DE2900953C2

DE2900953C2 - Regelvorrichtung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2900953C2
Application number: DE2900953A
Authority: DE
Inventors: Yukihiro Yokohama Etoh; Haruhiko Iizuka; Junichiro Yokosuka Matsumoto; Fukashi Yokohama Sugasawa
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1978-01-12
Filing date: 1979-01-11
Publication date: 1983-04-21
Also published as: US4249374A; DE2900953A1; JPS5495846A; GB2012866B; FR2414631A1; FR2414631B1; GB2012866A; JPS6024312B2; JPS54106410U

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine derartige Regelvorrichtung ist aus der GB-PS 97 824 bekannt. Diese Druckschrift befaßt sich mit dem Problem, bei Brennkraftmaschinen für Flugzeuge eine bessere Ausnutzung der Energie der Auspuffgase zu ermöglichen. Die aus dieser Druckschrift bekannte Regelvorrichtung umfaßt einen Ansaugkrümmer mit mehreren miteinander verbindbaren Teilkammern, die jeweils mit einer Zylindergruppe der Brennkraftmaschine verbunden sind. Diese Regelvorrichtung gestattet es, einzelne oder sämtliche Zylindergruppen unabhängig voneinander von dem normalen Betrieb mit einem Kraftstoff-Luftgemisch auf den Betrieb mit Auspuffgasen der anderen Zylindergruppen bzw. einer anderen Brennkraftmaschine des Flugzeugs umzuschalten.

Wenn eine Zylindergruppe mit Kraftstoff und die andere mit Auspuffgasen betrieben wird, so sind die entsprechenden Teilkammern voneinander getrennt. Dies hat den Nachteil, daß sich zwischen den Teükammern eine Druckdifferenz ausbildet, so daß es zu Druckstößen kommt, wenn die Teükammern bei einem anschließenden Umschalten aller Zylinder auf Kraftstoffbetrieb miteinander verbunden werden.

Ein ähnliches Problem ergibt sich auch bei Brennkraftmaschinen, beispielsweise für Kraftfahrzeuge, bei denen eine Zylinderabschaltung oder ein Teilzylinderbetrieb vorgesehen ist. Insbesondere dann, wenn außerdem zur Reduzierung der Schadstoffemission eint Abgasrezirkulation bei den nicht abgeschalteten Zylindern vorgesehen ist, ist es erforderlich, die abgeschalteten Zylinder von der Ansaugluft abzutrennen, da anderenfalls die durch die abgeschalteten Zylinder geförderte Luft das Signal eines Auspuffgas-Sensors und damit die Regelung des Kraftstoff-Luftgemisches verfälschen würde. Eine Regelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Abgasrezirkulation die eine Abtrennung der abgeschalteten Zylinder von dem Ansaugsystem gestattet, ist beispielsweise aus der DE-OS 26 28 091 bekannt. Auch bei dieser Regelvorrichtung kommt es zu den erwähnten Druckstößen bei der Zuschaltung der zeitweise abgeschalteten Zylinder. Außerdem führt die Unterbindung der Luftzufuhr bei dieser Vorrichtung zu unerwünschten Pumpverlusten in den abgeschalteten Zylindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Druckstöße im Ansaugsystem beim Übergang vom Teilzylinderbetrieb auf den Vollzylinderbetrieb zu unterbinden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Bei einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung erfolgt während des Vollzylinderbetriebs eine Auspuffgas-Rückführung auf zwei getrennten Wegen zu der ersten und zweiten Zylindergruppe. Bei Teilzylinderbetrieb wird durch die abgeschaltete Zylindergruppe und durch die zugeordnete Rückleitungseinrichtung Auspuffgas umgewälzt. Durch eine erfindungsgemäße Regeleinheit wird dabei der Druck in einer der abgeschalteten Zylindergruppe zugeordneten Teilkammer des Ansaugrohres dem Druck in der anderen Kammer angeglichen, so daß es bei anschließendem Umschalten auf Vollzylinderbetrieb nicht zu Druckstößen kommen kann.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in den Auspuffgas-Rückleitungseinrichtungen für beide Zylindergruppen gleiche Steuerventile vorgesehen, die bei Vollzylinderbetrieb gleichermaßen durch die Druckdifferenz zwischen dem Atmosphärendruck und einem Steuerdruck gesteuert werden. Das der abschaltbaren Zylindergruppe zugeordnete Steuerventil ist bei Teilzylinderbetrieb auf eine Steuerung entsprechend der Druckdifferenz zwischen den Ansaugrohr-Teilkammern umschaltbar. Dadurch besteht die Möglichkeit, mit Hilfe ein und desselben Steuerventils und eines verhältnismäßig einfachen Umschaltmechanismus einerseits die Auspuffgas-Rückleitung der abschaltbaren Zylindergruppe bei Vollzylinderbetrieb und andererseits den erfindungsgemäßen Druckausgleich zu bewirken.

Die Figur zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung.

Gemäß der Zeichnung weist eine Brennkraftmaschine mit geteiltem Zylinderbetrieb, die eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung aufweist, sechs Zylinder auf, die die Ziffern Nummer 1 bis Nummer 6 tragen und in Zusammenhang mit einem Zylinderkopf 1 dargestellt sind. Ein Ansaugkrümmer 2 schließt eine Luft-Sammelkammer 3 ein, die in eine erste Teilkammer 3a und eine zweite Teilkammer 3b unterteilt ist, sowie Leitungen 4a von der ersten Teilkammer 3a zu den Zylindern Nr. 1 bis

Nr. 3 und Leitungen 46 zwischen der zweiten Teilkammer 3Zj und den Zylindern Nr. 4 bis Nr. 6. Wie später erläutert werden soll, werden bei Maschinenbetrieb mit verhältnismäßig hoher Last alle Zylinder in Betrieb gesetzt, während bei niedriger Last nur die Zylinder Nr. 1 bis Nr. 3 für den Antrieb verwendet werden. Auspuffgase aus den Zylindern Nr. 1 bis Nr. 3 gelangen durch einen Kanal 12a zu einem katalytischer! Dreiwege-Konverter 43, und Auspuffgase der Zylinder Nr. 4 bis Nr. 6 treten in den Konverter 43 durch eiren Kanal 126 ein. In einem Punkt stromaufwärts des katalytischen Konverters ist ein Auspuffgas-Sensor 44, wie etwa ein Zirkon-Sauerstoff-Sensor vorgesehen, der ein Signal entsprechend der Konzentration von Sauerstoff in den Auspuffgasen an einen Differenzverstärker 45 abgibt, der einen Vergleich mit einer Vergleichsspannung Vref durchführt, die dem gewünschten Luft-Brennstoff-Verhältnis entspricht.

Eine Trennwand 8 mit einer öffnung befindet sich in der Sammelkammer 3 des Ansaugkrümi.iers. Diese öffnung wird bei relativ niedriger Maschinenlast durch eine bei 6a angelenkte Steuerklappe 6 geschlossen, so daß der Eintritt von frischer Luft in die zweite Teilkammer 3b verhindert wird. Zugleich werden Brennstoff-Einspritzdüsen 5b abgeschaltet.

Das Steuerventil oder die Steuerklappe 6 wird durch ein auf Druck ansprechendes Betätigungsorgan 7 bewegt, das im wesentlichen eine Druckkammer 7a und eine Membran Tb umfaßt, die mit Hilfe einer Feder Tc vorgespannt ist und über ein Gestänge Td mit dem Anlenkpunkt 6a verbunden ist. Die Druckkammer 7a ist mit dem Auslaß eines Steuerventils 11 verbunden, das zwei Einlasse aufweist. Ein Einlaß Fdes Steuerventils 11 steht mit einem Unterdruckbehälter oder einer Unterdruckquelle 10 in Verbindung, während der andere Einlaß P zur Atmosphäre offen ist. Diese Unterdruckquelle wird mit einem Unterdruck über ein Rückschlagventil 9 aus der ersten Teilkammer 3a versorgt. Wenn das Steuerventil 11 in die in durchgezogenenen Linien dargestellte Position geschaltet ist, die einer niedrigen Maschinenlast entspricht, wird die Membran Tb nach rechts verschoben, so daß eine Achse im Punkt 6a in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht und die Steuerklappe 6 geschlossen wird. Bei hoher Maschinenlast wird das Steuerventil 11 auf die gestrichelt dargestellte Position umgeschaltet und mit dem Unterdruck verbunden, so daß die Membran Tb nach links bewegt wird und die Achse im Punkt 6a in Uhrzeigerrichtung schwenkt. Dadurch wird die ,Steuerklappe 6 geöffnet.

Ein Maschinenlast-Sensor 40 ermittelt einen Betriebszustand der Maschine mit verhältnismäßig geringer Last und liefert ein Signal, das einen derartigen Betriebszustand widergibt, an ein Steuergatter 41 sowie an Steuerventile 11, 38 und 39 und bewirkt eine Umschaltung aus der Position Fdes Voübeiriebs in die Position fdes Teilzylinderbetriebs.

Brennstoffeinspritzimpulse, die an die Einspritzdüsen 5a und 5b gelangen, werden durch eine Steuereinheit 42 herkömmlicher Art gebildet, nachdem Signale eingetroffen sind, die die verschiedenen Betriebsparameter widergeben. Weiterhin wird ein Signal vom Ausgang des Differenzverstärkers 45 aufgenommen. Die Impulsdauer oder -breite der Brennstoff-Einspritzimpulse wird gesteuert entsprechend den aufgenommenen Betriebsparameter-Signalen und dem Ausgangssignal des Differenzverstärkers, das die Abweichung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses von dem gewünschten Wert widergibt. Das Regelsystem für eine Brennkraftmaschine mit Teilzylinderbetrieb arbeitet daher in einer geschlossenen Regelschleife für die Gemischsteuerung entsprechend der abgetasteten Auspuffgaskonzentration, so daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis des zugeführten Gemisches an einem gewünschten Punkt gehalten wird, der normalerweise bei oder in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnisses liegt. Auf diese Weise kann ein katalytischer Dreiwege-Konverter 43 innerhalb eines engen Bereiches hoher

ίο Umwandlungs-Wirksamkeit arbeiten.

Die Brennstoff-Einspritzimpulse für die Einspritzdüsen 5a werden direkt von der Steuereinheit 42 zugeführt, während die anderen Einspritzimpulse über das Steuergatter 41 entsprechend dem Steuersignal des Maschinenlast-Sensors 40 abgegeben werden.

Zur Reduzierung des Anteils von NOx in den Auspuffgasen ist eine erste Auspuffgas-Rückleitung 14 (EGR) zwischen dem Auspuff-Kanal 12a und der ersten Teilkammer 3a des Ansaugkrümmers 2 vorgesehen.

Durch diese Rückleitung wird Auspuffgas der Zylinder Nr. 1 bis 3 zu der ersten Teilkammer 3a zurückgeführt. Die Rückführung wird gesteuert mit Hilfe eines Steuerventils 15, das ein Ventilglied 20 in der Rückleitung 14 und eine Membran 18, die eine Unterdruckkammer 17 und eine Atmosphärendruckkammer 16 bildet, umfaßt. Die Membran 18 ist mit dem Ventilglied verbunden und mit diesem gemeinsam beweglich. Die Unterdruckkammer 17, in der eine Feder 19 vorgesehen ist, die die Membran 18 in Richtung der

μ Atmosphärendruckkammer 16 vorspannt, wird mit einem Steuer-Unterdruck einer EGR-Steuereinheit 46 entsprechend den Betriebsbedingungen der Maschine versorgt. Die Membran 18 nimmt eine Position ein, in der sich ein Ausgleich zwischen den Drücken in den Kammern 16 und 17 bildet, so daß das Ventiiglied 20 proportional zu dem Steuerdruck bewegt wird und dadurch die Menge der zurückgeleiteten Auspuffgase steuert. Der Steuerunterdruck der Steuereinheit 46 gelangt ebenfalls an das Steuerventil 38 über dessen

to Einlaß F.

In ähnlicher Weise ist eine zweite EGR-Rückleitung 31 zwischen dem zweiten Auspuff-Kanal Mb und der zweiten Teilkammer 36 vorgesehen. Durch diese Rückleitung werden die Auspuffgase der zweiten Gruppe der Zylinder Nr. 4 bis Nr. 6 an die zweite Teilkammer Zb zurückgeleitet. Diese Rückleitung wird durch ein Steuerventil 30 gesteuert, das weitgehend dem Steuerventil 15 entspricht. Das Steuerventil 30 umfaßt ein Ventilglied 36 in der Rückleitung 31 und eine Membran 33, die Kammern 34 und 35 auf beiden Seiten bildet. Die Kammer 34 ist mit einem Auslaß des Steuerventils 38 verbunden, und die Kammer 35 steht mit einem Auslaß des Steuerventils 39 in Verbindung. Das Ventiiglied 36 ändert seine Position entsprechend der Druckdifferenz zwischen den Kammern 34 und 35 und proportional die Menge der durch die abgeschalteten Zylinder Nr. 4 bis Nr. 6 umgewälzten Gase.

Das erste Steuerventil 38 weist einen ersten Einlaß F auf, der mit der EGR-Steuereinheit 46 verbunden ist, sowie einen zweiten Einlaß P, der mit der zweiten Teilkammer 3b in Verbindung steht. Das Steuerventil 39 steht mit seinem ersten Einlaß Fmit der Atmosphäre in Verbindung und mit dem zweiten Einlaß P mit der ersten Teilkammer 3a. Während des Betriebes sämtlieher Zylinder der Maschine verbleiben die Steuerventile 38 und 39 in der Stellung ihrer Einlasse F, die durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Daher wird die Kammer 35 auf AtmosnhärenrinirW crphaltpn während

die Kammer 34 den Unterdruck der Unterdruckkammer 17 des ersten Steuerventils 15 aufweist, so daß die beiden Steuerventile 15 und 30 mit demselben Steuer-Unterdruck versorgt werden.

Wenn dagegen die Maschine im Teilzylinderbetrieb läuft, erzeugt der Last-Sensor 40 ein Steuersignal, das eine Umschaltung der Steuerventile 38 und 39 auf die Einlasse P bewirkt, die in durchgezogenen Linien dargestellt sind. Dadurch gelangt in die Kammer 35 der Druck der Teilkammer 3a und in die Kammer 34 der Druck der Teilkammer 3b. Die Membran 33 ist nunmehr bestrebt, sich entsprechend der Druckdifferenz zwischen den Teilkammern 3a und 3b zu bewegen. Das Steuergatter 41 wird durch das Steuersignal des Last-Sensors 40 ausgeschaltet, so daß die Zylinder 4 bis 6 ausgeschaltet werden, und das Steuerventil ί i wird auf den Einlaß P umgeschaltet, so daß die Steuerklappe 6 geschlossen wird. In diesem Falle läuft die Maschine nur mit den Zylindern Nr. 1 bis Nr. 3. Da die Steuerklappe 6 geschlossen ist, besteht das Bestreben einer Druckreduzierung in der Teilkammer 3b unter den Druck in der Teilkammer 3a, so daß bei einer späteren Umschaltung der Maschine auf vollen Betrieb die Hochdruckgase in der Teilkammer 3a schlagartig in die Teilkammer 3b eintreten und dadurch den Lauf der Maschine im Übergangsbereich stören können.

Aufgrund des Rückkopplungsbetriebs des Steuerventils 30 werden die zu der Teilkammer 3b zurückgeführten Gase in ihrere Menge jedoch proportional zu der Druckdifferenz zwischen den Kammern 34 und 35 und damit proportional zu der Druckdifferenz zwischen den Kammern 3a und 3b geregelt, bis der Druck in der Teilkammer 3b dem Druck in der Teilkammer 3a entspricht.

Während des vollen Betriebs der Brennkraftmaschine werden alle Zylinder in gesteuerter Weise mit zurückgeführten Auspuffgasen versorgt, und das Luft-Brennstoff-Verhältnis wird auf einen gewünschten

ίο Punkt entsprechend dem Steuersignal des Auspuffgas-Sensors 44 eingestellt. Während des Teilzylinderbetriebs, bei dem die Ventilklappe 6 geschlossen ist und einen Eintritt von Frischluft in die abgeschalteten Zylinder verhindert, werden die nicht abgeschalteten Zylinder in gesteuerter Weise mit zurückgeführten Auspuffgasen und zugleich mit einer angemessenen Frischluftmenge versorgt, und das Luft-Brennstoff-Verhältnis der eingeschalteten Zylinder wird auf einen gewünschten Punkt eingeregelt, während die abgeschalteten Zylinder lediglich Gase ansaugen und ausstoßen und diese umwälzen. Daher werden die Pumpverluste der abgeschalteten Zylinder erheblich reduziert, und aufgrund der druckausgleichenden Wirkung des Steuerventils 30 wird die Druckdifferenz zwischen den Teilkammern 3a und 3b auf ein Minimum reduziert. Auf diese Weise werden nachteilige Wirkungen ausgeschaltet, die andernfalls im Übergangsbereich eintreten könnten, wenn die Maschine von Teilzylinderbetrieb auf vollen Betrieb umgeschaltet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Regelvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Ansaugkrümmer mit einer ersten und einer zweiten Teilkammer in Verbindung mit einer ersten und einer zweiten Zylindergruppe sowie einer zwischen den Teilkammern angeordneten Schließeinrichtung, die bei niedriger Maschinenlast geschlossen wird und die Luftzufuhr zu der zweiten Zylindergruppe unterbricht, einer ersten Rückleitungseinrichtung zur Rückführung eines Teils der Auspuffgase zu der ersten Zylindergruppe über die erste Teilkammer und einer zweiten Rückleitungseinrichtung zur Rückführung eines Teils der Auspuffgase zu der zweiten Zylindergruppe über die zweite Teilkammer, gekennzeichnet durch eine Regeleinheit (30, 36, 38, 39), die eine Druckdifferenz zwischen der ersten Teilkammer (3a) und der zweiten Teilkammer (3b) abtastet und die Auspuffgasrückleitung zu der zweiten Zylindergrup- >o pe (4, 5, 6) im Sinne einer Verringerung einer Druckdifferenz zwischen den Teilkammern (3a, 3b) steuert

2. Regelvorrichtung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückleitungseinrichtung (31) der zweiten Zylindergruppe (4, 5, 6) ein Ventil (36) vorgesehen ist, dessen Ventilkörper (36) mit einer zwischen zwei Kammern (34, 35) liegenden Membran verbunden ist, daß die erste dieser Kammern (35) über ein Steuerventil (39) bei niedriger Maschinenlast mit der ersten Teilkammer (3a,}und bei hoher Maschinenlast mit der Atmosphäre verbunden ist, und daß die zweite der Kammern (34) über ein zweites Steuerventil (38) bei niedriger Maschinenlast mit der zweiten Teilkammer (3b) und bei hoher Maschinenlast mit einem Steuerunterdruck verbunden ist, wobei die in die zweite Teilkammer (3b) zurückgeführte Abgasmenge proportional zur Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Teilkammer (3a, 3b)geregelt wird.