DE3332034A1

DE3332034A1 - Gemischverdichtende, mehrzylindrige brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3332034A1
Application number: DE19833332034
Authority: DE
Inventors: Paulus Dipl.-Ing. 3180 Wolfsburg Heidemeyer; Ulrich Dr.-Ing. 3300 Braunschweig Seiffert
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1983-09-06
Filing date: 1983-09-06
Publication date: 1985-03-21

Description

AKTIENGESELLSCHAFT

"3180 Wolfsburg

Unsere Zeichen: K 3467
1

Gemischverdichtende, mehrzylindrige Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine gemischverdichtende, mehrzylindrige Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs

Um insbesondere die NO -Bestandteile der Abgase von Brennkraftmaschinen zu reduzieren, ist es bekannt, die Abgase der Brennkraftmaschine zu einem gewissen Teil zurückzuführen und dem den Zylindern der- Brennkraftmaschine zuzuführenden !Frischgas zuzumischen. Da jedoch die Abgasrückführung- immer mit- einer gewissen Leistungseinbuße verbunden ist, wird die Abgasrückführung üblicherweise mit zunehmender Belastung der Brennkraftmas chine gedrosselt, so daß schließlich im. Vollastzustand kaum noch Abgas in das Frischgas rückgeführt wird. Die Folge davon ist, daß in diesen vollastnahen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine relativ große Mengen an Stickoxyden erzeugt werden, um so mehr als spätestens dann auch von den Gemischbildungssystemen ein Gemisch mit einer dem stöchiometrischen "Verhältnis nahekommenden Luftzahl· geliefert wird und. die UO -Bildung gerade in der ÜTähe des stöchiometrischen Verhältnisses ihr Maximum aufweist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe- besteht nun darin, eine Brennkraftmaschine der im Oberbegriff genannten Bauart vorzuschlagen, die eine geringere Schadstoffemission,, und insbesondere eine geringere Stickoxyd-Emission, aufweist. Dieses günstige Emissionsverhalten soll dabei nicht nur im Teillastbereich, sondern auch im Tollastbereich gewährleistet sein.

/ersitzender Vorstand: Or. rer. pol. Carl H. Hahn, Vorsitzender ■ Horst Münzner, stellv. Vorsitzender · Claus Borgward · <ari-He"iz =■ arr

des Aufsichtsrats: Prof. Cr. :edin. Ernst Fiala - Or. jur. Peter F_rsrk · Dr. jur. Woitgang ä. riaoüel · Günter Hartwicfi ■ 3r. rer Doi. Werre' ³ S,r.- dt --.. - ..-. .-, *. ._. —1 3„ii ;„.„,„.!,„ SiI₁ der Gesalischalt: Wolfsbura Amtsgericht Wolfsburg HRB

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Brennkraftmaschine mit einer Rückführung der in dem ersten, ein relativ fettes Gemisch verbrennenden Zylinder entstehenden Abgase in die übrigen, ein relativ kraftstoffarmes Gemisch verbrennenden Zylinder werden die sich bei der Terbrennung der Gemische in den einzelnen Zylindern einstellenden Emissionsbedingungen in vorteilhafter Weise kombiniert und ergänzt. So wird die bekannte !Tatsache genutzt, daß bei der Verbrennung eines relativ kraftstoffreichen. Kraftstoff-Luft-Gemisches wenig Stickoxyde, dagegen relativ viel Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxyde entstehen* Die Verbrennung eines relativ kraftstoffarmen Gemisches ergibt dagegen eine verhältnismäßig niedrige Kohlenmonoxyd- und Kohlenwasserstoff-Emission, während die Stickoxyd-Emission gegenüber der Verbrennung eines reichen. Gemisches angehoben ist, jedoch niedriger liegt als bei der Terbrennung eines stöchiometrischen Gemisches. Dadurch, daß die Abgase der kraftstoffreichen Verbrennung nun in die* das kraftstoffarme· Gemisch verbrennenden Zylinder zurückgeführt werden, wird in vorteilhafter Weise die* Restverbrennung der in den Abgasen enthaltenen Kohlenmonoxyd- und Kohlenwasserstoff-Bestandteile unterstützt. Gleichzeitig wird durch die Zufügung von Abgas zu der in. den. übrigen Zylindern, vorhandenen Zylinderladung die dortbei der Verbrennung auftretende Stickoxyd-Bildung spürbar gesenkt, so daß insgesamt gesehen die Schadstoffemission der erfindungsgemäßen Brennkraftmas chine entscheidend reduziert wird, ohne-daß zusätzliche Maßnahmen, wie Katalysatoren oder· dgl. verwendet werden müssen und ohne daß bleifreier Kraftstoff benötigt wird, der in den meisten Ländern, bisher" nicht erhältlich ist«.

Wenn gemäß einem der in: dem Un.teransprüchen: angegebenen Merkmale die Rückführung des Abgases des ersten Zylinders bei einem Druckniveau stattfindet·,, das höher als das in. den Saugrohren der übrigen Zylinder liegt, dann kann durch einen Überladeeffekt zusätzlich noch ein. Leistungsvorteil erreicht werden, der es ohne Schwierigkeiten ermöglicht, die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine über den gesamten Betriebsbereich, das heißt vom Leerlauf bis zur Vollast, unter optimalen. Abgasverhaltnissen zu betreiben«,.

— D —

Weitere zweckmäßige Ausgesialtungen der Erfindung ergeben sich gemäß den übrigen Merkmalen der TJnteransprüche.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die im folgenden näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in

Figur 1 ein schematisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Brennkraftmas chine in einer ersten Ausführungsform mit einem gesondert angeordneten Abgasspeicher,

Figur 2 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, bei der der Abgasspeicher in das Gehäuse der Brennkraftmaschine integriert ist, Figur 5 ein Schaubild der Schadstoffbildung bei der 'Verbrennung von Kraftstoff-Luft-Gemischen in gemiachverdichtenden Brennkraftmaschinen über der Luft- zahl'-Atr und

Figur 4 ein Schaubild zur Verdeutlichung der· Steuerung der • den. übrigen Zylindern zugeordneten Ventile über dem·Kurbelwinkel oCj-..

Xn'den Figuren 1 und 2 der- Zeichnung sind jeweils für gleiche oder vergleichbare Bauteile die gleichen, gegebenenfalls mit einem Strich versehenen Bezugszeichen verwendet worden- Dabei stellt 1 einen ersten Zylinder einer mehrzylindrigen, gemischverdichtenden Hubkolben-Brennkraftmaschine der Otto-Bauart dar, während, mit 2-4 die übrigen Zylinder der- hier: beispielsweise mit vier- Zylindern ausgerüsteten Brennkraftmaschine angegeben sind. Mit 5 sind die Einlaßventile und mit 6 die Auslaßventile der Zylinder 1-4 angedeutet. Während dent Einlaßventil 5 des ersten. Zylinders- 1 über ein Saugrohr J ein in einem ersten Gemischbildner 12a gebildetes relativ kraftstoffreiches Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird, sind die Einlaßventile 5 der übrigen Zylinder· 2 — 4 über Ansaugrohre 8a - 8c mit einer gemeinsamen Ansaugleitung 8 verbunden, der ein zweiter Gemischbildner 12b zugeordnet ist, der ein relativ kraftstoffarmes Kraftstoff-Luft-Gemisch erzeugt. Die beiden Gemischbildner 12a und 12b

sind dabei in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zu einem Doppelgemischbildner 12 zusammengefaßt. Den Ansaugrohren 7 und 8 der beiden Zylindergruppen 1 bzw. 2-4 sind Drosselklappen 9 und 10 zugeordnet, wobei die dem ersten Saugrohr 7 zugeordnete erste Drosselklappe 9 mit der der zweiten Ansaugleitung 8 zugeordneten zweiten Drosselklappe 10 starr über eine Drosselklappenwelle 11 zur gemeinsamen synchronen Betätigung durch ein hier nicht gezeigtes Fahrpedal verbunden ist.

Abweichend von der hier gezeigten Ausführungsform könnte zwischen den beiden Drosselklappen 9 und 10 auch ein eine zeitliche !Entkopplung der beiden Drosselklappen bewirkendes Dämpfungsglied eingeschaltet sein, so daß die Betätigung der beiden Drosselklappen nicht mehr streng synchron zueinander erfolgt.

Die Auslaßventile 6 der übrigen Zylinder 2-4 sind über Auslaßleitungen 13a, 13b, 13c mit einer gemeinsamen^ zu einer hier nicht gezeigten Auspuffanlage führenden Abgasleitung I4 verbunden, über die das bei der Verbrennung in. den übrigen Zylindern 2-4 erzeugte Abgas in die Umgebung abgeleitet wird. Das Auslaßventil 6 des ersten Zylinders 1 ist dagegen über eine Auslaßleitung 15 mit einem Abgasspeicher 16 verbunden, von dem Abgaszuführungsleitungen 17a, 17b, 17c zu den übrigen Zylindern 2-4 führen. Diese übrigen Zylinder 2-4 weisen Abgaszuführungsventile 18 auf, über die das von dem ersten Zylinder 1 abgegebene Abgas in die Brennräume der übrigen Zylinder 2-4 eingebracht werden kann_o. Der Abgasspeicher 16 soll dabei ein Volumen aufweisen^ das ein Mehrfaches, vorzugsweise das Zwei- bis Sechsfache, des Hubvolumens des ersten Zylinder 1 beträgt. Während bei der Ausführung nach der Figur 1 dieser Abgasspeicher gesondert, das. heißt außerhalb des Gehäuses der- die Zylinder 1 - 4 aufweisenden Brennkraftmaschine, angeordnet ist, so daß das darin gespeicherte Abgas- des ersten. Zylinders eine gewisse Kühlung allein durch die an dem Gehäuse vorbeiströmende Luft erfahren kann, ist bei der Ausführung nach der Figur 2 der Abgasspeicher 16' in das Gehäuse der Brennkraftmaschine, vorzugsweise in den Zylinderkopf derselben, integriert, wodurch eine intensive Kühlung des Abgases durch das Kühlmittel der Brennkraftmaschine erfolgen könnte. Eina weitere Möglichkeit bestünde

darin, diesen Abgasspeicher in einen gegebenenfalls in die Abgasleitung 14 clei Brennkraftmaschine eingeschalteten Abgasreaktor, beispielsweise als inneren Kern, zu integrieren, wobei durch den Abgasspeicher eine vorteilhafte Temperaturhaltung des Abgasreaktors,dagegen keine Zwischenkühlung der ruckzuführenden Abgase bewirkt würde.

Der Abgasspeicher 16 ist, wie weiter aus der Zeichnung ersichtlich ist, über eine Ventilvorrichtung 20 und eine Verbindungsleitung I9 auch direkt mit der gemeinsamen Abgasleitung I4 verbunden, wobei die Ventilvorrichtung 20· normalerweise- geschlossen ist, so daß ü6er diese direkte Verbindung kein Abgas in die Abgasleitung I4 gelangen kann. Die Ventilvorrichtung 20., die vorzugsweise als Überdruckventil, gegebenenfalls aber auch als steuerbares Ventil, ausgebildet sein kann, dient vielmehr zur Begrenzung des im Abgasspeicher 16 herrschenden Drucks.

Nachfolgend soll nun die Funktion und Wirkungsweise der· erfindungs— gemäßen: Brennkraftmaschine auch unter Heranziehung des in der Figur- 3 gezeigten Diagramms der Schadstoffbildung über- der luftzahl *» sowie des in der Figur 4 gezeigten Ventilsteuerungsdiagramms erläutert werden. Dabei stellt der Kurvenzug 21 in der Figur 3 den Verlauf der Kohlenmonoxyd-Bildung und der Kurvenzug 22 den der Kohlenwasserstoff-Bildung dar, während mit 23 der Verlauf der ]JQ_X-Bildung angegeben ist. Mit 23a - 23c ist darüberhinaus die UO_x-Emission bei \, -Werten größer als 1 unter Berücksichtigung von Abgasrückführung gezeigt, wobei die Stickoxyd-Bildung mit zunehmender· Abgasrückführung reduziert wird.

In. der Figur. 4 sind, mit 25 die Ventilerhebungskurve des Auslaßventils 6 und mit 26 die Ventilerhebungskurve des Einlaßventils 5 eines der übrigen Zylinder 2—4 über dem Kurbelwinkel cC-ιλτ aufgetragen, während mit 27 der Verlauf der Ventilerhebungskurve für das¹ zusätzliche Abgasrückführungsventil 18 gezeigt ist. Aus diesem Ventilsteuerungsverlauf für die übrigen Zylinder 2, 3» 4 ist ersichtlich, daß das zusätzliche Abgasrückführungsventil 18 jeweils kurz vor dem Schließen des Einlaßventils 5 geöffnet und nach dem Schließen des Einlaßventils

wieder geschlossen wird, wobei die Steuerzeiten dieser beiden Ventile nur eine relativ geringe Überschneidung aufweisen. Durch die Zuführung des Abgases nach dem Schließen des Einlaßventils und zudem mit angehobenem Abgasdruckniveau ergibt sich ein Überladeeffekt, der bekanntlich eine Leistungssteigerung zur Folge hat.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine wird nun praktisch im gesamten Betriebsbereich so betrieben, daß wenigstens ein erster Zylinder 1 ein relativ kraftstoffreiches Gemisch, das in dem ersten Gemischbildner 12a erzeugt wird, erhält. Die übrigen Zylinder, in unserem Beispiel die Zylinder 2-4» werden demgegenüber mit einem relativ kraftsto.£farmen Gemisch, das in dem zweiten Gemischbildner 12b erzeugt wird, versorgt» Während dabei das fette Gemisch eine Luftzahl λ unterhalb von 1, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,7 und 0,95 aufweist, soll das den übrigen Zylindern zugeführte magere Gemisch eine Luftzahl oberhalb von 1, vorzugsweise im. Bereich zwischen 1,15 und- 1,4» aufweisen«. Die "Verbrennung in. dem ersten'Zylinder 1 erfolgt somit bei einem Gemischzustand^ der in der Figur 3 &it % angedeutet ist.. Die Verbrennung zeichnet sich durch relativ niedrige Stickoxyd-Bildung, jedoch verhältnismäßig hohe Kohlenstoffmonoxyd- und Kohlenwasserstoff-Emissionen aus. Dadurch, daß die Abgase dieses ersten Zylinders anschließend nicht direkt in die Abgasleitung 14? sondern unter Zwischenspeicherung in dem dem Auslaßventil 6 des ersten Zylinders 1 nachgeschalteten Abgasspeicher 16 den übrigen Zylindern 2-4 über die zusätzlichen Abgaszuführungsventile 18 zugeführt werden, wird in diesem nachgeschalteten Verbrennungsprozeß in den übrigen Zylindern die in diesen. Abgasen enthaltenen Bestandteile an unverbrannten. Kohlenmonoxyden. und Kohlenwasserstoffen noch nachverbrannt ..

Gleichzeitig sorgt die Zuführung dieses Abgases in die übrigen Zylinder 2-4 dafür, daß die bei der dort stattfindenden Verbrennung auftretende Stickoxyd-Bildung wirkungsvoll begrenzt wird. Dabei sei angenommen, daß die Verbrennung in diesen übrigen Zylindern ohne Berücksichtigung der Rückführung des Abgases des ersten Zylinders

bei dem Zustand X _Q , . stattfinden würde, dagegen infolge der

praktischen Anreicherung durch die in den rückgeführten Abgasen enthaltenen noch brennbaren Bestandteile die Verbrennung tatsächlich bei dem mit ^' , . bezeichneten Zustand eintritt. Die Verbrennung bei dieser Luftzahl zeichnet sich durch relativ niedrige Kohlenmonoxyd- und Kohlenwasserstoff-Emissionen aus und weist infolge der Abgaszusetzung auch niedrige Stickoxyd-Emissionen aus, die sich je nach Höhe der Abgaszumessung beispielsweise entsprechend den Linienzügen 23a - 23c einstellen.

Darüberhinaus ergibt sich durch den Aufladeeffekt des unter angehobenem Druck zugeführten Abgases eine Leistungsverbesserung der Brennkraftmaschine, die es ohne weiteres ermöglicht, diesen Betrieb praktisch über alle Lastbereiche der- Brennkraftmas chine beizubehalten.

Der Ladedruck, das heißt der Druck in dem Abgasspeicher 1β, stellt sich abhängig vom Speichervolumen des Speichers 16, das ein Mehrfaches des Hubvolumens des Zylinders- 1, beispielsweise das Zweibis Sechsfache, ausmachen soll, sowie weiter abhängig von den Leitungsfc·■'" und Ventilquerschnitten, den Steuerzeiten sowie dem Lastpunkt und der Drehzahl der Brennkraftmaschine ein. Durch entsprechende Bemessung kann dabei dafür.gesorgt werden, daß eine gleichmäßige Überladung aller uTsxigejuZylinder 2, 3, 4 erreicht wird. Der tjberladedruck wird da^ai durch, die Ventilvorrichtung 18, die zweckmäßigerweise durch ein Überdruckventil gebildet sein kann, begrenzt und sollte je nach Lastzustand der Brennkraftmaschine zwischen etwa 0,8 und. 2,5 bar· liegen.

Die Verdichtung des ersten. Zylindera 1 sollte zweckmäßigerweise möglichst hoch, z.B. auf Werte C ^- 10 _r gelegt werden. Wenn gleichzeitig· die Steuerzeiten: des Einlaß- und des- Auslaßventils 5» 6 die— sea ersten Zylinders- 1 relativ knapp bemessen werden^kann der in diesem ersten Zylinder verbleibende Restgasanteil trotz des hohen Ausschiebeeaddxucks klein, gehalten werden.

Auch die übrigen Zylinder 2-4 könnten relativ hohe Verdichtungen bei den erfindungsgemäß eingestellten, relativ mageren Gemischen auf-

weisen. Darüberhinaus könnte das zusätzlich zugeführte Abgas noch zwischengekühlt sein. Alle diese Maßnahmen führen dann dazu, daß die Brennkraftmaschine einen relativ guten Wirkungsgrad und einen guten Drehmomentverlauf aufweist.

Bei etwa gleichgroß bemessenen Zylindern 1-4 ergibt sich dadurch, daß jeweils ein Drittel der aus dem ersten Zylinder austretenden Gasmenge auf jeden der übrigen Zylinder verteilt wird, die zuvor jedoch bereits gefüllt sind, ein Überladungsanteil von etwa 25 $(Abgasmenge bezogen auf die gesamte Ladungsmenge),der wegen der praktisch sauerstofflosen, noch brennbaren Gasbestandteile dieses Abgases noch weiter reduziert wird, so daß schließlich mit etwa 20 fo Abgasrückführung gerechnet werden kann. Diese Verhältnisse treffen allerdings nur auf das in der Zeichnung- gezeigte Ausführungsbeispiel eines Tierzylinder-Motors zu, bei dem der erste Zylinder mit dem fetten Gemisch und die übrigen Zylinder mit dem mageren Gemisch beaufschlagt werden.

Selbstverständlich, läßt sich dieses Prinzip aber auch auf Brennkraftmaschinen mit anderen Zylinderzahlen anwenden, wobei sich dann, wenn jeweils nur ein Zylinder- mit dem fetten Gemisch beaufschlagt wird, der Abgasanteil in den übrigen Zylindern entsprechend verändert wird. Beispielsweise würde sich bei Fünf- und Sechszylinder-Motoren der Abgasanteil auf 17 bzw. I4 % reduzieren, während bei Dreizylinder-Motoren der Abgasanteil so stark ansteigt, daß mit Zünd- und VerbrennungsSchwierigkeiten gerechnet werden müßte. In diesem Fall könnte dann allerdings das Hubvolumen des ersten Zylinders entsprechend verkleinert werden, eine Maßnahme, die bei Bedarf auch bei einem Vierzylinder-Motor erwogen, werden, könnte»

Wie oben bereits angedeutet wurde, sollte die Beaufschlagung der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine mit unterschiedlichen Gemischverhältnissen bis zur- Vollast erhalten bleiben, v/eil die UO -Emissionen gerade auch in der Vollast niedrig: gehalten werden sollen und dieses System durch die Überlademöglichkeit eine echte Vollastfähigkeit besitzt .

Für den Fall voller Last, das heißt voll geöffneter Drosselklappe, und höchster Drehzahl (Eckleistung) kann grundsätzlich auch erwogen werden, das dem ersten Zylinder zugeführte Gemisch bis zu einem Wert % = 0,98 abzumagern und/oder das den übrigen Zylindern2 - 4 zugeführte Gemisch bis auf den Wert X =0,98 anzufetten. Gleichzeitig kann die Ventilvorrichtung 20 aufgesteuert werden. Im Endeffekt ließe sich dann eine Eckleistung als Höchstleistung der Brennkraftmaschine erreichen, bei der aber keine ITO_x-AbSenkung mehr vorhanden ist.

Ein vermehrter Zündungsaufwand wird sich nur dann als notwendig erweisen,, wenn der Magerbetrieb der übrigen Zylinder 2-4 sehr weit getrieben würde. Hier wäre eine Mehrfunkenzündung oder ähnliches denkbar.

Die bei der Verbrennung des sehr mageren Gemisches in den übrigen Zylindern 2, 3» 4 entstehenden Kohlenmonoxyd- und Kohlenwasserstoff-Emissionen, die wie die Figur 3· ausweist,, ohnehin, schon relativ niedrig- sind, werden durch, den Ladeeffekt mit thermischer Anhebung noch weiter reduziert»-Dazu könnte auch ein hohes Verdichtungsverhältnis in diesen übrigen Zylindern sowie ein großes Expansionsverhältnis mit relativ langer Reaktionsdauer beitragen. Was -dann in dem Abgas noch an unverbranntem Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoff übrig bleibt, kann bei Bedarf in einer thermischen Machreaktion weiter abgebaut werden. Dazu ist ausreichend. Sauerstoff bereits infolge des hohen X -Wertes vorhanden» Der mit dem heißen Abgas aus dem ersten Zylinder gefüllte Abgasspeicher 16 könnte in diesem. Fall, wie oben bereits angedeutet wurde-, in. einen gegebenenfalls vorzusehenden thermischen. Bachreaktor-, zum Beispiel als Innenkörper, integriert werden.

Wie aber bereits ebenfalls oben angedeutet wurde, kann dieser Abgasspeicher* 16, falls ein thermischer Reaktor nicht vorgesehen wird, auch seitlich oder stirnseitig außen an. dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine mit entsprechend vorzusehenden Zu— und Abführungen zu den einzelnen Zylindern angeordnet sein. In diesem Fall würde eine begrenzte Kühlung- des Ab gas spei ehe rs und. des darin enthaltenen Abgases

mit dem Nachteil höherer Dichtungsanforderungen an die Verbindungsleitungen erreichbar sein. Bei einer integrierten Anordnung des Abgasspeichers, wie es in der Figur 2 angedeutet ist, könnte eine verstärkte Kühlung des Abgasspeichers durch das Kühlwasser der Brennkraftmaschine erfolgen, wodurch eine wirkungsvollere Heizung des 3?ahrzeuginnenraums möglich wäre.

Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine bestehen darin, daß vor allem die Stickoxyd-Emission einer gemischverdichtenden Brennkraftmas chine wesentlich reduziert werden kann und dies unabhängig etwa vom Bleigehalt des verwendeten Kraftstoffes, da in diesem Fall auf einen Katalysator zur NO_x-Absenkung verzichtet werden, könnte» Darüberhinaus reicht die Wirkung dieser Stickoxyd-Heduzierung bis in den Vollastbereich der- Brennkraftmaschine hinein, also in einen Bereich, bei dem bei bisherigen Abgaskonzepten die Abgasrückführung wegen der Leistungseinbußen zurückgenommen wurde. Dies ist. insofern besonders bedeutsam, als Vollast zustände, das heißt Betriebszustände-_?mit voller- Zylinderfüllung- bei voll geöffneter Drosselklappe in. künftigen. Antriebs systemen, mit weit spreizenden und automatisch schaltenden Getrieben aus Kraftstoffverbrauchsgründen vermehrt auftreten dürften. Der Stickoxyd-Abbau bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ergibt sich dabei zum einen dadurch, daß wenigstens ein Zylinder relativ fett, also in einem Bereich betrieben wird, bei dem außerordentlich niedrige Stickozyd-Emissionen auftreten, während die anderen Zylinder relativ mager mit ebenfalls niedrigen Stickoxydemissionen betrieben werden und zum zweiten dadurch, daß die übrigen Zylinder dann mit dem Abgas des ersten Zylinders beaufschlagt werden, wasj infolge des: Ab gas ante ils.· ebenfalls eine Stickoxyd-fieduzierung hervorruft. Diese- Betriebsweise· ist im übrigen ohne Einsatz einer bleiempfindlichen Λ*- -Sonde durchführbar..

Da bei einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wegen der in den übrigen Zylindern, relativ magereiVerbrennung die Gefahr des Überschreitens der Laufgrenze mit der damit verbundenen Verschlechterung des Laufverhaltens und der Abgaswerte auftreten kann, könnten zur

Erfassung der Laufgrenze auch "besondere Sensoren vorgesehen sein, die beispielsweise den %. -Wert, die Abgastemperatur oder direkt das Laufverhalten,z.B. mittels eines Schwingungssensors erfassen und bei Überschreiten der Laufgrenze insbesondere die zweite Gemischbildungseinrichtung zur Anfettung beeinflussen« Anstelle oder zusätzlich zu der Gemischbildungseinrichtung könnte dabei auch das Zündsystem zur Beeinflussung der Laufgrenze verstellt werden.

Schließlich wäre mit vergrößertem Aufwand, z.B. indem die beiden Gemischbildungseinrichtungen getrennt von einander verstellt werden, auch eine lastabhängige Optimierung möglich. Hierbei wurden die Gemischbildungseinrichtungen so eingestellt, daß bei Erreichung eines gewünschten Lastpunktes der Brennkraftmas chine günstige Emissionswerte und/oder geringsten Kraftstoffverbrauchswerte erzielt werden.

Claims

AKTIENGESELLSCHAFT

3180 Wolfsburg

Unsere Zeichens E 3467.
1702pt-we-sch

ANSPRÜCHE

/Ί

/ 1./Gemischverdichtende, mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einer ^-^ Gemischbildungseinrichtung zur Lieferung eines zur Verbrennung in den Zylindern der Brennkraftmas chine geeigneten Kraftstoff- · Luft-Gemisches und mit Einrichtungen zur Abführung der in den Zylindern erzeugten Yerbrennungsabgase, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein erster Zylinder (1) der Brennkraftmaschine mit einem relativ kraftstoffreichen Gemisch und die übrigen Zylinder (2 — 4) ittit einem, relativ kraft stoff armen Gemisch beaufschlagt sind und daß die Abgase aus dem. das relativ kraftstoffreiche Gemisch verbrennenden ersten Zylinder den übrigen, mit dem relativ kraftstoffarmen Gemisch beaufschlagten Zylindern zuführbar sind.

Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem ersten Zylinder (1) zuführbare, relativ kraftstoffreiche Gemisch eine Luftzahl· ^ ^ 1 und das den übrigen Zylindern (2-4) zuführbare·, relativ kraft stoff arme Gemisch eine Luftzahl A* 2*"· 1 aufweist.

5» Brennkraftmaschine- nach Anspruch 2, dadurch- gekennzeichnet, daß das dem ersten Zylinder (1) zuführbare, relativ kraftstoffreiche Gemisch eine Luftzahl· X = Q,7 - 0,95 und- aas den übrigen Zylindern (2-4) zuführbare, relativ kraftstoffarme Gemisch eine Luftzahl A, = 1,155- 1»4 aufweist.

Vorsitzender Vorstand: Dr. rer. pol. Can H. Hahn, Vorsitzenüer ■ Horst Münzner, stellv. Versetzender · Caus 3orgward · ·**■.-He-^z 3r-

dos Aufsichtsrats: Prot. Dr. tedin. Ernst Fiala · Dr. jur. Peter Frert: · Dr. ;ur. Woiigarg S. Habbei ■ Günter narlwicft ■ Zr -er oo^!. .Vernef ³. 3τ.π-

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 - 3» dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Gemischbildungseinrichtung (12a) zur Erzeugung des kraftstoffreichen Gemisches und eine zweite Gemischbildungseinrichtung (12b) zur Erzeugung des kraftstoffarmen Gemisches vorgesehen sind, die jeweils in den zu den entsprechenden Zylindern (1j 2-4) führenden Ansaugrohren (7} 8) angeordnet sind.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß in einem zu dem ersten Zylinder (1) führenden ersten Saugrohr (7) eine erste Drosselklappe (9) und in einem zu den übrigen Zylindern (2-4) führenden zweiten Saugrohr (8) eine zweite Drosselklappe (1O) angeordnet ist, und daß beide Drosselklappen (9, 10) von dem. Fahrpedal des Fahrzeugs betätigbar sind..

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Drosselklappen (9, 10) zur synchronen Betätigung starr miteinander,, verbunden sind.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Drosselklappen (9, 10) über ein eine zeitliche Entkopplung bewirkendes Dämpfungsglied, miteinander verbunden sind.

8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 - 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase des ersten Zylinders (1) den übrigen Zylindern (2—4) i&i* einem höheren als dem in den zugehörigen Saugrohren (8a - 8c) herrschenden Druck zuführbar sind.

9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 ■ · 8, dadurch gekennzeichnet,, daß jeder der übrigen Zylinder (2 - 4) neben dem Einlaß- (5) und dem Auslaßventil (6) ein zusätzliches Abgaszuführungsventil (18) aufweist, das über eine Verbindung- (15, 16, 17) niit dem Auslaßventil (6) des ersten Zylinders (1) verbunden ist.

10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindung (15> 16, I7) ein die Abgase des ersten Zylinders (1) aufnehmender Abgasspeicher (16) eingeschaltet ist.

11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasspeieher (16) zur Aufnahme des Mehrfachen des Hubvolumens des ersten Zylinders (1) ausgebildet ,ist.

12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasspeicher (16) zur Aufnahme des Zwei- bis Sechsfachen des Hubvolumens des ersten Zylinders (i) ausgebildet ist.

13. Brennkraftmas chine nach einem der Ansprüche 10 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasspeicher (16) in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine integriert ist.

14·· Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 10 - 12, dadurch gekennzeichnet", daß der Abgasspeicher in einen in die Abgasleitung der übrigen Zylinder eingeschalteten Abgasreaktor integriert ist.

15~ Brennkraftmaschine nach, einem, der Ansprüche 10 - 12, dadurch gekennzeichne t₉ daß der-Abgasspeicheir (16) zur Kühlung der Abgase ausgebildet isir.

16» Brennkraftmaschine nach einem, der Ansprüche 10 - 15» dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasspeicher (16) über eine Ventilvorrich.-tung (20) mit der den übrigen Zylindern (2—4) zugeordneten Abgasleitung (14) verbunden is"tr_o

17«. Brennkraftmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Yentilvorrichtung durch, ein Überdruckventil ( 20) gebildet ist.