DE102005040949A1

DE102005040949A1 - Mehrzylindrige Hubkolbenbrennkraftmaschine in 4-Takt-Bauweise

Info

Publication number: DE102005040949A1
Application number: DE102005040949A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kapoglou
Original assignee: Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2007-03-08

Abstract

Mehrzylindrige Hubkolbenbrennkraftmaschine in 4-Takt-Bauweise, insbesondere luftverdichtete Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit zumindest zwei Zylindern (2-7), in denen Kolben beweglich geführt sind, die mittels Pleuel mit einer Kurbelwelle verbunden sind, mit Gaswechselventilen (Auslassventile 8-13) und mit einer jedem Zylinder zugeordneten Kraftstoffeinspritzvorrichtung (14-19), DOLLAR A wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (14-16) bei dem einen Zylinder oder der einen Zylindergruppe (2-4) unabhängig von dem anderen Zylinder oder einer anderen Zylindergruppe (5-7) steuerbar ist und dass während der Startphase der Hubkolbenbrennkraftmaschine die Kraftstoffeinspritzung (17-19) des anderen Zylinders oder der anderen Zylindergruppe (5-7) unterbrochen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrzylindrige Hubkolbenbrennkraftmaschine in 4-Takt-Bauweise, insbesondere luftverdichtende Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit zumindest zwei Zylindern, in denen Kolben beweglich geführt sind, die mittels Pleuel mit einer Kurbelwelle verbunden sind, mit Gaswechselventilen und mit einer jedem Zylinder zugeordneten Kraftstoffeinspritzvorrichtung.

Derartige gattungsgemäße Hubkolbenbrennkraftmaschinen sind allgemein, z. B. als Dieselbrennkraftmaschinen, bekannt. Es gibt derartige Dieselbrennkraftmaschinen auch mit einer Dekompressionseinrichtung, z. B. mittels Dekompressionsventilen oder Öffnen der Auslassventile, zur Erzeugung einer Motorbremswirkung.

Es besteht allgemein das Problem, dass derartige Brennkraftmaschinen, insbesondere wegen ihrer hohen Verdichtung, eine große Starterleistung einschließlich großer Batterie oder Batterien erfordern. Hinzu kommt noch, dass insbesondere bei niedrigen Temperaturen eine Starthilfe in Form von Glühstiftkerzen, Luftvorheizgeräten und dergleichen benötigt werden, die den Stromverbrauch noch erhöhen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsbildende Hubkolbenbrennkraftmaschine dahingehend zu verbessern, dass zum Start eine geringere Batterie- und Anlasserleistung erforderlich sind und dass die Brennkraftmaschine, wenn gewünscht oder erforderlich, nach dem Start schneller ihre Betriebstemperatur erreicht.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung bei dem einen Zylinder oder einer Zylindergruppe unabhängig von dem anderen Zylinder oder einer anderen Zylindergruppe steuerbar ist und dass während der Startphase der Brennkraftmaschine die Kraftstoffeinspritzvorrichtung des anderen Zylinders oder der anderen Zylindergruppe unterbrochen ist. Dadurch wird erreicht, dass der Zylinder oder die Zylindergruppe, in dem oder in der keine Einspritzung und Zündung erfolgt, ein geringeres Schleppmoment bzw. Schleppleistung aufweist und dadurch die erforderliche Anlasser- und Batterieleistung verringert wird. Auch der Leistungsaufwand für die Einspritzung entfällt.

Eine weitere Verbesserung wird dadurch erreicht, dass nur dem Zylinder/den Zylindern, dem/denen während der Startphase Kraftstoff zugeführt wird, eine Glühstiftkerze zugeordnet ist oder nur der Zylindergruppe, der während der Startphase Kraftstoff zugeführt wird, ein Luftheizgerät zugeordnet ist. Dadurch ergibt sich ein Kostenvorteil durch den Wegfall von Glühstiftkerzen bzw. durch die Verwendung eines kleiner dimensionierten Luftvorheizgerätes. Zumindest sind die Glühstiftkerzen bei dem einen Zylinder oder einen Zylindergruppe unabhängig von dem anderen Zylinder oder der anderen Zylindergruppe steuerbar und es sind während der Startphase der Brennkraftmaschine die Glühstiftkerzen des anderen Zylinders oder der anderen Zylindergruppe unterbrochen sind. Ähnliches ist auch möglich, wenn ein Luftvorheizgerät vorgesehen ist. Dabei werden dann statt des einen Luftvorheizgerätes für den gesamten Motor z. B. zwei kleinere Luftvorheizgeräte benutzt, die den Zylindern oder den Zylindergruppen zugeordnet sind, wobei gegebenenfalls auch eine Aufteilung der Ansaugluftleitung in Frage kommt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass bei einer elektrischen/elektronischen Einzelansteuerung der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen der Zylinder diese einzeln oder gruppenweise abgeschaltet werden. Dies ist dann leicht möglich, wenn jedem Zylinder eine eigene Einspritzpumpe zugeordnet ist, die z. B. elektromagnetisch gesteuert wird. Dann können die eine Einspritzpumpe bzw. die Einspritzpumpen einer Zylindergruppe normal angesteuert sein, während die zweite oder die übrigen so gesteuert sind, dass kein Einspritzdruckaufbau erfolgt. Ähnliches könnte auch dadurch erfolgen, dass bei Verwendung einer Regelstange für mehrere Einspritzpumpen die Regelstange aus zwei Teilen besteht, die miteinander kuppelbar und entkuppelbar sind und entsprechend betätigt bzw. angesteuert werden.

Wird ein Druckspeichereinspritzsystem benutzt, bei dem längs der Zylinder ein Druckspeicher vorgesehen ist, so können die elektrisch/elektronisch angesteuerten Einspritzventile entsprechend betätigt oder nicht betätigt werden. Es ist auch in einfacher Weise möglich, in den Druckspeicher zwischen die beiden Zylinder oder Zylindergruppen ein Absperrventil einzubauen, wobei das Absperrventil während des Startvorganges geschlossen ist, so dass zu dem zweiten Zylinder bzw. der zweiten Zylindergruppe kein Kraftstoff gelangt.

Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Hubkolbenbrennkraftmaschine auch auf mehr als zwei Gruppen aufgeteilt werden kann und dass die Gruppen auch nicht die gleichen Zylinderzahlen haben müssen. Es kann beispielsweise auch bei einem 6-Zylinder-Motor die Aufteilung zwischen zwei Zylindern und vier Zylindern erfolgen, wobei dann die Einsparung der Startleistungen noch höher sein kann, wenn die vier Zylinder beim Start abgeschaltet sind.

Bei einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, die eine Dekompressionseinrichtung mit Dekompressionsventilen oder Zwischenöffnen der Auslassventile zur Verbesserung der Motorbremsleistung aufweist, wird in vorteilhafter Weise vorgeschlagen, dass die Einrichtungen zum Steuern der Dekompressionsventile oder der Auslassventile bei dem einen Zylinder oder der einen Zylindergruppe unabhängig von dem des anderen Zylinders oder der anderen Zylindergruppe steuerbar sind und dass die Dekompressionseinrichtung während des Startvorganges für den Zylinder oder die Zylindergruppe, bei dem/der keine Einspritzung und Zündung erfolgt, eingeschaltet ist. Dadurch wird die Antriebsleistung des Anlassers weiter reduziert, weil für die abgeschalteten Zylinder auch keine Kompressionsleistung aufgebracht zu werden braucht.

Werden jedem Zylinder zugeordnete Dekompressionsventile vorgesehen, die z. b. über Druckluftleitungen angesteuert werden, so ist es auch hier möglich, Absperrventile in die entsprechenden Leitungen einzubauen, um eine Trennung der Ansteuerung vorzunehmen. Wird beispielsweise zum Öffnen/Offenhalten der Auslassventile eine hydraulische Einrichtung mit einer hydraulischen Steuerleitung benutzt, so kann dort ebenfalls ein Absperrventil vorgesehen sein, um die Trennung vorzunehmen. In diesen Fällen werden allerdings die Leitung oder Leitungszweige abgesperrt, die zu den Zylindern gehören, die starten sollen.

Bei einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, die eine Einrichtung zur variablen Verstellung des Ventilhubs der Ein- und/oder Auslassventile aufweist, wird vorgeschlagen, die Einrichtung zur variablen Verstellung bei dem einen Zylinder oder der einen Zylindergruppe unabhängig von dem anderen Zylinder oder der anderen Zylindergruppe steuerbar auszubilden und die Einrichtung während des Startvorgangs für den Zylinder oder die Zylindergruppe, bei dem/der keine Einspritzung und Zündung erfolgt, so zu gestalten, dass ein minimales Schleppmoment vorliegt.

Da variable Verstellungen des Ventilhubes der Ein- und/oder Auslassventile vorwiegend bei Otto-Motoren mit Zündung benutzt werden, wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung auch bei Otto-Motoren benutzt werden kann, auch wenn dort von Hause aus wegen der geringeren Verdichtung eine geringere Anlasserleistung mit geringerem Stromverbrauch vorliegt.

Die zuvor beschriebenen Merkmale können auch benutzt werden, um eine schnellere Erwärmung der Hubkolbenbrennkraftmaschine zu erreichen. Dies erfolgt dadurch, dass der Zylinder bzw. die Zylindergruppe, die während des Startvorganges abgeschaltet war, abgeschaltet bleibt, so dass diese Zylinder bzw. diese Zylindergruppe weiterhin ein Schleppmoment bzw. eine Schleppleistung erfordern, die von dem übrigen Zylinder bzw. der übrigen Zylindergruppe aufgebracht werden muss. Dabei können zusätzlich die Glühstiftkerzen bzw. das Luftvorheizgerät auch für diese Zylinder eingeschaltet sein, um Wärme zu initiieren. Weiterhin kann die Dekompressionseinrichtung als Motorbremseinrichtung voll geschaltet sein, d. h. auch eine in der Abgasleitung vorgesehene Bremsklappe verschlossen werden, um ein höheres Schleppmoment bzw. eine höhere Schleppleistung zu erzeugen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
1 eine schematisch dargestellte 6-Zylinder-Hubkolbenbrennkraftmaschine während der Start- und/oder Aufwärmphase,
2 eine entsprechende Hubkolbenbrennkraftmaschine während der Start- und/oder Anwärmphase und
3 eine Hubkolbenbrennkraftmaschine im normalen Motorbetrieb.
In den 1 bis 3 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 allgemein schematisch ein Kurbelgehäuse einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Zylindern 2 bis 7 bezeichnet. Jeder Zylinder 2 bis 7 weist Auslassventile 8 bis 13 und Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 14 bis 19 auf.
Wie in 1 dargestellt, arbeiten drei Zylinder normal, d. h. die Auslassventile werden passend zu dem 4-Takt-Verfahren gesteuert und es erfolgen Kraftstoffeinspritzungen. Bei den übrigen drei Zylindern sind die Auslassventile mit Zwischenöffnung geschaltet und es erfolgen keine Kraftstoffeinspritzungen. Dadurch ist das Schleppmoment bzw. die Schleppleistung dieser Zylinder erheblich geringer, so dass eine erheblich geringere Anlasserleistung erforderlich ist.
Wie 2 zu entnehmen ist, werden dort ebenfalls drei Zylinder im Normalbetrieb betrieben, während die übrigen drei Zylinder ohne Einspritzung und Zündung betrieben werden, wobei die Auslassventile passend zu dem Arbeitshub der Brennkraftmaschine gesteuert sind. Auch hier sind während des Startvorgangs ein geringeres Schleppmoment und eine geringere Schleppleistung erforderlich, so dass der Anlasser und die Batterie oder Batterien entlastet werden.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Steuerung der Auslassventile und der Einspritzung gemäß den 1 und 2 unabhängig von der Startphase auch benutzt werden kann, um nach der Startphase ein schnelleres Aufwärmen der Hubkolbenbrennkraftmaschine zu erreichen, weil die normal arbeitenden Zylinder die Schleppleistung der übrigen drei Zylinder mit übernehmen müssen. Um die Schleppleistung noch zu erhöhen, kann auch noch eine in der Abgasleitung angeordnete Bremsklappe geschlossen werden.

1: Kurbelgehäuse
2–7: Zylinder
8–13: Auslassventile
14–19: Einspritzvorrichtungen

Claims

Mehrzylindrige Hubkolbenbrennkraftmaschine in 4-Takt-Bauweise, insbesondere luftverdichtende Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit zumindest zwei Zylindern (2–7), in denen Kolben beweglich geführt sind, die mittels Pleuel mit einer Kurbelwelle verbunden sind, mit Gaswechselventilen (Auslassventile 8–13) und mit einer jedem Zylinder zugeordneten Kraftstoffeinspritzvorrichtung (14–19), dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (14–16) bei dem einen Zylinder oder einer Zylindergruppe (2–4) unabhängig von dem anderen Zylinder oder einer anderen Zylindergruppe (5–7) steuerbar ist und dass während der Startphase der Hubkolbenbrennkraftmaschine die Kraftstoffeinspritzung (17–19) des anderen Zylinders oder der anderen Zylindergruppe (5–7) unterbrochen ist.
Mehrzylindrige Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur dem Zylinder/den Zylindern, dem/denen während der Startphase Kraftstoff zugeführt wird, eine Glühstiftkerze zugeordnet ist oder nur der Zylindergruppe, der während der Startphase Kraftstoff zugeführt wird, ein Luftheizgerät zugeordnet ist.
Mehrzylindrige Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei der jedem Zylinder eine Glühstiftkerze oder der Brennkraftmaschine ein Luftvorheizgerät zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühstiftkerzen oder das Luftvorheizgerät bei dem einen Zylinder oder einer Zylindergruppe (2–4) unabhängig von dem anderen Zylinder oder der anderen Zylindergruppe (5–7) steuerbar sind und dass während der Startphase der Brennkraftmaschine die Glühstiftkerzen oder das Luftvorheizgerät des anderen Zylinders oder der anderen Zylindergruppe (5–7) unterbrochen sind.
Mehrzylindrige Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer elektrischen/elektronischen Einzelansteuerung der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen (14–19) der Zylinder (2–7) diese einzeln oder gruppenweise abgeschaltet werden.
Mehrzylindrige Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein allen Zylindern gemeinsamer Druckspeicher, z. B. Common-rail, zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Druckspeicher zwischen den Zylindern oder den Zylindergruppen (2–4 und 5–7) ein Absperrventil eingebaut ist und dass das Absperrventil während des Startvorganges geschlossen ist.
Mehrzylindrige Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Dekompressionseinrichtung mittels Dekompressionsventilen oder Öffnen/Offenhalten der Anlassventile zur Erzeugung einer Motorbremsleistung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dekompressionseinrichtung bei dem einen Zylinder oder der einen Zylindergruppe (2–4) unabhängig von dem anderen Zylinder oder der anderen Zylindergruppe (5–7) steuerbar ist und dass die Dekompressionseinrichtung während des Startvorganges für den Zylinder oder die Zylindergruppe (5–7), bei dem/der keine Einspritzung erfolgt, eingeschaltet ist.
Mehrzylindrige Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der allen Auslassventilen eine gemeinsame Steuerleitung für das Öffnen der Auslassventile zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuerleitung zwischen den Zylindern oder den Zylindergruppen (2–4 und 5–7) ein Absperrventil eingebaut ist und dass das Absperrventil während des Startvorganges so betätigt ist, dass die Auslassventile der Zylinder, die nicht arbeiten sollen, öffnen oder offen gehalten sind
Mehrzylindrige Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Einrichtung zur variablen Verstellung des Ventilhubes der Einlass- und/oder Auslassventile aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur variablen Verstellung bei dem einen Zylinder und/oder der einen Zylindergruppe (2–4) unabhängig von dem anderen Zylinder oder der anderen Zylindergruppe (5–7) steuerbar ist und dass die Einrichtung während des Startvorgangs für den Zylinder oder die Zylindergruppe (5–7), bei dem/der keine Einspritzung erfolgt, so geschaltet ist, dass ein minimales Schleppmoment vorliegt.
Verfahren zum schnellen Aufwärmen einer mehrzylindrigen Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Ansprüchen definierten Merkmale einzeln oder in Kombination während einer Aufwärmphase nach dem Start des einen Zylinders oder der einen Zylindergruppe (2–4) zum Aufwärmen der Hubkolbenbrennkraftmaschine bei den übrigen Zylindern (5–7) sinngemäß geschaltet werden.
Verfahren nach Anspruch 7 mit einer Bremsklappe in der Abgasleitung, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsklappe nach dem Start des einen Zylinders oder der einen Zylindergruppe (2–4) in der allen Zylindern gemeinsamen oder einer Zylindergruppe (2–4 oder 5–7) zugeordneten Abgasleitung so lange zumindest teilweise geschlossen wird, bis die Hubkolbenbrennkraftmaschine eine vorgegebenen Aufwärmung erreicht hat.