DE2921507A1

DE2921507A1 - Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE2921507A1
Application number: DE19792921507
Authority: DE
Inventors: Haruhiko Iizuka
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-01-31
Filing date: 1979-05-28
Publication date: 1980-08-07
Also published as: FR2448037A1; US4316438A; GB2040356B; AU4757379A; DE2921507C2; CA1118304A; IT1116600B; IT7949208A0; FR2448037B1; JPS55104541A; GB2040356A; AU529679B2

Description

Verbrennungskraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine.

Eine solche Verbrennungskraftmaschine weist ganz allgemein die Tendenz auf, im Zustand niedriger Belastung eine größere Menge an Treibstoff zu verbrauchen. Es liegt daher das Bedürfnis für eine neue und verbesserte Verbrennungskraftmaschine vor, die über einon weiten Bereich von Motorbelastungsbedingungen mit geringerem Treibstoffverbrauch betrieben werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, die hinsichtlich ihres Treibstoffverbrauchs außerordentlich wirtschaftlich und über einen weiten Größenbereich unterschiedlicher Belastungsbedingungen außerordentlich gute Leistungseigenschaften zeigt.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen aufgeführt.

Die erfindungsgemäß ausgestaltete Verbrennungskraftmaschine weist eine Vielzahl von Zylindern auf, die in eine erste und eine zweite Gruppe unterteilt sind, wobei die erste Zylindergruppe unabhängig von der jeweiligen Motorbelastung stets betrieben wird, während die zweite Zylindergruppe außer Betrieb ist, wenn sich der Motor im Zustand geringer Belastung befindet. Die Verbrennungskraftmaschine ist versehen mit einem Lufteinlaß, in dem ein Drosselventil angeordnet ist, einer im Lufteinlaß vorgesehenen ersten Ventileinrichtung zur Bildung einer Einlaßkammer, die mit der zweiten Zylindergruppe in Verbindung steht,

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jedoch in geschlossenem Zustand von der ersten Zylindergruppe isoliert ist, einem Abgasauslaß, der an seinem stromaufwärts gelegenen Teil unterteilt ist, um dadurch einen ersten und zweiten Abgasauslaß zum Durchlaß der von den beiden Zylindergruppen ausgetragenen Abgase zu bilden, einer Abgasrückführleitung, die an ihrem Auslaßende mit der Einlaßkammer und an ihrem Einlaßende mit dem zweiten Abgasauslaß verbunden ist, einer in der Rückführleitung vorgesehenen zweiten Ventileinrichtung, um die Rückführleitung öffnen und schließen zu können, und einer in Abhängigkeit von der jeweiligen Motorbelastung arbeitenden Steuereinrichtung, um einerseits die erste Ventileinrichtung schließen und eine Luftströmung zu der zweiten Zylindergruppe unterbinden zu können und um andererseits die zweite Ventileinrichtung öffnen zu können und die Rückströmung eines Teiles des aus der zweiten Zylindergruppe ausgetragenen Abgases zu ermöglichen, wenn sich der Motor unter niedri ger Belastung befindet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1 schematisch im Schnitt die Verbrennungskraftmaschine;

Fig. 2 schematisch im Schnitt eine abgewandelte Ausführungsform

hiervon;

Fig. 3A vergrößert im Schnitt das Lufteinlaßsystem zur Zufuhr von Luft zur ersten Zylindergruppe und

Fig. 3B vergrößert im Schnitt das Lufteinlaßsystem zur Zufuhr von Luft zur zweiten Zylinder gruppe.

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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist die dargestellte Verbrennungskraftmaschine 10 einen Zylinderblock 12 auf, der eine erste Gruppe aus Zylindern Zl, Z2 und Z3 sowie eine zweite Gruppe aus Zylindern Z4, Z5 und Z6 besitzt. Weiterhin ist eine Lufteinlaßleitung 14 vorgesehen, innerhalb der ein Drosselventil 16 angeordnet ist. Die Lufteinlaßleitung 14 ist an ihrem stromabwärts in bezug auf das Drosselventil 16 gelegenen Teil durch eine Trennwand 18 unterteilt, so daß eine erste Einlaßleitung 20 und eine zweite Einlaßleitung 22 gebildet werden. Die erste Einlaßleitung 20 führt Frischluft von der Lufteinlaßleitung 14 über einen ersten Einlaßverteiier 24 zur ersten Zylinder gruppe Zl - Z3, während die zweite Einlaßleitung 22 Frischluft von der Lufteinlaßleitung 14 über einen zweiten Einlaßverteiler 26 zur zweiten Zylindergruppe Z4 - Z6 führt. Bi der zweiten Einlaßleitung 22 ist ein Lufteinlaßventil 28 vorgesehen, das in geschlossenem Zustand die Zufuhr von Luft zur zweiten Zylindergruppe Z4 - Z6 unterbindet.

Wenn die Verbrennungskraftmaschine 10 bzw. der Motor im Zustand niedriger Belastung läuft, wird er gemäß einer Teilzylinder(Partial zylinder)-Arbeitsweise betrieben, bei der das Drosselventil 16 geöffnet und das Lufteinlaßventil 28 geschlossen ist, so daß die erste Zylindergruppe Zl - Z3 mit Frischluft versorgt und im Betriebszustand gehalten wird, während die zweite Zylindergruppe Z4 - Z6 nicht mit Frischluft versorgt und außer Betrieb gehalten wird. Wenn andererseits der Motor 10 unter anderen Lastbedingungen läuft, wird er gemäß einer Gesamtzylinder-Arbeitsweise betrieben, bei der sowohl das Drosselventil 16 als auch das Lufteinlaßventil 28 geöffnet sind, so daß die beiden Zylindergruppen Zl - Z3 und Z4 - Z6 mit Frischluft versorgt und im Betriebszustand gehalten werden, d. h. also beide arbeiten.

Der Motor 10 weist außerdem eine Auslaßleitung 30 auf, die an ihrem stromaufwärts gelegenen Teil durch eine Trennwand 32 unterteilt ist, so daß eine erste Auslaßleitung 34 und eine zweite Auslaßleitung 36

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gebildet wird. Die erste Auslaßleitung 34 führt die von der ersten Zylindergruppe Zl - Z3 ausgetragenen Abgase, während die zweite Auslaß leitung 36 die von der zweiten Zylinder gruppe Z4 - Z 6 ausgetragenen Abgase führt. Weiterhin ist eine Abgasrückführleitung 38 vorgesehen, die an ihrem Einlaß mit der zweiten Auslaßleitung 36 und an ihrem Auslaß mit der zweiten Einlaßleitung 22 verbunden ist, um auf diese Weise die zweite Zylindergruppe Z4 - Z6 nach Art eines Bypaß zu umgehen. Die Abgasrückführleitung 38 weist ein Abgasrückführventil 40 auf, das dann, wenn sich der Motor 10 im Zustand niedriger Belastung befindet, geöffnet ist, um die Umwälzung bzw. Rückführung der Abgase von der zweiten Abgasleitung 36 zur zweiten Einlaßleitung 22 zu ermöglichen. Dies verringert den Unterschied zwischen den Drücken in der zweitenEinlaßleitung 22 und der zweiten Abgasleitung 36, so daß dadurch auch der Pumpverlust der außer Betrieb gesetzten zweiten Zylindergruppe Z4 - Z6 reduziert wird. Die über die Abgasrückführleitung 38 zurückgeführten Abgase sind weitgehend, wenn nicht sogar vollständig, von den aus der ersten Zylindergruppe Zl - Z3 ausgetragenen Abgasen isoliert. Dies ermöglicht es, die Temperatur der Abgase auf einem hohen Niveau zu halten, wobei die Abgase dann in einer nicht dargestellten, an einer Stelle stromabwärts in bezug auf die beidenAbgasleitungen 34, 36 vorgesehenen Katalysator eingeleitet werden, was zur Folge hat, daß die Abgase nur einen äußerst geringen Anteil an Luftverschmutzungspartikeln enthalten.

Wenn die zweite Einlaßleitung 22 ein großes Volumen aufweist und eine große Abgasmenge über die Abgasrückführleitung 38 zurückgeführt wird sowie dann in die zweite Einlaßleitung 22 eindringt, kann unter bestimmten Umständen nicht ausgeschlossen werden, daß einerseits ein Teil der Abgase über das Ventil 28 in die erste Zy linder gruppe Zl - Z3 strömt und dort Fehlzündungen hervorruft und daß andererseits ein übergroßer Anteil der Abgase in die zweite Zylindergruppe Z4 - Z 6 strömt und dort Fehlzündungen hervorruft, wenn der Motor 10 aus der

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Teilzylinderarbeitsweise in die Gesamtzylinderarbeitsweise umgeschaltet wird.

Dieses mögliche Auftreten von Fehlzündungen kann durch die abgewandelte Ausführungsform gemäß Fig. 2 verhindert werden. Der Hauptunterschied zwischen der Ausführungsform gemäß Fig. 2 und der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist darin zu sehen, daß die Trennwand 18 entfernt ist und statt dessen das Lufteinlaßventil 28 in der Lufteinlaßleitung 14 angeordnet ist, und zwar derart, daß es die Lufteinlaßleitung in eine gemeinsame Einlaßkammer 42 und in eine kleine Einlaßkammer unterteilt, die mit dem zweiten Einlaßverteiler 26 in Verbindung steht, jedoch bei geschlossenen] Lufteinlaßventil 28 vom ersten Finlaßverteiler 24 isoliert ist. Der Auslaß der Abgasrückführleitung 38 ist mit der Einlaßkammer 44 verbunden. Vorzugsweise ist die Abgasrückführleitung an einer Stelle stromabwärts in bezug auf das Abgasrückführventil 40 (d. h. also, wie aus Fig. 2 ersichtlich, vor diesem Ventil 40) mit einem Teil vergrößerten Durchmessers versehen, das eine Sammelkammer bildet. Diese dient zur Pufferung der Strömung der zurückgeführten Abgase, so daß dadurch eine vergrößerte Abgas Saugleistung erzielt wird.

In Fig. 3A und 3B ist die Lufteinlaßanordnung im einzelnen dargestellt, wobei Fig. 3A die Lufteinlaßanordnung bei der ersten Zylindergruppe Zl - Z3 und Fig. 3B die Lufteinlaßanordnung bei der zweiten Zylinder gruppe Z4 - Z6 zeigt. Die Lufteinlaßanordnung ist jeweils aus zwei Blöcken 48, 40 gefertigt, die an Ort und Stelle miteinander verbunden werden. Der Block 48 bildet in seinem Innern die gemeinsame Einlaßkammer 42, den ersten Einlaßverteiler 24 (Fig. 3A) und den zweiten Einlaßverteiler 26 (Fig. 3B). Demgegenüber ist der Block 50 in seinem Innern mit einer Verbindungskammer 52, welche die gemeinsame Einlaßkammer 42 mit dem ersten Einlaßverteiler 24 verbindet, wie aus Fig. 3A ersichtlich, und außerdem mit der Sammelkammer 46 der Ein-

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laßkammer 44 und einer Verbindungskammer 54 versehen, welche die gemeinsame Einlaßkammer 42 mit der Einlaßkammer 44 verbindet, wie aus Fig. 3B ersichtlich. Das Lufteinlaßventil 28 ist in einer Trennwand 56 zwischen der Verbindungskammer 54 und der Einlaßkammer 44 vorgesehen. Das Abgasrückführventil 40 ist oberhalb derjenigen Öffnung vorgesehen, welche die Sammelkammer 46 mit der Einlaßkammer 44 verbindet.

Das Lufteinlaßventil 28 steht in Antriebsverbindung mit einer Membran 58, die derart innerhalb eines Gehäuses gespannt ist, daß sie dieses Gehäuse in eine erste Kammer 60 und eine zweite Kammer 62 unterteilt. Die erste Gehäusekammer 60 ist an eine geeignete Unterdruck quelle angeschlossen, während die zweite Gehäusekammer 62 zur Atmosphäre hin geöffnet ist. Innerhalb der ersten Gehäusekammer 60 ist eine Feder 64 vorgesehen, welche die Membran 58 in Richtung der zweiten Gehäusekammer 62 drückt und dadurch das Lufteinlaßventil 28 offenhält. Wenn dann die. erste Gehäusekammer 60 evakuiert wird, bewegt sich die Membran 58 gegen die Kraft der Feder 64 in Richtung der ersten Gehäusekammer 60, so daß das Lufteinlaßventil 28 geschlossen wird.

In gleicher Weise steht das Abgasrückführventil 40 in Wirkverbindung mit einer Membran 68, die derart innerhalb eines Gehäuses gespannt ist, daß sie das Gehäuse in eine erste Gehäusekammer 70 und eine zweite Gehäusekammer 72 unterteilt. Die erste Gehäusekammer 70 ist an eine geeignete Unterdruckquelle angeschlossen, während die zweite Gehäusekammer zur Atmosphäre hin geöffnet ist. Innerhalb der ersten Gehäusekammer 70 ist eine Feder 74 vorgesehen, welche die Membran 68 in Richtung der zweiten Gehäusekammer 72 drückt und dadurch das Abgasrückführventil 40 normalerweise geschlossen hält. Wenn dann die erste Gehäusekammer 70 evakuiert wird, wird hierdurch die Membran 68 gegen die Kraft der Feder 74 in Richtung der ersten Gehäusekammer 70 bewegt, so daß hierdurch, das Abgasrückführventil 40 ge-

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öffnet wird.

Wenn im Betriebszustand der Motor 10 unter hoher Belastung steht, sind das Drosselventil 16 und das Lufteinlaßventil 28 geöffnet, während das Abgasrückführventil 40 geschlossen ist, so daß die über die Lufteinlaßleitung· 14 in die gemeinsame Einlaßkammer 42 angesaugte Frischluft über den ersten Einlaßverteiler 24 in die erste Zylindergruppe Zl - Z3 und außerdem auch über die Einlaßkammer 44 und den zweiten Einlaßverteiler 26 in die zweite Zylindergruppe Z4 - Z6 geleitet wird. Außerdem wird auch in sämtliche der Zylinder Zl - Z6 von einem geeigneten, nicht dargestellten Brennstoffzufuhrsystem Brennstoff eingeleitet. Der Motor 10 läuft daher gemäß der Gesamtzylinder-Arbeitsweise, bei der die beiden Zylindergruppen Zl - Z3 und Z4 - Z6 arbeiten.

Wenn sich demgegenüber der Motor 10 im Zustand geringer Belastung befindet, ist das Lufteinlaßventil 28 geschlossen, so daß die Luftzufuhr zur zweiten Zylindergruppe Z4 - Z6 unterbrochen ist; demgegenüber ist das Abgasrückführventil 40 geöffnet, so daß die aus der zweiten Zylindergruppe Z4 - Z6 ausgetragenen Abgase über die Abgasrückführleitung 38 in die Einlaßkammer 44 zurückgeleitet werden. Außerdem ist auch die Zufuhr von Treibstoff in die zweite Zylindergruppe Z4 - Z6 unterbrochen. Es läuft daher der Motor 10 gemäß der Teilzylinderarbeitsweise, bei der die erste Zylindergruppe Zl - Z3 arbeitet, während die zweite Zylindergruppe Z4 - Z6 außer Betrieb ist.

Wenn dann der Motor 10 von der Teilzylinderarbeitsweise in die Gesamtzylinderarbeitsweise umgeschaltet wird und das Lufteinlaßventil 28 geöffnet sowie das Abgasrückführventil 40 geschlossen ist, wird Frischluft über die gemeinsame Einlaßkammer 42 und die Verbindungskammer 54 in die Einlaßkammer 44 und von da aus über den zweiten Einlaßverteiler 26 in die zweite Zylindergruppe Z4 - Z6 angesaugt, wobei diejenigen Abgase, die sich zuvor noch in der Einlaßkammer 44 und dem

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zweiten Einlaßverteiler 26 befunden haben, in keiner Weise durch die
gemeinsame Einlaßkammer 42 in die erste Zylindergruppe Zl - Z3 strömen.

Dies beruht nun unter anderem darauf, daß das Lufteinlaßventil 28 in
der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise nahe dem divergierenden Teil des zweiten Einlaß Verteilers 26 angeordnet ist und demgemäß eine Einlaß kammer 44 mit kleinem Volumen bildet, so daß für die zuvor noch in die Einlaßkammer 44 zurückgeführten und dort gespeicherten Abgase keinerlei Möglichkeit besteht, bei geöffnetem Lufteinlaßventil 28 (während des Umschaltens von der Teilzylinder-Arbeitsweise auf die Gesamtzylinder-Arbeitsweise) in die erste Zylindergruppe Zl - Z3 zu strömen und dort
Fehlzündungen hervorzurufen.

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Claims

Patentanwälte
8000 München 22 · Steinsdorfstraße 21-22 · Telefon 089 / 22 94 41

NISSAN MOTOR COMPANY, LIMITED 2, Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa-ken / Japan

Verbrennungskraftmaschine

P atentansprü ehe:

M.Λ Verbrennungskraftmaschine, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von in eine erste Gruppe und eine zweite Gruppe unterteilten Zylindern (Zl - Z3; Z4 - Z6), eine Lufteinlaßeinleitung (14) die in ihrem Innern ein Drosselventil (16) aufweist und an ihrem stromabwärts in bezug auf das Drosselventil gelegenen Teil unterteilt ist, um eine erste sowie eine hiervon isolierte zweite Einlaßleitung (20, 22) zum Durchleiten von Luft zu den beiden Zylindergruppen zu bilden, eine in der zweiten Einlaßleitung (22) vorgesehene erste Ventileinrichtung (28), mittels der die zweite Einlaßleitung (22) offenbar und schließbar ist, eine Abgasleitung (30), die an ihrem stromaufwärts gelegenen Teil unterteilt ist, um eine erste sowie zweite Abgasleitung (34, 36) zum Durchleiten der von den beiden Zylinder gruppen ausgetragenen Abgase zu bilden,

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eine Abgasrückführleitung (38), die an ihrem Einlaß mit der zweiten Abgasleitung (36) und an ihrem Auslaß mit der zweiten Einlaßleitung (22) verbunden ist, eine in der Abgasrückführleitung (36) vorgesehene zweite Ventileinrichtung (40), mittels der die Abgasrückführleitung offenbar und schließbar ist, und eine in Abhängigkeit von der jeweiligen Motorbelastung arbeitende Steuereinrichtung, die bei geringer Motorbelastung die erste Ventileinrichtung (28) schließt, um die Zufuhr von Luft zur zweiten Zylindergruppe (Z4 - Z6) zu unterbrechen, und die zweite Ventileinrichtung (40) öffnet, um einen Teil der von der zweiten Zylindergruppe (Z4 - Z6) ausgetragenen Abgase zurückzuführen.
2. Verbrennungskraftmaschine, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von in eine erste Gruppe (Zl - Z3) und eine zweite Gruppe (Z4 - Z6) unterteilten Zylindern, eine Lufteinlaßleitung (14) mit einem Drosselventil (16), eine in der Lufteinlaßleitung (14) vorgesehene erste Ventileinrichtung (28) zur Bildung einer Einlaßkammer (44), die mit der zweiten Zylindergruppe (Z4 - Z6) in Verbindung steht und bei geschlossener erster Ventileinrichtung (28) von der ersten Zylindergruppe (Zl- Z3) isoliert ist, eine Abgasleitung (30), die an ihrem stromaufwärts gelegenen Teil unterteilt ist, um eine erste und zweite Abgasleitung (34, 36) zum Durchleiten der von den beiden Zylindergruppen ausgetragenen Abgase zu bilden, eine Abgasrückführleitung (38), die an ihrem Auslaß mit der Einlaßkammer (44) und an ihrem Einlaß mit der zweiten Abgasleitung (36) verbunden ist, eine in der Abgasrückführleitung (38) vorgesehene zweite Ventileinrichtung (40), mittels der die Abgasrückführleitung (38) offenbar und schließbar ist, und eine in Abhängigkeit von der jeweiligen Motorbelastung arbeitende Steuereinrichtung, die bei niedriger Motorbelastung die erste Ventileinrichtung (28) schließt, um die Zufuhr von Luft zur zweiten Zylindergruppe (Z4 - Z6) zu unterbrechen, und die zweite Ventileinrichtung (28) öffnet, um einen Teil der aus der zweiten Zylindergruppe (Z4 - Z6) ausgetragenen Abgase zurückzuführen.

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3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrückführleitung (38) zur Bildung einer Sammel kammer (46) an einer stromaufwärts in bezug auf die zweite Ventileinrichtung (40) gelegenen Stelle ein Teil vergrößerten Durchmessers aufweist.
4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ventileinrichtung (28) an einer solchen Stelle in der Lufteinlaßleitung (14) angeordnet ist, daß die mit der zweiten Zylindergruppe (Z4 - Z6) in Verbindung stehende Einlaßkammer (44) ein kleines Volumen aufweist.

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