DE102012014648A1

DE102012014648A1 - Einlass- und Auslassvorrichtung eines Mehrzylindermotors, Fremdzündungsmotor und entsprechendes Verfahren

Info

Publication number: DE102012014648A1
Application number: DE102012014648A
Authority: DE
Inventors: Keisuke Yamaguchi
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2013-03-28
Anticipated expiration: 2032-07-25
Also published as: US9228476B2; DE102012014648B4; CN103032144B; JP2013072366A; US20130074478A1; CN103032144A; JP5845777B2

Abstract

Eine Vorrichtung eines Motors mit einer Mehrzahl von Zylindern enthält: Auslassdurchgänge, die jeweils mit einem einzelnen Zylinder oder zwei oder mehr Zylindern verbunden sind, die eine nicht benachbarte Auslassreihenfolge aufweisen; eine Krümmersektion, die mit jedem stromabwärtigen Ende der Auslassdurchgänge verbunden ist; eine Katalysatorvorrichtung stromabwärts der Krümmersektion; und einen Ventiltreiber. In einem Motorbetriebsbereich mit niedriger Drehzahl und hoher Last treibt der Ventiltreiber Einlass- und Auslassventile jedes Zylinders so an, dass für einen bestimmten Zylinder eine Periode positiven Ventilüberlappens einen Auslassventilöffnungszeitpunkt eines anderes Zylinders benachbart in der Auslassreihenfolge überlappt. Die Krümmersektion enthält einen Teil, der im Durchmesser stromabwärts von dem stromaufwärtigen Ende der Krümmersektion reduziert ist, und einen geraden Teil mit einem im Wesentlichen fixen Strömungsbereich, der sich stromaufwärts von dem stromabwärtigen Ende der Krümmersektion erstreckt. Auf diese Weise kann ein Unterdruck auf Grund eines Ejektoreffekts erzeugt werden.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einlass- und Auslassvorrichtung eines Mehrzylindermotors, der beispielsweise an einem Fahrzeug vorgesehen ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Fremdzündungsmotor und ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln desselben.
Herkömmlicherweise wurde eine Einlass- und Auslassvorrichtung für einen Motor beispielsweise eines Fahrzeugs zu dem Zweck entwickelt, eine Motorleistung zu erhöhen.
Die JP 2009-097335 A offenbart beispielsweise eine Vorrichtung, die einen Turbolader enthält. Die Vorrichtung ist mit einer Mehrzahl unabhängiger Auslassdurchgängen, die jeweils mit Auslassöffnungen von Zylindern verbunden sind und voneinander unabhängig sind, einer Verteiler- bzw. Krümmersektion, die stromaufwärts des Turboladers vorgesehen ist und wo die unabhängigen Durchgänge zusammenkommen, und Ventilen versehen, die an der Krümmersektion vorgesehen sind und Fluss- bzw. Strömungsbereiche der unabhängigen Durchgänge ändern kann. Die Vorrichtung reduziert die Strömungsbereiche der unabhängigen Durchgänge durch die Ventile, so dass Abgas in dem Zylinder bei Auslasshub von einem vorbestimmten unabhängigen Durchgang mit einer vergleichsweise hohen Geschwindigkeit zu der Krümmersektion strömt. Ferner wird das Abgas in den anderen unabhängigen Durchgängen stromabwärts davon durch einen sogenannten Ejektoreffekt angesaugt, der durch einen negativen Druck bzw. Unterdruck bewirkt wird, der um das Abgas herum erzeugt wird, das mit hoher Geschwindigkeit strömt, der bzw. das die anderen unabhängigen Durchgänge in der Krümmersektion beeinträchtigt. Auf diese Weise wird eine Menge an Gas, die dem Turbolader zugeführt wird, erhöht, um die Motorleistung zu erhöhen.
Während gewünscht ist, dass die Leistung des Motors selbst wie oben beschrieben erhöht wird, ist es jedoch im Hinblick auf eine Massenproduktion beispielsweise von Fahrzeugen gewünscht, eine Performance-Variation zwischen Fahrzeugen auf Grund einer Herstellungsvariation etc. zu unterbinden.
Die vorliegende Erfindung wird angesichts der oben beschriebenen Situationen entwickelt und stellt eine Einlass- und Auslassvorrichtung eines Mehrzylindermotors bereit, die eine Performance-Variation auf Grund einer Herstellungsvariation etc. unterbinden kann.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEMATIK
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Einlass- und Auslassvorrichtung eines Mehrzylindermotors mit einer Mehrzahl von Zylindern bereitgestellt, die jeweils mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung gebildet sind und jeweils mit einem Einlassventil zum Öffnen und Schließen der Einlassöffnung und einem Auslassventil zum Öffnen und Schließen der Auslassöffnung versehen sind. Die Vorrichtung enthält: unabhängige Auslassdurchgänge, wobei jeder unabhängige Auslassdurchgang mit einem einzelnen bzw. einzigen Zylinder oder zwei oder mehr Zylindern verbunden ist, die nicht in einer Auslassreihenfolge angrenzend bzw. benachbart zueinander sind; eine Verteiler- bzw. Krümmersektion, die mit jedem stromabwärtigen Ende der unabhängigen Auslassdurchgänge verbunden ist, um Abgas, das durch die unabhängigen Auslassdurchgänge tritt, darin zusammenzuführen; eine Katalysatorvorrichtung, die mit einem stromabwärtigen Ende der Krümmersektion verbunden ist und einen Katalysator zum Reinigen des Abgases, das durch die Krümmersektion tritt, und ein Katalysatorgehäuse enthält, um den Katalysator aufzunehmen bzw. unterzubringen; und einen Ventiltreiber zum Antreiben bzw. Treiben der Einlass- und Auslassventile jedes Zylinders. In einem Motorbetriebsbereich mit niedriger Drehzahl und hoher Last, wo zumindest eine Motordrehzahl unterhalb einer vorbestimmten Drehzahl ist und eine Motorlast über einer vorbestimmten Last ist, treibt der Ventiltreiber die Einlass- und Auslassventile jedes Zylinders an, um so zu überlappen, dass für einen bestimmten Zylinder eine Öffnungsperiode eines ersten Einlassventils mit einer Öffnungsperiode eines ersten Auslassventils für eine vorbestimmte Überlappungsperiode überlappt und die Überlappungsperiode des bestimmten Zylinders einen Zeitpunkt überlappt, wo ein zweites Auslassventil eines assoziierten Zylinders angrenzend bzw. benachbart in Auslassreihenfolge zu dem bestimmten Zylinder öffnet. Die unabhängigen Auslassdurchgänge, die mit den Zylindern verbunden sind, wo die Auslassreihenfolge angrenzend bzw. benachbart ist, sind auf angrenzende bzw. benachbarte Weise mit der Krümmersektion verbunden. Das stromabwärtige Ende jedes unabhängigen Auslassdurchgangs ist so geformt, dass es einen Strömungsbereich oder Strömungsquerschnitt aufweist, der zu einer stromabwärtigen Richtung hin kleiner ist, so dass ein negativer Druck bzw. Unterdruck in der Auslassöffnung erzeugt wird, die mit einem oder mehreren angrenzenden bzw. benachbarten unabhängigen Auslassdurchgängen verbunden ist, und zwar durch einen Ejektoreffekt auf Grund dessen, dass das Abgas aus der Auslassöffnung jedes Zylinders zu der Krümmersektion durch das stromabwärtige Ende des entsprechenden unabhängigen Auslassdurchgangs ausgestoßen wird. Die Krümmersektion enthält einen Reduzierter-Durchmesser-Teil, der sich stromabwärts von einem stromaufwärtigen Ende der Krümmersektion erstreckt und zu einer stromabwärtigen Richtung hin einen kleineren Strömungsbereich bzw. Strömungsquerschnitt aufweist, und einen geraden Rohrteil, der sich stromaufwärts mit einem im Wesentlichen fixen bzw. festen Strömungsbereich bzw. Strömungsquerschnitt von dem stromabwärtigen Ende der Krümmersektion erstreckt.
Gemäß der Vorrichtung wird zumindest innerhalb des Motorbetriebsbereichs mit niedriger Drehzahl und hoher Last die Frischluft im Inneren des Zylinders erhöht bzw. vermehrt. Somit kann eine Motorleistung erhöht werden und eine Variation bei dem Motorleistungserhöhungseffekt, der zwischen Vorrichtungen und ferner mit den Vorrichtungen ausgestatteten Fahrzeugen bewirkt wird, kann unterbunden werden.
Genauer gesagt ist bei der Vorrichtung der Strömungsbereich bzw. Strömungsquerschnitt des stromabwärtigen Endes des unabhängigen Auslassdurchgangs in der stromabwärtigen Richtung kleiner festgelegt. Daher kann das Abgas mit hoher Geschwindigkeit aus dem unabhängigen Auslassdurchgang in die Krümmersektion strömen und somit kann effektiv ein Ejektoreffekt erhalten werden. Somit kann ein hoher Unterdruck in einer vorbestimmten Auslassöffnung erzeugt werden. Innerhalb des Motorbetriebsbereichs mit niedriger Drehzahl und hoher Last öffnet ferner während der Überlappungsperiode eines vorbestimmten Zylinders das Auslassventil eines anderen Zylinders. Daher kann innerhalb des Motorbetriebsbereichs mit niedriger Drehzahl und hoher Last der hohe Unterdruck, der durch das aus dem anderen Zylinder ausgestoßene Abgas erzeugt wird, den Zylinder in der Überlappungsperiode beeinflussen, das Spülen in der Überlappungsperiode kann durch den Unterdruck vereinfacht werden und die Frischluft im Inneren des Zylinders kann erhöht bzw. vermehrt werden.
Insbesondere ist bei der Vorrichtung der stromaufwärtige Endteil der Krümmersektion der Reduzierter-Durchmesser-Teil, wo der Strömungsbereich bzw. Strömungsquerschnitt in der stromabwärtigen Richtung kleiner ist. Daher kann das Abgas, das mit hoher Geschwindigkeit aus dem unabhängigen Auslassdurchgang in die Krümmersektion strömt, weiter stromabwärts mit derselben Geschwindigkeit oder einer höheren Geschwindigkeit strömen. Dabei wird der Unterdruck, der um das Abgas herum erzeugt wird, das aus der Krümmersektion strömt, wenn bzw. in dem Maße höher wie die Geschwindigkeit des Abgases höher wird. Daher können der Unterdruck, der um das Abgas herum erzeugt wird, das stromabwärts aus der Krümmersektion strömt, und ferner der Unterdruck, der die Auslassöffnung des Zylinders in der Überlappungsperiode beeinflusst, erhöht werden, und der Spülvereinfachungseffekt kann verbessert werden.
Um das Abgas mit hoher Geschwindigkeit in der Krümmersektion strömen zu lassen, kann wie oben beschrieben der Strömungsbereich des Teils, der sich stromabwärts von dem stromaufwärtigen Ende der Krümmersektion erstreckt, in der stromabwärtigen Richtung kleiner festgelegt sein. Beispielsweise kann der Strömungsbereich der gesamten Krümmersektion graduell zu der stromabwärtigen Richtung hin reduziert sein, um die Geschwindigkeit des Abgases stromabwärts zu erhöhen, oder der Strömungsbereich kann zu der stromabwärtigen Richtung hin für eine vorbestimmte Länge von dem stromaufwärtigen Ende der Krümmersektion reduziert sein und dann graduell zu der stromabwärtigen Richtung hin erhöht sein, um einen sogenannten Diffuser in der stromabwärtigen Teil der Krümmersektion zu bilden. Bei der Konfiguration jedoch, wo sich der Strömungsbereich der Krümmersektion nahe ihres stromabwärtigen Endes ändert (der Strömungsbereich graduell reduziert oder erhöht wird), ist die Geschwindigkeit des Abgases unterschiedlich abhängig von der Position des stromabwärtigen Endes in der Stromaufwärts-Stromabwärts-Richtung. Somit gab es ein Problem dahingehend, dass, wenn die Länge der Krümmersektion (d. h. die Position des stromabwärtigen Endes der Krümmersektion) auf Grund einer Herstellungsvariation variiert, die Geschwindigkeit des Abgases an dem stromabwärtigen Ende der Krümmersektion und ferner der Pegel des auf Grund des Abgases erzeugten Unterdrucks variieren können.
In dieser Hinsicht ist bei der Vorrichtung der stromabwärtige Endteil der Krümmersektion der gerade Rohrteil, der sich mit einem im Wesentlichen fixen bzw. festen Strömungsbereich erstreckt. Selbst wenn die Länge der Krümmersektion (d. h. die Position des stromabwärtigen Endes der Krümmersektion) in der Stromaufwärts-Stromabwärts-Richtung variiert, ist daher der Strömungsbereich des stromabwärtigen Endes der Krümmersektion fix bzw. fest. Daher können der Pegel des Unterdrucks und ferner der Motorleistungserhöhungseffekt fix bzw. fest sein.
Der gerade Rohrteil kann sich mit im Wesentlichen demselben Strömungsbereich wie dem Strömungsbereich des stromabwärtigen Endes des Reduzierter-Durchmesser-Teils von dem stromabwärtigen Ende des Reduzierter-Durchmesser-Teils zu dem stromabwärtigen Ende der Krümmersektion erstrecken.
Bei dieser Konfiguration ist die Krümmersektion nur mit dem Reduzierter-Durchmesser-Teil und dem geraden Rohrteil gebildet. Daher kann die Länge der Krümmersektion verkürzt werden und die Größe der Vorrichtung kann reduziert werden. Ferner können Abstände von den Zylindern zu der Katalysatorvorrichtung verkürzt werden und somit kann eine frühzeitige Aktivierung des Katalysators erreicht werden, indem die Temperatur des in die Katalysatorvorrichtung strömenden Abgases erhöht wird, und die Aktivierung des Katalysators kann sicher beibehalten werden.
Ferner erstreckt sich bei dieser Konfiguration der gerade Rohrteil, wo die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases abnimmt und sich das Abgas leicht gleichmäßig in einer Querschnittsrichtung orthogonal zu der stromabwärtigenstromaufwärtigen Richtung hin verteilt (d. h. die Verteilung des Abgases leicht gleichmäßig wird), stromabwärts von dem stromabwärtigen Ende des Reduzierter-Durchmesser-Teils, wo der Strömungsbereich minimal wird, und die Katalysatorvorrichtung ist mit dem stromabwärtigen Ende des geraden Rohrteils verbunden. Daher wird das Abgas weiter gleichmäßig in den Katalysator eingebracht und das Abgas kann effizient durch den Katalysator gereinigt werden.
Die Vorrichtung kann ferner einen Sauerstoffkonzentrationsdetektor enthalten, der einen Kontaktteil enthält, der mit dem Abgas in Kontakt kommt, das von jedem Zylinder ausgestoßen wird, und der eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas detektiert. Der Kontaktteil kann im Inneren des Katalysatorgehäuses zwischen stromabwärts der Krümmersektion und stromaufwärts des Katalysators angeordnet sein.
Gemäß der obigen Konfiguration kann sich wie oben beschrieben das Abgas in der Richtung orthogonal zu der stromabwärtigen-stromaufwärtigen Richtung hin in dem geraden Rohrteil verteilen, das an dem stromabwärtigen Ende der Krümmersektion vorgesehen ist. Daher kann durch Anordnen des Kontaktteils des Sauerstoffkonzentrationsdetektors direkt neben der Krümmersektion (d. h. zwischen stromabwärts der Krümmersektion und stromaufwärts des Katalysators) die Konzentration des weiter gleichmäßig verteilten Abgases detektiert werden und die Genauigkeit der Detektion der Sauerstoffkonzentration kann verbessert werden.
Die Vorrichtung kann ferner einen externen Zylinder enthalten, der als ein zylindrisches Glied dient, das integral bzw. einstückig mit dem Katalysatorgehäuse gebildet ist und sich von einem stromaufwärtigen Ende des Katalysatorgehäuses zu dem stromaufwärtigen Ende der Krümmersektion erstreckt, um damit verbunden zu sein, wobei die Krümmersektion zumindest teilweise im Inneren des externen Zylinders aufgenommen bzw. untergebracht ist.
Somit kann die Steifigkeit des Teils, wo die Krümmersektion vorgesehen ist, verbessert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Fremdzündungsmotor, der vier Zylinder in Reihe umfasst, die eine Zündfolge von 1, 3, 4, 2 aufweisen, bei der die Zylinder in der Reihenfolge des ersten Zylinders, des dritten Zylinders, des vierten Zylinders und des zweiten Zylinders gezündet werden, und der eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
Vorzugsweise umfassen der erste und der vierte Zylinder jeweils einen separaten unabhängigen Auslassdurchgang, während der zweite und der dritte Zylinder einen gemeinsamen unabhängigen Auslassdurchgang umfassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Mehrzylindermotors mit einer Mehrzahl von Zylindern, wobei jeder Zylinder jeweils mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung gebildet ist und jeweils mit einem Einlassventil zum Öffnen und Schließen der Einlassöffnung und einem Auslassventil zum Öffnen und Schließen der Auslassöffnung versehen ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Bereitstellen unabhängiger Auslassdurchgänge, wobei jeder unabhängige Auslassdurchgang mit einem einzelnen bzw. einzigen Zylinder oder zwei oder mehr Zylindern verbunden wird, die nicht in einer Auslassreihenfolge angrenzend bzw. benachbart zueinander sind;
Verbinden einer Verteiler- bzw. Krümmersektion mit jedem stromabwärtigen Ende der unabhängigen Auslassdurchgänge, um Abgas, das durch die unabhängigen Auslassdurchgänge tritt, darin zusammenzuführen;
Verbinden einer Katalysatorvorrichtung mit einem stromabwärtigen Ende der Krümmersektion und enthaltend einen Katalysator zum Reinigen des Abgases, das durch die Krümmersektion tritt, und ein Katalysatorgehäuse zum Aufnehmen bzw. Unterbringen des Katalysators; und
Antreiben bzw. Treiben der Einlass- und Auslassventile jedes Zylinders in einem Motorbetriebsbereich mit niedriger Drehzahl und hoher Last, wo zumindest eine Motordrehzahl unterhalb einer vorbestimmten Drehzahl ist und eine Motorlast über einer vorbestimmten Last ist, um so zu überlappen, dass für einen bestimmten Zylinder eine Öffnungsperiode eines ersten Einlassventils mit einer Öffnungsperiode eines ersten Auslassventils für eine vorbestimmte Überlappungsperiode überlappt und die Überlappungsperiode des bestimmten Zylinders einen Zeitpunkt überlappt, wo ein zweites Auslassventil eines assoziierten Zylinders angrenzend bzw. benachbart in Auslassreihenfolge zu dem bestimmten Zylinder öffnet,
angrenzendes bzw. benachbartes Verbinden unabhängiger Auslassdurchgänge, die mit Zylindern verbunden sind, die angrenzende bzw. benachbarte Auslassreihenfolge aufweisen, mit der Krümmersektion,
Formen des stromabwärtigen Endes jedes unabhängigen Auslassdurchgängs derart, dass es einen Strömungsbereich aufweist, der zu einer stromabwärtigen Richtung hin kleiner ist, so dass ein negativer Druck bzw. Unterdruck in der Auslassöffnung erzeugt wird, die mit einem oder mehreren angrenzenden bzw. benachbarten unabhängigen Auslassdurchgängen verbunden ist, und zwar durch einen Ejektoreffekt auf Grund dessen, dass das Abgas aus der Auslassöffnung jedes Zylinders zu der Krümmersektion durch das stromabwärtige Ende des entsprechenden unabhängigen Auslassdurchgangs ausgestoßen wird, und
Bereitstellen bzw. Versehen der Krümmersektion mit einem Reduzierter-Durchmesser-Teil, der sich stromabwärts von einem stromaufwärtigen Ende der Krümmersektion erstreckt und zu einer stromabwärtigen Richtung hin einen kleineren Strömungsbereich aufweist, und mit einem geraden Rohrteil, der sich stromaufwärts mit einem im Wesentlichen fixen bzw. festen Strömungsbereich von dem stromabwärtigen Ende der Krümmersektion erstreckt.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner den Schritt des Bereitstellens bzw. Versehens des geraden Rohrteils mit im Wesentlichen demselben Strömungsbereich wie einem Strömungsbereich des stromabwärtigen Endes des Reduzierter-Durchmesser-Teils von dem stromabwärtigen Ende des Reduzierter-Durchmesser-Teils zu dem stromabwärtigen Ende der Krümmersektion.
Weiter bevorzugt umfasst das Verfahren ferner die Schritte des integralen bzw. einstückigen Bildens eines externen Zylinders, der als ein zylindrisch Glied dient, mit dem Katalysatorgehäuse, und der sich von einem stromaufwärtigen Ende des Katalysatorgehäuses zu dem stromaufwärtigen Ende der Krümmersektion erstreckt, um damit verbunden zu werden, und zumindest teilweises Aufnehmen bzw. Unterbringen der Krümmersektion im Inneren des externen Zylinders.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner den Schritt des Anordnens eines Kontaktteils eines Sauerstoffkonzentrationsdetektors im Inneren des Katalysatorgehäuses zwischen stromabwärts der Krümmersektion und stromaufwärts des Katalysators.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Einlass- und Auslassvorrichtung eines Mehrzylindermotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Teil der Vorrichtung in 1 zeigt.
3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III in 2.
4 ist eine grafische Darstellung zum Erläutern von Betriebszeitpunkten eines Einlassventils und eines Auslassventils.
5 ist eine grafische Darstellung zum Erläutern von Öffnungs- und Schließzeitpunkten der Einlass- und Auslassventile gemäß der Ausführungsform der Erfindung.
6 ist eine Querschnittsansicht eines Abgas- bzw. Auslasssystems gemäß einer Vergleichsausführungsform zu der Ausführungsform der Erfindung.
7 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Länge L eines Verteiler- bzw. Krümmerrohrs und einem negativen Druck bzw. Unterdruck zeigt.
8A ist eine Ansicht, die eine Konfiguration entsprechend der grafischen Darstellung in 7 zeigt, wenn die Länge L des Krümmerrohrs zwischen L2 und L3 ist.
8B ist eine Ansicht, die eine Konfiguration entsprechend der grafischen Darstellung in 7 zeigt, wenn die Länge L des Krümmerrohrs zwischen L1 und L2 ist.
8C ist eine Ansicht, die eine Konfiguration entsprechend der grafischen Darstellung in 7 zeigt, wenn die Länge L des Krümmerrohrs unter L1 ist.
9A ist eine Ansicht, die eine Geschwindigkeitsverteilung von Abgas nahe dem Krümmerrohr gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform zeigt.
9B ist eine Ansicht, die eine Geschwindigkeitsverteilung von Abgas nahe dem Krümmerrohr gemäß der in 1 gezeigten Vergleichsausführungsform zeigt.
10 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das einen Teil einer Einlass- und Auslassvorrichtung eines Mehrzylindermotors gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt.
11 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Länge eines Verteiler- bzw. Krümmerrohrs und einem negativen Druck bzw. Unterdruck bei der in 10 gezeigten Vorrichtung zeigt.
12 ist eine grafische Darstellung, die einen Teil einer Einlass- und Auslassvorrichtung eines Mehrzylindermotors gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen einer Einlass- und Auslassvorrichtung eines Mehrzylindermotors gemäß der Erfindung werden mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Obwohl die Ausführungsformen separat beschrieben werden, ist anzumerken, dass ein einzelnes Merkmal bzw. einzelne Merkmale der Ausführungsform mit der anderen Ausführungsform und umgekehrt kombiniert werden können.
1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Einlass- und Auslassvorrichtung 100 eines Mehrzylindermotors. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Auslassteil der Einlass- und Auslassvorrichtung 100 des Mehrzylindermotors zeigt. 3 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie III-III in 2.
Die Einlass- und Auslassvorrichtung 100 des Mehrzylindermotors enthält einen Motorkörper 1 mit einem Zylinderkopf 9 und einem Zylinderblock, eine ECU 2 zum Steuern bzw. Regeln eines Motors, eine Mehrzahl von Einlassrohren 3, die mit dem Motorkörper 1 verbunden sind, einen Auslass- bzw. Abgaskrümmer 5, der mit dem Motorkörper 1 verbunden ist, und eine Katalysatorvorrichtung 6, die mit dem Auslasskrümmer 5 verbunden ist.
(1) Struktur von Motorkörper 1 und Einlassrohren 3
Die Konfiguration des Motorkörpers 1 und der Einlassrohre 3 wird unten beschrieben.
Darin gebildet sind der Zylinderkopf 9 und der Zylinderblock mit einer Mehrzahl von Zylindern 12, die jeweils mit Kolben versehen sind. Bei dieser Ausführungsform ist der Motorkörper 1 ein Reihen-Vierzylinder bzw. Vierzylinder-Reihenmotor und die Zylinder 12 enthalten bzw. sind vier Zylinder, die in Reihe ausgerichtet sind und in dem Zylinderkopf 9 und dem Zylinderblock gebildet sind. Genauer gesagt sind ein erster Zylinder 12a, ein zweiter Zylinder 12b, ein dritter Zylinder 12c und ein vierter Zylinder 12d in dieser Reihenfolge von der ECU-Seite von 1 gebildet. Zündkerzen 15 sind in dem Zylinderkopf 9 angebracht, um in Brennkammern bzw. -räumen freigelegt zu sein, die jeweils über den Kolben geteilt sind.
Der Motorkörper 1 ist ein Reihen-Vierzylinder bzw. Vierzylinder-Reihenmotor. Wie es in 4 gezeigt ist, werden Zündungen durch die Zündkerzen 15 in den Zylindern 12a bis 12d zu Zeitpunkten durchgeführt, die jeweils um 180°CA voneinander variiert sind, so dass Einlasshub, Verdichtungshub, Expansionshub und Auslasshub dahingehend durchgeführt werden, dass sie von den angrenzenden Hüben um 180°CA variieren. Bei dieser Ausführungsform wird die Zündung in der Reihenfolge beginnend von dem ersten Zylinder 12a, dem dritten Zylinder 12c, dem vierten Zylinder 12d und dann zu dem zweiten Zylinder 12b durchgeführt, und die Auslassreihenfolge, welche die Reihenfolge ist, in der die Auslassventile geöffnet werden, um das Abgas aus den Zylindern freizusetzen, ist ebenfalls dieselbe.
Jeder Zylinder 12 ist darüber mit zwei Einlassöffnungen 17 und zwei Auslassöffnungen 18 versehen, die sich zu dem Brennraum hin öffnen. Jede Einlassöffnung 17 bringt Einlassluft zu einem Innenraum des entsprechenden Zylinders 12 ein. Jede Auslassöffnung 18 stößt Abgas aus dem Innenraum des entsprechenden Zylinders 12 aus. Die Einlassöffnung 17 ist mit einem Einlassventil 19 zum Öffnen und Schließen der Einlassöffnung 17 versehen, um abwechselnd die Einlassöffnung 17 mit dem Zylinder 12 zu kommunizieren bzw. in Verbindung zu bringen und abzudichten bzw. von diesem abzuriegeln. Die Auslassöffnung 18 ist mit einem Auslassventil 20 zum Öffnen und Schließen der Auslassöffnung 18 versehen, um abwechselnd die Auslassöffnung 18 mit dem Zylinder 12 zu kommunizieren bzw. in Verbindung zu bringen und abzudichten bzw. von diesem abzuriegeln. Die Einlassventile 19 werden durch einen Einlassventiltriebs- bzw. -antriebsmechanismus 30 (Ventiltreiber) angetrieben bzw. getrieben und öffnen und schließen somit die Einlassöffnungen 17 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt. Das Auslassventil 20 wird durch einen Einlassventiltriebs- bzw. -antriebsmechanismus 40 (Ventiltreiber) angetrieben bzw. getrieben und öffnet und schließt somit die Auslassöffnungen 18 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt.
Der Einlassventiltriebmechanismus 30 enthält eine Einlassnockenwelle 31, die mit den Einlassventilen 19 gekoppelt ist, und einen Einlass-VVT 32 (Variable-Ventilsteuerung-Mechanismus). Die Einlassnockenwelle 31 ist mit einer Kurbelwelle über einen Leistungsübertragungsmechanismus, wie einem gut bekannten Kettenradmechanismus gekoppelt und rotiert entsprechend einer Rotation der Kurbelwelle, um die Einlassventile 19 zu öffnen und zu schließen.
Der Einlass-VVT 32 ändern Betriebszeitpunkte der Einlassventile 19. Der Einlass-VVT 32 ändert eine Phasendifferenz zwischen der Einlassnockenwelle 31 und einer vorbestimmten angetriebenen Welle bzw. Abtriebswelle, die koaxial mit der Einlassnockenwelle 31 angeordnet ist und direkt durch die Kurbelwelle angetrieben wird, um eine Phasendifferenz zwischen der Kurbelwelle und der Einlassnockenwelle 31 zu ändern, und der Einlass-VVT 32 ändert somit die Betriebszeitpunkte der Einlassventile 19. Die spezifische Konfiguration des Einlass-VVT 32 enthält: einen hydraulischen Druckmechanismus zum Ändern der Phasendifferenz zwischen der angetriebenen Welle und der Einlassnockenwelle 31 durch Erzeugen einer Druckdifferenz zwischen einer Mehrzahl von Fluidkammern, die zwischen der angetriebenen Welle und der Einlassnockenwelle 31 in einer Umfangsrichtung davon ausgerichtet sind; und einen elektromagnetischen Mechanismus mit einem Elektromagneten, der zwischen der angetriebenen Welle und der Einlassnockenwelle 31 vorgesehen ist, und zum Ändern der Phasendifferenz durch Anlegen einer elektrischen Leistung an den Elektromagneten. Der Einlass-VVT 32 ändert die Phasendifferenz basierend auf einem Sollbetriebszeitpunkt des Einlassventils 19, der von der ECU 2 berechnet wird.
Der Auslassventiltriebmechanismus 40 weist eine ähnliche Struktur wie der Einlassventiltriebmechanismus 30 auf. Mit anderen Worten enthält der Auslassventiltriebmechanismus 40 eine Auslassnockenwelle 41, die mit dem Auslassventil 20 und der Kurbelwelle gekoppelt ist, und einen Auslass-VVT 42 zum Ändern einer Phasendifferenz zwischen der Auslassnockenwelle 41 und der Kurbelwelle, um Betriebszeitpunkte der Auslassventile 20 zu ändern. Der Auslass-VVT 42 ändert die Phasendifferenz basierend auf einem Sollbetriebszeitpunkt des Auslassventils 20, der von der ECU 2 berechnet wird. Ferner rotiert die Auslassnockenwelle 41 entsprechend der Rotation der Kurbelwelle, um das Auslassventil 20 zu dem Sollbetriebszeitpunkt zu öffnen und zu schließen.
Es ist zu beachten, dass bei dieser Ausführungsform der Einlass- und der Auslass-VVT 32 und 42 die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Einlass- bzw. Auslassventile 19 und 20 ändern, während sie die Öffnungsperioden und Ventilhübe bzw. -erhebungen (d. h. Ventilprofil) der Einlass- und Auslassventile 19 und 20 konstant halten.
Die beiden Einlassöffnungen 17 jedes Zylinders 12 sind mit einem Einlassrohr 3 auf ihrer stromaufwärtigen Seite verbunden. Genauer gesagt sind vier Einlassrohre 3 vorgesehen, um der Anzahl an Zylindern zu entsprechen.
(2) Struktur von Auslasskrümmer 5
Der Auslasskrümmer 5 enthält drei unabhängige Auslassdurchgänge 52, ein Verteiler- bzw. Krümmerrohr 56 (Krümmersektion) und einen externen Zylinder 70, die in dieser Reihenfolge von einer stromaufwärtigen Richtung angeordnet sind. Das Krümmerrohr 56 ist mit einem Reduzierter-Durchmesser-Teil 57 und einem geraden Teil 58 (gerader Rohrteil) gebildet, die koaxial miteinander angeordnet sind. Der Reduzierter-Durchmesser-Teil 57 erstreckt sich stromabwärts von einem stromaufwärtigen Ende des Krümmerrohrs 56. Der gerade Teil 58 erstreckt sich von einem stromabwärtigen Ende des Reduzierter-Durchmesser-Teils 57 zu dem stromabwärtigen Ende des Krümmerrohrs 56. Wie hierin verwendet bezieht sich stromabwärts und stromaufwärts auf Positionen relativ zu der Richtung des Abgasstroms aus den Zylindern.
Jeder unabhängige Auslassdurchgang 52 ist mit den Auslassöffnungen 18 jedes Zylinders 12 verbunden. Genauer gesagt sind die Auslassöffnungen 18 des ersten Zylinders 12a mit dem unabhängigen Auslassdurchgang 52a verbunden und die Auslassöffnungen 18 des vierten Zylinders 12d sind mit dem unabhängigen Auslassdurchgang 52d verbunden. Andererseits ist der Betrieb des Auslasshubs nicht nachfolgend bzw. anschließend und die Auslassreihenfolge ist nicht angrenzend bzw. benachbart zwischen dem zweiten und dem dritten Zylinder 12b und 12c, und die Auslassöffnungen 18 davon sind mit einem einzigen bzw. einzelnen unabhängigen Durchgang 52b verbunden, um die Struktur zu vereinfachen, da das Abgas niemals gleichzeitig aus den Zylindern ausgestoßen wird. Ferner ist genauer gesagt der stromaufwärtige Teil des unabhängigen Auslassdurchgangs 52b zu zwei Abzweigen gebildet, wo die Auslassöffnungen 18 des zweiten Zylinders 12b mit dem anderen Abzweig verbunden sind. Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich der zweite unabhängige Auslassdurchgang, entsprechend dem zweiten und dem dritten Zylinder 12b und 12c, im Wesentlichen gerade bezüglich einem zentralen Teil zwischen den Zylindern 12b und 12c (d. h. im Wesentlichen der Mitte des Motorkörpers 1), und die unabhängigen Auslassdurchgänge 52, entsprechend den anderen Zylindern 12a und 12d, erstrecken sich so, dass sie sich zu dem unabhängigen Auslassdurchgang 52 hin biegen bzw. krümmen, der dem zweiten und dem dritten Zylinder 12b und 12c entspricht.
Die unabhängigen Auslassdurchgänge 52 sind voneinander unabhängig und das aus dem zweiten Zylinder 12b oder dem dritten Zylinder 12c ausgestoßene Abgas, das aus dem ersten Zylinder 12a ausgestoßene Abgas und das aus dem vierten Zylinder 12d ausgestoßene Abgas strömt unabhängig durch die jeweiligen unabhängigen Auslassdurchgänge 52. Das durch die unabhängigen Auslassdurchgänge 52 geführte Abgas strömt in das Krümmerrohr 56.
Die unabhängigen Auslassdurchgänge 52 und das Krümmerrohr 56 sind so gebildet, dass auf Grund des Hochgeschwindigkeitsabgases, das von den unabhängigen Auslassdurchgängen 52 zu dem Krümmerrohr 56 strömt, ein negativer Druck bzw. Unterdruck in dem/den angrenzenden bzw. benachbarten unabhängigen Auslassdurchgang/Auslassdurchgängen 52 und ferner in den Auslassöffnungen 18 erzeugt wird, die mit dem/den angrenzenden bzw. benachbarten unabhängigen Auslassdurchgang/Auslassdurchgängen 52 kommunizieren, und zwar durch eine Unterdruckfunktion (Ejektor- bzw. Ausstoßeffekt oder Venturieffekt), die um das Hochgeschwindigkeitsabgas herum bewirkt wird.
Genauer gesagt ist ein Fluss- bzw. Strömungsbereich jedes stromabwärtigen Endteils der unabhängigen Auslassdurchgänge 52 zu der stromabwärtigen Richtung hin kleiner festgelegt, so dass die Strömung des Abgases ihre Geschwindigkeit stromabwärts erhöht. Wie es in 3 gezeigt ist, ist bei dieser Ausführungsform ein Querschnittsbereich jedes unabhängigen Auslassdurchgangs 52 zu der stromabwärtigen Richtung hin von seinem stromaufwärtigen Teil reduziert, der einen im Wesentlichen elliptischen Querschnitt aufweist, und das stromabwärtige Ende jedes unabhängigen Auslassdurchgangs 52 weist eine Ventilator- bzw. Fächerform auf, von der ein Bereich im Wesentlichen 1/3 eines elliptischen Querschnittsbereichs des stromaufwärtigen Teils beträgt. Ferner vereinigen sich die stromabwärtigen Enden der unabhängigen Auslassdurchgänge 52, welche die Ventilatorformen bilden, um einen im Wesentlichen Kreisquerschnitt als Ganzes zu bilden, und zwar durch Ausrichten angrenzend bzw. benachbart zueinander, und sind mit dem Krümmerrohr 56 verbunden.
Ein Strömungsbereich eines stromaufwärtigen Teils des Krümmerrohrs 56 ist zu seinem stromabwärtigen Ende hin kleiner festgelegt, so dass die Strömungsgeschwindigkeit des aus einem der unabhängigen Auslassdurchgänge 52 ausgestoßenen Abgases sich nicht an seinem stromabwärtigen Ende (d. h. nahe eines stromaufwärtigen Endes des Krümmerrohrs 56) verringert und mit hoher Geschwindigkeit durch das Krümmerrohr 56 tritt. Mit anderen Worten ist der Strömungsbereich des Reduzierter-Durchmesser-Teils 57 des Krümmerrohrs 56 zu der stromabwärtigen Richtung hin kleiner festgelegt.
Bei dieser Ausführungsform weist der Reduzierter-Durchmesser-Teil 57 so eine Form auf, um sich mit einem festen Strömungsbereich an seinem stromaufwärtigen Endteil und mit einem graduell kleineren Strömungsbereich zu stromabwärts hin zu erstrecken. Ferner weist bei dieser Ausführungsform der stromaufwärtige Endteil des Reduzierter-Durchmesser-Teils 57 eine zylindrische Form auf und ein stromabwärtiger Teil des Reduzierter-Durchmesser-Teils 57 weist eine konische Trapezform auf, die sich im Wesentlichen koaxial mit dem zylindrischen stromaufwärtigen Endteil erstreckt.
Das mit hoher Geschwindigkeit durch den unabhängigen Auslassdurchgang 52 und den Reduzierter-Durchmesser-Teil 57 des Krümmerrohrs 56 tretende Abgas strömt in den geraden Teil 58, der sich von dem stromabwärtigen Ende des Reduzierter-Durchmesser-Teils 57 erstreckt.
Der Strömungsbereich des geraden Teils 58 ist in der stromaufwärtigen-stromabwärtigen Richtung gänzlich fest. Der Strömungsbereich des geraden Teils 58 ist der gleiche wie der Strömungsbereich des stromabwärtigen Endes des Reduzierter-Durchmesser-Teils 57, und der gerade Teil 58 weist eine zylindrische Form auf, die sich stromabwärts im Wesentlichen koaxial mit dem Reduzierter-Durchmesser-Teil 57 von dem stromabwärtigen Ende des Reduzierter-Durchmesser-Teils 57 erstreckt. Bei dieser Ausführungsform sind der gerade Teil 58 und der Reduzierter-Durchmesser-Teil 57 integral bzw. einstückig gebildet.
Der externe Zylinder 70 ist ein rohrförmiges Glied. Der externe Zylinder 70 nimmt das Krümmerrohr 56 in sich auf. Der externe Zylinder 70 ist mit dem stromaufwärtigen Ende des Krümmerrohrs 56 verbunden und erstreckt sich von dem stromaufwärtigen Ende zu dem stromabwärtigen Ende des Krümmerrohrs 56. Somit weist der Teil des Auslasskrümmers 5, wo das Krümmerrohr 56 angeordnet ist, eine Doppelrohrstruktur auf, die das Krümmerrohr 56 und den externen Zylinder 70 enthält. Bei der Doppelrohrstruktur wird der Teil des Auslasskrümmers 5, wo das Krümmerrohr 56 angeordnet ist, so beibehalten bzw. erhalten, dass er eine hohe Steifigkeit aufweist.
Der externe Zylinder 70 erstreckt sich im Wesentlichen koaxial mit dem Krümmerrohr 56, während die Innenumfangsfläche bzw. -oberfläche des externen Zylinders 70 mit einer Außenumfangsfläche bzw. -oberfläche des zylindrischen stromaufwärtigen Endteils des Krümmerrohrs 56 in Kontakt kommt. Der externe Zylinder 70 erstreckt sich mit einem festen Querschnittsbereich und die Innenumfangsfläche bzw. -oberfläche des externen Zylinders 70 ist auswärts bzw. nach außen hin von der Außenumfangsfläche bzw. -oberfläche des Krümmerrohrs 56 in dem stromabwärtigen Teil des Krümmerrohrs 56 beabstandet. Bei dieser Ausführungsform ist der externe Zylinder 70 ein kreisförmiges Rohr.
(3) Struktur von Katalysatorvorrichtung 6
Die Katalysatorvorrichtung 6 reinigt das aus dem Motorkörper 1 ausgestoßene Abgas. Die Katalysatorvorrichtung 6 enthält einen Katalysator 64, wie einen Dreiwegekatalysator zum Reinigen des Abgases, und ein Katalysatorgehäuse 62 zum Aufnehmen bzw. Unterbringen des Katalysators 64. Der Katalysator 64 ist im Wesentlichen koaxial in dem Katalysatorgehäuse 62 aufgenommen bzw. untergebracht. Bei dieser Ausführungsform weist das Katalysatorgehäuse 62 eine im Wesentlichen zylindrische Form auf, die sich in der stromaufwärtigen-stromabwärtigen Richtung erstreckt. Der Katalysator 64 weist eine im Wesentlichen zylindrische Form auf.
Das Katalysatorgehäuse 62 und der externe Zylinder 70 sind integral bzw. einstückig gebildet, und das Katalysatorgehäuse 62 erstreckt sich kontinuierlich bzw. durchgängig stromabwärts von dem stromabwärtigen Ende des externen Zylinders 70. Genauer gesagt erstreckt sich das Katalysatorgehäuse 62 eine vorbestimmte Länge von dem stromabwärtigen Ende des externen Zylinders 70 im Wesentlichen mit dem gleichen Querschnittsbereich wie dem bzw. das stromabwärtige Ende, erstreckt sich ferner eine vorbestimmte Länge mit einem größeren Querschnittsbereich als das stromabwärtige Ende des externen Zylinders 70 und erstreckt sich zu seinem stromabwärtigen Ende mit im Wesentlichen dem gleichen Querschnittsbereich wie dem bzw. der Querschnittsbereich des stromaufwärtigen Endes des Katalysatorgehäuses 62.
Wie oben beschrieben ist die Innenumfangsfläche bzw. -Oberfläche des externen Zylinders 70 von der Außenumfangsfläche bzw. -Oberfläche des Krümmerrohrs 56 an dem stromabwärtigen Endteil des Krümmerrohrs 56 auswärts bzw. nach außen beabstandet. Daher erstreckt sich die Innenumfangsfläche bzw. -Oberfläche des stromaufwärtigen Endteils des Katalysatorgehäuses 62 auch stromabwärts einer Position radial nach außen bzw. auswärts von dem Krümmerrohr 56.
Der Katalysator 64 existiert an im Wesentlichen der Mitte des Katalysators 62 und ist in einem Teil davon aufgenommen bzw. untergebracht, wo der Querschnittsbereich größer festgelegt ist. Daher ist ein vorbestimmter Raum in dem stromaufwärtigen Endteil des Katalysatorgehäuses 62 gebildet. Das aus dem Krümmerrohr 56 ausgestoßene Abgas strömt in den Raum in dem stromaufwärtigen Endteil des Katalysatorgehäuses 62 und ferner bzw. weiter in den Katalysator.
Das Katalysatorgehäuse 62 ist an einem O₂-Sensor 66 (Sauerstoffkonzentrationsdetektor) zum Detektieren einer Sauerstoffkonzentration in dem Abgas angebracht. Der O₂-Sensor 66 enthält in seiner Spitze einen Kontaktteil 66a zum Inkontaktkommen mit dem Abgas, und die Sauerstoffkonzentration wird durch den Kontakt zwischen dem Kontaktteil 66a und dem Abgas detektiert. Der O₂-Sensor 66 ist in einem Zustand fixiert bzw. befestigt, wo der Kontaktteil 66a in dem Raum ist, der in dem stromaufwärtigen Endteil des Katalysatorgehäuses 62 gebildet ist. Mit anderen Worten ist der Kontaktteil 66a im Inneren des Katalysatorgehäuses 62 stromabwärts als das bzw. vom Krümmerrohr 56 und stromaufwärts als der bzw. von dem Katalysator 64 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist der Kontaktteil 66a nahe einer Position entsprechend der Innenumfangsfläche bzw. -Oberfläche des stromabwärtigen Endes des Krümmerrohrs 56 in der stromaufwärtigen-stromabwärtigen Richtung angeordnet.
(4) Steuer- bzw. Regelinhalte
Als nächstes werden Inhalte einer Steuerung bzw. Regelung beschrieben, die von der ECU 2 durchgeführt wird.
Die ECU 2 kann die Betriebszeitpunkte der Einlass- und Auslassventile 19 und 20 steuern bzw. regeln. Die ECU 2 berechnet eine gegenwärtige Betriebsbedingung basierend auf Signalen von verschiedenen Sensoren und steuert bzw. regelt die Betriebszeitpunkte der Einlass- und Auslassventile 19 und 20 zu den bzw. auf die Sollbetriebszeitpunkte gemäß der Betriebsbedingung.
Innerhalb der gesamten Betriebsbereiche sind die Sollbetriebszeitpunkte der Einlass- und Auslassventile 19 und 20 des selben Zylinders so festgelegt, dass die Öffnungsperioden der Einlass- und Auslassventile 19 und 20 einander an einem oberen Einlasstotpunkt (TDC) überlappen, und die Auslassventile 20 beginnen sich während einer Überlappungsperiode T_O/L eines anderen Zylinders 12 zu öffnen. Wie es in 4 gezeigt ist, öffnen sich genauer gesagt die Auslassventile 20 des dritten Zylinders 12c während die Einlassventile 19 des ersten Zylinders 12 mit den Auslassventilen 20 davon überlappen, die Auslassventile 20 des vierten Zylinders 12d öffnen sich während die Einlassventile 19 des dritten Zylinders 12c mit den Auslassventilen 20 davon überlappen, die Auslassventile 20 des zweiten Zylinders 12b öffnen sich während die Einlassventile 19 des vierten Zylinders 12d mit den Auslassventilen 20 davon überlappen und die Auslassventile 20 des ersten Zylinders 12a öffnen sich während die Einlassventile 19 des zweiten Zylinders 12b mit den Auslassventilen 20 davon überlappen.
Es ist anzumerken, dass bei der Vorrichtung jeder der Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Einlass- und Auslassventile 19 und 20 in einer Hub- bzw. Erhebungskurve jedes Ventils einen Zeitpunkt angibt, an dem der Hub bzw. die Erhebung des Ventils steil fällt oder steigt, wie es in 5 gezeigt ist (d. h. einem Zeitpunkt mit einem Hub von näherungsweise 0,4 mm).
(5) Betrieb und Wirkung
Wie oben wird bei der Vorrichtung 100, wenn sich die Auslassventile 20 des vorbestimmten Zylinders 12 (im Folgenden geeigneterweise als „Auslasshubzylinder 12” bezeichnet) öffnen, das Abgas mit hoher Geschwindigkeit aus dem Zylinder 12 zu den entsprechenden Auslassöffnungen 18 und dem entsprechenden unabhängigen Auslassdurchgang 52 ausgestoßen. Insbesondere wird das Abgas (d. h. Abblasegas bzw. Blowdown-Gas) mit extrem hoher Geschwindigkeit direkt nach dem Beginn des Öffnens des Auslassventils 20 aus dem Zylinder 12 ausgestoßen.
Wie oben beschrieben sind der unabhängige Auslassdurchgang 52 und das Krümmerrohr 56 so konfiguriert, dass das Abgas mit hoher Geschwindigkeit aus dem vorbestimmten unabhängigen Auslasdurchgang 52 zu dem Krümmerrohr 56 ausgestoßen wird und auf Grund des dadurch erzeugten Ejektor- bzw. Ausstoßeffekts (Venturieffekts) der Unterdruck in dem/den anderen unabhängigen Auslassdurchgang/Auslassdurchgängen 52 und ferner in den Auslassöffnungen 18 erzeugt wird, die mit dem/den anderen unabhängigen Auslassdurchgang/Auslassdurchgängen 52 kommunizieren. Während der Überlappungsperiode des vorbestimmten Zylinders 12 (Einlasshubzylinders) öffnen sich ferner die Auslassventile 20 des anderen Zylinders 12 (Auslasshubzylinders), von denen die Auslassreihenfolge nahe bzw. am nächsten zu dem vorbestimmten Zylinder 12 ist.
Auf Grund dessen, dass sich die Auslassventile 20 des Auslasshubzylinders 12 öffnen und das Abblasegas aus dem Auslasshubzylinder 12 zu dem Krümmerrohr 56 über den unabhängigen Auslassdurchgang 52 ausgestoßen wird, wird der Unterdruck in den Auslassöffnungen 18 des Einlasshubzylinders 12 in der Überlappungsperiode erzeugt. Als Ergebnis wird Gas, das in der Überlappungsperiode im Inneren des Einlasshubzylinders 12 verbleibt, stromabwärts aus diesem herausgesaugt und dadurch wird ein Spülen des Einlasshubzylinders 12 vereinfacht. Somit nimmt eine Frischluftmenge zu dem Einlasshubzylinder 12 zu und eine hohe Motorleistung kann erreicht werden. Insbesondere sind bei dieser Ausführungsform die unabhängigen Auslassdurchgänge 52 angrenzend bzw. benachbart mit dem Krümmerrohr 56 verbunden. Daher wirkt der Unterdruck, der um das Abgas herum erzeugt wird, das aus dem vorbestimmten unabhängigen Auslassdurchgang 52 ausgestoßen wird, effektiv auf den/die anderen unabhängigen Auslassdurchgang/Auslassdurchgänge 52, und eine hohe Spülvereinfachungswirkung (d. h. hohe Motorleistungserhöhungswirkung) kann angewandt werden.
Dabei kann als die Konfiguration zum Strömenlassen des aus dem unabhängigen Auslassdurchgang 52 ausgestoßenen Abgases in das Krümmerrohr 56 nach weiter stromabwärts, während die hohe Geschwindigkeit beibehalten wird, um den hohen Unterdruck im Inneren der vorbestimmten Auslassöffnungen 18 durch effektives Anwenden des Ejektoreffekts zu erzeugen, der Strömungsbereich des stromaufwärtigen Teils des Krümmerrohrs 56 wie oben beschrieben zu der stromabwärtigen Richtung hin kleiner festgelegt sein. Daher kann beispielsweise in Betracht gezogen werden, nur den Reduzierter-Durchmesser-Teil 57 als das Krümmerrohr 56 durch Auslassen des geraden Teils 58 zu verwende. Alternativ kann wie bei einem in 6 gezeigten Vergleichsbeispiel in Betracht gezogen werden, einen Diffuserteil 59 an bzw. zu dem Krümmerrohr 56 zusätzlich zu dem Reduzierter-Durchmesser-Teil 57 und dem geraden Teil 58 bereitzustellen. Der Diffuserteil 59 erstreckt sich stromabwärts von dem stromabwärtigen Ende des geraden Teils 58 koaxial mit dem geraden Teil 58 und weist eine Form auf, bei der sich ein Strömungsbereich graduell zu der stromabwärtigen Richtung hin vergrößert. Bei dem in 6 gezeigten Vergleichsbeispiel ist der externe Zylinder 70 ausgelassen.
Als ein Ergebnis der umfangreichen Studie durch die Erfinder haben diese herausgefunden, dass die Verwendung von nur dem Reduzierter-Durchmesser-Teil 57, von dem der Strömungsbereich zu stromabwärts hin kleiner wird, oder der Konfiguration des Vergleichsbeispiels zu einer höheren Variation bei dem Betrag an Unterdruck führt, der in den Auslassöffnungen 18 erzeugt wird, und zwar bewirkt durch eine Herstellungsvariation des Krümmerrohrs 56, und ferner zu einer höheren Variation bei der Motorleistung führt.
7 zeigt ein Ergebnis des Untersuchens der Konfiguration des Krümmerrohrs 56 und des in den Auslassöffnungen 18 erzeugten Unterdrucks. 7 zeigt eine Änderung des Unterdrucks im Inneren der Auslassöffnungen 18, wenn das Krümmerrohr 56 mit der Konfiguration des in 6 gezeigten Vergleichsbeispiels von seinem stromabwärtigen Ende geschnitten wird und die Position des stromabwärtigen Endes des Krümmerrohrs 56 und die Position der Katalysatorvorrichtung 6, die mit dem stromabwärtigen Ende verbunden ist, geändert werden. In 7 gibt die laterale Achse eine Länge K des Krümmerrohrs 56 an (siehe 8A bis 8C) und die vertikale Achse gibt den Unterdruck im Inneren der Auslassöffnungen 18 an.
Wie es in 8A gezeigt ist, ist eine dritte Referenzlänge L3 die Länge des Krümmerrohrs 56 in dem Vergleichsbeispiel. Eine zweite Referenzlänge L2 ist eine Länge von dem stromaufwärtigen Ende des Krümmerrohrs 56 in dem Vergleichsbeispiel zu dem stromaufwärtigen Ende des Diffuserteils 59 (d. h. dem stromabwärtigen Ende des geraden Teils 58). Eine erste Referenzlänge L1 ist eine Länge von dem stromaufwärtigen Ende des Krümmerrohrs 56 in dem Vergleichsbeispiel zu dem stromaufwärtigen Ende des geraden Teils (d. h. dem stromabwärtigen Ende des Reduzierter-Durchmesser-Teils 57).
Wie es in 8A gezeigt ist, ist bei der Bedingung, wo die Krümmerrohrlänge L zwischen L2 und L3 ist, daher das Krümmerrohr 56 mit dem Reduzierter-Durchmesser-Teil 57, dem geraden Teil 58 und dem Diffuserteil 59 gebildet, von dem sich der Strömungsbereich zu der stromabwärtigen Richtung hin graduell vergrößert, die sequentiell von der stromaufwärtigen Richtung angeordnet sind, und der Strömungsbereich des Krümmerrohrs 56 nahe seinem stromabwärtigen Ende vergrößert sich graduell zu der stromabwärtigen Richtung hin. Es ist anzumerken, dass bei dieser Bedingung die Differenz der Krümmerrohrlänge L die Differenz der Länge des Diffuserteils 59 ist.
Wie es in 8B gezeigt ist, ist bei der Bedingung, wo die Krümmerrohrlänge L zwischen L1 und L2 in 7 ist, ferner das Krümmerrohr 56 mit dem Reduzierter-Durchmesser-Teil 57 und dem geraden Teil 58 gebildet, von dem der Strömungsbereich in der stromaufwärtigen-stromabwärtigen Richtung fix bzw. fest ist, die sequentiell von der stromaufwärtigen Richtung angeordnet sind, und der Strömungsbereich des Krümmerrohrs 56 nahe seinem stromabwärtigen Ende ist in der stromaufwärtigen-stromabwärtigen Richtung fix bzw. fest. Es ist anzumerken, dass bei dieser Bedingung die Differenz der Krümmerrohrlänge L die Differenz der Länge des geraden Teils 58 ist.
Wie es in 8C gezeigt ist, ist bei der Bedingung, wo die Krümmerrohrlänge L unter L1 in 7 ist, ferner das Krümmerrohr 56 nur mit dem Reduzierter-Durchmesser-Teil 57 gebildet, von dem sich der Strömungsbereich zu der stromabwärtigen Richtung hin graduell verkleinert, und der Strömungsbereich des Krümmerrohrs 56 nahe seinem stromabwärtigen Ende verkleinert sich graduell zu der stromabwärtigen Richtung hin. Es ist anzumerken, dass bei dieser Bedingung die Differenz der Krümmerrohrlänge L die Differenz der Länge des Reduzierter-Durchmesser-Teils 57 ist.
Wie es in 7 gezeigt ist, ist bei der Konfiguration, wo die Krümmerrohrlänge L zwischen L2 und L3 ist und sich der Strömungsbereich des Krümmerrohrs 56 nahe seinem stromabwärtigen Ende graduell zu der stromabwärtigen Richtung hin vergrößert, oder bei der Konfiguration, wo die Krümmerrohrlänge L unter L1 ist und sich der Strömungsbereich des Krümmerrohrs 56 nahe seinem stromabwärtigen Ende graduell zu der stromabwärtigen Richtung hin verkleinert, ein Änderungsbereich des Unterdrucks im Inneren der Auslassöffnungen 18 bezüglich der Änderung der Krümmerrohrlänge L breit. Es kann angenommen werden, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass bei der Konfiguration, wo sich der Strömungsbereich des Krümmerrohrs 56 nahe seinem stromabwärtigen Ende ändert, die Geschwindigkeit des Abgases unterschiedlich ist abhängig von der Position nahe dem stromabwärtigen Ende in der stromaufwärtigen-stromabwärtigen Richtung und somit die Geschwindigkeit des durch das stromabwärtige Ende des Krümmerrohrs 56 (d. h. das Krümmerrohr 56) tretenden Abgases sich auf Grund der Änderung der Krümmerrohrlänge L ändert. Wenn das Krümmerrohr 56 nur mit dem Reduzierter-Durchmesser-Teil 57 gebildet ist, von dem der Strömungsbereich in Richtung stromabwärts graduell kleiner wird oder sich der Strömungsbereich nahe dem stromabwärtigen Ende des Krümmerrohrs 56 zu der stromabwärtigen Richtung hin wie bei dem Vergleichsbeispiel graduell vergrößert, die Variation bei dem Unterdruck im Inneren der Auslassöffnungen 18 bezüglich der Variation der Krümmerrohrlänge L auf Grund der Herstellungsvariation höher wird.
Bei der Konfiguration jedoch, wo die Krümmerrohrlänge L zwischen L1 und L2 ist und der Strömungsbereich des Krümmerrohrs 56 nahe seinem stromabwärtigen Ende fest ist, ändert sich der Unterdruck im Inneren der Auslassöffnungen 18 kaum, selbst wenn sich die Krümmerrohrlänge L ändert.
Bei der Vorrichtung 100, wo das Krümmerrohr 56 mit dem Reduzierter-Durchmesser-Teil 57 und dem geraden Teil 58 gebildet, von dem der Strömungsbereich in der stromaufwärtigen-stromabwärtigen Richtung fest ist, kann daher die Variation beim Unterdruck im Inneren der Auslassöffnungen 18 bezüglich der Variation der Krümmerrohrlänge L auf Grund der Herstellungsvariation unterbunden werden. Dabei enthält bzw. umfasst die Herstellungsvariation Variationen, die verursacht werden beim Herstellen des Krümmerrohrs 56 und/oder auf Grund einer Änderung der Krümmerrohrlänge durch Schneiden des stromabwärtigen Endes des Krümmerrohrs 56, um Größen des unabhängigen Auslassdurchgangs 52 und der Katalysatorvorrichtung 6 zu entsprechen, wenn das Krümmerrohr 56 daran angebracht wird.
Ferner sind in 9A und 9B Ergebnisse der Untersuchung des Stroms des Abgases bei dem in 6 gezeigten Vergleichsbeispiel und die Vorrichtung gezeigt. 9A ist das Ergebnis der Vorrichtung 100 und 9B ist das Ergebnis der Vergleichsausführungsform. In 9A und 9B ist die Strömungsrate durch die Dunkelheit der Farbe und die Länge der Pfeile angegeben und somit ist die Strömungsrate in den Abschnitten dieser Figuren, deren Farbe dunkler ist, im Allgemeinen höher.
Wie es in 9B gezeigt ist, kommt bei dem Vergleichsbeispiel, wo das stromabwärtige Ende des Krümmerrohrs 56 als der Diffuserteil 59 dient, die Verteilung des Abgases nahe daran, auf einer Seite des stromabwärtigen Endes des Reduzierter-Durchmesser-Teils 57 in einer Querschnittsrichtung gleichmäßig zu sein. Bei dieser Vergleichsausführungsform mit dem Diffuserteil 59 verlangsamt sich jedoch die Geschwindigkeit des Abgases in dem geraden Teil 58 auf der stromabwärtigen Seite des Reduzierter-Durchmesser-Teils 57 nicht und das Abgas strömt weiter stromabwärts, ohne sich in der Querschnittsrichtung zu verteilen. Daher strömt das Abgas zu dem stromabwärtigen Ende des Krümmerrohrs 56, während es an einer Fläche bzw. Oberfläche der Innenumfangsfläche bzw. -oberfläche des Diffusers 59 auf der Seite des unabhängigen Auslassdurchgangs 52 angebracht ist, zu der das Abgas ausgestoßen wird, und die Verteilung des Abgases in der Querschnittsrichtung des Krümmerrohrs 56 wird an dem stromabwärtigen Ende des Krümmerrohrs 56 (d. h. dem stromaufwärtigen Ende der Katalysatorvorrichtung 6) ungleichmäßig.
Wie es in 9A gezeigt ist, verlangsamt sich bei der Vorrichtung 100, wo das stromabwärtige Ende des Krümmerrohrs 56 als der gerade Teil 58 dient, die Geschwindigkeit des Abgases in dem geraden Teil 58 und es verteilt sich somit in der Querschnittsrichtung darin. Dementsprechend kommt die Verteilung des Abgases in der Querschnittsrichtung des Krümmerrohrs 56 näher daran, an dem stromabwärtigen Ende des Krümmerrohrs 56 (d. h. dem stromaufwärtigen Ende der Katalysatorvorrichtung 6) gleichmäßig zu sein verglichen mit der in 9B gezeigten Vergleichsausführungsform.
Bei der Vorrichtung 100 wird somit die Verteilung des Abgases an dem stromaufwärtigen Ende der Katalysatorvorrichtung 6 gleichmäßig. Daher kann das Abgas gleichmäßig in den Katalysator 64 eingebracht werden und das Abgas kann effizient in dem Katalysator 64 gereinigt werden.
Ferner ist bei der Vorrichtung 100 der Kontaktteil 66a des O₂-Sensors 66 in dem Teil des stromaufwärtigen Endteils der Katalysatorvorrichtung 6 angeordnet, wo das Abgas gleichmäßig strömt. Daher kann die Sauerstoffkonzentration ferner bzw. weiter akkurat durch den O₂-Sensor detektiert werden.
Insbesondere erstrecken sich bei der Vorrichtung 100 der externe Zylinder 70 und der stromaufwärtige Endteil des Katalysatorgehäuses 62, das kontinuierlich zu bzw. durchgängig mit dem externen Zylinder 70 ist, an der Position, die von dem Krümmerrohr 56 nach außen bzw. auswärts beabstandet ist. Verglichen zu dem Fall, wo sich das Katalysatorgehäuse 62 stromabwärts kontinuierlich bzw. durchgängig von dem stromabwärtigen Ende des Krümmerrohrs 56 erstreckt, wird daher unterbunden, dass das zu dem stromaufwärtigen Ende der Katalysatorvorrichtung 6 hin von dem Krümmerrohr 56 ausgestoßene Abgas an der Innenumfangsfläche bzw. -oberfläche des Katalysatorgehäuses 62 anhaftet, und die Verteilung des Abgases kommt näher daran, an dem stromaufwärtigen Ende des Katalysatorgehäuses 62 gleichmäßig zu sein.
(6) Anderes Ausführungsformen
Wie es in 7 gezeigt ist, kann dabei, wenn der Diffuserteil 59 stromabwärts des geraden Teils 58 vorgesehen ist, der Unterdruck im Inneren der Auslassöffnungen 18 erhöht werden. Um eine Leistungsvariation auf Grund der Herstellungsvariation zu unterbinden, während der Unterdruck erhöht wird, kann, wie es in 10 gezeigt ist, ein stromabwärtiger gerader Teil 258, der sich mit einem fixen bzw. festen Strömungsbereich erstreckt, stromabwärts des Diffuserteils 59 vorgesehen sein.
11 zeigt eine grafische Darstellung, die 7 ist, ergänzt mit einem Ergebnis des Untersuchens einer Beziehung zwischen der Krümmerrohrlänge L, die bzw. das mit dem stromabwärtigen geraden Teil 258 stromabwärts des Diffuserteils 59 der Vergleichsausführungsform vorgesehen ist, und dem Unterdruck. In 11 entspricht das Ergebnis mit über L3 der Krümmerrohrlänge L dem Ergebnis, wenn der stromabwärtige gerade Teil 258 stromabwärts des Diffuserteils 59 vorgesehen ist. Auch wenn der stromabwärtige gerade Teil 258 stromabwärts des Diffuserteils 59 vorgesehen ist, kann, wie es in 11 gezeigt ist, der Änderungsbereich des Unterdrucks bezüglich der Änderung der Krümmerrohrlänge L dahingehend unterdrückt werden, klein zu sein, und die Leistungsvariation auf Grund der Herstellungsvariation kann unterbunden werden. Ferner kann bei dieser Konfiguration die Geschwindigkeit des Abgases weiter bzw. ferner hoch gehalten werden, da das Abgas stromabwärts mit weniger Widerstand durch den Diffuserteil 59 strömt. Es ist anzumerken, dass bei dieser Konfiguration der gerade Teil 58 zwischen dem Reduzierter-Durchmesser-Teil 57 und dem Diffuserteil 59 ausgelassen werden kann.
Es ist anzumerken, dass, wenn der Diffuserteil 59 und der stromabwärtige gerade Teil 258 hinzugefügt sind, die Länge des Krümmerrohrs 56 entsprechend länger wird. Im Hinblick auf eine Gewichtsverringerung und Verkleinerung der Vorrichtung und Verkürzung der Durchgangslänge von dem Zylinder 12 zu dem Katalysator zum Vereinfachen einer frühzeitigen Aktivierung und Beibehalten der Aktivierung des Katalysators werden daher der Diffuserteil 59 und der stromabwärtige gerade Teil 258 vorzugsweise ausgelassen.
Wie es in 12 gezeigt ist kann alternativ das Katalysatorgehäuse 62 mit dem stromabwärtigen Ende des Krümmerrohrs 56 direkt durch Auslassen des externen Zylinders 70 verbunden werden. Wenn jedoch das Krümmerrohr 56 von dem externen Zylinder 70 umgeben ist und der mit dem Krümmerrohr 56 angeordnete Teil die Doppelrohrstruktur aufweist, kann die Steifigkeit dieses Teils verbessert werden. Ferner kann der Temperaturabfall des Abgases unterbunden werden.
Bei der Konfiguration, wo das Katalysatorgehäuse 62 direkt mit dem stromabwärtigen Ende des Krümmerrohrs 56 verbunden ist, ist die Innenumfangsfläche bzw. -oberfläche des stromaufwärtigen Endes des Katalysatorgehäuses 62 vorzugsweise nach außen bzw. auswärts von dem stromabwärtigen Ende des Krümmerrohrs 56 positioniert, so dass unterbunden wird, dass das aus dem Krümmerrohr 56 zu dem stromaufwärtigen Ende der Katalysatorvorrichtung 6 ausgestoßene Abgas an der Innenumfangsfläche bzw. -oberflache des Katalysatorgehäuses 62 anhaftet, und die Verteilung des Abgases näher daran kommt, an dem stromaufwärtigen Ende der Katalysatorvorrichtung 6 gleichmäßig zu sein. Wie es beispielsweise in 12 gezeigt ist, liegt der Verjüngungswinkel vorzugsweise über näherungsweise 20°, wenn sich der stromaufwärtige Endteil des Katalysatorgehäuses 62 verjüngt.
Ferner wird bei der obigen Ausführungsform innerhalb des gesamten Motorbetriebsbereichs die Steuerung bzw. Regelung des Überlappens der Öffnungsperiode der Einlassventile 19 mit der Öffnungsperiode der Auslassventile 20 und des Überlappens des Öffnungsstartzeitpunkts der Auslassventile 20 des anderen Zylinders 12 mit der Überlappungsperiode der Einlass- und Auslassventile 19 und 20 beschrieben; die Steuerung bzw. Regelung kann jedoch nur einem Teilbereich, wie einem Motorbetriebsbereich mit niedriger Drehzahl und hoher Last durchgeführt werden, wo die Motordrehzahl unter einer vorbestimmten Drehzahl liegt und die Motorlast über einer vorbestimmten Last liegt. Mit anderen Worten kann innerhalb des Motorbetriebsbereichs, wo die Motordrehzahl hoch ist, da eine Abgasströmungsrate ansteigt, der durch eine Pumpverlustreduzierung erhaltene Spülvereinfachungseffekt höher sein als der durch den Ejektoreffekt erhaltene Spülvereinfachungseffekt. In einem solchen Fall ist es daher bevorzugt, die Einlass- und Auslassventile 19 und 20 dahingehend zu steuern bzw. zu regeln, den Spülvereinfachungseffekt zu verbessern.
Um den Pumpverlust innerhalb des Betriebsbereichs, wo die Motordrehzahl wie oben beschrieben hoch ist, zu verringern, kann ein Umgehungsdurchgang zwischen jeder Sektion des unabhängigen Auslassdurchgangs 52, wo der Strömungsbereich kleiner wird, und dem stromabwärtigen Teil des Krümmerrohrs 56 bereitgestellt werden, und zwar so gebildet, dass er einen niedrigen Auslasswiederstand aufweist, beispielsweise durch Festlegen eines fixen bzw. festen Strömungsbereichs, und angebracht bzw. versehen mit einem Ventil zum Öffnen und Schließen des Durchgangs, so dass durch Schließen des Ventils in dem Motorbetriebsbereich, wo die Motordrehzahl niedrig ist, das Abgas nur durch jeden unabhängigen Auslassdurchgang 52 tritt, und durch Öffnen des Ventils in dem Betriebsbereich, wo die Motordrehzahl hoch ist, tritt das Abgas auch durch den Umgehungsdurchgang.
Es versteht sich, dass diese Ausführungsformen illustrativ und nicht beschränkend sind, da der Schutzbereich der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche anstatt die vorausgehende Beschreibung definiert wird; und alle Änderungen, die innerhalb der Grenzen der Ansprüche oder einem Äquivalent dieser Grenzen liegen, sollen daher durch die Ansprüche umfasst sein.
Bezugszeichenliste

1: Motorkörper
6: Katalysatorvorrichtung
19: Einlassventil
20: Auslassventil
30: Einlassventilantriebs- bzw. -treibermechanismus (Ventiltreiber)
40: Auslassventilantriebs- bzw. -treibermechanismus (Ventiltreiber)
52: unabhängiger Auslassdurchgang
56: Verteiler- bzw. Krümmerrohr (Verteiler- bzw. Krümmersektion)
57: Reduzierter-Durchmesser-Teil
58: gerader Teil (gerader Rohrteil)
62: Katalysatorgehäuse
64: Katalysator
70: externer Zylinder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009-097335 A [0003]

Claims

Einlass- und Auslassvorrichtung (100) eines Mehrzylindermotors mit einer Mehrzahl von Zylindern (12a–12d), wobei jeder Zylinder jeweils mit einer Einlassöffnung (17) und einer Auslassöffnung (18) gebildet ist und jeweils mit einem Einlassventil (19) zum Öffnen und Schließen der Einlassöffnung (17) und einem Auslassventil (20) zum Öffnen und Schließen der Auslassöffnung (18) versehen ist, wobei die Vorrichtung (100) umfasst: unabhängige Auslassdurchgänge (52), wobei jeder unabhängige Auslassdurchgang (52) mit einem einzelnen Zylinder oder zwei oder mehr Zylindern verbunden ist, die nicht in einer Auslassreihenfolge benachbart zueinander sind; eine Krümmersektion (56), die mit jedem stromabwärtigen Ende der unabhängigen Auslassdurchgänge (52) verbunden ist, um Abgas, das durch die unabhängigen Auslassdurchgänge (52) tritt, darin zusammenzuführen; eine Katalysatorvorrichtung (6), die mit einem stromabwärtigen Ende der Krümmersektion (56) verbunden ist und einen Katalysator (64) zum Reinigen des Abgases, das durch die Krümmersektion (56) tritt, und ein Katalysatorgehäuse (62) zum Aufnehmen des Katalysators (64) enthält; und einen Ventiltreiber (30, 40) zum Treiben der Einlass- (19) und Auslassventile (20) jedes Zylinders, wobei in einem Motorbetriebsbereich mit niedriger Drehzahl und hoher Last, wo zumindest eine Motordrehzahl unterhalb einer vorbestimmten Drehzahl ist und eine Motorlast über einer vorbestimmten Last ist, der Ventiltreiber (30, 40) die Einlass- (19) und Auslassventile (20) jedes Zylinders antreibt, um so zu überlappen, dass für einen bestimmten Zylinder eine Öffnungsperiode eines ersten Einlassventils (19) mit einer Öffnungsperiode eines ersten Auslassventils (20) für eine vorbestimmte Überlappungsperiode überlappt und die Überlappungsperiode des bestimmten Zylinders einen Zeitpunkt überlappt, wo ein zweites Auslassventil (20) eines assoziierten Zylinders benachbart in Auslassreihenfolge zu dem bestimmten Zylinder öffnet, wobei unabhängige Auslassdurchgänge (52), die mit Zylindern verbunden sind, die eine benachbarte Auslassreihenfolge aufweisen, auf benachbarte Weise mit der Krümmersektion (56) verbunden sind, wobei das stromabwärtige Ende jedes unabhängigen Auslassdurchgangs (52) so geformt ist, dass es einen Strömungsbereich aufweist, der zu einer stromabwärtigen Richtung hin kleiner ist, so dass ein Unterdruck in der Auslassöffnung (18) erzeugt wird, die mit einem oder mehreren benachbarten unabhängigen Auslassdurchgängen (52) verbunden ist, und zwar durch einen Ejektoreffekt auf Grund dessen, dass das Abgas aus der Auslassöffnung (18) jedes Zylinders zu der Krümmersektion (56) durch das stromabwärtige Ende des entsprechenden unabhängigen Auslassdurchgangs (52) ausgestoßen wird, und wobei die Krümmersektion (56) einen Reduzierter-Durchmesser-Teil (57), der sich stromabwärts von einem stromaufwärtigen Ende der Krümmersektion (56) erstreckt und zu einer stromabwärtigen Richtung hin einen kleineren Strömungsbereich aufweist, und einen geraden Rohrteil (58) enthält, der sich stromaufwärts mit einem im Wesentlichen festen Strömungsbereich von dem stromabwärtigen Ende der Krümmersektion (56) erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich der gerade Rohrteil (58) mit im Wesentlichen demselben Strömungsbereich wie einem Strömungsbereich des stromabwärtigen Endes des Reduzierter-Durchmesser-Teils (57) von dem stromabwärtigen Ende des Reduzierter-Durchmesser-Teils (57) zu dem stromabwärtigen Ende der Krümmersektion (56) erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend einen externen Zylinder (70), der als ein zylindrisches Glied dient, das einstückig mit dem Katalysatorgehäuse (62) gebildet ist und sich von einem stromaufwärtigen Ende des Katalysatorgehäuses (62) zu dem stromaufwärtigen Ende der Krümmersektion (56) erstreckt, um damit verbunden zu sein, wobei die Krümmersektion (56) zumindest teilweise im Inneren des externen Zylinders (70) aufgenommen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Sauerstoffkonzentrationsdetektor (66), der einen Kontaktteil enthält, der mit dem Abgas in Kontakt kommt, das von jedem Zylinder ausgestoßen wird, und der eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas detektiert, wobei der Kontaktteil im Inneren des Katalysatorgehäuses (62) zwischen stromabwärts der Krümmersektion (56) und stromaufwärts des Katalysators (64) angeordnet ist.
Fremdzündungsmotor, umfassend vier Zylinder (12a–12d) in Reihe, die eine Zündfolge von 1, 3, 4, 2 aufweisen, bei der die Zylinder in der Reihenfolge des ersten Zylinders (12), des dritten Zylinders (12c), des vierten Zylinders (12d) und des zweiten Zylinders (12b) gezündet werden, und umfassend eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Fremdzündungsmotor nach Anspruch 5, wobei der erste und der vierte Zylinder (12a, 12d) jeweils einen separaten unabhängigen Auslassdurchgang (52a, 52d) umfassen, während der zweite und der dritte Zylinder (12b, 12c) einen gemeinsamen unabhängigen Auslassdurchgang umfassen (52b).
Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Mehrzylindermotors mit einer Mehrzahl von Zylindern (12a–12d), wobei jeder Zylinder jeweils mit einer Einlassöffnung (17) und einer Auslassöffnung (18) gebildet ist und jeweils mit einem Einlassventil (19) zum Öffnen und Schließen der Einlassöffnung (17) und einem Auslassventil (20) zum Öffnen und Schließen der Auslassöffnung (18) versehen ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bereitstellen unabhängiger Auslassdurchgänge (52), wobei jeder unabhängige Auslassdurchgang (52) mit einem einzelnen Zylinder oder zwei oder mehr Zylindern verbunden wird, die nicht in einer Auslassreihenfolge benachbart zueinander sind; Verbinden einer Krümmersektion (56) mit jedem stromabwärtigen Ende der unabhängigen Auslassdurchgänge (52), um Abgas, das durch die unabhängigen Auslassdurchgänge (52) tritt, darin zusammenzuführen; Verbinden einer Katalysatorvorrichtung (6) mit einem stromabwärtigen Ende der Krümmersektion (56) und enthaltend einen Katalysator (64) zum Reinigen des Abgases, das durch die Krümmersektion (56) tritt, und ein Katalysatorgehäuse (62) zum Aufnehmen des Katalysators (64); und Treiben der Einlass- (19) und Auslassventile (20) jedes Zylinders in einem Motorbetriebsbereich mit niedriger Drehzahl und hoher Last, wo zumindest eine Motordrehzahl unterhalb einer vorbestimmten Drehzahl ist und eine Motorlast über einer vorbestimmten Last ist, um so zu überlappen, dass für einen bestimmten Zylinder eine Öffnungsperiode eines ersten Einlassventils (19) mit einer Öffnungsperiode eines ersten Auslassventils (20) für eine vorbestimmte Überlappungsperiode überlappt und die Überlappungsperiode des bestimmten Zylinders einen Zeitpunkt überlappt, wo ein zweites Auslassventil (20) eines assoziierten Zylinders benachbart in Auslassreihenfolge zu dem bestimmten Zylinder öffnet, benachbartes Verbinden unabhängiger Auslassdurchgänge (52), die mit Zylindern verbunden sind, die eine benachbarte Auslassreihenfolge aufweisen, mit der Krümmersektion (56), Formen des stromabwärtigen Endes jedes unabhängigen Auslassdurchgangs (52) derart, dass es einen Strömungsbereich aufweist, der zu einer stromabwärtigen Richtung hin kleiner ist, so dass ein Unterdruck in der Auslassöffnung (18) erzeugt wird, die mit einem oder mehreren benachbarten unabhängigen Auslassdurchgängen (52) verbunden ist, und zwar durch einen Ejektoreffekt auf Grund dessen, dass das Abgas aus der Auslassöffnung (18) jedes Zylinders zu der Krümmersektion (56) durch das stromabwärtige Ende des entsprechenden unabhängigen Auslassdurchgangs (52) ausgestoßen wird, und Versehen der Krümmersektion (56) mit einem Reduzierter-Durchmesser-Teil (57), der sich stromabwärts von einem stromaufwärtigen Ende der Krümmersektion (56) erstreckt und zu einer stromabwärtigen Richtung hin einen kleineren Strömungsbereich aufweist, und mit einem geraden Rohrteil (58), der sich stromaufwärts mit einem im Wesentlichen festen Strömungsbereich von dem stromabwärtigen Ende der Krümmersektion (56) erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend den Schritt des Versehens des geraden Rohrteils (58) mit im Wesentlichen demselben Strömungsbereich wie einem Strömungsbereich des stromabwärtigen Endes des Reduzierter-Durchmesser-Teils (57) von dem stromabwärtigen Ende des Reduzierter-Durchmesser-Teils (57) zu dem stromabwärtigen Ende der Krümmersektion (56).
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, ferner umfassend die Schritte des einstückigen Bildens eines externen Zylinders (70), der als ein zylindrisch Glied dient, mit dem Katalysatorgehäuse (62), und der sich von einem stromaufwärtigen Ende des Katalysatorgehäuses (62) zu dem stromaufwärtigen Ende der Krümmersektion (56) erstreckt, um damit verbunden zu werden, und zumindest teilweises Aufnehmen der Krümmersektion (56) im Inneren des externen Zylinders (70).
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, ferner umfassend den Schritt des Anordnens eines Kontaktteils eines Sauerstoffkonzentrationsdetektors (66) im Inneren des Katalysatorgehäuses (62) zwischen stromabwärts der Krümmersektion (56) und stromaufwärts des Katalysators (64).