DE3046975A1

DE3046975A1 - Verbrennungskraftmaschine mit zylinderabschaltung

Info

Publication number: DE3046975A1
Application number: DE19803046975
Authority: DE
Inventors: Yasuhiko Kamakura Kanagawa Nakagawa; Saburo Yokohama Kanagawa Tsutsumi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-12-12
Filing date: 1980-12-12
Publication date: 1981-09-17
Also published as: DE3046975C2; US4364345A; GB2066355A; JPS5683544A; FR2472086B1; FR2472086A1; JPS5853178B2; GB2066355B

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft Verbesserungen bei einer Verbrennungskraftmaschine mit Zylinderabschaltung, die mit weniger als allen ihrer vorhandenen Zylindern betrieben wird, wenn die Motorbelastung unter einem vorbestimmten Wert liegt.

Zur Steigerung des Wirkungsgrades einer mehr zylindrigen Verbrennungskraftmaschine ist es bekannt und wünschenswert, die Anzahl der Zylinder zu verringern, mit denen die Maschine unter vorbestimmten Betriebsbedingungen betrieben wird, insbesondere bei Betriebszuständen mit geringer Maschinenbelastung. Es sind bereits Steuersysteme vorgeschlagen worden, welche in einer mehrzylindrigen Verbrennungskraftmaschine eine Anzahl der Zylinder außer Betrieb setzen, indem die Zuführung von Brennstoff zu diesen Zylindern unterbunden wird, oder bei der das Arbeiten der Ein- und Auslaßventile vorbestimmter Zylinder verhindert wird. Unter diesen Betriebszuständen der Maschine wird bei Abschalten dieser bestimmten Zylinder die Belastung der weiter betriebenen Zylinder gesteigert, wodurch auch die Energie ausnutzung in diesen letztgenannten Zylindern gesteigert wird.

Im Vergleich mit herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen, bei denen über alle Betriebszustände alle Zylinder arbeiten, ist bei einer Verbrennungskraftmaschine mit Zylinderabschaltung, die so ausgelegt ist, daß weniger als alle vorhandenen Zylinder unter bestimmten, niedrigen Belastungszuständen arbeiten, eine stabile Verbrennung besonders wichtig. Ferner ist bei Verbrennungskraftmaschinen mit Zylinderabschaltung üblicherweise die Anzahl der bei geringer Belastung abschaltbaren Zylinder gleich der Anzahl der Zylin-^

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der, die über alle Belastungsbereiche der Maschine betrieben werden. Beispielsweise ist eine Sechszylinder-Verbrennungskraftmaschine mit Zylinderabschaltung so ausgelegt, daß bei niedriger Maschinenbelastung drei der sechs Zylinder abgeschaltet werden.

Es ist wünschenswert, die über den niedrigen Belastungsbereich der Maschine betriebenen Zylinder so zu konzipieren, daß sie einen stabilen Betrieb bei geringer Drehzahl und geringer Belastung sicherstellen. Weiterhin ist es wünschenswert, die bei geringer Maschinenbelastung abschaltbaren Zylinder so auszulegen, daß sie bei hoher Drehzahl und hoher Maschinenbelastung eine ausreichend große Abtriebsleistung abgeben.

Die vorliegende Erfindung schafft eine verbesserte Verbrennungskraftmaschine mit Zylinderabschaltung, bei der unter niedriger Belastung der Maschine ein stabiler Betrieb und bei hoher Belastung der Maschine eine ausreichende Abtriebsleistung erreicht wird.

Erfindungsgeinäß wird eine Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, die erste und zweite Zylindereinheiten aufweist, von denen jede mindestens von einem Zylinder gebildet wird. Ferner sind erste Einlaß- und Auslaßventilmittel mit der ersten Zylindereinheit vorgesehen und zweite Einlaß- und Auslaßventilmittel mit der zweiten Zylindereinheit vorgesehen. Des weiteren sind Mittel zum Abschalten der zweiten Zylindereinheit angeordnet, die zur Wirkung kommen, sobald die Maschinenbelastung unter einen vorbestimmten Wort abfällt. Erste Ventilbetätigungsmittel wirken auf die ersten Einlaß- und Auslaßmittel mit einem ersten Maß einer Ventilüberlappung ein. Zweite Ventilbetätigungsmittel wirken auf die zweiten Einlaß- und Auslaßventilmittel mit einem zweiten Maß einer Ventilüberlappung

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ein, das im Verhältnis zum ersten haß der ersten Ventilüberlappung relativ größer ist. Das Maß der ersten Ventilüberlappung liegt in einem Bereich zwischen etve - 1°° bis 20 Kurbelwellen-Drehwinkel, vorzugsxieise zwischen etwa 0 bis IG Kurbelwellen-Drehwinkel. Das Maß der zweiten Ventilüberlappung liegt in einem Bereich von 20° bis 80° Kurbelwellen-Drehwinkel, vorzugsweise zwischen etwa 30° bis 40° Kurbelwellen-Drehwinkel.

Zusammengefaßt betrifft die Erfindung eine Verbrennungskraftmaschine mit einer ständig; betriebenen ersten Zylindereinheit und einer zweiten Zyiindereinheit, .lit-, toi Absinken der Maschinenbelastung unter einen bestimmten Wert abgeschaltet wird. Dabei sind Mittel vorgesehen, die die Einlaß- und Auslaßventilmittel dex· ersten Zylindereinheit mit einer verhältnismäßig kleinen Ventilüberlappung antreiben. Diese Mittel treiben hingegen die Einlaß- und Auslaßventilmittel der zweiten Zylindereinheit mit einer verhältnismäßig großen Ventilüberlappung: an.

Die vorliegende Erfindung wird im Detail in der- nachfolgenden Beschreibung und anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Pig. 1 eine schematische Schnittansieht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine mit Zylinderabschaltung,

Fig. 2 eine schematische Perspektivansicht eines wichtigen Teiles der Maschine von Pig. 1,

Pig. 3 ein Diagramm der Ventilüberlappung bei der ersten Zylindereinheit, und

. 4 ein Diagramm der Ventilüberlappung der Einlaß- und Auslaßventile der zweiten Zylindereinheit.

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In Pig. 1 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine mit Zylinder abschaltung gezeigt. Die Maschine weist einen Motorblock 10 mit einer ersten Zylindereinheit aus drei Zylindern A, B und C auf, die ständig betrieben werden. Ferner ist eine zweite Zylindereinheit mit drei Zylindern D, E und 3? vorgesehen, die bei Abfallen der Maschinenbelastung unter einen vorbestimmten Wert abschaltbar sind. Luft wird der Maschine durch einen Ansaugkanal 12 mit einem Drosselventil 14 zugeführt, welches mit einem nicht dargestellten Fahrfußhebel in Verbindung steht, damit die Luftströmung in die Maschine steuerbar ist. Der Ansaugkanal ist stromab des Drosselventiles 14-an einen Einlaßverteiler 16 angeschlossen, der erste und zweite getrennte Einlaßkanäle 16a und 16b aufweist. Der erste Einlaßkanal 16a führt zu der ersten Zylindereinheit, der zweite Einlaßkanal 16b führt zu der zweiten Zylindereinheit. Der zweite Einlaßkanal 16b ist am Anfang mit einem Sperrventil 18 ausgestattet, das so ausgelegt ist, daß es die Zufuhr frischer Luft zur zweiten Zylindereinheit bei niedriger Maschinenbelastung unterbricht.

Ein Abgasverteiler 20 besitzt erste und zweite voneinander getrennte Abgaskanäle 20a und 20b. Der erste Abgaskanal 20a ist an die erste Zylindereinheit angeschlossen, während der zweite Abgaskanal 20b an die zweite Zylindereinheit angeschlossen ist. Der Abgasverteiler ist stromab an eins Abgasleitung 22 angeschlossen, in der ein Abgas-Sensor 24· angeordnet ist.

Der Abgas-Sensor 24· kann ein Sauer st off sensor sein, der den Sauerstoffgehalt der Abgase abtastet und ein Rückführsignal erzeugt, das das Luft/Brennstoffverhältnis anzeigt, mit dem die Maschine betrieben wird. Das Rückführ signal

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gelangt vom Abgas-Sensor 24- zu einem Steuerkreis 26, der auf diese Weise das Arbeiten von Brennstoff-Einspritzventilen a bis f für die Zylinder A bis F steuert, um sicherzustellen, daß mit dem der Maschine zugeführten Brennstoff ein gewünschtes optimales Luft/Brennstoffverhältnis aufrechterhalten bleibt. Der Steuerkreis 26 besitzt eine zusätzliche Punktion, indem er so ausgelegt ist, daß er die Brennstoff-Einspritzventile d, e und f absperren kann, damit die Brennstoffzufuhr der zugehörigen Zylinder D, E und F bei niedriger Maschinenbelastung unterbrochen wird.

Stromab zum Abgas-Senaor 24 ist an die Abgasleitung 22 ein Abgasreiniger 28 angeschlossen. Der Reiniger 28 kann von einem Dreiwege-Katalysator-Umsetzer gebildet werden, der die Oxidation von HC und CO und gleichzeitig eine Reduktion von NOx bewirkt, damit die Emission von Schadstoffen aus der Abgasleitung 22 verringert wird. Der katalytische Umsetzer bringt seine maximale Leistungsfähigkeit oberhalb einer bestimmten Temperatur. Deshalb ist es zweckmäßig, die Temperatur in dem katalytischen Umsetzer verhältnismäßig hoch zu halten.

Weiterhin ist ein Rezirkulationflca^al 30 für Abgase vorgesehen, der an einem Ende in den zweiten Auslaßkanal 20b mündet. Sein anderes Ende führt zum zweiten Einlaßkanal 16b. Der Kanal 30 enthält ein Ventil 32, welches zum Rezirkulieren von Abgasen aus dem zweiten Abgaskanal 20b in den zweiten Einlaßkanal 16b öffnet, damit Pumpverluste in der zweiten Zylindereinheit mit den Zylindern D, E und F dann verhindert v/erden, wenn diese Zylinder abgeschaltet sind und die Maschine nur mit der ersten Zylindereinheit mit den Zylindern A, B und C betriebsn wird. Das Ventil 32 schließt, wenn alle Zylinder A bis F der Maschine betrieben werden, damit dann keine Abgase rezirkulieren können.

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Das Ventil 32 wird von einem pneumatischen Ventilbetätigungsteil 34 betätigt, indem eine Membrane in einem Gehäuse untergebracht ist, so daß an beiden Seiten der Membrane zwei Kammern gebildet werden. Eine Betätigungsstange ist mit einem Ende in der Mitte der Membrane befestigt und führt mit ihrem anderen Ende zu dem Ventil 32. In dem Ventilbetätigungsteil 3^ ist eine Arbeitskammer 34a mit dem Auslaß eines Dreiwege-Magnetventils 36 verbunden, das einen Einlaß von unter Atmosphärendruck stehender Luft sowie einen Unterdruckeinlaß aufweist, der an dein zweiten Einlaßkanal 16b angeschlossen ist. Das Magnetventil 36 ist normal er v/eise in einer Stellung, in der atmosphärischer Druck in der Kammer 34a herrscht, damit das Ventil 32 geschlossen ist. Bei Abschaltung der Zylinder erhält das Magnetventil 36 ein Steuersignal aus dem Steuerkreis 26 und schaltet in eine Stellung um, in der der Arbeitskammer 34a Unterdruck aus dem zweiten Einlaßkanal 16b zugeführt wird. Dadurch wird das Ventil 32 geöffnet.

Wie in Fig. 2 schematisch angedeutet ist, besitzt die Maschine verschiedene Ventilbetätigungsmittel 40 und 42 zum Betätigen der Einlaß- und Auslaßventile, die mit der ersten und der zweiten Zylindereinheit zusammenarbeiten, und zwar mit jeweils unterschiedlicher Ventilüberlappung. Die ersten Ventilbetätigungsiaittel 40 sind so ausgelegt, daß sie die Einlaß- und Auslaßventile der Zylinder A_t B und G in der ersten Zylindereinheit mit einer verhältnismäßig kleinen Ventilüberlappung oder gar' keiner Ventilüberlappung antreiben (Fig. 3)· Damit wird sichergestellt, daß in den Zylindern A, B und C bei geringer Maschinenbelastung eine stabile Verbrennung abläuft. In Fig. 3 repräsentiert die Kurve X1 die Ventilbewegung der Auslaßventile relativ zum Kurbelwellen-Drehwinkel. Die Kurve Y1 repräsentiert die Ventilbewegungen der Einlaßventile im Verhältnis zum Kurbelwellen-Drehwinkel. Das erste Maß an

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Ventilüberlappung liegt etwa im Bereich von 10° "bis 20°, vorzugsweise zwischen etwa 0° und 10° Kurbelwellen-Drehwinkel. Die zweiten Ventiloetätigungsmittel '42 sind e;o ausgelegt, daß sie die Einlaß- und Auslaßventile der Zylin der D, E und i" in der zweiten Zylindereinheit mit einer verhältnismäßig großen Ventiluberlappung betreiben C^ig. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß unter hohen Maschinenbelastungen eine ausreichende Abtri ebsleistung erzielt wird. In Fig. 4 repräsentiert die Kurve X2 die Ventilbewegung der Auslaßventile relativ zum Kurbelwellen-Drehwinkel. Die Kurve Ύ2 repräsentiert die Ventilbeveguiig der Einlaßventile relativ zum Kurbel veilen-Drehwinke±. Das Maß der Ventilüberlappung kann durch Auswahl der liockenkonfiguration eingestellt werden, und zwar der den Zylindern A bis P zugeordneten Steuernocken. Das zweite Maß an Ventilüberlappung kann im Bereich von etwa 20° bis SO⁰, vorzugsweise zwischen etwa 30° bis 40° Kurbelvjellen-Drehwiflkel, liegen.

Bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine mit Zylinderabschaltung wird bei Zylinderabschaltung eine besonders stabile Verbrennung mit einem sehr geringen Anteil von unverbrannten Gasen in den Zylindern erreicht, und zwar nur in den Zylindern A, b und 0, die mit einer relativ kleinen Ventilüberlappung arbeiten. Gleichzeitig wird eine ausreichende Abtriebsi eiftung bei Vollastbetrieb erreicht, bei dem sowohl die Zylinder A, B und C als auch die Zylinder D, E und I" arbeiten. Insbesondere die letztgenannten Zylinder sind so ausgelegt, daß sich bei ihnen eine relativ große Ventilüberlappung ergibt, welche zu einem ausgesprochen guten Spüleffekt führt.

Obwohl die vorliegende Erfindung nur in Verbindung mit einer Sechszylinder-Verbrennungskraftmaschine beschrieben worden ist, ist hervorzuheben, daß dieser Maschinen-

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typ nur für Illustrationszwecke gewählt wurde. Das erfindungsgemäße Prinzip läßt sich auf jede Verbrennungskraftmaschine mit Zylinderabschaltung übertragen, einschließlich auf mehrzylindrige Maschinen mit V-förmig angestellten Zylinderreihen. Zusätzlich ist hervorzuheben, daß
Alternativen, Modifikationen und Variationen an dem gezeigten Ausführungsbeispiel möglich sind, durch welche
jedoch der Rahmen der durch die genannten Patentansprüche umrissenen Erfindung nicht verlassen wird.

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K. SCHUMANN

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P. H. JAKOB

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G. BEZOLD

OR REH MAT - Ol PL-CHEM.

8 MÜNCHEN

MAXIMIUANSTRASSE

12. Des. 1980 P 15 710- 55/ks

NISSAH MOTOR COMPAlTI, LIMITED
2, Takara-cho, Kanagawa-ku,
Yokohama-shi, Kanagawa-ken / Japan

Verbrennungskraftmaschine mit Zylinderabschaltung

Patentansprüche

1y Verbrennungskraftmaschine mit einer ersten und einer zweiten Zylindereinheit mit jeweils wenigstens einem Zylinder, mit ersten Einlaß- und Auslaßventilmitteln für die erste Zylindereinheit und mit zweiten Einlaß- und Auslaßventilmitteln für die zweite Zylindereinheit, und mit Mitteln zum Abschalten der zweiten Zylindereinheit, falls die Maschinenbelastung unter einen vorbestimmten Wert abfällt, gekennzeichnet durch

a) erste Ventilbetätigungsmittel (40) zum Betätigen der ersten Einlaß- und Auslaßventilmittel (a, b, c) mit einem ersten Maß einer Ventilüberlappung; und

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(o··) asaaea tklex os-asa«o Telegramme monapat telekopierer

ORIGINAL INSPECTED

"b) zweite Ventilbetätigungsmittel (4-2) zum Betätigen der zweiten Einlaß- und Auslaßventilmittel (d,e,f), mit einem zweiten Maß einer Ventilüberlappung, das relativ größer ist als das erste Maß.
2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Maß an Ventilüberlappung in einem Bereich zwis chen etwa - 10 bis 20° Kurbelwellen-Drehwinkel liegt, vorzugsweise zwischen etwa 0° bis 10° Kurbelwellen-Drehwinkel.
3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Maß an Ventilüberlappung in einem Bereich von etwa 20° - 80° Kurbelwellen-Drehwinkel liegt, vorzugsweise zwischen etwa 30° bis 40° Kurbelwellen-Drehwinkel.

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