could include a test for the rate of change of engine torque demand as inferred by the rate of change of the accelerator pedal position.
- box 215. it is checked whether the conditions for the operation of the Motors 5 as one
- Secondary cylinder 13, 14 is operated.
- the method then proceeds from box 225 to box 238 and then box 240 where it is determined if a key-off event has occurred. If a key-off event has occurred, the method ends in box 250, and if no key-off event has occurred, the method returns to box 205. The method then proceeds through boxes 205, 207, 215, 225, 238 and 240, while heating is required, conditions for two-cylinder operation continue and no key-off event has occurred.
- the method continues to box 235 where the engine 5 is operated as a four-cylinder engine 5 with all four cylinders 11, 12, 13 and 14 operating. The method then continues from box 235
- Figures 6A and 6B show two possible timing diagrams for the motor 5, the main difference between these timing diagrams being that in Figure 6A the timing of the secondary cylinders 13, 14 is different from that in Figure 6B by 360 degrees.
- the actions listed in Figures 6A and 6B for the secondary cylinders 13, 14 are those that occur when the secondary cylinders 13, 14 and the engine 5 uses all four cylinders 11, 12, 13 and 14 to produce power.
- the engine 5 when the secondary cylinders 13, 14 are deactivated, the engine 5 operates as a conventional two-cylinder engine, generating power in alternative cycles from the two primary cylinders 11, 12. That is, each phase of operation of the primary cylinder 11 is timed to occur 360 degrees from the same phase of operation in the other primary cylinder 12, and vice versa. Therefore, whenever one of the pistons 1 1 P, 12 P in the Primary cylinders 1 1, 12 from top dead center to bottom dead center runs, power generated by the motor 5. Therefore, a power stroke takes place in one of the two primary cylinders 1 1, 12 for each crankshaft revolution. It also occurs
- the invention provides an engine, an engine system, and a method that allows a four-cylinder engine to operate as a four-cylinder engine or selectively as a two-cylinder engine.
- Manufacture of the engine, and the selective deactivation of one of the cylinders allows the more efficient operation of the engine, whereby the fuel consumption is reduced, and can also be used to rapid heating, for example, the exhaust gas, the coolant flowing through the engine and the flowing through the engine To promote lubricating oil. Since operating the engine on two cylinders compared to four cylinders moves the load point for the working cylinders and proportionally reduces the mass gas flow, the
- the electronics controller 30 may respond to both an operator torque request and a speed control system torque request.
- the electronic controller 30 may be configured to deactivate the secondary cylinders 13, 14 when an aftertreatment regeneration event occurs to assist in raising the temperature of the exhaust gas exiting the engine 5.
- the fueling and valve timing for the deactivatable cylinders need not necessarily be the same as those for the primary ones
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Abstract
Es wird ein Vier-Zylinder-Reihenhubkolbenmotor (5) offenbart, bei dem (2) Zylinder (13, 14) der vier Zylinder (11, 12, 13) und (14) selektiv deaktiviert werden können, um den Kraftstoffverbrauch zu verbessern oder die Motorerwärmung zu unterstützen. Der Motor (5) besitzt eine Fiat - Plane - Kurbelwelle (40) mit vier Kröpfungen (11T, 12T, 3T, 14T). Die Kröpfungen (11T, 12T) für (2) benachbarte Zylinder (11, 12) sind in Phase, und die Kröpfung (13T, 14T) für weiteren Zylinder (13, 14) sind um 180°ausser Phase. Die Zylinder (13, 14) werden deaktiviert, indem eine Kraftstoffzufuhr zu den Zylinder (3, 14) unterbrochen wird.
Description
Ein Vier-Zylinder-Motor mit zwei deaktivierbaren Zylindern
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor und insbesondere einen Vier-Zylinder-Reihenhubkolbenmotor, bei dem zwei Zylinder deaktiviert werden können, um den Kraftstoffverbrauch zu verbessern.
Es ist bekannt, dass ein Motor oftmals auf einem Leistungsabgabeniveau weit unter dem arbeitet, was er erzeugen kann. Ein derartiger Teillastbetrieb führt oftmals dazu, dass der Motor auf einem Wärmeeffizienzniveau weit unter dem arbeitet, was von dem Motor erreicht werden kann, wodurch die Kraftstoffsparsamkeit kompromittiert wird.
Es ist deshalb wünschenswert, die von einem Motor erhältliche Leistung besser an die dem Motor auferlegte Last anzupassen, so dass der Motor zu möglichst vielen Zeiten so nahe wie möglich an seiner maximalen Betriebseffizienz arbeitet. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass eine derartige Anpassung am besten durch selektives Deaktivieren zweier der Zylinder eines Vier-Zylinder- Motors erreicht werden kann, wenn der Motor unter Teillast arbeitet.
Falls eine Nachbehandlungseinrichtung, wie etwa ein Katalysator, eine NOx-Falle oder eine Rußfalle, an den Motor gekoppelt ist, um Emissionen von dem Motor zu reduzieren, ist zudem normalerweise erforderlich, die Nachbehandlungseinrichtung über eine Temperatur hinaus zu erhitzen, bei der sie ausreichend aktiv wird, um ihre bezeichnete Funktion auszuführen, eine derartige Temperatur wird oftmals als die
„Anspringtemperatur" bezeichnet. Wenn jedoch ein Motor mit niedriger oder unter Teillast arbeitet, wobei alle Zylinder arbeiten, ist die Abgastemperatur relativ niedrig im Vergleich zu der, die erzeugt wird, wenn der Motor unter Volllast arbeitet. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat deshalb erkannt, dass ein weiterer Vorteil der selektiven Zylinderdeaktivierung darin besteht, dass durch Deaktivieren eines der Zylinder die Abgastemperatur von den übrigen arbeitenden Zylindern erhöht werden kann, wodurch die Zeit verringert wird, die beliebige
Nachbehandlungseinrichtungen benötigen, um nach einem Anlassen aus dem kalten Zustand ihre jeweilige Anspringtemperatur zu erreichen.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Vier-Zylinder-Motors mit verbesserter Kraftstoffsparsamkeit. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Vier-Zylinder- Reihenhubkolbenverbrennungsmotor bereitgestellt, bei dem ein Äußerer und der benachbarte innere Zylinder (gemeinsam als Primärzylinder bezeichnet) und zwei dazu in Reihe liegende weitere benachbarte Zylinder als deaktivierbare
(Sekundärzylinder) betrieben werden. Jeder der Zylinder nimmt gleitend einen jeweiligen Kolben auf, der operativ durch eine jeweilige Pleuelstange mit einer jeweiligen Kröpfung einer Kurbelwelle mit vier Kröpfungen verbunden ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird das Volumen des
Abgaskrümmers deutlich reduziert. Die dynamischen Wellenvorgänge bzw.
Druckschwankungen im Abgasabführsystem sind der Grund dafür, dass sich die thermodynamisch versetzt arbeitenden Zylinder einer Mehrzylinder- Brennkraftmaschine beim Ladungswechsel gegenseitig beeinflussen, insbesondere auch behindern können. Eine verschlechterte Drehmomentcharakteristik bzw. ein gemindertes Leistungsangebot können die Folge sein. Werden die Abgasleitungen der einzelnen Zylinder für eine längere Wegstrecke voneinander getrennt geführt, kann der gegenseitigen Einflußnahme der Zylinder beim Ladungswechsel entgegengewirkt werden.
Letzteres bewirkt jedoch ein verschlechtertes Ansprechverhalten des Turboladers. Die Evakuierung der Verbrennungsgase aus einem Zylinder der Brennkraftmaschine im Rahmen des Ladungswechsels beruht im Wesentlichen auf zwei
unterschiedlichen Mechanismen. Wenn sich zu Beginn des Ladungswechsels das Auslaßventil nahe dem unteren Totpunkt öffnet, strömen die Verbrennungsgase aufgrund des gegen Ende der Verbrennung im Zylinder vorherrschenden hohen Druckniveaus und der damit verbundenen hohen Druckdifferenz zwischen
Brennraum und Abgastrakt mit hoher Geschwindigkeit durch die Auslaßöffnung in das Abgasabführsystem. Dieser druckgetriebene Strömungsvorgang wird durch eine hohe Druckspitze begleitet, die auch als Vorauslaßstoß bezeichnet wird und sich entlang der Abgasleitung mit Schallgeschwindigkeit fortpflanzt, wobei sich der Druck
mit zunehmender Wegstrecke und in Abhängigkeit von der Leitungsführung infolge Reibung mehr oder weniger stark abbaut, d. h. verringert.
Im weiteren Verlauf des Ladungswechsels gleichen sich die Drücke im Zylinder und in der Abgasleitung weitgehend an, so dass die Verbrennungsgase maßgeblich infolge der Hubbewegung des Kolbens ausgeschoben werden.
In Abhängigkeit von der konkreten Ausgestaltung des Abgasabführsystems laufen die Druckwellen, die von einem Zylinder ausgehen, nicht nur durch die mindestens eine Abgasleitung dieses Zylinders, sondern vielmehr auch die Abgasleitungen der anderen Zylinder entlang und zwar gegebenenfalls bis zu der am Ende der jeweiligen Leitung vorgesehenen und geöffneten Auslaßöffnung.
Während des Ladungswechsels bereits in eine Abgasleitung ausgeschobenes bzw. abgeführtes Abgas kann somit erneut in den Zylinder gelangen und zwar unter anderem infolge der Druckwelle, die von einem anderen Zylinder ausgeht.
Um zu vermeiden, dass die Abgasleitungen der einzelnen Zylinder für eine längere Wegstrecke voneinander getrennt geführt, werden die Abgasleitungen von vier Zylindern unter Ausbildung eines Abgaskrümmers zusammengeführt. Dabei werden die Abgasleitungen der Zylinder stufenweise zusammengeführt und zwar in der Art, dass jeweils die mindestens eine Abgasleitung eines außenliegenden Zylinders und die mindestens eine Abgasleitung des benachbarten innenliegenden Zylinders zu einer Teilabgasleitung zusammenführen und die beiden auf diese Weise gebildeten Teilabgasleitungen der. zwei Zylindergruppen zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen. Mit dieser Maßnahme läßt sich die Gesamtwegstrecke aller Abgasleitungen und das Volumen der Abgasleitung senken. Zudem können für jede der Zylindergruppen ein Turbolader mit für die jeweils optimierter Ladeluftführung angeordnet werden. Mittels zweier parallel angeordneter Turbolader mit
entsprechend kleinen Turbinenquerschnitten kann das Ansprechverhalten der
Turbolader verbessert werden, Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die
Zylindergruppen unterschiedliche Hubräume aufweisen. Bevorzugt könne die Turbinen eine variable Geometrie aufweisen, so dass eine Regelung der
Turbinengeometrie im Hinblick auf niedrige und hohe Drehzahlen als auch für niedrige und hohe Lasten erfolgen kann.
Die Abgasleitungen können dabei teilweise oder vollständig in dem mindestens einen Zylinderkopf integriert sein. Die Abgasleitungen bzw. Teilabgasleitungen werden z.T. aber auch zusammenfassend als Abgaskrümmer bezeichnet.
Die vorstehend beschriebene Problematik betreffend die gegenseitige Einflußnahme der Zylinder beim Ladungswechsel, ist bei der konstruktiven Auslegung von
Brennkraftmaschinen von zunehmender Relevanz, da bei der Ausbildung des
Abgaskrümmers eine Entwicklung hin zu kurzen Abgasleitungen zu beobachten ist.
So ist es aus mehreren Gründen vorteilhaft, die Abgasleitungen der Zylinder ausgehend von der jeweiligen Auslaßöffnung bis hin zur Sammelstelle im
Abgaskrümmer, an der die Abgasleitungen zu einer gemeinsamen
Gesamtabgasleitung zusammenführen und das heiße Abgas der Zylinder gesammelt wird, möglichst kurz auszuführen, beispielsweise den Abgaskrümmer weitestgehend in den mindestens einen Zylinderkopf zu integrieren und die
Zusammenführung der Abgasleitungen zu einer Gesamtabgasleitung möglichst umfänglich bereits im Zylinderkopf vorzunehmen.
Zum einen führt dies zu einer kompakteren Bauweise der Brennkraftmaschine und einem dichteren Packaging der gesamten Antriebseinheit im Motorraum. Zum anderen ergeben sich Kostenvorteile bei der Herstellung und der Montage sowie eine Gewichtsreduzierung, insbesondere bei einer vollständigen Integration des
Abgaskrümmers in den Zylinderkopf.
Des Weiteren können sich kurze Abgasleitungen vorteilhaft auf die Anordnung und den Betrieb eines Abgasnachbehandlungssystems, welches stromabwärts der Zylinder vorgesehen ist, auswirken. Der Weg der heißen Abgase zu den
Abgasnachbehandlungssystemen sollte möglichst kurz sein, damit den Abgasen wenig Zeit zur Abkühlung eingeräumt wird und die Abgasnachbehandlungssysteme
möglichst schnell ihre Betriebstemperatur bzw. Anspringtemperatur erreichen, insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine.
In diesem Zusammenhang ist man bemüht, die thermische Trägheit des Teilstücks der Abgasleitungen zwischen Auslaßöffnung am Zylinder und
Abgasnachbehandlungssystem zu minimieren, was durch Reduzierung der Masse und der Länge dieses Teilstückes erreicht werden kann, d. h. durch Verkürzung der entsprechenden Abgasleitungen. Bei mittels Abgasturbolader aufgeladenen Brennkraftmaschinen wird angestrebt, die Turbine möglichst nahe am Auslaß, d. h. den Auslaßöffnungen der Zylinder, anzuordnen, um auf diese Weise die Abgasenthalpie der heißen Abgase, die maßgeblich vom Abgasdruck und der Abgastemperatur bestimmt wird, optimal nutzen zu können und ein schnelles Ansprechverhalten des Turboladers zu gewährleisten. Auch dabei sollte die thermische Trägheit und das Volumen des Leitungssystems zwischen den Auslaßöffnungen der Zylinder und der Turbine minimiert werden, weshalb wiederum die Verkürzung der Leitungen dieses
Leitungssystems zielführend ist, beispielsweise durch zumindest teilweise
Integration des Abgaskrümmers in den Zylinderkopf.
Zunehmend häufig wird der Abgaskrümmer in den Zylinderkopf integriert, um von einer im Zylinderkopf vorgesehenen Kühlung zu partizipieren und den Krümmer nicht aus thermisch hoch belastbaren Werkstoffen fertigen zu müssen, die kostenintensiv sind.
Die Verkürzung der Abgasleitungen des Abgaskrümmers, beispielsweise durch Integration in den Zylinderkopf, hat - wie vorstehend dargelegt - eine Vielzahl von Vorteilen, führt aber neben der Verkürzung der Gesamtwegstrecke aller
Abgasleitungen auch zu einer Verkürzung der einzelnen Abgasleitungen, da diese bereits unmittelbar stromabwärts der Auslaßöffnungen zusammengeführt werden, wodurch sich die Problematik der gegenseitigen Einflußnahme der Zylinder beim Ladungswechsel verschärft.
Kurze Abgasleitungen können beispielsweise bei einem Vier-Zylinder-Reihenmotor, dessen Zylinder mit der Zündfolge 1 - 3 - 4 - 2 betrieben werden, auch dazu führen, dass der vierte Zylinder den in der Zündfolge vorangehenden dritten Zylinder, d. h. den vorher gezündeten Zylinder, während des Ladungswechsels nachteilig beeinflußt und aus dem vierten Zylinder stammendes Abgas in den dritten Zylinder gelangt, bevor dessen Auslaßventile schließen.
Vor dem Hintergrund des oben beschriebenen wird gemäß eines dritten Aspektes der Erfindung eine Kurbelwelle eingesetzt, mit der die Zylinder einer Zylindergruppe mechanisch gleichlaufen, d. h. zu demselben Zeitpunkt den oberen und unteren Totpunkt durchlaufen. Die dazugehörigen Kurbelwellenkröpfungen der beiden Zylinder dürfen hierzu in Umfangsrichtung um die Längsachse der Kurbelwelle herum keinen Versatz aufweisen. Der thermodynamische Versatz von 360°KW wird dann durch die Zündfolge realisiert.
Um im Hinblick auf die Gesamtheit der vier Zylinder einen Zündabstand von jeweils 180°KW zu realisieren, sind die Kurbelwellenkröpfungen der einen Zylindergruppe gegenüber den Kurbelwellenkröpfungen der anderen Zylindergruppe in
Umfangsrichtung um 180° verdreht, d. h. versetzt. Der Winkel von 180° ist bevorzugt im Hinblick auf den Massenausgleich, er kann jedoch ohne weiteres zwischen z.B. 175° und 185° liegen.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist eine Brennkraftmaschine, die einen kompakten Abgaskrümmer mit kurzen Abgasleitungen aufweist und gleichzeitig die Problematik der gegenseitigen Einflußnahme der Zylinder beim Ladungswechsel eliminiert.
Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann auch zwei Zylinderköpfe aufweisen, wenn beispielweise acht Zylinder auf zwei Zylinderbänke verteilt angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Zusammenführung der Abgasleitungen in den dann zwei Zylinderköpfen kann auch dann zur Verbesserung des
Ladungswechsels und zur Verbesserung des Drehmomentangebots genutzt werden.
Die Abgasleitungen der Zylinder einer Gruppe (Primärzylinder bzw.
Sekundärzylinder) führen dabei vorzugsweise innerhalb des Zylinderkopfes zu jeweils einer Teilabgasleitung zusammen. Der Abgaskrümmer ist dann modular aufgebaut und setzt sich aus einem im Zylinderkopf integrierten Krümmerabschnitt, nämlich zwei Abgasteilkrümmern und einem externen Krümmer bzw.
Krümmerabschnitt zusammen.
Die Abgasströme der Teilabgasleitungen der Primärzylinder werden zumindest bis zum Verlassen des Zylinderkopfes getrennt von den Abgasströme der
Teilabgasleitungen der Sekundärzylinder gehalten, so dass das Abgasabführsystem in Gestalt von zwei Austrittsöffnungen aus dem Zylinderkopf austritt. Die
Teilabgasleitungen werden stromabwärts des Zylinderkopfes und damit erst außerhalb des Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung zusammengeführt. Dies kann stromaufwärts oder stromabwärts einer Abgasnachbehandlung oder einer Abgasturboaufladung erfolgen.
Die Sekundärzylinder können insbesondere deaktiviert werden, um die Temperatur der aus dem Motor austretenden Abgase, des durch den Motor fließenden
Schmieröls und/oder des durch den Motor fließenden Kühlmittels zu erhöhen.
Die Versorgung der Primärzylinder mit Kühlmittel kann mittels eines
Durchflussregelventils (z.B. Thermostat mit Dehnstoffelement) geregelt werden, wobei die Versorgung der Sekundärzylinder mit Kühlmittel bei Deaktivierung mittels eines weiteren Durchflussregelventils einstellbar ist.
Die Versorgung der deaktivierten Sekundärzylinder mit Kühlmittel kann mittels des weiteren Durchflussregelventils in Anpassung an Betriebsbedingungen des Motors und der Nachbehandlungseinrichtung einstellbar, insbesondere abstellbar sein. Ein Arbeitshub kann in einem der beiden Primärzylinder für jede Umdrehung der Kurbelwelle auftreten und die Arbeitshübe für die Sekundärzylinder können außer Phase mit den Arbeitshüben der Primärzylinder sein.
Das Deaktivieren der Sekundärzylinder kann das Abschalten einer Kraftstoffzufuhr zu dem Sekundärzylinder beinhalten.
Die Sekundärzylinder können mindestens ein Einlassventil und mindestens ein Auslassventil enthalten und das Deaktivieren der Sekundärzylinder kann das Halten aller Einlass- und aller Auslassventile in ihren jeweiligen geschlossenen Positionen beinhalten.
Die Sekundärzylinder können auf der Basis eines Vergleichs einer
Motordrehmomentnachfrage mit einer Motordrehmomentnachfragegrenze deaktiviert werden.
Die Sekundärzylinder können auf der Basis eines Vergleichs einer Änderungsrate der Motordrehmomentnachfrage mit einer Änderungsratengrenze der
Motordrehmomentnachfrage deaktiviert werden.
Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung wird ein Motorsystem bereitgestellt, das Folgendes umfasst: einen Vier-Zylinder-Motor, gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung konstruiert, eine Eingabe, die ein angefordertes Motordrehmoment ermittelt, und einen Elektronikcontroller, der betätigt werden kann, die das ermittelte, angeforderte Motordrehmoment zu empfangen, wobei der Elektronikcontroller betätigt werden kann, um zu bestimmen, ob der Motor unter Verwendung aller vier Zylinder betrieben werden soll, oder die Sekundärzylinder so zu deaktivieren, dass der Motor unter Verwendung nur der beiden Primärzylinder betrieben wird, auf der Basis mindestens des ermittelten, angeforderte Motordrehmoments.
Die Eingabe des ermittelten angeforderten Motordrehmoments kann von einem Geschwindigkeitsregelsystem erzeugt werden. Das Motorsystem kann weiterhin Folgendes umfassen: ein Fahrpedal, das von einem Bediener des Motors betätigt werden kann, und einen
Fahrpedalpositionssensor zum Überwachen der Position des Fahrpedals und Liefern der das angeforderte Motordrehmoment anzeigenden Eingabe, und der
Elektronikcontroller kann betätigt werden, die Eingabe von dem
Fahrpedalpositionssensor zu empfangen und zu bestimmen, ob der Motor unter Verwendung aller vier Zylinder betrieben werden soll oder die Sekundärzylinder deaktiviert werden sollen, um den Motor unter Verwendung nur der beiden
Primärzylinder zu betätigen, auf der Basis mindestens der von dem
Fahrpedalpositionssensor empfangenen Eingabe.
Falls das angeforderte Motordrehmoment über einer ersten vordefinierten
Drehmomentnachfragegrenze liegt, kann der Motor unter Verwendung aller vier Zylinder betrieben werden, und falls das angeforderte Drehmoment unter der ersten vordefinierten Drehmomentnachfragegrenze liegt, kann der Motor als ein Zwei- Zylinder-Motor betrieben werden, wobei die Sekundärzylinder deaktiviert sind.
Das Motorsystem kann weiterhin Folgendes umfassen: ein
Temperaturindikatormittel zum Liefern einer Eingabe an den Elektronikcontroller, die eine den Motor betreffende Temperatur anzeigt, und der Elektronikcontroller kann betätigt werden, die Sekundärzylinder zu deaktivieren, falls die den Motor
betreffende Temperatur unter einer vordefinierten Temperaturgrenze liegt. Das Motorsystem kann weiterhin eine Abgasnachbehandlungseinrichtung umfassen, die den Motor betreffende Temperatur kann die Abgastemperatur sein, das
Temperaturindikatormittel ist dann ein Abgastemperatursensor zum Liefern einer Eingabe an den Elektronikcontroller, die die Temperatur des in die
Nachbehandlungseinrichtung eintretenden Abgases anzeigt, und die vordefinierte Temperaturgrenze ist dann eine erforderliche Betriebstemperatur der
Nachbehandlungseinrichtung. Der Ausdruck„Temperaturindikatormittel" bedeutet, wie hier gemeint, die Bestimmung einer Temperatur entweder durch direkte
Temperaturmessung unter Verwendung eines Sensors oder durch Einsatz einer gefolgerten Temperatur
Die den Motor betreffende Temperatur kann alternativ die Temperatur eines durch den Motor zirkulierenden Kühlmittels sein, der Temperatursensor kann ein
Kühlmitteltemperatursensor sein zum Liefern einer Eingabe an den
Elektronikcontroller, die die Kühlmitteltemperatur anzeigt, und die vordefinierte Temperaturgrenze kann eine erforderliche Betriebstemperatur des Kühlmittels sein.
Die den Motor betreffende Temperatur kann die Temperatur von durch die
Primärzylinder strömendem Kühlmittel sein. Das Temperaturindikatormittel ist dann ein Temperatursensor zum Liefern einer Eingabe an den Elektronikcontroller, welche die Kühlmitteltemperatur des die Primärzylinder durchströmenden Kühlmittels anzeigt und die vordefinierte Temperaturgrenze kann eine erforderliche
Betriebstemperatur des durch die Primärzylinder strömenden Kühlmittels sein.
Die den Motor betreffende Temperatur kann die Temperatur von durch die
Sekundärzylinder strömendem Kühlmittel sein. Das Temperaturindikatormittel ist dann ein Temperatursensor zum Liefern einer Eingabe an den Elektronikcontroller, welche die Kühlmitteltemperatur des Kühlmitteltemperatur des durch die
Sekundärzylinder strömenden Kühlmittels anzeigt und die vordefinierte
Temperaturgrenze kann eine erforderliche Betriebstemperatur des durch die
Sekundärzylinder strömenden Kühlmittels sein.
Die den Motor betreffende Temperatur kann alternativ die Temperatur von durch den Motor zirkulierendem Öl sein, das Temperaturindikatormittel ist ein
Öltemperatursensor zum Liefern einer Eingabe an den Elektronikcontroller, die die Oltemperatur anzeigt, und die vordefinierte Temperaturgrenze ist eine erforderliche Betriebstemperatur des Öls. Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung konstruierten Motors bereitgestellt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bestimmen, ob die Sekundärzylinder deaktiviert werden können, und falls dier Sekundärzylinder deaktiviert werden können, Beenden einer Kraftstoffzufuhr zu den Sekundärzylindern, um ihn zu deaktivieren.
Die Sekundärzylinder des Motors können deaktiviert werden, falls die von dem Motor geforderte Drehmomentausgabe durch Betreiben des Motors auf nur zwei Zylindern erfüllt werden kann. Der Motor kann unter Verwendung von vier Zylindern betrieben werden, falls eine Motordrehmomentnachfrage über einer vordefinierten Grenze liegt.
Die Sekundärzylinder können mindestens ein Einlassventil und mindestens ein Auslassventil enthalten, und das Verfahren kann weiterhin das Deaktivieren der Sekundärzylinders durch Halten aller Einlass- und aller Auslassventile in ihren jeweiligen geschlossenen Positionen umfassen.
Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegende
Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm, das ein Motorsystem gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung zeigt;
Fig. 1 a eine schematische Ansicht von Zylinderkopfkühlmantel und
Motorblockkühlmantel
Fig. 1 b eine schematische Ansicht der Kurbelwellkröpfung
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch einen Vier-Zylinder-Reihenmotor gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die Anordnung zweier Abgasturbolader am Motor Fig. 4 ein Flussdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zum
Betreiben eines Motors gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung;
Figuren 5A und 5B Flussdiagramme, die eine zweite Ausführungsform eines
Verfahrens zum Betreiben eines Motors gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung zeigen; und Figuren 6A und 6B alternative Zeitsteuerdiagramme für den in Figuren 1 bis 3 gezeigten Motor.
Unter besonderer Bezugnahme auf Figuren 1 bis 3 wird ein Kraftfahrzeug 50 mit einem Motorsystem 1 gezeigt, das einen Viertakt-Vier-Zylinder- Hubkolbenverbrennungsmotor 5, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 für den Motor 5, einen Elektronikcontroller 30, eine
Bedieneranforderungseingabeeinrichtung in Form eines Fahrpedals 16 und einen assoziierten Fahrpedalpositionssensor 32 aufweist. Der Elektronikcontroller 30 kann mehrere miteinander verbundene
Elektronikcontroller, Steuereinheiten oder Elektronikprozessoren umfassen kann und ist lediglich zu Darstellungszwecken als eine einzelne Einheit gezeigt ist.
Das Motorsystem 1 enthält auch einen Abgastemperatursensor 33 zum Liefern einer Ausgabe, die die Temperatur des in die Nachbehandlungseinrichtung 20
eintretenden Abgases anzeigt, eine elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzeinheit 10, einen elektronisch gesteuerten variablen Ventilbetätigungsmechanismus 14 und einen Motordrehzahlsensor 31 , der mit einem Zahnkranz auf einem Schwungrad 9 des Motors 5 assoziiert ist. Es können andere Mittel zum Messen der Motordrehzahl verwendet werden und die Erfindung ist nicht auf die Verwendung eines
Zahnkranzes und eines Motordrehzahlsensors beschränkt.
Das Motorsystem 1 kann auch ein nicht gezeigtes Geschwindigkeitsregelsystem enthalten, um an den Elektronikcontroller 30 eine Eingabe einer erforderlichen Motordrehmomentnachfrage zu liefern, um eine eingestellte
Fahrzeuggeschwindigkeit aufrechtzuerhaltenDie Logik für das
Geschwindigkeitsregelsystem kann als Teil des Elektronikcontrollers 30 ausgebildet sein oder eine separate Einheit sein.
Der Motor 5 umfasst vier in Reihe angeordnete Zylinder 1 1 , 12, 13 und 14, wobei zwei Primärzylinder 1 1 , 12 und zwei Sekundärzylinder 13,14 vorliegen. Bevorzugt haben Primär- und Sekundärzylinder etwa den gleichen Hubraum. Alternativ können Primär- und Sekundärzylinder unterschiedliche Hubräume aufweisen. Insbesondere kann der Hubraum der Primärzylinder größer als der Hubraum der Sekundärzylinder sein.
Die Primärzylinder 1 1 , 12 arbeiten immer, während der Motor 5 arbeitet, und die Sekundärzylinder 13, 14 können selektiv deaktiviert werden, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben. Alternativ können -in Verbindung mit einer geänderten Zündsteuerung die Zylinder 13, 14 als Primärzylinder und die Zylinder 1 1 ,12 als Sekundärzylinder betrieben werden. Bei dieser alternativen Anordnung (anders als in der schematischen Darstellung in Fig. 1 gezeigt) sind vorteilhaft die ständig arbeitenden Primärzylinder 13, 14 nahe am Schwungrad angeordnet. Dies ist für den Massenausgleich bevorzugt, insbesondere, wenn der Hubraum der
Primärzylinder größer als der Hubraum der Sekundärzylinder ist. In Verbindung mit einer Anordnung der Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 nahe der
Schwungradseite des Motors ergibt sich dadurch ein besonders kurzer Abstand zwischen Primärzylindern und Abgasnachbehandlungseinrichtung 20. Zusätzlich ergibt sich bei dieser Ausführung ein verringerter Strömungswiderstand der
Abgasführung zur Atmosphäre (Pfeil "E").
Eine Kühlmittel pumpe 2 sorgt in den Zylindern 1 1 , 12, 13, 14 und in dem -nicht dargestellten- Zylinderkopf für Kühlmittelumlauf vermittels einer
Kühlmittelverteilerleitung 3. Die Kühlmittelverteilerleitung 3 kann im Zylinderblock und/oder Zylinderkopf verlaufen. Der Eintritt von Kühlmittel in die
Kühlmittelverteilerleitung 3 wird von einem Durchflussregelventil 4a geregelt ermöglicht. In der Kühlmittelverteilerleitung 3 ist ein weiteres regelbares
Durchflussregelventil 4b für die Kühlung der Sekundärzylinder 13, 14 angeordnet.
Eines der Ventile kann als Thermostat mit Dehnstoffelement ausgeführt sein. Die Ventile können, durch den Elektronikcontroller 30 über an den elektronisch gesteuerten variablen Ventilbetätigungsmechanismus gesendete Befehle, den
Kühlmittelfluss durch die Zylinder variieren. Wenn die Sekundärzylinder 13, 14 deaktiviert sind wird deren Kühlung mittels des Durchflussregelventils 4b reduziert oder z. B. zeitweilig alternierend unterbrochen. Dadurch wird eine Abkühlung der deaktivierten Zylinder vermieden, bzw. wird die Temperatur der Sekundärzylinder in einem Temperaturbereich gehalten, der für die fortgesetzte Schmierung günstig ist. Dadurch wird auch der Kraftstoffverbrauch reduziert. Dabei wird die Temperatur der Sekundärzylinder z.B. mittels eines Temperatursensors 4c
(Temperaturindikatormittel) bestimmt. Der Ausdruck„Temperaturindikatormittel" bedeutet, wie hier gemeint, die Bestimmung einer Temperatur entweder durch direkte Temperaturmessung unter Verwendung eines Sensors (4c) oder durch
Einsatz einer gefolgerten Temperatur z.B. aus einem Kennfeld der Lastanforderung und der Motordrehzahl. Die Kühlmittelverteilerleitung 3 ist im Ausführungsbeispiel weitgehend in den Motor integriert. Alternativ kann die Die Kühlmittelverteilerleitung 3 teilweise außerhalb des Motors angeordnet sein.
Ein Abgaskrümmer 6 lenkt den Motor 5 verlassendes Abgas zu einen Auslasskanal 7 und zu der Nachbehandlungseinrichtung 20, und ein Endrohr 8 leitet Abgas von der Nachbehandlungseinrichtung 20 zur Atmosphäre, wie durch den Pfeil„E" angezeigt. Die Abgasleitung 6 (der Abgaskrümmer) besteht bevorzugt aus zwei voneinander getrennten Abschnitten (Teilabgasleitungen) 6a, 6b. Dabei strömt Abgas aus den Primärzylindern 1 1 , 12 gesammelt im Abschnitt 6a zu dem
Auslasskanal 7. Abgas aus den Sekundärärzyl indem 13, 14 strömt gesammelt im Abschnitt 6b zu dem Auslasskanal 7. Dadurch werden die Abgasleitungen der Zylinder stufenweise zusammengeführt Die Nachbehandlungseinrichtung 20 kann von einem beliebigen bekannten Typ sein, der sich zum Reduzieren der Emissionen von dem Motor 5 eignet, und dass mehr als ein Typ von Abgasnachbehandlungseinrichtung kann in Reihe an den Auslasskanal 7 angeschlossen sein. Beispielsweise und ohne Einschränkung können ein Katalysator, eine Rußfalle und eine NOx-Falle bzw NOx -Katalysator in Reihe angeordnet sein. Zusätzlich können eine oder mehrere Einrichtungen zum
Reduzieren von Auslassgeräusch in das Endrohr 8 hinter der oder den
Nachbehandlungseinrichtung(en) eingebaut sein.
Der Abgastemperatursensor 33 kann direkt an einem Einlassende der Nachbehandlungseinrichtung 20 angebracht sein oder kann sich vor der
Nachbehandlungseinrichtung 20 befinden, um die Temperatur des durch den Auslasskanal 7 strömenden Abgases an einer Position nahe einem Einlass zu der Nachbehandlungseinrichtung 20 zu messen. Es versteht sich, dass die Temperatur aus anderen Betriebsparametern gefolgert werden könnte, anstatt unter
Verwendung eines Temperatursensors direkt gemessen zu werden.
Die Position des Fahrpedals 16 wird von dem Fahrpedalpositionssensor 32 erfasst, und die Ausgabe von dem Sensor 32 wird als eine Eingabe zu dem
Elektronikcontroller 30 geliefert, wo sie verarbeitet wird, um eine Anzeige der Bedienermotordrehmomentnachfrage zu liefern.
Die Ausgabe von dem Motordrehzahlsensor 31 wird von dem Elektronikcontroller 30 als eine Anzeige der aktuellen Motordrehzahl verwendet.
Wie in Figur 1 a dargestellt erfolgt die Zufuhr von Kühlmittel zum Motor 5 von der Wasserpumpe 2 (nicht gezeigt) mittels der Zuführung 40 der
Kühlmittelverteilerleitung 3 in den Motorblockkühlmantel 52 der Primärzylinder 1 1 , 12. Die Zuführung 40 ist mittels eines Kanals 41 im Durchflussregelventil 4a mit einem Kanal 42 verbunden, der in den Zylinderkopfkühlmantel 51 führt. In der Figur ist nur ein Kanal 42 bezeichnet, die Zufuhr von Kühlmittel kann jedoch durch mehrere Kanäle erfolgen. Das Durchflussregelventil 4a regelt den Zufluss von Kühlmittel von der Wasserpumpe 2 zum Zylinderkopfkühlmantel 51 und über Kanäle 47 zum Motorblockkühlmantel. Alternativ kann das Durchflussregelventil 4a ganz oder teilweise den Zufluss von Kühlmittel von der Wasserpumpe 2 über die
Kühlmittelverteilerleitung 3 zum Motorblockkühlmantel 52 und über Kanäle 47 zum. Zylinderkopfkühlmantel 51 regeln. Der Zylinderkopfkühlmantel 51 umgibt den Abgaskrümmerabschnitt 6a. Dabei strömt Abgas aus den Primärzylindern 1 1 , 12 gesammelt im Abschnitt 6a durch die Auslassöffnung 53 zu dem Auslasskanal 7.
Ferner erfolgt die Zufuhr von Kühlmittel zum Motor 5 von der Wasserpumpe 2 (nicht gezeigt) mittels der Zuführung 40 der Kühlmittelverteilerleitung 3 in den
Motorblockkühlmantel 52' der Sekundärzylinder 13, 14. Die Zuführung 40 ist mittels
eines Kanals 41 ' im Durchflussregelventil 4b mit einem Kanal 42' verbunden, der in den Zylinderkopfkühlmantel 51 ' führt. In der Figur ist nur ein Kanal 42' dargestellt, die Zufuhr von Kühlmittel kann jedoch mehrere Kanäle erfolgen. Das
Durchflussregelventil 4b regelt den Zufluss von Kühlmittel von der Wasserpumpe 2 zum Zylinderkopfkühlmantel 51 ' und über Kanäle 47' zum Motorblockkühlmantel. Alternativ kann das Durchflussregelventil 4b ganz oder teilweise den Zufluss 40 von Kühlmittel von der Wasserpumpe 2 über die Kühlmittelverteilerleitung 3 zum
Motorblockkühlmantel 52' und über Kanäle 47' zum. Zylinderkopfkühlmantel 51 ' regeln. Der Zylinderkopfkühlmantel 51 ' umgibt den Abgaskrümmerabschnitt 6b. Dabei strömt Abgas aus den Sekundärzylindern 13, 14 gesammelt im Abschnitt 6b durch die Auslassöffnung 53' zu dem Auslasskanal 7. Die Auslassöffnungen sind in Einbaulage etwa horizontal nebeneinander angeordnet. Dadurch wird eine kompakte Bauweise des Motors ermöglicht.
In Figur 1 a sind die Durchflussregelventile 4a, 4b in die Motorblockkühlmäntel 51 , 51 ' integriert dargestellt. Alternativ können die Durchflussregelventile 4a, 4b in Gehäusen am Motorblock oder in einem gemeinsamen Gehäuse am die
Motorblockkühlmäntel 52, 52' bildenden Motorblock oder am Zyliderkopf angeordnet sein. Dabei kann Kühlmittelverteilerleitung 3 auch außerhalb des Motors angeordnet sein um die Kühlmittelpumpe 2 mit den Durchflussregelventilen zu verbinden.
Bevorzugt ist das Durchflussregelventil 4a ein Thermostat mit Dehnstoffelement.
Nunmehr insbesondere auf Figur 2 bezugnehmend stützt der erste Primärzylinder 1 1 gleitend einen Kolben 1 1 p, der durch eine Pleuelstange 1 1 c mit einer ersten Kröpfung 1 1 T einer vierfach gekröpften Flat-Plane-Kurbelwelle 40 verbunden ist. Die Pleuelstange 1 1 c ist über ein kleines Endlager 1 1 e und einen Kolbenbolzen 1 1 g drehbar mit dem Kolben 1 1 p verbunden und ist über ein großes Endlager 1 1 D drehbar mit der ersten Kröpfung (Hubzapfen) 1 1 T der Kurbelwelle 40 verbunden.
Der zweite Primärzylinder 12 stützt gleitend einen Kolben 12p, der durch eine Pleuelstange 12c mit einer dritten Kröpfung 12T der dreifach gekröpften Flat-Plane-
Kurbelwelle 40 verbunden ist. Die Pleuelstange 12c ist über ein kleines Endlager 13e und einen Kolbenbolzen 12g drehbar mit dem Kolben 12p verbunden und ist
über ein großes Endlager 12D drehbar mit der ersten Kröpfung (Hubzapfen) 12T der Kurbelwelle 40 verbunden.
Der erste Sekundärzylinder 13 stützt gleitend einen Kolben 13p, der über eine Pleuelstange 13c mit einer zweiten Kröpfung 13T der vierfach gekröpften Flat-Plane- Kurbelwelle 40 verbunden ist. Die Pleuelstange 13c ist über ein kleines Endlager 13E und einen Kolbenbolzen 13g drehbar mit dem Kolben 13p verbunden und ist über ein großes Endlager 13D drehbar mit der ersten Kröpfung (Hubzapfen) 13T der Kurbelwelle 40 verbunden.
Der zweite Sekundärzylinder 14 stützt gleitend einen Kolben 14p, der über eine Pleuelstange 14c mit einer zweiten Kröpfung 14T der vierfach gekröpften Flat-Plane- Kurbelwelle 40 verbunden ist. Die Pleuelstange 14c ist über ein kleines Endlager 14E und einen Kolbenbolzen 14g drehbar mit dem Kolben 14p verbunden und ist über ein großes Endlager 14D drehbar mit der ersten Kröpfung (Hubzapfen) 14T der Kurbelwelle 40 verbunden.
Die Sekundärzylinder 13, 14 sind benachbart in Reihe zu den Primärzylindern 1 1 , 12 angeordnet. Die Sekundärzylinder 13, 14können die gleiche Kapazität wie die beiden Primärzylinder 1 1 , 12 besitzen oder eine andere Kapazität besitzen entweder aufgrund eines anderen Bohrungsdurchmessers oder eines anderen Hubs oder einer Kombination aus diesen, doch besitzen bei dem beschriebenen Beispiel alle vier Zylinder 1 1 , 12, 13 und 14 die gleiche Kapazität und die Bohrung und der Hub sind die gleichen für alle vier Zylinder 1 1 , 12, 13 und 14.
Jeder der Zylinder 1 1 , 12, 13 und 14 besitzt ein jeweiliges Einlass- und Auslassventil 1 1 a, 1 1 b; 12a, 12b; 13a, 13b, 14a, 14b doch versteht sich, dass es in der Praxis eine andere Anzahl an Einlass- und Auslassventilen geben kann, beispielsweise zwei Einlass- und zwei Auslass- oder drei Einlass- und zwei Auslassventile.
Weiterhin ist es möglich, dass die Sekundärzylinder 13, 14 eine andere Anzahl an
Einlassventilen und Auslassventilen als die Primärzylinder 1 1 , 12 besitzt.
In dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Einlass- und Auslassventile durch den elektronisch gesteuerten variablen Ventilbetätigungsmechanismus 15 betätigt, so dass das Öffnen und Schließen der Ventile 1 1 a, 1 1 b; 12a, 12b; 13a, 13b, 14a, 14b gesteuert werden kann und insbesondere dahingehend gesteuert werden kann, die Einlass- und Auslassventile 13a, 13b, 14a, 14b der Sekundärzylinder 13,14 zu deaktivieren, so dass sie geschlossen bleiben, wenn die Sekundärzylinder 13, 14 deaktiviert sind.
Die Kurbelwelle 40 kann um eine Mittelachse 42 gedreht werden und wird in diesem Fall durch fünf Hauptlager 43 gestützt. Wie am besten in Fig. 2 zu sehen, sind die Kröpfungen 1 1 T, 12T für die beiden Primärzylinder 1 1 , 12 in Phase miteinander angeordnet, und die Kröpfungen 13T, 14T für die Sekundärzylinder 13, 14 sind so angeordnet oder orientiert, dass sie um einen Winkel Θ bezüglich der Kröpfung 1 1T, 12T für die beiden Primärzylinder 1 1 , 12 außer Phase ist. Der Winkel Θ (s, Fig. 1 b) ist bevorzugt ein Winkel von 180°, so dass gesagt werden kann, dass die
Kröpfungen 1 1 T und 12T für die Primärzylinder 1 1 , 12 um 180° außer Phase sind zu der Kröpfung 13T unsd 14T für die Sekundärzylinder 13, 14. Der Effekt davon ist, dass immer dann, wenn sich die Kolben 1 1 P, 12P der Primärzylinder 1 1 , 12 am oberen Totpunkt befinden, der Kolben 13P, 14P der Sekundärzylinders 13, 14 sich am unteren Totpunkt befindet, und umgekehrt. Der Winkel von 180° ist bevorzugt im Hinblick auf den Massenausgleich, er kann jedoch ohne weiteres zwischen z.B. 175° und 185° liegen.
Der Motor 5 kann ein Viertakt-Dieselmotor oder Ottomotor sein. Das das Mittel zum Deaktivieren der Sekundärzylinders 13, 14 ist bevorzugt das Abstellen oder die Beendigung der Kraftstoffzufuhr zu den Sekundärzylindern 13, 14. Außerdem werden bei Deaktivierung bevorzugt sowohl die Einlass- als auch Auslassventile 13a, 13b, 14a, 14b durch den Elektronikcontroller 30 über an den elektronisch gesteuerten variablen Ventilbetätigungsmechanismus 14 gesendete Befehle deaktiviert. Das Schließen der Einlass- und Auslassventile 13a, 13b, 14a, 14b hat den Vorteil, dass Pumpverluste reduziert werden, während die Sekundärzylinder 13,
14 deaktiviert sind. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Ausführungsformen möglicherweise keine Mittel zum Deaktivieren der Einlass- und Auslassventile 13a, 13b und/oder 14a, 14b vorgesehen werden, so dass sie während der Deaktivierung
normal arbeiten. Es können andere Ventilbetätigungsanordnungen vorgesehen werden, so dass beispielsweise während der Deaktivierung der Sekundärzylinders 13, 14 nur die Einlassventile geschlossen gehalten wird oder nur die Auslassventile geschlossen gehalten wird.
Es können sowohl die Zündung als auch die Kraftstoffzufuhr zu den
Sekundärzylindern 13, 14 während der Deaktivierung unterbunden werden oder die Zündung könnte in einem normalen Betriebszustand gehalten werden, wobei nur die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wird.
Wie Figur 3 zeigt besteht der Abgaskrümmer 6 bevorzugt aus zwei voneinander getrennten Abschnitten 6a, 6b. Dabei strömt Abgas aus den Primärzylindern 1 1 , 12 gesammelt im Abschnitt 6a zu dem Auslasskanal 7. Abgas aus den
Sekundärärzyl indem 13, 14 strömt gesammelt im Abschnitt 6b zu dem
Auslasskanal 7. Dadurch kann bevorzugt zwischen jede der Abschnitte 6a, 6b und dem Auslasskanal 7 jeweils ein Turbolader angeordnet sein.
Wie Figur 3 weiter zeigt, bilden die vier Zylinder 1 1 , 12, 13, 14 zwei Gruppen mit jeweils zwei Zylindern 1 1 , 12, und 13, 14. Der Abgaskrümmerabschnitt 6a bzw. 6b sind zu einem Auslasskanal (Gesamtabgasleitung) 7 zusammen geführt. Zwischen dem Auslasskanal 7 und dem Abgaskrümmerabschnitt 6a und 6b ist jeweils eine Turbine 17 eines Abgasturboladers 17 angeordnet, welche einen dazugehörigen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter 17b antreibt. Bei der in Figur 1
dargestellten Ausführungsform sind die beiden Abgaskrümmer 7 in den Zylinderkopf 10 integriert, d. h. die Abgasleitungen 5 jeder Gruppe führen innerhalb des
Zylinderkopfes 10 zu einer Gesamtabgasleitung 8 zusammen. Die Verdichter der beiden Turbolader sind bevorzugt mit jeweils einem Plenum 18a bzw 18b der Einlassventile verbunden. Dabei steht einer der Verdichter mit dem Plenum 18a mit den Einlassventilen 1 1 a, 12a der Primärzylinder in Verbindung. Der zweite Verdichter steht mit dem Plenum 18b der Sekundärzylinder mit den Einlassventilen 13a, 14a in Verbindung. In Fig. 3 ist schematisch nur jeweils ein Einlassventil gezeigt, bevorzugt können jedoch mehrere Einlassventile je Zylinder angeordnet sein. Dies gilt ebenso für die Auslassventile. An jedem Plenum 18a bzw. 18b ist ein Luftmassensensor
angeordnet (in der schematischen Darstellung nicht eingezeichnet). Statt zwei separaten Bauteilen für Plenum 18a und 18b kann eine Plenum mit einer Trennwand für die Luftversorgung der Primärzylinder separat von der Luftversorgung der Sekundärzylinder angeordnet sein. Die Trennwand kann durch eine regelbare Überströmeinrichtung (z.B. Klappe) gebildet werden. Dadurch kann das
Resonanzverhalten des Plenums und die Luftmassenzufuhr an die Einlassventile verbessert werden.
Der Betrieb des Motorsystems 1 ist wie folgt: wenn eine hohe Drehmomentausgabe von dem Motor 5 gefordert wird, kann der Elektronikcontroller 30 programmiert sein, den Motor 5 in einem Vier-Zylinder-Betriebsmodus zu betreiben, wobei alle vier Zylinder 1 1 , 12, 13 und 14 arbeiten. Die Bestimmung darüber, was eine hohe Drehmomentausgabe darstellt, ist in diesem Fall das von einem Bediener des Motors 5 angeforderte Motordrehmoment auf der Basis der durch den
Elektronikcontroller 30 von dem Fahrpedalpositionssensor 32 empfangenen
Eingabe. Eine Motordrehmomentnachfrage könnte von einem
Geschwindigkeitsregelsystem sein.
Bei einem Beispiel variiert die Ausgabe von dem Fahrpedalpositionssensor 32 zwischen 0,0 V und 4,2 V, und nach Signalkonditionierung entspricht die 0,0 V- Ausgabe einer Fahrpedalposition von 0%, die anzeigt, dass der Bediener das Fahrpedal 16 nicht drückt, und die 4,2 V-Ausgabe entspricht einer Fahrpedalposition von 100%, die anzeigt, dass das Fahrpedal 16 von dem Bediener ganz
durchgedrückt worden ist. Die Fahrpedalpositionen kann zu dem angeforderten Motordrehmoment in direkter Beziehung stehenoder es kann zwischen der
Fahrpedalposition und dem angeforderten Motordrehmoment eine nichtlineare Beziehung bestehen.
Falls bei einer derartigen Anordnung die Ausgabe von dem
Fahrpedalpositionssensor 32 anzeigt, dass der Bediener das Fahrpedal 16 um mehr als ein vordefiniertes Ausmaß drückt, das einer vordefinierten
Motordrehmomentnachfragegrenze entspricht, dann wird der Betrieb mit allen vier Zylindern 1 1 , 12, 13 und 14 gewählt. Falls das Fahrpedal 16 um weniger als dieses
vordefinierte Ausmaß gedrückt wird, dann wird der Betrieb nur mit den beiden Primärzylindern 1 1 , 12 gewählt und die Sekundärzylinder 13, 14 werden deaktiviert. Im Fall einer Deaktivierung wird dies dadurch bewirkt, dass der Elektronikcontroller 30 dahingehend wirkt, die Kraftstoffzufuhr zu den Sekundärzylinder 13, 14 abzuschneiden und die Ventilbetätigungseinheit 14 dahingehend zu steuern, dass die Einlass- und Auslassventile 13a, 13b, 14a, 14b deaktiviert werden.
Der für diese vordefinierte Motordrehmomentnachfragegrenze gewählte genaue Wert hängt von der genauen Konfiguration des Motors 5 ab und wird so gewählt, dass, falls, wie in diesem Fall, der Motor 5 in das Kraftfahrzeug 5 eingebaut ist, die Beschleunigungsleistung des Motorfahrzeugs 50 durch Arbeiten mit zwei Zylindern 1 1 , 12 nicht stark beeinflusst wird und auch nicht die Notwendigkeit zum Betreiben aller vier Zylinder 1 1 , 12, 13 und 14 so nahe wie möglich an ihrer optimalen
Effizienz. Das heißt, der Betrieb wird so gesteuert, dass die durch das Arbeiten mit zwei Zylindern erreichte Gesamteffizienz die übersteigt, die erhältlich ist, falls der Motor 5 mit vier Zylindern arbeiten würde.
Durch selektives Deaktivieren der Sekundärzylinder 13, 14 ist es deshalb möglich, den Motor 5 näher an seiner maximalen Effizienz zu betreiben, wodurch der
Kraftstoffverbrauch reduziert wird.
Die Deaktivierung wurde bisher so beschrieben, dass sie einzig auf dem
angeforderten Motordrehmoment basierend bewirkt wird, was in diesem Fall aus der Fahrpedalposition gefolgert wird, doch braucht dies nicht der Fall zu sein.
Beispielsweise könnte die Änderungsrate des angeforderten Motordrehmoments, wie durch die Fahrpedalposition angezeigt, in Kombination mit der vordefinierten Drehmomentnachfragegrenze verwendet werden. Falls in einem derartigen Fall die Rate, mit der das Fahrpedal gedrückt wird, über einer vordefinierten Grenze liegt, dann könnte der Motor selbst dann mit allen vier Zylindern 1 1 , 12, 13 und 14 betrieben werden, wenn die tatsächliche Motordrehmomentnachfrage unter der
Motordrehmomentanfragegrenze liegt.
Dies könnte unter Verwendung einer Logik erreicht werden, wie etwa beispielsweise und ohne Begrenzung:
Falls dTd > dTdümit ODER Td > Tdnmit dann verwende vier Zylinder;
Sonst verwende zwei Zylinder wobei: dTd die aktuelle Änderungsrate der Fahrpedalposition ist;
dTdümit die Grenze für die Änderungsrate der Fahrpedalposition ist;
Td die aktuelle Drehmomentnachfrage auf der Basis der
Fahrpedalposition ist und
Tdnmit die vordefinierte Drehmomentnachfragegrenze ist. Die Änderungsrate der Motordrehmomentnachfrage kann alternativ aus einer Änderungsrate der Motordrehmomentnachfrage von einem
Geschwindigkeitsregelsystem gefolgert werden.
Ein Vorteil bei der Verwendung einer derartigen Kombination ist, dass eine plötzliche Änderung bei der Fahrpedalposition anzeigt, dass der Motorbediener wie etwa ein Fahrer des Kraftfahrzeugs 50 erfordert, dass die Drehmomentproduktion schnell gesteigert wird, und deshalb ist es wünschenswert, dass dies darin zum Ausdruck kommt, dass alle vier Zylinder 1 1 , 12, 13 und 14 verwendet werden, um zu arbeiten, selbst falls das aktuelle angeforderte Niveau an Motordrehmoment unter der vordefinierten Drehmomentnachfragegrenze (Tdnmit) liegt. Beispielsweise wird möglicherweise bei einem Überholmanöver das Fahrpedal 16 schnell von z. B. 15% gedrückt zu 90% gedrückt bewegt, aber ohne die Verwendung der
Änderungsratenlogik würden die Sekundärzylinder 13, 14 deaktiviert bleiben, bis sich das Fahrpedal 16 physisch an der vordefinierten
Motordrehmomentnachfragegrenze vorbeibewegt. Durch Verwendung einer
Änderungsratenlogik können jedoch die Sekundärzylinder 13, 14 wieder zum
Einsatz gebracht werden, sobald eine Änderungsrate der Fahrpedalposition die Fahrpedaländerungsratengrenze (dTdümit) übersteigt, wodurch die Motorreaktionszeit reduziert wird und die Notwendigkeit für einen Vier-Zylinder-Betrieb antizipiert wird.
Wenngleich oben auf die Fahrpedalposition so Bezug genonnnnen wird, dass sie eine prozentuale Nachfrage ist, versteht sich, dass dies nicht der Fall zu sein braucht und die Bedienerdrehmomentnachfrage auf der Basis von Variationen bei der
Ausgangsspannung von dem Fahrpedalpositionssensor 32 oder Variationen beim Ausgangswert abgeleitet werden könnte, falls ein digitaler Positionssensor verwendet wird.
Es versteht sich, dass der Übergang zwischen dem deaktivierten und aktiven Zustand möglicherweise nicht sofort dann eintritt, wenn die Bedingungen für das Eintreten eines derartigen Übergangs hergestellt sind. Beispielsweise und ohne Beschränkung können die Sekundärzylinder 13, 14 reaktiviert werden, wenn einer in seinen Ansaughub eintritt, und wird möglicherweise erst am Ende eines
Auslasshubs deaktiviert.
Nunmehr wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben eines Vier-Zylinder-Motors 5 von dem Typ und der Konstruktion, die zuvor beschrieben wird, gezeigt. Das Verfahren startet in Kasten 100, der im Fall eines Kraftfahrzeugs ein Schlüssel- Ein-Ereignis wäre. Das Verfahren geht dann weiter zu Kasten 1 10, wo geprüft wird, ob die Bedingungen für das Betreiben des Motors 5 als ein Zwei-Zylinder-Motor vorliegen. Dieser Test könnte in seiner einfachsten Form lauten: Ist Td < Tdümit?
Wobei:
Td die aktuelle Drehmomentnachfrage in diesem Fall auf der Basis der
Fahrpedalposition ist und
Tdümit die vordefinierte Motordrehmomentnachfragegrenze ist.
Alternativ kann die Motordrehmomentnachfrage von einem
Geschwindigkeitsregelsystem kommen.
Falls die aktuelle Motordrehmomentnachfrage unter der vordefinierten Motordrehmomentnachfragegrenze liegt, geht das Verfahren weiter zu Kasten 120, wo der Motor 5 als ein Zwei-Zylinder-Motor betrieben wird, wobei die
Sekundärzylinder 1 13, 14 in diesem Fall dadurch deaktiviert wird, dass der
Elektronikcontroller 30 die Zufuhr von Dieselkraftstoff zu den Sekundärzylindern 13, 14 abschneidet und die Einlass- und Auslassventile 13a, 13b, 14a, 14b für die Sekundärzylinder 13, 14 mit Hilfe des elektronisch gesteuerten variablen
Ventilbetätigungsmechanismus 15 deaktiviert. Das Verfahren geht dann weiter von Kasten 120 zu Kasten 140, wo bestimmt wird, ob ein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist, und falls es eingetreten ist, endet das Verfahren in Kasten 150, falls aber kein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist, läuft das Verfahren zurück zu Kasten 1 10. Das Verfahren läuft weiter durch die Kästen 1 10, 120 und 140, während die Bedingungen für einen Zwei-Zylinder-Betrieb andauern und kein Schlüssel-Aus- Ereignis eingetreten ist.
Wieder unter Bezugnahme auf Kasten 1 10 geht das Verfahren, falls die aktuelle Motordrehmomentnachfrage über der vordefinierten
Motordrehmomentnachfragegrenze liegt, weiter zu Kasten 130, wo der Motor 5 als ein Vier-Zylinder-Motor 5 betrieben wird, wobei alle vier Zylinder 1 1 , 12, 13 und 14 arbeiten. Das Verfahren geht dann weiter von Kasten 130 zu Kasten 140, wo bestimmt wird, ob ein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist, und falls es eingetreten ist, endet das Verfahren in Kasten 150, falls aber kein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist, läuft das Verfahren zurück zu Kasten 1 10. Das Verfahren läuft weiter durch die Kästen 1 10, 130 und 140, während die Bedingungen für einen Vier- Zylinder-Betrieb andauern und kein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist.
Als eine Alternative zu dem oben bezüglich Kasten 1 10 beschriebenen einfachen Test könnte der Test alternativ folgende Form annehmen:
Falls dTd > dTdümit ODER Td > Tdümit dann verwende vier Zylinder;
Sonst verwende zwei Zylinder
wobei: dTd in diesem Fall die aktuelle Änderungsrate der Fahrpedalposition ist; dTdümit die Grenze für die Änderungsrate der Fahrpedalposition ist; Td in diesem Fall die aktuelle Drehmomentnachfrage auf der Basis der
Fahrpedalposition ist und
Tdümit die vordefinierte Drehmomentnachfragegrenze ist.
Alternativ kann eine Änderungsrate einer Drehmomentnachfrage von einem
Geschwindigkeitsregelsystem sein.
Falls ein derartiger Test verwendet wird, dann würde das Ergebnis aus Kasten 1 10 darin bestehen, zu Kasten 120 weiterzugehen, falls die aktuelle Änderungsrate der Fahrpedalposition unter der Grenze für die Änderungsrate der Fahrpedalposition liegt und die aktuelle Drehmomentnachfrage auf der Basis der Fahrpedalposition unter der vordefinierten Drehmomentnachfragegrenze liegt, aber zu Kasten 130 weiterzugehen, falls entweder die aktuelle Änderungsrate der Fahrpedalposition über der Grenze für die Änderungsrate der Fahrpedalposition liegt oder die aktuelle Motordrehmomentnachfrage auf der Basis der Fahrpedalposition über der vordefinierten Motordrehmomentnachfragegrenze liegt. Das Verfahren ist anderweitig durch diesen Wechsel zu dem Test in Kasten 1 10 unbeeinflusst.
Es versteht sich, dass die vordefinierte Motordrehmomentnachfragegrenze auf der Basis anderer Betriebsbedingungen des Motors 5 variiert werden kann und somit nicht notwendigerweise ein fester Wert ist. Beispielsweise und ohne Beschränkung könnte der Wert der vordefinierten Drehmomentnachfragegrenze mit der
Motordrehzahl variiert werden, so dass die Grenze mit der Motordrehzahl steigt. Nunmehr unter Bezugnahme auf Figuren 5A und 5B wird eine zweite
Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung gezeigt.
Das Verfahren beginnt in Kasten 200, der im Fall eines Kraftfahrzeugs ein
Schlüssel-Ein-Ereignis sein würde. Das Verfahren geht dann weiter zu Kasten 205, wo bestimmt wird, ob eine Erwärmung erforderlich ist. Dieser Test kann
beispielsweise darin bestehen, ob die Temperatur der Abgase erhöht werden muss,
um das Anspringen einer oder mehrerer Nachbehandlungseinrichtungen zu beschleunigen, oder ob die Temperatur des durch den Motor 5 fließenden
Schmieröls erhöht werden muss, um seine Viskosität zu reduzieren, wodurch Reibungsverluste reduziert werden, oder ob die Temperatur eines durch den Motor 5 fließenden Kühlmittels, um ihn zu kühlen, etwa nach einem Kaltstart erhöht werden muss, oder eine Kombination aus diesen. Bevorzugt wird bei Deaktivierung der Sekundärzylinder 13,14 deren Kühlung reduziert indem der Kühlmittelfluss vermittels eines Steuersignals des Elektronikcontroller 30 an den elektronisch gesteuerten variablen Ventilbetätigungsmechanismus 4b reduziert wird.
In jedem Fall besitzt der Test die Form eines Vergleichs unter Verwendung des Elektronikcontrollers 30 einer aktuellen Temperatur, wie beispielsweise durch den Kühlmittelemperatursensor 4b erfasst, mit einer vordefinierten Temperaturgrenze wie etwa einer Mindesttemperatur für minimierte Reibungsverluste. Falls die Kühlmitteltemperatur des durch die Sekundärzylinder strömenden Kühlmittels über der Mindesttemperatur liegt, dann wäre der Test nicht bestanden und das Verfahren würde weitergehen zu Kasten 210, und falls der Test bestanden ist, was anzeigt, dass die aktuelle Kühlmitteltemperatur unter der vordefinierten Temperaturgrenze liegt und eine Erwärmung erforderlich ist, geht das Verfahren weiter zu Kasten 207.
Zuerst unter Behandlung eines Nichtbestehens des Tests in Kasten 205 und dem folglichen Weitergehen des Verfahrens zu Kasten 210 wird dann in Kasten 210 geprüft, ob die Bedingungen für das Betreiben des Motors 5 als ein Zwei-Zylinder- Motor vorliegen. Dieser Test ist der gleiche Test wie in Kasten 1 10 in Fig. 4 angewendet und wird nicht wieder ausführlich beschrieben.
Falls die aktuelle Motordrehmomentnachfrage unter der vordefinierten
Motordrehmomentnachfragegrenze liegt, geht das Verfahren weiter zu Kasten 220, wo der Motor 5 als ein Zwei-Zylinder-Motor bei deaktivierten Sekundärzylindern 13,14 betrieben wird. Das Verfahren geht dann weiter von Kasten 220 zu Kasten
240, wo bestimmt wird, ob ein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist, und falls es eingetreten ist, endet das Verfahren in Kasten 250, falls aber kein Schlüssel-AusEreignis eingetreten ist, läuft das Verfahren zurück zu Kasten 205. Das Verfahren
läuft weiter durch die Kästen 205, 210, 220 und 240, während keine Erwärmung erforderlich ist, die Bedingungen für den Zwei-Zylinder-Betrieb fortdauern und kein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist. Falls wieder unter Bezugnahme auf Kasten 210 die aktuelle
Motordrehmomentnachfrage über der vordefinierten
Motordrehmomentnachfragegrenze liegt, geht das Verfahren weiter zu Kasten 230, wo der Motor 5 als ein Vier-Zylinder-Motor 5 betrieben wird, wobei alle vier Zylinder 1 1 , 12, 13 und 14 arbeiten. Das Verfahren geht dann weiter von Kasten 230 zu Kasten 240, wo bestimmt wird, ob ein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist. Falls ein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist, endet das Verfahren in Kasten 250, falls aber kein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist, läuft das Verfahren zurück zu Kasten 205. Das Verfahren läuft weiterhin durch die Kästen 205, 210, 230 und 240, während keine Erwärmung erforderlich ist, die Bedingungen für einen Vier-Zylinder- Betrieb fortdauern und kein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist.
Wie oben bezüglich Kasten 1 10 in Fig. 4 beschrieben, könnte der Test in Kasten 210 einen Test für die Änderungsrate der Motordrehmomentnachfrage beinhalten, wie durch die Änderungsrate der Fahrpedalposition gefolgert.
Nunmehr wieder unter Bezugnahme auf Kasten 205 geht das Verfahren, falls der Test in Kasten 205 bestanden wird, was anzeigt, dass eine Erwärmung erforderlich ist, weiter über Kasten 207 zu Kasten 215. In Kasten 215 wird geprüft, ob die Bedingungen für den Betrieb des Motors 5 als ein
Zwei-Zylinder-Motor vorliegen. Dieser Test ist ähnlich dem Test wie in Kasten 210 angewendet, aber der Wert der vordefinierten Motordrehmomentgrenze könnte verschieden sein. Das heißt, die Kraftstoffeffizienz des Motors 5 kann
vorübergehend beeinträchtigt sein, um die Zeit zu reduzieren, die zum Erwärmen des Kühlwassers benötigt wird.
Im Fall eines Vier-Zylinder-Motors mit Zylindern von identischer Kapazität beim Laufen auf zwei Zylindern, für die gleiche Leistungsausgabe, der Kühlmittelstrom um
etwa die Hälfte reduziert, aber die Temperatur des Kühlmittels erhöht ist. Damit kann auch die und Wärmeabfuhr erhöht sein.
Falls die aktuelle Motordrehmomentnachfrage unter der zweiten vordefinierten Motordrehmomentnachfragegrenze liegt, geht das Verfahren weiter von Kasten 215 zu Kasten 225, wo der Motor 5 als ein Zwei-Zylinder-Motor mit deaktivierten
Sekundärzylinder 13, 14 betrieben wird. Das Verfahren geht dann weiter von Kasten 225 zu Kasten 238 und dann zu Kasten 240, wo bestimmt wird, ob ein Schlüssel- Aus-Ereignis eingetreten ist. Falls ein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist, endet das Verfahren in Kasten 250, und falls kein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist, läuft das Verfahren zurück zu Kasten 205. Das Verfahren läuft dann weiter durch die Kästen 205, 207, 215, 225, 238 und 240, während eine Erwärmung erforderlich ist, die Bedingungen für den Zwei-Zylinder-Betrieb fortdauern und kein Schlüssel-AusEreignis eingetreten ist.
Falls wieder unter Bezugnahme auf Kasten 215 die aktuelle
Motordrehmomentnachfrage über der zweiten vordefinierten
Motordrehmomentnachfragegrenze liegt, geht das Verfahren weiter zu Kasten 235, wo der Motor 5 als ein Vier-Zylinder-Motor 5 betrieben wird, wobei alle vier Zylinder 1 1 , 12, 13 und 14 arbeiten. Das Verfahren geht dann weiter von Kasten 235 zu
Kasten 238 und von Kasten 238 zu Kasten 240, wo bestimmt wird, ob ein Schlüssel- Aus-Ereignis eingetreten ist. Falls ein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist, endet das Verfahren in Kasten 250, und falls kein Schlüssel-Aus-Ereignis eingetreten ist, läuft das Verfahren zurück zu Kasten 205. Das Verfahren läuft weiterhin durch die Kästen 205, 207, 215, 235, 238 und 240, während eine Erwärmung erforderlich ist, die Bedingungen für einen Vier-Zylinder-Betrieb fortdauern und kein Schlüssel-AusEreignis eingetreten ist.
Die Figuren 6A und 6B zeigen zwei mögliche Zeitsteuerdiagramme für den Motor 5, wobei der Hauptunterschied zwischen diesen Zeitsteuerdiagrammen darin besteht, dass in Fig. 6A die Zeitsteuerung der Sekundärzylinders 1 13, 14 von der in Fig. 6B um 360 Grad verschieden ist. Die in Figuren 6A und 6B für die Sekundärzylinder 13, 14 aufgeführten Aktionen sind jene, die auftreten, wenn die Sekundärzylinder 13, 14
arbeiten und der Motor 5 alle vier Zylinder 1 1 , 12, 13und 14 verwendet, um Leistung zu erzeugen.
6A:
6B:
Es wird auch angemerkt, dass, wenn die Sekundärzylinder 13,14 deaktiviert sind, der Motor 5 als ein herkömmlicher Zwei-Zylinder-Motor arbeitet, wobei Leistung in alternativen Zyklen von den beiden Primärzylindern 1 1 , 12 erzeugt wird. Das heißt, jede Betriebsphase des Primärzylinders 1 1 ist so getaktet, dass sie um 360 Grad von der gleichen Betriebsphase in dem anderen Primärzylinder 12 auftritt und umgekehrt. Deshalb wird immer dann, wenn einer der Kolben 1 1 P, 12P in den
Primärzylindern 1 1 , 12 vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt läuft, Leistung von dem Motor 5 erzeugt. Deshalb erfolgt ein Arbeitshub in einem der beiden Primärzylinder 1 1 , 12 für jede Kurbelwellenumdrehung. Außerdem tritt ein
Arbeitshub der Sekundärzylinders 13, 14 niemals zur gleichen Zeit wie ein
Arbeitshub in einem der beiden Primärzylinder 1 1 , 12 auf. Für die Sekundärzylinder 13, 14 ist jede Betriebsphase des Sekundärzylinders 13 ist so getaktet, dass sie um 360 Grad von der gleichen Betriebsphase in dem anderen Sekundärzylinder 14 auftritt und umgekehrt. Deshalb erfolgt ein Arbeitshub in einem der beiden
Primärzylinder 13, 14 für jede Kurbelwellenumdrehung.
Deshalb stellt zusammengefasst die Erfindung einen Motor, ein Motorsystem und ein Verfahren bereit, das es ermöglicht, dass ein Vier-Zylinder-Motor als ein Vier- Zylinder-Motor oder selektiv als ein Zwei-Zylinder-Motor betrieben wird. Die
Verwendung einer Flat-Plane-Kurbelwelle ermöglicht die wirtschaftlichere
Herstellung des Motors, und die selektive Deaktivierung eines der Zylinder ermöglicht den effizienteren Betrieb des Motors, wodurch die Kraftstoffnutzung reduziert wird, und kann auch verwendet werden, um ein schnelles Erwärmen beispielsweise des Abgases, des durch den Motor fließenden Kühlmittels und des durch den Motor fließenden Schmieröls zu fördern. Da das Betreiben des Motors auf zwei Zylindern im Vergleich zu vier Zylindern den Lastpunkt für die arbeitenden Zylinder bewegt und den Massegasstrom proportional reduziert, kann die
Emissionsproduktion wie etwa Ruß, HC und CO optimiert werden, wodurch diese Emissionen aus dem Motor potentiell reduziert werden können.
Der Elektronikcontroller 30 kann sowohl auf eine Bedienerdrehmomentnachfrage als auch eine Geschwindigkeitsregelsystemdrehmomentnachfrage reagieren.
Der Elektronikcontroller 30 kann so ausgelegt sein, dass die Sekundärzylinder 13, 14 deaktiviert werden, wenn ein Nachbehandlungsregenerierungsereignis eintritt, um das Anheben der Temperatur des aus dem Motor 5 austretenden Abgases zu unterstützen.
Wenngleich der Motor bezüglich eines Vier-Zylinder-Dieselmotors beschrieben worden ist, versteht sich, dass er auf einen Vier-Zylinder-Motor mit Fremdzündung
angewendet werden könnte. Die Erfindung kann auch auf einen Zwei-Takt-Motor angewendet werden.
Die Kraftstoffzufuhr und die Ventilzeitsteuerung für die deaktivierbaren Zylinder müssen nicht notwendigerweise die gleichen sein wie die für die primären
Arbeitszylinder.
Durch Verwenden der beschriebenen Zylinderzeitsteuerung wird ein glatterer Leistungsfluss erzeugt, weil die Leistung der beiden Sekundärzylinder außer Phase zu den beiden Primärzylindern erzeugt.
Der Fachmann versteht, dass, wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf eine oder mehrere Ausführungsformen beispielhaft beschrieben worden ist, sie nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist und dass alternative
Ausführungsformen konstruiert werden könnten, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, abzuweichen.
Claims
1 . Vier-Zylinder-Reihenhubkolbenverbrennungsmotor (5), der Folgendes umfasst: zwei benachbarte Primärzylinder (1 1 ,12) und zwei zu den Primärzylindern benachbart angeordnete, Sekundärzylinder (13, 14), wobei jeder der Zylinder gleitend einen jeweiligen Kolben (1 1 P, 12P, 13P, 14P) aufnimmt, der operativ durch eine jeweilige Pleuelstange mit einer jeweiligen Kröpfung einer vierfach gekröpften Kurbelwelle verbunden ist, wobei die Kröpfungen für die beiden Primärzylinder in Phase angeordnet sind und die Kröpfung für die Sekundärzylinder 180°(+- 5°) außer Phase bezüglich der beiden Primärzylinder angeordnet ist und die Sekundärzylinder selektiv deaktiviert werden können und wobei eine Abgasleitung (6) des Motors (5) ein Abgaskrümmerabschnitt (6a) für die Pirmärzylinder (1 1 , 12) und ein weiterer Abgaskrümmerabschnitt (6b) für die Sekundärzylinder (6b) enthält,,wobei ein Arbeitshub in einem der beiden Primärzylinder (1 1 , 12) für jede Umdrehung der Kurbelwelle (40) auftritt und der Arbeitshub für einen der beiden Sekundärzylinder außer Phase mit den Arbeitshüben der Primärzylinder ist und
wobei die Sekundärzylinder (13, 14) deaktiviert sind, um die Temperatur der aus dem Motor austretenden Abgase, des durch den Motor fließenden Schmieröls und/oder des durch den Motor fließenden Kühlmittels zu erhöhen.
2. Motor nach Anspruch 3, wobei die separaten Abgaskrümmerabschnitte (6a, 6b) von Zylinderkopfkühlmänteln (51 , 51 ') umgeben sind.
3. Motor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei Primärzylinder (1 1 , 12) Sekundärzylinder (13, 14) fluidisch trennbare Motorblockkühlmäntel (52, 52') aufweisen und für Kühlmittelzufuhr zu einem Motorblockkühlmantel (52, 52') jeweils ein Durchflussregelventil (4a, 4b) angeordnet ist.
4. Motor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, wobei jeweils der Motorblockkühlmantel (52, 52') mit einem Zylinderkopfkühlmantel (51 , 51 ')verbunden ist.
5. Motor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 wobei eine
Kühlmittelverteilerleitung (3) eine Wasserpumpe (2) mit den Zylinderkopfkühlmänteln (51 , 51 ') mit den Motorblockkühlmänteln (52, 52') verbindet.
6. Motor nach Anspruch 5, wobei die Kühlmittelverteilerleitung (3) als Teil der Motorblockkühlmäntel (52, 52') ausgebildet ist.
7. Motor nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, wobei die
Durchflussregelventile (4a, 4b) in einem gemeinsamen Gehäuse am die
Motorblockkühlmäntel (52, 52') bildenden Motorblockgehäuse angeordnet sind.
8. Motorsystem, das Folgendes umfasst: einen Vier-Zylinder-Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, eine Eingabe, die ein angefordertes Motordrehmoment anzeigt, und einen Elektronikcontroller, der betätigt werden kann, die das
angeforderte Motordrehmoment anzeigende Eingabe zu empfangen, wobei der Elektronikcontroller betätigt werden kann, um zu bestimmen, ob der Motor unter Verwendung aller vier Zylinder betrieben werden soll, oder die Sekundärzylinder zu deaktivieren, um den Motor unter Verwendung nur der beiden Primärzylinder zu betreiben, auf der Basis mindestens der das angeforderte Motordrehmoment anzeigenden Eingabe.
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