DE3009968A1

DE3009968A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3009968A1
Application number: DE19803009968
Authority: DE
Inventors: Yukihiro Etoh; Toshiaki Tanaka
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-03-16
Filing date: 1980-03-14
Publication date: 1980-09-18
Also published as: JPS5853180B2; JPS55123334A; DE3009968C2; US4320726A

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine geteilter Bauanordnung, die aktive Zylinder, die immer aktiv sind, und inaktive Zylinder hat, die unterhalb einer vorgegebenen Belastung der Brennkraftmaschine inaktiv sind, und insbesondere auf eine solche Brennkraftmaschine, der ein Luft/Kraftsstoff-Verhältnis-Fühler zugeordnet ist, der ein Rückkopplungssignal erzeugt, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Mischung in jedem Zylinder auf dem stöchiometrischen Wert zu halten.

Es ist bekannt, daß Brennkraftmaschinen eine größere Kraftstoff verbrennung und damit eine höhere KraftstoffWirtschaftlichkeit zeigen, wenn sie unter hohen Belastungen arbeiten. Dadurch wurden bereits Brennkraftmaschinen geteilter Bauanordnung für Kraftfahrzeuge und dergl. vorgeschlagen, die öfteren Belastungswechseln der Brennkraftmaschine unterworfen sind. Solche Brennkraftmaschinen geteilter Bauanordnung weisen aktive Zylinder, die immer aktiv sind, und inaktive Zylinder auf, die inaktiv sind, wenn die Belastung unterhalb eines gegebenen Wertes liegt. Während niedriger Belastungen wird die Kraftstoff- und Luftzufuhr zu den inaktiven Zylindern unterbrochen, so daß die Brennkraftmaschine nur mit den aktiven Zylindern arbeitet, um die Belastungen der aktiven Zylinder relativ zu vergrößern, wodurch sich eine hohe Kraftstoffwirtschaftlichkeit ergibt.

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Es wurde eine Brennkraftmaschine geteilter Bauanordnung vorgeschlagen, der ein Abgasrückführsystem zum Zurückführen einer großen Menge der Abgase in die inaktiven Zylinder zugeordnet ist, um Pumpverluste der inaktiven Zylinder bei der Arbeitsweise der geteilten Brennkraftmaschine so gering wie möglich zu machen, und die auch mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Fühler versehen ist, der ein Rückkopplungssignal erzeugt, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Mischung in jedem Zylinder auf dem stöchiometrischen Wert zu halten. Eine solche Brennkraftmaschine geteilter Bauanordnung zeigt eine sehr viel höhere Ej?af t stof f xvirtschaf tlichkeit.

Eine Schwierigkeit bei einer solchen herkömmlichen Brennkraftmaschine geteilter Bauanordnung ist die Möglichkeit des Leckens von zurückgeführten Abgasen aus den inaktiven Zylind3rn zu den aktiven Zylindern hin, wodurch sich eine instabile Arbeitsweise der aktiven Zylinder ergibt. Obwohl ein Versuch gemacht wurde, Luft in die inaktiven Zylinder während des geteilten Betriebs der Brennkraftmaschine einzuführen, bewirkt diese, daß der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Fühler ein ungenaues Rückkopplungssignal erzeugt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Brennkraftmaschine der geteilten Bauart zu schaffen, die die zuvor genannten ITachteile der herkömmlichen Brennkraftmaschine nicht mehr aufweist, eine stabile Betriebsweise insbesondere während der geteilten Arbeitsweise der Brennkraftmaschine zeigt und eine hohe Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Ausgangsleistung und stark gereinigte Abgase zeigt.

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Gemäß einem bevorzugten Gedanken der Erfindung weist eine Brennkraftmaschine die folgenden Merkmale auf. Sie hat aktive Zylinder, die immer aktiv sind, und inaktive Zylinder, die inaktiv sind, wenn die Belastung unterhalb eines bestimmten Wertes liegt. Sie hat ein Luftansaugrohr, das in erste und zweite Zweigleitungen unterteilt ist, die jeweils mit den aktiven und inaktiven Zylindern verbunden sind. Die zweite Zweigleitung ist nahe ihrem Einlaß mit einem Sperrventil versehen und über ein Abgasrückführventil mit der Abgasleitung der Brennkraftmaschine sowie über ein Luftventil mit einer Luftquelle verbunden. Ein Fühler ist in der Abgasleitung angeordnet, um ein Riickkopplungssignal zu erzeugen, damit sichergestellt ist, daß der der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoff auf einem gewünschten Luft/ Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird. Steuereinrichtungen sind vorgesehen, um das Sperrventil zu schließen, das Abgasrückführventil zu öffnen sowie die Strömung von Kraftstoff zu den inaktiven Zylindern zu unterbrechen. Es ist eine Einrichtung vorgesehen, um das Abgasrückführventil zu schließen, das Luftventil zu öffnen und die Kraftstoffmenge für die Brennkraftmaschine unabhängig von dem Eückkopplungssignal von dem !Fühler bei extrem niedrigen Belastungen zu bestimmen.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt:

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Fig. 1 schematisch einen Schnitt einer herkömmlichen Brennkraftmaschine geteilter Bauanordnung,

Fig. 2 schematisch einen Schnitt eines Ausführungsbeispiels der erfxndungsgemäßen Brennkraftmaschine geteilter Bauanordnung,

Fig. 3 einen Stromlaufplan des Steuersystems, das bei der in Fig. 2 gezeigten Brennkraftmaschine benutzt wird,

Fig. 4- eine die Arbeitsweise der Verzögerungsschaltung des in Fig. 3 gezeigten Steuersystems zeigende Darstellung und

Fig. 5 einen Stromlaufplan eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Steuersystems.

Vor der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird kurz die in Fig. 1 gezeigte herkömmliche Brennkraftmaschine geteilter Bauart beschrieben, um die ihr anhaftenden Schwierigkeiten herauszustellen.

¥ie in Fig. 1 gezeigt ist, weist die Brennkraftmas chine geteilter Bau anordnung aktive Zylinder #1 bis £3> die immer aktiv sind, und inaktive Zylinder #4- bis #6 auf, die inaktiv sind, wenn die Belastung unter einen bestimmten Vert fällt. Luft wird über ein Ansaugrohr 1 des geteilten Zylinderkopfes eingeführt,- der erste und · zweite getrennte Ansaugrohre 2 und 3 hat. Das erste Ansaugrohr 2 gibt Luft an die aktiven Zylinder #1 bis #3 und das zweite Ansaugrohr 3 gibt Luft an die inaktiven

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Zylinder #4 bis £6. Das zweite Ansaugrohr 3 umfaßt ein Sperrventil 4, das schließt, um die Luftströmung zu den inaktiven Zylindern #4 bis #6 zu unterbrechen, wenn die Brennkraftmaschine auf drei Zylindern läuft. Die Brennkraftmaschine hat auch eine Abgasleitung 5» in der ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-iuhler 6 vorgesehen ist. Eine Abgasrückführleitung 7 ist vorgesehen, deren eines Ende in die Abgasleitung 5 und deren anderes Ende in das zweite Ansaugrohr 3 münden. Die Abgasrückführleitung 7 enthält ein Abgasrückführventil 8, das geöffnet wird, um Abgase in das zweite Ansaugrohr 3 zurückzuführen, wenn die Brennkraftmaschine auf drei Zylindern läuft.

Bei niedrigen Belastungen schließt das Sperrventil 4, um die Luftströmung an die inaktiven Zylinder #4 bis ff6 zu unterbrechen, und das Abgasrückführventil 8 öffnet, um eine große Menge von Abgasen in das zweite Ansaugrohr 3 zurückzuführen. Wenn das Sperrventil 4 nur schwach strömungsmitteldicht ist, besteht die Möglichkeit des Leckens von Abgasen, die in das zweite Ansaugrohr 3 geleitet werden, hinein in das erste Ansaugrohr 2, wodurch die Arbeitsweise der aktiven Zylinder infolge eines großen Druckunterschiedes über dem Sperrventil 4 gestört wird. Wenn anstelle von Abgasen Luft in das zweite Ansaugrohr eingeleitet wird, um die Pumpverluste der inaktiven Zylinder während der Arbeitsweise mit nur drei Zylindern so gering wie möglich zu machen, fließt Luft über den Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Fühler 6, wodurch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der an die aktiven Zylinder #1 bis H3 gegebenen Mischung nur ungenau gemessen werden kann.

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In. Fig. 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß ausgebildeten Brennkraftmschine dargestellt. Die Brennkraftmaschine geteilter Bauanordnung weist sechs Zylinder #1 bis £6 auf, von denen die ersten drei Zylinder #1 bis #3 immer aktiv sind.und als aktive Zylinder bezeichnet werden, während die anderen drei Zylinder #4 bis #6 unterhalb einer bestimmten Belastung der Brennkraftmaschine inaktiv sind und als inaktive Zylinder bezeichnet werden. Obwohl die Brennkraftmaschine als eine Seche-Zylinder-Maschine gezeigt ist, dient diese selbstverständlich lediglich der Erläuterung, und die Erfindung kann leicht bei irgendeiner anderen Maschinenkonstruktion angewendet werden.

Luft wird der Brennkraftmaschine über ein Lüftansaugrohr einem Ansaugsystem 14 mit geteiltem Zylinderkopf zugeführt, das individuelle Luftansaugleitungen 16 und 18 hat, die durch eine Trennwand 20 voneinander getrennt sind. Die erste Ansaugleitung 16 gibt Luft an jeden der aktiven Zylinder #1 bis #3 und die zweite Ansaugleitung 18 gibt ■ Luft an jeden der inaktiven Zylinder #4 bis #6. Das Luftansaugrohr 12 ist mit einem Luftströmungsmesser 22 und einem, die Luft bemessenden Drosselventil 24 versehen. Ein Drosselstellungsschalter 26 ist vorgesehen, um die vollständig geschlossene Stellung des Drosselventils zu erfassen. Die zweite Ansaugleitung 18 ist mit einem Sperrventil 28 an einer Stelle gerade stromab von ihrer Mündung versehen. Das Sperrventil 28 schließt, um die Verbindung zwischen den ersten und zweiten Ansaugleitungen 16 und 18 zu sperren. Das öffnen und Schließen des Sperrventils 28 wird mit Hilfe einer pneumatischen Ventilbetätigung 30 bewirkt, wie dieses später im einzelnen erläutert wird.

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Die zweite Ansaugleitung 18 ist an ihrem stromabwärtigen Ende mit einer Leitung 32 verbunden,- die ihrerseits über ein Abgasrückführungsventil 34 mit einer Abgasrückführungsleitung 36 verbunden ist, die zu dem Abgassystem 38 der Brennkraftmaschine führt, und außerdem über ein Luftventil 40 mit einer Luftleitung 42 verbunden. Das öffnen und Schließen des Abgasrückführventils 3^ "und des Luftventils 40 wird durch zweite und dritte pneumatische Ventilbetätigungen 44 und 46 jeweils vorgenommen.

Das Abgassystem 38 ist mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Fühler 48, wie z.B. einem Sauer stof fühl er, versehen, um ein Rückkopplungssignal zu erzeugen, um sicherzustellen, daß der der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoff richtig ist, um ein gewünschtes optimales Luft/Kraftstoff-Verhältnis, d.h. das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufrechtzuerhalten. Das Abgassystem hat einen katalytischen Drei-Wege-Umformer 50, der an einer Stelle stromab des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Fühlers 48 angeordnet ist, um eine Oxydation von HC und CO und eine Reduktion von NOx zu bewirken und damit die Abgabe von Schadstoffen über das Abgassystem so gering wie möglich zu machen. Der katalytische Umformer hat seinen maximalen Wirkungsgrad beim stöchiometrischen Luft/Kraft st of f-Verhaltnis.

Die erste pneumatische Ventilbetätigung 30 umfaßt eine flexible Membran 30a, die zwischen einem Paar von Gehäusen angeordnet ist, um mit diesen Kammern 30b und 30° an gegenüberliegenden Seiten der Membran 30a zu bilden. Eine Stange ist zentrisch mit der Membran 30a verbunden und erstreckt sich durch die Öffnung in der Kammer 30c zum Sperrventil 28 hin. Eine Feder ist in der Arbeitskammer 30b angeordnet, um

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Die Membran 30a nach unten vorzuspannen. Die Arbeitskammer 3Od ist über eine Leitung 52 mit einem Auslaß 54-a eines ersten Drei-Wege-Ilagnetventils 54- verbunden. Das Magnetventil 54- hat einen atmosphäresehen Einlaß 54-b, der mit der atmosphärischen Luft verbunden ist, und einen Unterdruckeinlaß 54-c, der mit einem Uhterdrucktank 56 verbunden ist. Die zweite und dritte pneumatische Ventilbetätigung 44 und 46, die dem Abgasrückführventil 34- und dem Luftventil 40 jeweils zugeordnet sind, sind im wesentlichen in gleicher Weise aufgebaut, wie die erste pneumatische Ventilbetätigung 30. Die Arbeitskammern 44b und 46b der zweiten und drittenVentilbetätigungen 44 und 46 sind über Leitungen 58 und 60 mit den Einlassen 62a und 64a von zweiten und dritten Drei-Wege-Magnetventilen 62 und jeweils verbunden. Das zweite Magnetventil 62 hat einen atmosphärischen Einlaß 62b, der mit der atmosphärischen Luft verbunden ist, und einen Unterdruckeinlaß 62c, der mit dem Unterdrucktank 56 verbunden ist. Das dritte Magnetventil 64 hat einen atmophärisehen Einlaß 64b, der mit der atmosphärischen Luft verbunden ist, und einen Unterddruckeinlaß 64c, der mit dem Vakuumtank 56 verbunden ist. Der Vakuumtank 56 ist über ein Rückschlagventil 66 mit der zweiten Ansaugleitung 16 verbunden.

Die Magnetventile 54-, 62 und 64 sprechen auf ein Eingangssignal hohen Pegels an, um eine Verbindung zwischen ihren Unterdruckeinlässen c und ihren Auslassen a herzustellen, und sprechen auf ein Eingangssignal niedrigen Pegels an, um eine Verbindung zwischen ihren atmosphärischen Einlassen b und ihren Auslässen a herzustellen. Die Arbeitsweise der Drei-Wege-Magnetventile 54-, 62 und 64 wird von einem Steuersystem 70 gesteuert.

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Wie in Fig. 3 gezeigt ist, erhält das Steuersystem 70 Eingangssignale von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Fühler 48, dem Luftströmungsmesser 22 und dem Drosselstellungsschalter 26, um Steuersignale für die Magnetventile 54, 62 und 64 und auch Kraftstoffeinspritzsignale für Kraftstoffeinspritzventile g^, bis g_& für die jeweiligen Zylinder #1 bis #6 zu erzeugen. Der Drosselstellungsschalter 26 erzeugt ein Signal hohen Pegels bei der vollständig geschlossenen Stellung des Drosselventils 24 und ein Signal niedrigen Pegels bei allen anderen Drosselsteilungen.

Das Steuersystem 70 weist eine Kraftstoffeinspritz-Steuerschaltung 72 auf, die synchron mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine ein Kraftstoffeinspritzsignal für die Kraftstoffeinspritzventile g^. bis gg für die jeweiligen Zylinder #1 bis #6 erzeugt. Die Impulsbreite des Kraftstoffeinspritzsignals wird auf einem gewünschten Wert gehalten, der für eine stabile Arbeitsweise der Brennkraftmaschine bei der vollständig geschlossenen Stellung des Drosselventils 24 ausreicht, während sie hauptsächlich durch die der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge oder irgendeinen anderen, die Belastung der Brennkraftmaschine angebenden Faktor bestimmt und nach Maßgabe des Rückkopplungs signals von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Fühler 48 so bestimmt wird, daß der der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoff auf dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei allen anderen geöffneten Drosselstellungen gehalten werden kann. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Impulsbreite des Kraftstoffeinspritzsignals nach Maßgabe der Ansaugluftströmungsgröße oder irgendeines anderen geeigneten, die Belastung der Brennkraftmaschine angebenden Faktors unabhängig von dem

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Rückkopp lungs signal von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Fühler gesteuert wird, wenn das Drosselventil vollständig geschlossen ist.

Das Ausgangs signal der Eraftstoffeinspritz-Steuerschaltung wird über einen Verstärker 74- an die Kraftstoffeinspritzventile g^. bis g^ für die jeweiligen aktiven Zylinder #1 bis #3 und auch an einen Belastungsfühler 76 gegeben. Der' Belastungsfühler 76 spricht auf die Impulsbreite des Kraft- ~~" stoffeinspritzsignals an, das die Belastung der Brennkraftmaschine angibt, um ein Signal niedrigen Pegels bei niedrigen Belastungen und ein Signal hohen Pegels zu erzeugen, wenn die Belastung der Brennkraftmaschine einen bestimmten Wert übersteigt. Der Ausgang des Belastungsfühlers 76 ist mit einem Eingang eines TMD-Gliedes 78 verbunden, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang der Kraftstoffeinspritz-Steuerscbaltung 72 verbunden ist. Das UND-Glied 78 spricht auf ein Ausgangssignal hohen Pegels des Belastungsfühlers an, um ein Kraftstoffeinspritzsignal über einen Verstärker an die Kraft stoff einspritz ventile g^, bis gg für die jeweiligen inaktiven Zylinder #4· bis #6 hindurchzulassen, und spricht auf ein Ausgangssignal niedrigen Pegels des Belastungsfühlers 76 an, um das Kraft stoff einspritz signal zu den Kraftstoffeinspritzventilen g^, bis gg zu sperren. Die Verstärker 74- und 80 sollen einen Verstärkungsfaktor haben, der ausreicht, daß die Kraftstoffeinspritzventile mit dem Kraftstoffeinspritzsignal erregt werden können.

Das Ausgangssignal des Belastungsfühlers 76 wird an einen Inverter 82 gegeben, der seinerseits mit dem ersten Magnetventil 54- und auch mit einem Eingang eines UUD-G-liedes 84-verbunden ist, dessen anderer Eingang mit dem Drosselstellungs-

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schalter 26 verbunden ist. Der Ausgang des UND-Gliedes 84-ist über eine Yerzögerungsschaltung 86 mit der Kraftstoffeinspritz-Steuerschaltung 72 verbunden. Das UND- Glied 84 gibt ein Ausgangssignal hohen Pegels ab, um eine erste Betriebsweise der Kraftstoffeinspritz-Steuerschaltung 72 zu bewirken, um damit die Impulsbreite des Kraftstoffeinspritzsignals auf einem gewünschten Wert zu halten, wenn die Brennkraftmaschine mit niedriger Belastung arbeitet und das Drosselventil 24· vollständig geschlossen ist. Bei allen anderen Betriebsbedingungen erzeugt das UND-Glied 84· ein Ausgangssignal niedrigen Pegels, um eine zweite Betriebsweise der Kraftstoffeinspritz-Steuerschaltung 72 zu bewirken, um damit die Impulsbreite des Kraftstoffeinsprit ζ signals nach Maßgabe der Ausgangssignale des Luftströmungsmessers 22 und des Luft/Kraftstoff-Verhältnisiuhlers 48 zu bestimmen. Die Umschaltung zwischen der ersten und zweiten Betriebsweise der Kraftstoffeinspritz-Steuerschaltung 72 wird um eine Zeit verzögert, die durch die Verzögerungsschaltung 86 bestimmt ist. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 84- wird auch an das dritte Magnetventil 64· gegeben.

Das Ausgangssignal des Drosselstellungsschalters 26 wird auch über einen Inverter 88 an einen Eingang eines UND-Gliedes 90 gegeben, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des Inverters 82 verbunden ist. Der Ausgang des UND-Gliedes 90 ist mit einem Eingang eines UND-Gliedes 92 verbunden, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des Inverters 82 verbunden ist". Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 92 wird an das zweite Magnetventil 62 gegeben. Das UND-Glied erzeugt ein Ausgangssignal hohen Pegels nur dann, wenn die Brennkraftmaschine niedrige Belastungszustände hat und das

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Drosselventil 24 nicht vollständig geschlossen ist.

Bei hohen Belastungen oberhalb des bei dem Belastungsfühler 76 vorbestimmten Wertes erzeugt der Belastungsfühler 76 ein Ausgangssignal hohen Pegels, damit das Kraftstoffeinspritzsignal von der Kraftstoffeinspritz-Steuerschaltung 72 über ein UND-Glied 78 an die Kraftstoffeinspritzventile g^ bis gg gelangen kann. Das Ausgangssignal niedrigen Pegels des Inverters 82 wird an das erste Magnetventil 54- gegeben, das eine Verbindung zwischen seinem atmosphärischen Einlaß 5^b und dem Auslaß 54-a herstellt, um Atmosphärendruck an die Arbeitskammer 30b der ersten Ventilbetätigung 30 ^Z"U geben. Dadurch wird das Sperrventil 28 geöffnet, wodurch Luft an die inaktiven Zylinder #4 bis {{=6 gelangen kann.

Bei diesem Zustand ist das Drosselventil 24· geöffnet und der Drosselstellungsschalter 26 erzeugt ein Ausgangssignal niedrigen Pegels. Infolge des Ausgangssignals niedrigen Pegels des Inverters 82 und des Ausgangssignals niedrigen Pegels des Drosselstellungsschalters 26 erzeugt das UND-Glied 92 ein Ausgangssignal niedrigen Pegels, und auch das UND-Glied 84 erzeugt ein Ausgangssignal niedrigen Pegels. Das Ausgangssignal niedrigen Pegels des UND-Gliedes 92 wird an das zweite Magnetventil 62 gegeben, um eine Verbindung zwischen seinem atmosphärischen Einlaß 62b und seinem Auslaß 62a herzustellen, so daß Atmosphärendruck an die Arbeitskammer 44b der zweiten Ventilbetätigung 44 gegeben wird, um das Abgasrückführventil 34 zu sperren. Das Ausgangssignal niedrigen Pegels des UND-Gliedes 84 wird an das dritte Magnetventil 64 gegeben, um eine Verbindung zwischen seinem

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atmosphärischen. Einlaß 64b und seinem Auslaß 64a herzustellen, so daß Atmosphärendruck an die Arbeitskammer 46b der dritten Ventilbetätigung 46 gegeben wird, um das Luftventil 40 zu schließen. Außerdem wird das Ausgangssignal niedrigen Pegels des UND-Gliedes 84 über die Verzögerungsschaltung 86 an die Kraftstoffeinspritz-Steuerschaltung 72 gegeben, so daß die Impulsbreite des Kraft sto ff einspritz-t signals nach Maßgabe des Rückkopplungssignals von dem Luft/ Kraftstoff-Verhältnis-ixihler 48 gesteuert wird, um die Mischung auf dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu halten.

Bei hohen Belastungen arbeitet daher die Brennkraftmaschine mit allen sechs Zylindern, so daß alle Zylinder der Brennkraftmaschine Kraftstoff und Luft erhalten. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Mischung in jedem Zylinder wird nach Maßgabe des Rückkopplungssignals von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Fühler 48 gesteuert, um den stöchiometrischen Wert aufrecht zu erhalten und damit den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine maximal und die Abgabe von Schadstoffen über das Abgassystem minimal zu machen.

Wenn die Belastung der Brennkraftmaschine unter den bestimmten Wert fällt, jedoch das Drosselventil 24 immer noch geöffnet ist, ändert sich das Ausgangssignal des Belastungsfühlers 76 auf einen niedrigen Pegel. Dadurch sperrt das UND-Glied 78 das Kraftstoffeinspritzsignal an die Kraftstoffeinspritzventile g^ bis gg. Das Ausgangssignal des Inverters 82 ändert sich auf einen hohen Pegel, der an das erste Magnetventil 54 gegeben wird, um eine Verbindung zwischen seinem Unterdruckeinlaß 54c und seinem Auslaß 54a herzustellen. Dadurch wird ein hoher Unterdruck vom Vakuum-

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tank 56 an die Arbeitskammer 30b der ersten Ventilbetätigung 30 gegeben, um das Sperrventil 28 zu schließen und die Luftströmung an die inaktiven Zylinder #4 bis #6 zu unterbrechen.

Das das Drosselventil 24 immer noch geöffnet ist, und das Ausgangssignal des Drosselstellungsschalters 26 weiterhin einen hohen Pegel hat, gibt das UUD-Glied 84 ein Ausgangssignal niedrigen Pegels ab, während das UND-Glied 92 ein Ausgangs signal hohen Pegels abgibt. Das Ausgangs signal hohen Pegels des UND-Gliedes 92 wird an das zweite Magnetventil 62 gegeben, um dessen Uhterdruckeinlaß 62c mit seinem Ausgang 62a zu verbinden, so daß ein hoher Unterdruck an die Arbeitskammer 44b der zweiten Ventilbetätigung 44 gegeben wird, wodurch eine Abgasrückführung an die zweite Ansaugleitung 18 ermöglicht wird. Das Ausgangssignal niedrigen Pegels vom UND-Glied 84 wird an das dritte Magnetventil 64 gegeben, um eine Verbindung zwischen seinem atmosphärischen Einlaß 64b und seinem Auslaß 64a beizubehalten, so daß Atmosphärendruck an die Arbeitskammer 46b der dritten Ventilbetätigung 46 gegeben wird, um das luftventil 40 zu schließen. Außerdem wird das Ausgangssignal niedrigen Pegels des UND-Gliedes 84 über die Verzögerungsschaltung 86 an die Kraftstoffeinspritz-Steuerschaltung 72 gegeben, so daß die Impulsbreite des Kraftstoffeinspritzsignals für die Kraftstoffeinspritzventils g. bis g, nach Maßgabe des Eückkopplungssignals von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Fühler 48 gesteuert x^ird, um das stöchiometrische Luft/ Kraftstoff-Verhältnis in jedem der aktiven Zylinder #1 bis #3 aufrechtzuerhalten.

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Daher arbeitet die Brennkraftmas chine bei hohen Belastungen jedoch offenen Drossel st eilungen in einer Arbeitsweise mit drei Zylindern, bei der Kraftstoff und Luft nur den drei aktiven Zylindern zugeführt wird, um die Belastungen dieser aktiven Zylinder zu vergrößern, wodurch sich eine höhere KraftstoffWirtschaftlichkeit ergbit, und die Abgase werden in die zweite Ansaugleitung zurückgeführt, die den inaktiven Zylindern zugeordnet ist, um die Pumpverluste in den inaktiven Zylindern zu vermindern, wodurch sich eine noch höhere Kraftstoffwirtschaftlichkeit ergibt. Da das Drosselventil 24 nicht vollständig geschlossen ist, ist die Differenz zwischen dem Druck in der ersten und zweiten Ansaugleitung relativ gering. Es besteht daher keine Möglichkeit des Leckens von Abgasen durch das Sperrventil 28 hindurch von der zweiten Ansaugleitung 18 hin zu der ersten Ansaugleitung 16. Das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis der Mischung in jedem der aktiven Zylinder wird nach Maßgabe des Mickkopplungssignals von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Fühler gesteuert, um den stöchiometrischen Wert beizubehalten. Dieses kann, den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine maximal machen und die Abgabe von Schadstoffen über das Abgassystem minimal machen.

Wenn das Drosselventil 24 bei niedrigen Belastungen schließt, wird das Ausgangssignal des Belastungsfühlers 76 niedrig gehalten, und das Ausgangssignal des Drosselstellungsschalters 26 ändert sich auf einen hohen Pegel. Das UND-Glied 78 spricht auf das Ausgangssignal niedrigen Pegels des Belastungsfühlers 76 an, um das Kraftstoffeinspritzsignal für die Kraftstoffeinspritzventils g^ bis gg zu sperren. Das Ausgangssignal hohen Pegels des Inverters 82 wird an das erste Magnetventil 54 gegeben, um eine Verbindung zwischen

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seinem Unterdruck einl·aß 54-c und seinem Auslaß 54-a herzustellen, so daß ein hoher Unterdruck an die Arbeitskammer 30b der ersten Ventilbetätigung 30 gegeben wird, um das Sperrventil 28 zu schließen und damit die Luftströmung zu den inaktiven Zylindern #4- bis #6 zu sperren.

Da das Ausgangssignal des Drosselstellungsschalters 26 sich auf den hohen Pegel ändert, erzeugt des TJHD-Glied ein Aus gangs signal niedrigen Pegels, und das UUD-Glied 84· "" erzeugt ein Ausgangssignal hohen Pegels. Das Ausgangesighal niedrigen Pegels des UND-Gliedes 92 wird an das zweite Magnetventil 62 gegeben, um eine Verbindung zwischen seinem atmosphärischen Einlaß 62b und seinem Auslaß 62a herzustellen, so daß Atmosphärendruck an die Arbeitskammer 44-b der zweiten Ventilbetätigung 44- gegeben wird, um das Abgasrückführventil 34- zu schließen. Das Ausgangssignal· hohen Pegel·s des UND-Gliedes 84- wird an das dritte Magnetventil 64- gegeben, um eine Verbindung zwischen seinem Unterdruckeinlaß 64-c und seinem Auslaß 64-a herzustellen, so daß ein hoher Unterdruck an die Arbeitskammer 4-6b der dritten Ventilbetätigung 4-6 gegeben vri.rd, um das Luftventil· 4Ό zu öffnen, wodurch Luft in die zweite Ansaugieitung 18 eingeführt werden kann, die den inaktiven Zylindern #4- bis #6 zugeordnet ist. Das Aus gangs signal hohen Pegels von dem UND-Glied 84- wird auch über die Verzögerungsschaitung 86 an die Kraftstoffeinspritz-Steuerscharbung 72 gegeben, so daß die Impuisbreite des Kraftstoffeinspritzsignals auf einem gewünschten Wert beibehalten wird, der von der Kraftstoffeinspritz-Steuerscha^ung 72 unabhängig von dem Rückkopplungssignal von dem Luft/Kraftstoff-Verhäitnis-lühier 4-8 bestimmt ist.

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Diese Arbeitsweise der Kraftstoffeinspritz-Steuerschaltung 72 tritt zu einer Zeit auf, die von der Verzögerungsschaltung 86 "bestimmt ist·, nachdem das Aus gangs signal des UND-Gliedes 84 sich auf den hohen Pegel geändert hat.

In der vollständig geschlossenen Drosselstellung arbeitet daher die Brennkraftmaschine auf drei Zylindern, wobei Kraftstoff und Luft nur den drei aktiven Zylindern zugeführt wird, um die Belastung dieser aktiven Zylinder zu vergrößern, wodurch sich eine höhere Kraftstoffwirtschaftlichkeit ergibt, und Luft der zweiten Ansaugleitung zugeführt wird, die den inaktiven Zylindern zugeordnet ist, um die Pump Verluste in den inaktiven Zylindern zu vermindern, wodurch sich eine noch höhere KraftstoffWirtschaftlichkeit ergibt. Da das Drosselventil 24 vollständig geschlossen ist, und eine große Differenz zwischen den Drücken in der ersten und zweiten Ansaugleitung ergibt, besteht die Möglichkeit eines Leckens von Luft durch das Sperrventil 28 hindurch von der zweiten Ansaugleitung 18 zu der ersten Ansaugleitung 16 hin besteht. Jedoch hat die über das Sperrventil 28 entweichende Luft keine schädliche Wirkung auf die Arbeitsweise der drei aktiven Zylinder 41 bis #3.

Obwohl die Einleitung einer großen Luftmenge in die inaktiven Zylinder #4 bis #6 es unmöglich macht, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Mischung in den aktiven Zylindern #1 bis #3 mit Hilfe des Luft/Kraftstoff-Verhaltnis-Iuhlers 48 zu bestimmen, ergibt sich dadurch kein Problem, da das Ausgangssignal des Drosselstellungsschalters 26 sich auf den hohen Pegel ändert, um die Kraftstoffeinspritz-Steuerschaltung 72 in eine Arbeitsweise zu bringen, bei der der den aktiven

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Zylindern #Ί bis #3 zugeführte Kraftstoff ohne die Rückkopplungssteuerung durch den Luft/Kraft stoff-Verhältnis-Fühler 48 bestimmt wird.

Fig. 4 zeigt die Arbeitsweise der Verzögerungsschaltung 86, wobei die Bezeichnung AR die Dauer der Rückführung der Abgase an die zweite Ansautleitung 18 und die Bezeichnung LZ die Dauer der Zuführung von Luft an diese bezeichnen.

Wie zuvor erläutert wurde, arbeitet die Eraftstoffeinspritz-Steuerschaltung 72 in ihrer ersten Betriebsweise, bei der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Mischung in jedem Zylinder so gesteuert wird, daß der stöchiometrische Wert nach Maßgabe des Rückkopplungssignals von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Fühler 48 erfüllt wird, bei offenen Drosselstellungen, während sie in ihrer zweiten Betriebsweise arbeitet, bei der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach Maßgabe eines gewünschten Wertes unabhängig von dem Rückkopp lungs signal von dem Luft/ Kraftstoff-Verhältnis-Fühler 48 gesteuert wird, bei der vollständig geschlossenen Stellung des Drosselventils 24. Die Verzögerungsschaltung 86 verzögert während einer Zeit D die Umschaltung zwischen den ersten und zweiten Betriebsweisen der Kraftstoffeinspritz-Steuerschaltung 72 zum Steuern des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses. Der Grund dafür ist, daß der Luft/Kraft stoff-Verhältnis-Fühler 48 kontinuierlich ein richtiges Rückkopplungssignal für die Kraftstoffeinspritz-Steuerschaltung 72 während einer Zeitdauer zwischen dem Beginn des Öffnens des Luftventils 40 und der Ankunft der angesaugten Luft an dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Fühler 48 erzeugt, während er kontinuierlich ein unrichtiges Rückkopplungssignal der Kraftstoffeinspritz-St euer schaltung 72 eine Zeitdauer nach dem Beginn des

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Schließens des Luftventils 40 zuführt.

In Pig. 5 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im we sentliehen gleich dem ersten, in den Fig. 2 und J gezeigten Ausführungs"beispiel ist, mit der Ausnahme, daß der Drosselöffnungsschalter 26 fortgelassen und durch einen Belastungsfühler 100 ersetzt ist, der ein Signal niedrigen Pegels bei niedrigen Belastungen und ein Signal hohen Pegels erzeugt, wenn die Belastung der Brennkraftmaschine einen vorgegebenen, extrem niedrigen Wert übersteigt. Das Ausgangssignal des Belastungsfühlers 100. wird an einen Eingang des UND-Gliedes 84 und auch an den Eingang des Inverters 88 gegeben. Die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels ist gleich der des ersten Ausführungsbeispiels und wird daher nicht näher erläutert.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß mit der Erfindung eine verbesserte Brennkraftmaschine geteilter Bauanordnung geschaffen wird, die in ihrer Betriebsweise stabil ist, insbesondere bei einer geteilten Betriebsweise der Brennkraftmaschine, und eine hohe Kraft-Stoffwirtschaftlichkeit, eine hohe Ausgangsleistung und eine starke Reinigung der Abgase zeigt. Wenn das Drosselventil während einer geteilten Arbeitsweise der Brennkraftmaschine vollständig geschlossen ist, wird Luft den inaktiven Zylindern zugeführt, um die Pumpverluste in ihnen zu vermindern, und der den aktiven Zylindern zugeführte Kraftstoff wird auf einen Wert gesteuert, der für einen stabilen Betrieb der Brennkraftmaschine unabhängig von dem Rückkopplungssignal von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Fühler ausreicht. Obwohl die Erfindung anhand

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eines besonderen Ausführungsbeispieles erläutert wurde, sind selbstverständlich, viele Alternativen, Modifikationen und Änderungen für den Fachmann sofort erkennbar. Biese Alternativen, Kodifikationen und Änderungen fallen daher alle unter den allgemeinen Erfindungsgedanken, wie er durch die Patentansprüche umrissen ist.

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Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE

A.

H. KINKELDEY

DR-ING

W. STOCKMAIR

D« ING-AeE(CALTECH

K. SCHUMANN

OR R£R NAT - D(PU-PHYS

P. H. JAKOB

DIPL ING.

G. BEZOLD

DH. f-ZR ^J\Γ DIPL-CHEM.

NISSAN MOTOR COMPAMY, LIMIiPED
2, Takara-cho, Kanagawa-ku,
Yokohama-shi, Kanagawa-ken, Japan

Bren nkraftmaschine

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE *3

14. März 1980

P 14 860

Patentansprüche

/ 1J Brennkraftmaschine mit

a) mehreren in eine erste und eine zweite Gruppe unterteilten Zylindern,

t>) ersten und zweiten Kraftstoffeinspritzeinrichtungen zum Zuführen von Kraftstoff jeweils an die ersten und zweiten Gruppen der Zylinder, gekennzeichnet durch

c) ein Luftansaugrohr (12, 20), das ein die Luft bemessendes Drosselventil (24) enthält und stromab von

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TELEFON (O8O) 22 38 62

TELEX OB-SS 38O

TELEGRAMME MONAPAT

TELEKOPIERER

diesem in eine erste und eine zweite Zweigleitung (16, 18) aufgeteilt ist, um Luft Jeweils der ersten und zweiten Zylindergruppe zuzuführen, wobei die zweite Zweigleitung (18) nahe ihrem Einlaß mit einem im Ruhezustand offenen Sperrventil (28) versehen ist, um Luft an die zweite Zylinder gruppe strömen zu lassen,

d) eine Abgasleitung (58)» über die Abgase an die Atmosphäre abgegeben werden,

e) eine Abgasrückführleitung (36), deren eines Ende in die Abgasleitung (38) und deren anderes Ende in die zweite Zweigleitung (18) münden, und die ein im Ruhezustand geschlossenes Abgasrückführventil (34·) hat, um die Abgasrückführung in die zweite Zweigleitung (18) zu unterbrechen,

f) eine Luftzuführungsleitung (4-2), deren eines Ende mit einer Luftquelle verbunden ist, und deren anderes Ende in die zweite Zweigleitung (18) mündet, und die ein im Ruhezustand geschlossenes Luftventil (40) hat, um die Luftströmung zu dieser zu unterbrechen,

g) einen Luft/Kraft stoff-Ve rhältnis-Kihler (4-8) zum Überwachen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, mit dem die Brennkraftmaschine arbeitet,

h) einen Signalgenerator (72) zum mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine synchronen Erzeugen eines Kraftstoffeinspritzsignals für die erste und zweite Kraftstoffe inspritz einrichtung, der im Ruhezustand in einer ersten Betriebsweise, um die Impulsbreite des Kraftstoffeinspritzsignals in Abhängigkeit von der Belastung der Brennkraftmaschine und des Luft/Kraftstoff -Verhältnis-Mihlers (4-8) zu bestimmen, und in

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einer zweiten Betriebsweise arbeitet, um die Impulsbreite unabhängig vom Ausgangssignal des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Fühlers (4-8) zu bestimmen,

i) eine auf Belastungen der Brennkraftmaschine ansprechende erste Einrichtung (76, 78) zum Erzeugen eines ersten Signals und zum Beenden des Kraftstoffeinspritzsignals für die zweite Kraftstoffeinspritzeinrichtung, wenn die Belastung unter einem bestimmten Wert liegt,

j) einen Belastungsfühler (26) zum Erzeugen eines zweiten Signals, wenn die Belastung unter einem bestimmten Wert liegt, der viel niedriger als der bestimmte Wert der ersten Einrichtung (76) ist, und

k) eine auf das erste Signal zum Schließen des Sperrventils (28) und Öffnen des Abgasrückführventils (34) sowie auf das erste und zweite Signal zum Schließen des Abgasrückführventils (3*0 und öffnen des Luftventils (40) sowie zum Bringen des Signalgenerators (72) in seinen zweiten Betriebszustand ansprechende zweite Einrichtung (82-92).
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Belastungsfühler (26) als ein DrosselStellungsschalter ausgebildet ist, der ein zweites Signal erzeugt, wenn sich das Drosselventil (24) in seiner vollständig geschlossenen Stellung befindet.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Belastungsfühler (26) als ein Drehzahlschalter ausgebildet ist, der das zweite Signal erzeugt, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine unterhalb, eines bestimmten Wertes liegt.

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4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3> gekennzeichnet durch eine Verzögerungseinrichtung zum Verzögern der Änderung zwischen der ersten und der zweiten Betriebsweise des Signalgenerators (72).
5· Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Signal- generator (72) ein Kraftstoffeinspritzsignal einer bestimmten Impulsbreite bei seiner zweiten Betriebsweise erzeugt.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5j dadurch gekennzeichnet , daß der Luft/ Kraftstoff-Verhältnis-Fühler (48) als ein in der Abgasleitung (38) angeordneter Sauerstoffühler ausgebildet ist, mit dem der Sauerstoffgehalt der über ihn fließenden Abgase überwachbar ist, um ein Signal zu erzeugen, das das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angibt, mit dem die Brennkraftmaschine arbeitet.

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