DE4106918B4

DE4106918B4 - Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einer Ein-/Auslaß-Steuerung mit Überschneidung der Steuerzeiten sowie einer mehrflutigen Abgasanlage

Info

Publication number: DE4106918B4
Application number: DE4106918A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Oehling
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1991-03-05
Filing date: 1991-03-05
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2011-03-06
Also published as: DE4106918A1

Abstract

Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einer Ein-/Auslass-Steuerung mit Überschneidung der Steuerzeiten sowie einer mehrflutigen Abgasanlage,
– die ein betriebspunktabhängig steuerbares Drosselorgan umfasst zur Steuerung an geöffneten AuslassSteuerorganen der Brennkraftmaschine wirksamer Abgasdynamik,
dadurch gekennzeichnet,
– dass das Drosselorgan (10) in einer Verbindungsleitung (9) zweier Abgasleitungen (5) stromauf von in den Abgasleitungen gesondert angeordneten Abgasnachbehandlungs-Einrichtungen (Katalysatoren 6) vorgesehen ist, wobei die Verbindungsleitung (9) im katalysatorseitigen Bereich der Abgasleitungen (5) angeordnet ist.

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-Brennkraftmaschine deren Zylinder entsprechend einer Zündfolge abgasseitig gruppenweise zusammenzufassen und die zusammengefassten Einzelleitungen mit einer mehrflutigen Abgasanlage zu verbinden. Hierbei ist jede der Sammel-Abgasleitungen 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 angeordneten Katalysatoren verstärkt wird. Entsprechend dem Abstand der Übersprechstelle bzw. der Verbindungsleitung in der mehrflutigen Abgasanlage von den Auslass-Steuerorganen der Brennkraftmaschine ergibt sich über einen Drehzahlbereich ein deutlicher Einbruch im Drehmomentenverlauf, insbesondere an der Volllast. 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.

Die DE 28 52 736 A1 offenbart eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einer Ein-/Auslass-Steuerung mit Überschneidung der Steuerzeiten sowie einer mehrflutigen Abgasanlage, die ein betriebspunktabhängig steuerbares Drosselorgan umfasst zur Steuerung an geöffneten AuslassSteuerorganen der Brennkraftmaschine wirksamer Abgasdynamik. Gemäß der DE 28 52 736 A1 ist das steuerbare Drosselorgan in einer Verbindungsleitung angeordnet, die zwei Abgasrohre in der Nähe der Brennkraftmaschine verbindet. Damit kann bei höheren Drehzahlen und Lastbereichen ein günstiger Ladungswechsel in der Brennkraftmaschine erreicht werden. Diese bekannte Anordnung einer brennkraftmaschinennahen Verbindungsleitung weist allerdings keinen Bezug zu in den Abgasleitungen gesondert angeordneten Abgasnachbehandlungs-Einrichtungen (Katalysatoren) auf. Außerdem ist nachteiligerweise die Verbindungsleitung in einem Bereich angeordnet, in dem die Abgasströme aus den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine noch weitestgehende ungemischt sind.

Aus der DE 39 03 492 A1 geht ein Abgassystem für Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen hervor, bei welchem mit den Zylindern verbundene Abgasrohre in unterschiedlicher Kombination an einer variierbaren Stelle miteinander verbindbar sind.

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-Einrichtungen 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 vorzusehen, wobei die Verbindungsleitung im katalysatorseitigen Bereich der Abgasleitungen angeordnet ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die drossel-gesteuerte Verbindungsleitung die bekannte Abgas-Mischstrecke für eine Lambda-Sonde sein. 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 Beeinflussung der Abgasdynamik mittels offengesteuertem Drosselorgan in vorteilhafter Weise angehoben und vergleichmäßigt werden, wogegen dies für den unteren Drehzahlbereich mittels geschlossenem Drosselorgan erreicht ist.

Nach einer anderen Ausgestaltung kann zusätzlich zu dieser ersten Verbindungsleitung eine zweite drosselgesteuerte Verbindungsleitung im maschinenseitigen Bereich der Abgasleitungen stromab benachbart den Zusammenführungen von Einzelleitungen für Zylindergruppen angeordnet sein. In Kombination mit einer ungesteuerten, katalysatorseitig 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 Rohrleitungsdynamik jedoch auch in Kombination mit einer erfindungsgemäß gesteuerten Abgas-Mischstrecke zur Steigerung der Wirkung der Abgasdynamik zur Drehmomentbe einflussung dienen, wobei betriebspunktabhängig gleichsinnig oder wechselweise gegensinnig gesteuerte Drosselorgane 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 Steuerzeiten-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 dargestellt.
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 vorgesehene Einzelleitungen 3, die jeweils bei 4 in eine Sammel-Abgasleitung 5 münden. In jeder Abgasleitung 5 ist ein Katalysator 6 angeordnet. Stromab der gesondert angeordneten 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 Drehzahlbereich 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 Verbindungsleitung 9 in die jeweils andere Abgasleitung 5 gehindert. Erreicht ist damit an den gemäß der Steuerzeiten-Überschneidung (Phasenlage) geöffneten Auslaß-Steuerorganen der Brennkraftmaschine 1 zumindest ein derart niedriges Druckniveau, daß eine über das ebenfalls geöffnete Einlaß-Steuerorgan beginnende Frischgasfüllung im wesentlichen bei vernachlässigbaren Restgasmengen ungestört verläuft. Mit der Ausblendung der in einem Drehzahlbereich auf den Liefergrad sich nachteilig auswirkenden Abgas-Druckwellen ist insbesondere ein angehobener und vergleichmäßigter Drehmomentenverlauf erreicht.
Die betriebspunktabhängige Ausblendung von Abgas-Druckwellen wirkt sich besonders günstig bei einer Brennkraftmaschine 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-Brennkraftmaschine 1 mit gesonderten Katalysatoren 6 in getrennten Abgasleitungen 5 und einer als Abgas-Mischstrecke für eine Lambda-Sonde 11 dienenden Verbindungsleitung 9 ein optimaler Drehmomentverlauf verwirklicht werden.
Weiter kann eine Verbindungsleitung 9' mit einem Drosselorgan 10' entweder für sich oder in Kombination mit der katalysatorseitigen Verbindungsleitung 9 stromab nahe den Zusammenführungen 4 der Einzelleitungen 3 in die Abgasleitungen 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 Brennkraftmaschine 1. Mit beiden Verbindungsleitungen 9 und 9' in der mehrflutigen Abgasanlage 2 eröffnet sich in Kombination 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

Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einer Ein-/Auslass-Steuerung mit Überschneidung der Steuerzeiten sowie einer mehrflutigen Abgasanlage, – die ein betriebspunktabhängig steuerbares Drosselorgan umfasst zur Steuerung an geöffneten AuslassSteuerorganen der Brennkraftmaschine wirksamer Abgasdynamik, dadurch gekennzeichnet, – dass das Drosselorgan (10) in einer Verbindungsleitung (9) zweier Abgasleitungen (5) stromauf von in den Abgasleitungen gesondert angeordneten Abgasnachbehandlungs-Einrichtungen (Katalysatoren 6) vorgesehen ist, wobei die Verbindungsleitung (9) im katalysatorseitigen Bereich der Abgasleitungen (5) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (9) als AbgasMischstrecke für eine Lambda-Sonde (11) dient.
Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Verbindungsleitung (9) eine zweite Verbindungsleitung (9') mit einem zweiten Drosselorgan (10') im maschinenseitigen Bereich der Abgasleitungen (5) stromab benachbart den Zusammenführungen (4) von Einzelleitungen (3) für Zylindergruppen der Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein- und/oder Auslass-Steuerung variabel ausgebildet ist mit einer Änderung der Steuerzeiten-Überschneidung.
Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselorgan (10, 10') in Abhängigkeit der variablen Ein- und/oder Auslass-Steuerung steuerbar ist.