DE102016226193A1 - Internal combustion engine with at least two cylinders - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit zumindest zwei Zylindern (3), die jeweils mit einem zugehörigen Einlasskanal (4) verbunden sind.Erfindungswesentlich ist dabei, dass in zumindest einem Einlasskanal (4) eine Einrichtung (7) zur Veränderung des Durchflussquerschnittes angeordnet ist, die zumindest ein aufblähbares Membranelement (8, 8a-d) aufweist, das derart ausgebildet und angeordnet ist, dass mit ihm eine Zylinderabschaltung möglich ist.The invention relates to an internal combustion engine (1) with at least two cylinders (3), which are each connected to an associated inlet channel (4). It is essential that a device (7) for changing the flow cross-section is arranged in at least one inlet channel (4) is, which has at least one inflatable membrane element (8, 8a-d), which is designed and arranged such that with him a cylinder shutdown is possible.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Zylindern, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to an internal combustion engine having at least two cylinders, according to the preamble of
Gattungsgemäße Brennkraftmaschinen sind hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt und befinden sich heutzutage in nahezu sämtlichen Kraftfahrzeugen. Aufgrund einer zunehmenden Ressourcenknappheit und dem Wunsch, Schadstoffemissionen zu reduzieren, werden vermehrt Anstrengungen unternommen, Kraftstoff einzusparen, insbesondere in einem unwirtschaftlichen, niedrigen Teillastbetrieb einer Brennkraftmaschine. Hierbei ist es bereits bekannt, einzelne Zylinder der Brennkraftmaschine abzuschalten und diese zugleich zu deaktivieren, wobei auch deren Gasstrom unterbrochen wird, da ansonsten der in diesem Fall von der Kurbelwelle angetriebene Kolben hohe Pumpverluste und damit einen hohen Widerstand erzeugen würde. Für eine Zylinderabschaltung wird dabei üblicherweise eine vergleichsweise aufwendige Ventiltriebsteuerung verwendet, der die Ein- und/oder Auslassventile in aktiviertem Zustand nicht mehr betätigt.Generic internal combustion engines are well known from the prior art and are nowadays in almost all motor vehicles. Due to an increasing scarcity of resources and the desire to reduce pollutant emissions, efforts are increasingly made to save fuel, especially in an uneconomical, low partial load operation of an internal combustion engine. In this case, it is already known to switch off individual cylinders of the internal combustion engine and to deactivate them at the same time, their gas flow also being interrupted, since otherwise the piston driven in this case by the crankshaft would generate high pumping losses and thus high resistance. For a cylinder deactivation, a comparatively complicated valve train control is usually used which no longer actuates the intake and / or exhaust valves in the activated state.
Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Ventiltrieben mit Zylinderabschaltung ist jedoch die vergleichsweise aufwendige Konstruktion und Steuerung derartiger Ventiltriebe.A disadvantage of the known from the prior art valve trains with cylinder deactivation, however, is the relatively complex construction and control of such valve trains.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere eine konstruktiv einfache und flexible Zylinderabschaltung ermöglicht.The present invention therefore deals with the problem of providing for an internal combustion engine of the generic type an improved or at least one alternative embodiment, which in particular allows a structurally simple and flexible cylinder deactivation.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matter of
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, erstmals eine völlig neuartige Form der Zylinderabschaltung bereitzustellen und zwar mittels zumindest eines aufblähbaren Membranelements, welches in einem Einlasskanal eines abzuschaltenden Zylinders bei Bedarf aufgebläht wird und dadurch den Einsatzkanal verschließt und den zugehörigen Zylinder abschaltet. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist dabei zumindest zwei Zylinder auf, die jeweils mit einem zugehörigen Einlasskanal verbunden sind. Erfindungsgemäß ist in zumindest einem Einlasskanal eine Einrichtung zur Veränderung des Durchflussquerschnitts angeordnet, wobei diese Einrichtung zumindest ein aufblähbares Membranelement aufweist, das derart ausgebildet und angeordnet ist, dass dadurch ein Verschließen des Einlasskanals und ein Abschalten des zugehörigen Zylinders möglich sind. Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine und der erfindungsgemäßen Einrichtung in zumindest einem Einlasskanal ist es somit erstmals möglich, auf den bislang erforderlichen aufwendigen Ventiltrieb zu verzichten, wobei rein theoretisch mit der erfindungsgemäßen Einrichtung noch weitere Funktionen realisierbar sind. Von entscheidendem Vorteil ist jedoch, dass auf den zuvor beschriebenen Ventiltrieb zur Zylinderabschaltung, beispielsweise mittels Schiebenocken und den damit verbundenen Schiebeeinrichtungen verzichtet werden kann, wodurch der Ventiltrieb deutlich einfacher und damit die gesamte Brennkraftmaschine deutlich kostengünstiger ausgebildet werden kann.The present invention is based on the general idea to provide for the first time a completely novel form of cylinder deactivation by means of at least one inflatable membrane element which is inflated in an inlet channel of a cylinder to be shut down if necessary and thereby closes the insertion channel and shuts off the associated cylinder. The internal combustion engine according to the invention in this case has at least two cylinders which are each connected to an associated inlet channel. According to the invention, a device for changing the flow cross-section is arranged in at least one inlet channel, wherein this device has at least one inflatable membrane element which is designed and arranged such that closure of the inlet channel and shut-off of the associated cylinder are possible. With the internal combustion engine according to the invention and the device according to the invention in at least one inlet channel, it is thus possible for the first time to dispense with the previously required complex valve train, whereby purely theoretical with the device according to the invention still further functions can be realized. Of decisive advantage, however, is that it is possible to dispense with the above-described valve drive for cylinder deactivation, for example by means of sliding cams and the associated sliding devices, whereby the valve train can be made significantly more cost-effective and thus the entire internal combustion engine significantly less expensive.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Einrichtung zumindest zwei aufblähbare Membranelemente auf, die derart ausgebildet und angeordnet sind, dass mit ihnen eine Drosselung und/oder eine Bewegung einer Durchströmung möglich sind. In diesem Fall ist somit eine Erweiterung der Funktionalität der erfindungsgemäßen Einrichtung denkbar, so dass mit dieser nicht nur eine Zylinderabschaltung, sondern zusätzlich bzw. alternativ noch weitere Funktionen, nämlich insbesondere eine gezielte Bewegung der Einlassströmung in den jeweiligen Zylinder bzw. eine Drosselung der Einlassströmung realisierbar sind.In an advantageous development of the solution according to the invention, the device has at least two inflatable membrane elements, which are designed and arranged such that a throttling and / or a movement of a throughflow are possible with them. In this case, therefore, an extension of the functionality of the device according to the invention is conceivable, so that with this not only a cylinder deactivation, but additionally or alternatively further functions, namely in particular a targeted movement of the inlet flow into the respective cylinder or a throttling of the inlet flow feasible are.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist zumindest ein Membranelement mittels eines Überdrucks oder mittels eines Unterdrucks aufblähbar. Das Aufblähen kann somit im positiven oder im negativen Sinn erfolgen, so dass ein Verschließen des zugehörigen Einlasskanals beispielsweise mittels aufgeblasenem oder mittels eines unter Unterdruck gesetzten Membranelements erfolgen kann. Alternativ ist selbstverständlich auch denkbar, dass zumindest ein Membranelement mittels eines elektrischen, magnetischen oder hydraulischen Aktuators aufblähbar ist. Bereits diese nicht abschließende Aufzählung lässt erahnen, welch mannigfaltige Möglichkeiten zur Aktivierung bzw. zum Aufblähen des aufblähbaren Membranelements denkbar sind. Bei einer Betätigung des Membranelements mittels Überdruck kann beispielsweise Luft oder eine Flüssigkeit, beispielsweise ein Hydrauliköl, verwendet werden.In an advantageous development of the solution according to the invention, at least one membrane element can be inflated by means of an overpressure or by means of a negative pressure. The inflation can thus take place in a positive or in a negative sense, so that a closure of the associated inlet channel can be done for example by means of inflated or by means of a set under negative pressure membrane element. Alternatively, of course, it is also conceivable that at least one membrane element can be inflated by means of an electric, magnetic or hydraulic actuator. Already this non-exhaustive enumeration gives an idea of the manifold possibilities for activating or inflating the inflatable membrane element. Upon actuation of the membrane element by means of overpressure, for example, air or a liquid, for example a hydraulic oil, can be used.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist zumindest ein Membranelement faserverstärkt. Hierdurch lassen sich besonders dünne Membranelemente realisieren, welche sowohl bauraumoptimiert als auch gewichtsoptimiert eingesetzt werden können. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung genau dieses Membranelements können einzelne Fasern des Membranelements derart angeordnet sein, dass ein Aufblähen in eine vordefinierte und zugleich reproduzierbare Form erfolgen kann. Beispielsweise ist durch eine parallele Anordnung einzelner Fasern denkbar, dass sich das zugehörige Membranelement ausschließlich oder zumindest mehr in Querrichtung der Fasern verformt, während es sich in Längsrichtung der Fasern aufgrund der Fasern selbst weniger oder gar nicht verformt. Je nach Anordnung bzw. Ausrichtung der einzelnen Fasern kann somit individuell auf eine Aufblähbewegung des Membranelements Einfluss genommen werden.In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention, at least one membrane element is fiber-reinforced. This makes it possible to realize particularly thin membrane elements, which can be used both space-optimized and weight-optimized. In an advantageous development of exactly this membrane element, individual fibers of the membrane element can be arranged such that inflation can take place in a predefined and at the same time reproducible form. For example, by a parallel Arrangement of individual fibers conceivable that deforms the associated membrane element exclusively or at least more in the transverse direction of the fibers, while it is less or not deformed in the longitudinal direction of the fibers due to the fibers themselves. Depending on the arrangement or orientation of the individual fibers, it is thus possible to influence individually an inflation movement of the membrane element.
Zweckmäßig besitzt ein Einlasskanal einen rechteckigen Querschnitt, insbesondere einen quadratischen Querschnitt, und die Einrichtung weist vier Membranelemente auf, die an den jeweiligen Seiten des Einlasskanals angeordnet sind und sich in den Eckbereichen berühren. Bei einer derartigen Einrichtung und einem derartigen Einlasskanal besteht somit die Möglichkeit, den Einlasskanal nicht nur im Sinne einer Zylinderabschaltung durch Aufblähen sämtlicher vier Membranelemente komplett zu verschließen, sondern durch Aufblähen einzelner Membranelemente Einfluss auf eine Einlassströmung in den Zylinder zu nehmen und dadurch spezielle Strömungen zu schaffen. Hierbei ist beispielsweise denkbar, dass zur Erzeugung einer Tumble-Strömung zwei vertikal übereinander angeordnete Membranelemente aufgebläht sind, während zur Erhöhung einer Drallströmung zwei horizontal nebeneinander angeordnete Membranelemente aufgebläht sind. Ebenfalls ist denkbar, dass zur Erhöhung einer Omega-Tumble-Strömung sich in einem Eckbereich berührende, d.h. über einen Eckbereich nebeneinander angeordnete Membranelemente aufgebläht sind. Hierdurch lassen sich folgende Vorteile erzielen: Beispielsweise können im Einlasskanal entsprechende Wirbel in der Gasladung im Zylinder erzeugt werden, die eine Verbrennung verbessern und dadurch den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine steigern. Ein besonderer Vorteil wird darüber hinaus erreicht, sofern die einzelnen aufblähbaren Membranelemente bei voller Ansteuerung über eine Mitte des jeweiligen Einlasskanals hinaus aufgebläht werden, wodurch eine Drosselung und eine Drallerzeugung in der jeweiligen Gasladung bzw. dem jeweiligen Gasstrom in zwei Dimensionen weitgehend unabhängig voneinander einstellbar sind.Suitably, an inlet channel has a rectangular cross-section, in particular a square cross-section, and the device has four membrane elements which are arranged on the respective sides of the inlet channel and contact each other in the corner regions. With such a device and such an inlet channel, it is thus possible to completely close off the inlet channel not only in the sense of a cylinder deactivation by inflating all four membrane elements, but also to influence an inlet flow into the cylinder by inflating individual membrane elements and thereby to create special flows , In this case, for example, it is conceivable that two vertically stacked membrane elements are inflated to produce a tumble flow, while two horizontally juxtaposed membrane elements are inflated to increase a swirl flow. It is also conceivable that to increase an omega tumble flow, contact in a corner area, i. Membrane elements arranged side by side over a corner area are inflated. As a result, the following advantages can be achieved: For example, corresponding vortices in the gas charge in the cylinder can be generated in the inlet channel, which improve combustion and thereby increase the efficiency of the internal combustion engine. A particular advantage is also achieved, provided that the individual inflatable membrane elements are inflated at full control beyond a center of the respective inlet channel, whereby a throttling and swirl generation in the respective gas charge or the respective gas flow in two dimensions are largely independently adjustable.
Dabei ist selbstverständlich klar, dass die Einrichtung in analoger Weise nicht nur im Einlasskanal, sondern zusätzlich auch im Auslasskanal angeordnet werden kann, wodurch ein vollständiges Verschließen des jeweiligen Zylinders, d.h. sowohl des Einlasskanals als auch des Auslasskanals und dadurch eine vollkommene Zylinderabschaltung möglich sind.It is of course clear that the device can be arranged in an analogous manner not only in the inlet channel, but in addition also in the outlet channel, whereby a complete closure of the respective cylinder, i. Both the intake port and the exhaust port and thereby a perfect cylinder shutdown are possible.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.
Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, -
2 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Einlasskanal oder Auslasskanal, -
3 einen Längsschnitt durch den Einlasskanal bzw. Auslasskanal der2 .
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1 a sectional view through an internal combustion engine according to the invention, -
2 a cross section through an inlet channel or outlet channel according to the invention, -
3 a longitudinal section through the inlet channel and outlet channel of2 ,
Entsprechend der
Mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung
Betrachtet man die
Mit der gemäß den
Ein Aufblähen zumindest eines Membranelements
Claims (8)
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DE102016226193.2A DE102016226193A1 (en) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | Internal combustion engine with at least two cylinders |
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DE102016226193.2A DE102016226193A1 (en) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | Internal combustion engine with at least two cylinders |
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DE102016226193.2A Withdrawn DE102016226193A1 (en) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | Internal combustion engine with at least two cylinders |
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2016
- 2016-12-23 DE DE102016226193.2A patent/DE102016226193A1/en not_active Withdrawn
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