DE4106918A1 - Mehrzylinder-brennkraftmaschine mit einer ein-/auslass-steuerung mit ueberschneidung der steuerzeiten sowie einer mehrflutigen abgasanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine nach den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 gestaltete Mehrzylinder-Brennkraftmaschine.

Bekanntlich werden zur Steigerung von Drehmoment und Leistung gasdynamische Vorgänge an der Brennkraftmaschine ansaug- und/oder abgasseitig genutzt, wofür beim Wechsel vom Auspufftakt zum Ansaugtakt die Ein- und Auslaß- Steuerorgane gleichzeitig in einer Offenstellung sind. Während dieser Steuerzeiten-Überschneidung können in der Abgasanlage zu einem geöffneten Auslaß-Steuerorgan laufende Druckwellen das Ausbringen der Restgase verhindern und weiter können durch das ansaugseitig niedrigere Druckniveau über das geöffnete Auslaß- Steuerorgan Restgase zurückgesaugt werden. Um diese auf den Liefergrad der Brennkraftmaschine nachteiligen Auswirkungen zu vermeiden, wurde in der EP-A-01 41 165 ein betriebspunktabhängig steuerbares Drosselorgan in der Abgasanlage vorgeschlagen.

Weiter ist es bekannt, zur Abstimmung einer auf die Steuerzeiten-Überschneidung abgestellten Abgasdynamik mit Druck- und Saugwellen bei einer Mehrzylinder-Brennkraft­ maschine deren Zylinder entsprechend einer Zündfolge abgasseitig gruppenweise zusammenzufassen und die zusam­ mengefaßten Einzelleitungen mit einer mehrflutigen Abgas­ anlage zu verbinden. Hierbei ist jede der Sammel-Abgas­ leitungen mit einem eigenen Katalysator ausgerüstet. Bei über eine Lambda-Sonde gesteuerter Gemischbildung zur optimalen Abgas-Umsetzung in den Katalysatoren wird aus Kostengründen lediglich eine einzige Lambda-Sonde in der mehrflutigen Abgasanlage vorgesehen, die üblicherweise in einer die Sammel-Abgasleitungen verbindenden, als Abgas- Mischstrecke dienenden Leitung angeordnet ist.

Mit dieser Anordnung kann die Abgasdynamik der einen Sammel-Abgasleitung auf die andere Sammel-Abgasleitung übersprechen, wobei das Übersprechen zusätzlich durch eine Reflexion der Abgaswellen an den gesondert angeord­ neten Katalysatoren verstärkt wird. Entsprechend dem Abstand der Übersprechstelle bzw. der Verbindungsleitung in der mehrflutigen Abgasanlage von den Auslaß-Steuer­ organen der Brennkraftmaschine ergibt sich über einen Drehzahlbereich ein deutlicher Einbruch im Drehmomenten­ verlauf, insbesondere an der Vollast. Dieser Nachteil tritt insbesondere bei an geöffneten Auslaß-Steuerorganen wirksamen Abgas-Druckwellen auf. Weiter tritt dieser Nachteil verstärkt auf bei veränderlicher Steuerzeiten- Überschneidung mit hin zu größeren Öffnungsquerschnitten der Einlaß-Steuerorgane.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die eingangs beschriebene Mehrzylinder-Brennkraftmaschine zur Erzielung eines einwandfreien Drehmoment- und/oder Leistungs-Verlaufes bei einer mehrflutigen Abgasanlage mit gesondert angeordneten Abgasnachbehandlungs-Einrich­ tungen und einer Abgas-Mischstrecke für eine Lambda-Sonde eine mit geringem Aufwand erzielbare Anordnung des Drosselorgans in der Abgasanlage aufzuzeigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 vorgeschlagen, das Drosselorgan in der Verbindungsleitung zweier Abgasleitungen der mehrflutigen Abgasanlage stromauf von in den Abgasleitungen gesondert angeordneten Abgasnachbehandlungs-Einrichtungen vorzu­ sehen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die drosselge­ steuerte Verbindungsleitung die bekannte Abgas-Misch­ strecke für eine Lambda-Sonde sein mit einer vorzugs­ weisen Anordnung der drosselgesteuerten Abgas-Misch­ strecke im katalysatorseitigen Bereich der Abgasleitun­ gen. Mit dieser von der Brennkraftmaschine relativ weit entfernten Anordnung der gesteuerten Abgas-Mischstrecke kann der Drehmomentenverlauf vom mittleren bis zum oberen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine durch Beein­ flussung der Abgasdynamik mittels offengesteuertem Dros­ selorgan in vorteilhafter Weise angehoben und vergleich­ mäßigt werden, wogegen dies für den unteren Drehzahl­ bereich mittels geschlossenem Drosselorgan erreicht ist.

Nach einer anderen Ausgestaltung kann die drosselge­ steuerte Verbindungsleitung im maschinenseitigen Bereich der Abgasleitungen stromab benachbart den Zusammenführun­ gen von Einzelleitungen für Zylindergruppen angeordnet sein. In Kombination mit einer ungesteuerten, katalysa­ torseitig und damit relativ entfernt beabstandeten Abgas- Mischstrecke kann sie hierbei z. B. der Dämpfung bzw. Abschwächung nachteiliger, übersprechender Abgasdynamik dienen. Sie kann zur weiteren Ausbildung einer Rohr­ leitungsdynamik jedoch auch in Kombination mit einer erfindungsgemäß gesteuerten Abgas-Mischstrecke zur Steigerung der Wirkung der Abgasdynamik zur Drehmomentbe­ einflussung dienen, wobei betriebspunktabhängig gleich­ sinnig oder wechselweise gegensinnig gesteuerte Drossel­ organe denkbar sind.

Eine weitere vorteilhafte Gestaltung insbesondere des Drehmomentenverlaufes ergibt sich mit der Erfindung in Kombination mit einer variabel ausgebildeten Ein- und/oder Auslaß-Steuerung mit sich ändernder Steuer­ zeiten-Überschneidung. Mit einem hierbei gewählten größeren Einlaß-Zeitquerschnitt (kleine Spreizung bzw. Phasenlage) bei gleichzeitig niedrigem Druckniveau am geöffneten Auslaß-Steuerorgan wird eine gesteigerte Frischgas-Füllung bzw. ein höherer Liefergrad erzielt. Die vorbeschriebene Kombination läßt sich schließlich zu einem System erweitern, wobei das Drosselorgan der jeweiligen Verbindungsleitung in Abhängigkeit der variablen Ein-/Auslaß-Steuerung steuerbar ist.

Die Erfindung ist in der Zeichnung schematisch darge­ stellt.

Eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine 1 mit einer Ein-/Auslaß-Steuerung mit Überschneidung der Ein- und Auslaß-Steuerzeiten weist eine zweiflutige Abgasanlage 2 auf. Diese umfaßt für zwei Gruppen von Zylindern vorge­ sehene Einzelleitungen 3, die jeweils bei 4 in eine Sammel-Abgasleitung 5 münden. In jeder Abgasleitung 5 ist ein Katalysator 6 angeordnet. Stromab der gesondert ange­ ordneten Katalysatoren 6 umfaßt die Abgasanlage 2 mit 7 und 8 bezeichnete Schalldämpfer-Einrichtungen.

Stromauf der Katalysatoren 6 sind die Abgasleitungen 5 durch eine Leitung 9 miteinander verbunden. In der Verbindungsleitung 9 ist ein betriebspunktabhängig steuerbares Drosselorgan 10 angeordnet. Über einen Dreh­ zahlbereich der Brennkraftmaschine 1 werden mit dem Dros­ selorgan 10 in den Abgasleitungen 5 entsprechend einem Zündabstand phasenverschoben auftretende Druckwellen der Abgasdynamik am Übersprechen über die Verbindungs­ leitung 9 in die jeweils andere Abgasleitung 5 gehindert. Erreicht ist damit an den gemäß der Steuerzeiten-Über­ schneidung (Phasenlage) geöffneten Auslaß-Steuerorganen der Brennkraftmaschine 1 zumindest ein derart niedriges Druckniveau, daß eine über das ebenfalls geöffnete Einlaß-Steuerorgan beginnende Frischgasfüllung im wesent­ lichen bei vernachlässigbaren Restgasmengen ungestört verläuft. Mit der Ausblendung der in einem Drehzahl­ bereich auf den Liefergrad sich nachteilig auswirkenden Abgas-Druckwellen ist insbesondere ein angehobener und vergleichmäßigter Drehmomentenverlauf erreicht.

Die betriebspunktabhängige Ausblendung von Abgas-Druck­ wellen wirkt sich besonders günstig bei einer Brennkraft­ maschine 1 mit variabler Ein- und/oder Auslaß-Steuerung aus, da hierbei mit zunehmend früherem Öffnen des Einlaß- Steuerorgans das mögliche Drehmoment- und Leistungs- Potential genutzt wird. Hierfür kann das Drosselorgan 10 in Abhängigkeit der variablen Ein-/Auslaß-Steuerung der Brennkraftmaschine 1 gesteuert sein und mit diesem ein System bilden. Damit kann bei der Mehrzylinder-Brenn­ kraftmaschine 1 mit gesonderten Katalysatoren 6 in getrennten Abgasleitungen 5 und einer als Abgas-Misch­ strecke für eine Lambda-Sonde 11 dienenden Verbindungs­ leitung 9 ein optimaler Drehmomentverlauf verwirklicht werden.

Weiter kann eine Verbindungsleitung 9′ mit einem Drossel­ organ 10′ entweder für sich oder in Kombination mit der katalysatorseitigen Verbindungsleitung 9 stromab nahe den Zusammenführungen 4 der Einzelleitungen 3 in die Abgas­ leitungen 5 vorgesehen sein. Aufgezeigt ist damit eine der Brennkraftmaschine 1 relativ gering beabstandete, steuerbare Verbindungsleitung 9′ mit einer dem geringen Abstand entsprechenden Wirksamkeit der Abgasdynamik an den geöffneten Auslaß-Steuerorganen der Brennkraft­ maschine 1. Mit beiden Verbindungsleitungen 9 und 9′ in der mehrflutigen Abgasanlage 2 eröffnet sich in Kombina­ tion von gleichsinnig oder wechselweise gegensinnig gesteuerten Drosselorganen 10 und 10′ die Möglichkeit der Ausbildung einer zusätzlichen Rohrleitungsdynamik, die ggf. in Verbindung mit einer variablen Ein-/Auslaß- Steuerung der Brennkraftmaschine 1 auch eine punktuelle Drehmomentbeeinflussung erschließt.

Claims (7)

1. Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einer Ein-/Auslaß-Steuerung mit Überschneidung der Steuer­ zeiten sowie einer mehrflutigen Abgasanlage,

• - die ein betriebspunktabhängig steuerbares Drossel­ organ (10, 10′) umfaßt zur Steuerung an geöffneten Auslaß-Steuerorganen der Brennkraftmaschine (1) wirk­ samer Abgasdynamik,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Drosselorgan (10,10′) in einer Verbindungs­ leitung (9, 9′) zweier Abgasleitungen (5) stromauf von in den Abgasleitungen gesondert angeordneten Abgas­ nachbehandlungs-Einrichtungen (Katalysatoren 6) vorgesehen ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungs­ leitung (9, 9′) als Abgas-Mischstrecke für eine Lambda-Sonde (11) dient.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungs­ leitung (9) im katalysatorseitigen Bereich der Abgas­ leitungen (5) angeordnet ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungs­ leitung (9′) im maschinenseitigen Bereich der Abgas­ leitungen (5) stromab benachbart den Zusammenführun­ gen (4) von Einzelleitungen (3) für Zylindergruppen der Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist.

5. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und/oder Auslaß- Steuerung variabel ausgebildet ist mit einer Änderung der Steuerzeiten-Überschneidung.

6. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan (10, 10′) in Abhängigkeit der variablen Ein- und/oder Auslaß- Steuerung steuerbar ist.