DE3007370A1

DE3007370A1 - Geteilter verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE3007370A1
Application number: DE19803007370
Authority: DE
Inventors: Fukashi Sugasawa
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-09-14
Filing date: 1980-02-27
Publication date: 1980-09-04
Also published as: DE3007370C2

Description

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Beschreibung:

Diese Erfindung betrifft einen mehrzylindrigen Verbrennungsmotor des gezeigten Typs, wobei dieser Motor unter Betriebsbedingungen mit niedriger Last mit weniger als allen seinen Zylindern betreibbar ist, jedoch mit all seinen' Zylindern, wenn die Motorbelastung einen bestimmten Wert überschreitet.

Es ist allgemein bekannt, daß Verbrennungsmotoren eine bessere Treibstoffverbrennung und somit einen wirtschaftlicheren Treibstoffverbrauch liefern, wenn sie unter Betriebsbedingungen mit hoher Last laufen. Angesichts dieser Tatsache wurden bereits Verbrennungsmotoren des gezeigten Typs vorgeschlagen, welche mit weniger als allen Zylindern unter Betriebsbedingungen mit niedriger Last sowie mit allen Zylindern arbeiten, wenn die Motorbelastung einen vorgegeben Wert überschreitet. D. h., unter Betriebsbedingungen mit niedriger Last werden einige der Zylinder unwirksam gehalten, so daß die anderen, wirksamen Zylinder mit verhältnismäßig hohen Belastungen arbeiten können. Dies bewirkt das Erreichen eines wirtschaftlicheren Treibstoffverbrauches. Eine Schwierigkeit bei derartigen Verbrennungsmotoren des geteilten Typs liegt darin, daß während des Motor-Teilbetriebes Luft von den unwirksamen Zylindern zur Auspuffanlage des Motors abgegeben wird und eine Verringerung in der Temperatur der Auspuffgase verursacht, welche durch den Katalysator hindurchströmen, der in der Auspuffanlage vorgesehen ist, und hierbei dessen abgasreinigende Leistung verschlechtern.

Um diesen Nachteil auszuräumen, wurde ein verbesserter Verbrennungsmotor des geteilten Typs vorgeschlagen, bei welchem sein Ansaugkanal stromabwärts in eine erste und eine zweite Zweigleitung gegabelt ist, wobei die erste Zweigleitung zu den wirksamen Zylindern und

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die zweite Zweigleitung zu den unwirksamen Zylindern führt. In der zweiten Zeigleitung ist ein Luftsperrventil angeordnet, welches dazu eingerichtet ist, während des Motor-Teilbetriebes zu schließen. Der Auspuffkanal des Motors ist stromaufwärts vom Katalysator in eine erste und zweite Zweigleitung aufgeteilt, wobei die erste Zweigleitung zu den wirksamen Zylindern und die zweite Zweigleitung zu den unwirksamen Zylindern führt. Der Motor weist auch einen Abgasrückführungskanal (EGR-Kanal) auf, der sich mit seinem einen Ende in die zweite Ansaugkanal-Zweigleitung und mit dem anderen Ende in die zweite Auspuffkanal-Zweigleitung öffnet. Im Abgasrückführungskanal ist ein Abgasrückführungsventil vorgesehen, welches zum Öffnen während des Motor-Teilbetriebes eingerichtet ist.

Während eines Motor-Teilbetriebes werden im wesentlichen alle Abgase, die von den unwirksamen Zylindern abgegegebenwerden, in diese hinein zurückgeführt. Dies bewirktes, daß der Katalyscitor bei einer hohen Temperatur gehalten wird, welche zu seiner maximalen Leistung führt, und daß Pumpverluste in den unwirksamen Zylindern verringert werden.

Bei einem derartigen, herkömmlichen, geteilten Motor besteht allerdings die Möglichkeit, daß Abgase aus der zweiten Ansaugkanal-Zweigleitung in die erste Ansaugkanal-Zweigleitung während des Motor-Teilbetriebes infolge eines großen Druckunterschiedes entweichen, der über das Luft-Sperrventil hinweg während des Motor-Teilbetriebes auftritt . Dies führt zu einer unvollständigen Treibstoffverbrennung in den wirksamen Zylindern.

Angesichts des Voranstehenden ist es ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Ver-

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brennungsmotor des geteilten Typs vorzusehen, der die Möglichkeit des Austritts von Abgasen aus seinen unwirksamen Zylindern zu seinen wirksamen Zylindern hin verhindern und den glatten Motorbetrieb während des Motor-Teilbetriebes sicherstellen kann.

Gemäß einem besonderen Aspekt der Erfindung ist ein Verbrennungsmotor geoffenbart, der mit weniger als allen seinen Zylindern bei Rückführung von Abgasen in die unwirksamen Zylinder unter Betriebsbedingungen mit niedriger Last betreibbar ist. Der Motor weist einen Ansaugkanal auf, der in seinem Inneren mit einem die Luft dosierenden Drosselventil versehen ist und stromabwärts vom Drosselventil in eine erste und zweite Zweigleitung aufgeteilt ist, die zu den wirksamen bzw. unwirksamen Zylindern führen. Die zweite Zweigleitung weist in ihrem Inneren eine Ventileinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, derart abzuschließen, daß sie mit der inneren Oberfläche der zweiten Zweigleitung während des Motor-Teilbetriebes eine Dichtkammer bildet. Die Dichtkammer steht mit dem Ansaugkanal stromaufwärts vom Drosselventil zum Einleiten von Luft in die Kammer in Verbindung.

Die Erfindung wird voll aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung ersichtlich, die im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen wurde, in welchen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht ist, welche einen herkömmlichen Verbrennungsmotor des geteilten Typs zeigt,

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors des geteilten Typs ist, wobei der Motor eine Dichtungsanordnung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet ,

Fig. 3 die Teilansicht eines Schnittes einer

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Dichtungsanordnung ist, welche eine zweite Ausführungsfbrm der vorliegenden Erfindung verkörpert,

Fig. 4 die Teilansicht eines Schnitts einer Dichtungsanordnung ist, welche eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verkörpert, und

Fig. 5 eine Teilansicht eines Schnitts einer Dichtungsanordnung ist, welche eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verkörpert.

Vor die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung soll kurz der Verbrennungsmotor des geteilten Typs aus dem Stand der Technik in Fig. 1 beschrieben werden, um insbesondere die Schwierigkeiten aufzuzeigen, die hiermit einhergehen .

Es wird nun Bezug auf Fig. 1 genommen; der herkömmliche Verbrennungsmotor des geteilten Typs ist mit sechs Zylindern dargestellt, die in wirksame Zylinder Nr. 1 bis Nr. 3 und unwirksame Zylinder Nr. 4 bis Nr. 6 aufgeteilt sind, die während eines Motor-Teilbetriebes unwirksam gehalten werden. Der Motor weist einen Ansaugkanal 12 auf, der in seinem Inneren mit einem Luftströmungsmesser 14 und einem die Luft dosierenden Drosselventil 16 versehen ist . Der Ansaugkanal 12 ist stromabwärts vom Drosselventil 16 in eine erste und zweite Zweigleitung 12a und 12b aufgeteilt. Die erste Ansaugkanal-Zweigleitung 12a führt zu den wirksamen Zylindern Nr. 1 bis Nr. 3 und die zweite Ansaugkanal-Zweigleitung 12b führt zu den unwirksamen Zylindern Nr. 4 bis Nr. 6. Die zweite Ansaugkanal-Zweigleitung 12b weist in ihrem Inneren ein Luft-Sperrventil 18 auf, welches dazu eingerichtet ist,

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während des Motor-Teilbetriebes zu schließen. Der Motor weist einen Auspuffkanal 20 auf, der in seinem Inneren mit einem Katalysator 22 versehen ist. Der Auspuffkanal 20 ist stromaufwärts vom Katalysator 22 in eine erste und eine zweite Zweigleitung 20a und 20b unterteilt. Die erste Auspuffkanal-Zweigleitung 20a führt von den wirksamen Zylindern Nr. bis Nr. 3 her, und die zweite Auspuffkanal-Zweigleitung 20b führt von den unwirksamen Zylindern Nr. 4 bis Nr. 6 her.

Ein Abgasrückführungskanal (EGR-Kanal) 24 ist vorgesehen, der sich mit seinem einen Ende in die zweite Ansaugkanal-Zweigleitung 12b und mit dem anderen Ende in die zweite Auspuffkanal-Zweigleitung 20b öffnet. Der Abgasrückführungskanal 24 ist in seinem Inneren mit einem Äbgasrückführungsventil 26 versehen, welches dazu eingerichtet ist, zu öffnen, um die Abgasrückführung zuzulassen, um Pumpverluste in den unwirksamen Zylindern während des Motor-Teilbetriebes zu verringern.

Eine Schwierigkeit bei einer derartigen, herkömmlichen Anordnung ist die Möglichkeit des Austretens von Abgasen aus der zweiten Ansaugkanal-Zweigleitung 12b in die erste Ansaugkanal-Zweigleitung 12a während des Motor-Teilbetriebes, bei welchem die erste Ansaugkanal-Zweigleitung 12a unter einem hohen Vakuum gehalten wird, während die zweite Ansaugkanal-Zweigleitung 12b infolge der Abgasrückführung im wesentlichen bei Atmosphärendruck gehalten wird, so daß ein hoher Druckunterschied über das Luft-Sperrventil 18 hinweg erzeugt wird. Ein derartiges Austreten von Abgas verursacht die unvollständige Treibstoffverbrennung in den wirksamen Zylindern Nr. 1 bis Nr. 3, was zu einer unzulänglichen Motorausgangsleistung und zu erhöhten Werten an eine Umweltverschmutzung

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bildenden Emissionen führt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Motor-Teilbetrieb unter Leerlauf-Betriebsbedingungen bewirkt wird, bei welchen die Abgase in den wirksamen Zylindern durch die entweichenden Abgase ohne weiteres überhand nehmen.

Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen; dort ist ein Verbrennungsmotor des geteilten Typs dargestellt, wobei dieser Motor eine Dichtungsanordnung verwendet, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist. Die Teile in Fig. 2, die denen in Fig. 1 gleichen, sind mit demselben Bezugszeichen versehen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die zweite Ansaugkanal-Zweigleitung 12b in ihrem Inneren ein zweites Luft-Sperrventil 30 auf, welches stromabwärts vom ersten Luft-Sperrventil 18 angeordnet ist. Das zweite Luft-Sperrventil 30 steht mit dem ersten Luft-Sperrventil 18 in Antriebsverwendung und schließt während des Motor-Teilbetriebes, um eine Dichtungskammer 32 hiermit zu bilden. Ein Umgehungskanal ist vorgesehen, der sich mit seinem einen Ende in den Ansaugkanal 12 zwischen dem Luft-Strömungsmesser 14 und dem luftdosierenden Drosselventil 16 sowie mit dem anderen Ende in die Dichtkammer 32 öffnet.

Während des Motor-Teilbetriebes leitet der Umgehungskanal 34 Luft in die Dichtkammer 32, um den Druck über das zweite Luft-Sperrventil 30 hinweg auszugleichen. Dies schließt voll die Möglichkeit des Austretens von Abgasen aus der zweiten Ansaugkanal-Zweigleitung 12b in die erste Ansaugkanal-Zweigleitung 12a aus, wo Luft aus der Dichtkammer 32 in die erste Ansaugkanal-Zweigleitung 12a durch das erste Sperrventil 18 hindurch austreten wird. Da die Luft, die

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in die Dichtkammer 32 eingeführt wird, ein Teil jener Luft ist, welche den Luft-Strömungsmesser 14 passiert hat, hat die Luft, die durch das erste Sperrventil 18 in die erste Ansaugkanal-Zweigleitung 12a hinein entweicht, keinerlei Auswirkung auf das Luft-Treibstoffverhältnis in den wirksamen Zylindern. Das zweite
Luft-Sperrventil 30 öffnet sich gemeinsam mit dem
ersten Luft-Sperrventil 18, um Frischluft in die Zylinder Nr. 4 bis Nr. 6 während des vollen Motorbetriebes einzulassen.

Eine Luftströmungs-Steuereinrichtung 36 kann zum Dosieren des Luftstromes vorgesehen sein, der durch den Umgehungskanal 34 strömt, falls der Motor-Teilbetrieb unter Betriebsbedingungen mit niedriger Last bewirkt wird, um Motorschwingungen bei Leerlaufbedingungen
auf einen Mindestwert zu reduzieren.

Es wird nun Bezug auf Fig. 3 genommen; dort ist eine zweite Form der Dichtungsanordnung der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei bei dieser Ausführungsform das erste und zweite Sperrventil 18 und 30 der Fig. 2 entfernt sind und stattdessen ein Flügel-Sperrventil
40 in der zweiten Ansaugkanal-Zweigleitung 12b vorgesehen ist. Das Sperrventil 40 weist eine scheibenförmige Ventilplatte 42 auf, die in ihrer Umfangsoberflache
mit einer Ringnut 44 ausgebildet ist, welche eine ringförmige Dichtkammer 46 gemeinsam mit der Innenoberfläche der zweiten Ansaugkanal-Zweigleitung 12b bildet, wenn sich das Sperrventil 40 in geschlossener Stellung befindet. Die ringförmige Dichtkammer 46 ist derart angeordnet, daß sie auf eine Öffnung 34a des Umgehungskanals 34 in geschlossener Stellung des Sperrventils 40 ausgerichtet ist.

Während des Motor-Teilbetriebes schließt das Sperr-

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ventil 4O,um eine ringförmige Dichtkammer 46 zu bilden, welche mit Luft durch den Umgehungskanal 34 beaufschlagt wird, um ein Austreten von Abgasen durch das Sperrventil 40 in die erste Ansaugkanal-Zweigleitung 12a zu verhindern.

Es wird nun Bezug auf Fig. 4 genommen; dort ist eine dritte Ausführungsform der Dichtungsanordnung der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei ein Flügel-Sperrventil 50 in der zweiten Ansaugkanal-Zweigleitung 12b vorgesehen ist. Eine Ringnut 54 ist in der Innenoberfläche der zweiten Ansaugkanal-Zweigleitung 12b derart ausgebildet, daß sie eine ringförmige Dichtkammer 56 zusammen mit der Ventilplatte 52 . des Sperrventils 50 bildet, wenn sich das Sperrventil 50 in seiner geschlossenen Stellung befindet. Eine öffnung 34a des Umgehungskanals 34 öffnet sich in die Ringnut 54.

Während des Motor-Teilbetriebes schließt das Sperrventil 50, um die ringförmige Dichtkammer 56 zu bilden, welche mit Luft durch den Umgehungskanal 34 beaufschlagt wird, um die Wahrscheinlichkeit des Austretens von Abgas durch das Sperrventil 50 in die erste Ansaugkanal-Zweigleitung 12a auszuschließen.

Es wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen; dort ist eine vierte Ausführungsform der Dichtungsanordnung der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei ein Schwenk-Sperrventil 60 in der zweiten Ansaugkanal-Zweigleitung 12b vorgesehen ist. Das Schwenkventil 60 weist einen Ventil-Drehkörper 62 auf, der mit einer Durchgangsbohrung 64 derart ausgebildet ist, daß eine Dichtkammer 66 zusammen mit der Innenoberfläche der zweiten Ansaugkanal-Zweigleitung 12b gebildet ist, wenn sich das Schwenkventil 60 in seiner geschlossenen Stellung befindet. Die Durchgangsbohrung 64 kommt zur Deckung

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mit einer öffnung 34a des Umgehungskanals 34 in geschlossener Stellung des Schwenkventils 60.

Während des Motor-Teilbetriebes schließt das Schwenkventil 60, um die Dichtkammer 66 zu bilden, welche mit Luft durch den Umgehungskanal 34 beaufschlagt wird, um das Austreten von Abgasen durch das Sperrventil 60 in die erste Ansaugkanal-Zweigleitung 12a auszuschließen.

Verbrennungsmotoren des geteilten Typs mit der Dichtungsanordnung der vorliegenden Erfindung sind frei von der Gefahr des Austretens von Abgasen aus ihren unwirksamen Zylindern zu ihren wirksamen Zylindern hin, was zu einer unzulänglichen Motorleistung und erhöhten, umweltverschmutzenden Emissionen führt.

Während diese Erfindung im Zusammenhang mit speziellen Ausführungsbeispielen hiervon beschrieben wurde, ist ersichtlich, daß zahlreiche andere Lösungen, Abwandlungen und Abänderungen dem Fachmann ersichtlich sind. Dementsprechend soll die Erfindung alle Alternativen, Abwandlungen und Änderungen umfassen, welche auch unter den Grundgedanken und breiten Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.

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L e e r s e

ite

Claims

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

DIPL-ING.

H. KINKELDEY

OR-tNG

W. STOCKMAIR

OR-ING. · A«E (CALTECH

K. SCHUMANN

OR HEU NAT ■ OR.-PHVS.

P. H. JAKOB

OIPL-ING

G. BEZOLD

Da BERNAT-

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE

27. Feb. 1980 P 14- 761

NISSJOi MOTOR COMPANY, LIMITED

2, Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa-ken, Japan

GETEILTER VERBRENNUNGSMOTOR

Ansprüche

1J Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) ein Luftansaugkanal (12), der in seinem Inneren mit einem luftdosierenden Drosselventil (16)
versehen ist und stromabwärts vom Drosselventil

(16) in eine erste Zweigleitung (12a) zum Zuführen von Luft zu bestimmten Motorzylindern
sowie einer zweiten Zweigleitung (12b) zum Zuführen von Luft zum Rest der Motorzylinder versehen ist,

b) ein Abgaskanal (20) , durch welchen Abgase von den Motorzylindern zur Umgehungsluft hin abgegeben . werden,

c) ein Abgasrückführungskana1 (24), der in seinem Inneren mit einem Abgasrückführungsventil (26) zur Rückführung von Abgasen aus dem Abgaskanal

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TELEFON (Oaa) 222863 TELEX OS-2S38O TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

(20) in die zweite Ansaugkanal -Zweigleitung (12b) versehen ist,

d) eine Ventileinrichtung, die in der zweiten Ansaugkanal-Zweigleitung vorgesehen ist, um hiermit eine Kammer (32) in der geschlossenen Stellung der Ventileinrichtung zu bilden,

e) eine Kanaleinrichtung (34) , welche sich mit ihrem einen Ende in den Ansaugkanal (12) stromaufwärts vom Drosselventil (16) und mit dem anderen Ende in die Kammer (32) hinein öffnet, und

f) eine Steuereinrichtung, welche auf Motorbetriebszustände mit niedriger Last anspricht, um die Zufuhr von Treibstoff zum Rest der Motorzylinder zu unterbrechen, das Abgasrückführungsventil

(26) zu öffnen und die Ventileinrichtung zu schließen.
2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung ein paar Ventile (18, 30) umfaßt, welche in Längsrichtung der zweiten Ansaugkanal-Zweigleitung (12b) mit Abstand angeordnet sind, um hierζwischen die Kammer (32) zu bilden.
3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung ein Flügelventil (40) umfaßt, welches eine scheibenförmige Ventilplatte (42) aufweist, die in ihrer Umfangsoberflache mit einer Ringnut (44) ausgebildet ist, welche gemeinsam mit der Innenoberfläche der zweiten Ansaugkanal - Zweigleitung (12b)die Kammer (46) bildet.
4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung ein Flügelventil (50) aufweist, dessen ümfangsoberflache zu-

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samen mit einer Ringnut (54) , welche in der Innenoberfläche der zweiten Ansaugkanal-Zweigleitung (12b) ausgebildet ist, die gesamte Kammer (56) festlegt.
5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung ein Schwenkventil (60) aufweist, welches einen Ventil-Schwenkkörper (62) umfaßt, der mit einer Durchgangsbohrung (64) ausgebildet ist, welche die Kammer (66) gemeinsam mit der Innenoberfläche der zweiten Ansaugkanal-Zweigleitung (12b) festlegt.

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