DE4421258A1 - Brennkraftmaschine mit Zylinderabschaltung und zumindest einem Abgaskatalysator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumin­ dest zwei Zylindergruppen oder Zylindern, denen zumindest stromauf einer katalytischen Abgasreinigungsvorrichtung voneinander getrennte Abgasleitungen zugeordnet sind, so­ wie mit einer Einrichtung zum Abschalten einer Zylinder­ gruppe durch Unterbinden der Kraftstoffzufuhr bei Auf­ rechterhaltung eines Gaswechsels durch diese Zylinder­ gruppe, wobei die aus der abgeschalteten Zylindergruppe ausgestoßenen Gase in die Zylinder-Brennräume einer Zy­ lindergruppe zurückgeführt werden. Ausdrücklich soll da­ bei unter den Begriff der Zylindergruppe auch ein einzi­ ger Brennkraftmaschinen-Zylinder fallen, wenn diesem nur eine eigene Abgasleitung zugeordnet ist und dieser Zylin­ der in der geschilderten Weise abschaltbar ist.

Bekannt ist eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beispielsweise aus der DE-OS 29 21 508. Die Abschaltung einzelner Zylinder oder Zylindergruppen wird dabei durchgeführt, wenn die Brennkraftmaschine in relativ niedrigen Lastpunkten betrieben wird, da hier­ durch der Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine ge­ steigert werden kann. Am einfachsten kann diese Abschal­ tung dadurch erfolgen, daß der entsprechenden Zylinder­ gruppe kein Kraftstoff zugeführt wird, während der Gas­ wechsel durch diese Zylindergruppe aufrechterhalten wird. Dabei ist es jedoch nachteilig, wenn die aus der abge­ schalteten Zylindergruppe ausgestoßenen Gase direkt durch die katalytische Abgasreinigungsvorrichtung der Brenn­ kraftmaschine hindurchgeleitet werden, da diese hierdurch unter ihre Betriebstemperatur abgekühlt werden kann. Ein sog. Abgaskatalysator benötigt nämlich für eine erfolg­ reiche Konvertierung eine gewisse Minimaltemperatur, die sog. Betriebstemperatur Würden nun die aus der abge­ schalteten Zylindergruppe ausgestoßenen, relativ kalten Gase in einen dieser Zylindergruppe zugeordneten Abgas­ katalysator eingeleitet, so würde dieser extrem schnell abkühlen und könnte daher bei einer Wiederinbetriebnahme dieser Zylindergruppe die Abgasschadstoffe nicht konver­ tieren, sondern müßte zunächst auf seine Betriebstempera­ tur gebracht werden. Der gleiche Effekt kann auch dann - jedoch zeitverzögert - eintreten, wenn die aus der abge­ schalteten Zylindergruppe ausgestoßenen Gase den Abgasen der anderen, weiterhin befeuerten Zylindergruppe stromauf eines gemeinsamen Abgaskatalysators beigemengt werden. Auch hierdurch könnte nämlich dieser Abgaskatalysator auf Temperaturwerte unterhalb seiner Betriebstemperatur abge­ kühlt werden.

Nun ist es aus der oben genannten Schrift bekannt, die aus der abgeschalteten Zylindergruppe ausgestoßenen Gase wieder in die Zylinder-Brennräume dieser abgeschalteten Zylindergruppe zurückzuführen, d. h. für diese abgeschal­ tete Zylindergruppe werden die Gase stets im Kreis ge­ führt. Dabei kann jedoch dieser im Kreis geführte Gas­ strom mit jeder weiteren Rückführung einen jeweils ge­ steigerten Ölanteil aufweisen, da diesem Gasstrom in den Zylinder-Brennräumen jeweils ein geringfügiger Ölnebel beigemengt wird. Dies kann letztlich dazu führen, daß die Zündkerze im abgeschalteten Zylinder-Brennraum voll­ ständig verölt, was bei Wiederzuschaltung dieses Zylin­ ders bzw. dieser Zylindergruppe zu Fehlzündungen und so­ mit zu unerwünscht hohen Schadstoffemissionen führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, Maßnahmen zur Lösung dieser Problematik aufzuzeigen. Nach einem ersten Lösungsvor­ schlag ist vorgesehen, daß die aus der abgeschalteten Zy­ lindergruppe ausgestoßenen Gase in die Zylinder-Brenn­ räume der weiterhin befeuerten Zylindergruppe eingeleitet werden. Nach einem zweiten Lösungsvorschlag ist vorgese­ hen, daß die aus der abgeschalteten Zylindergruppe ausge­ stoßenen Gase zunächst über einen Ölabscheider geführt werden, ehe sie in die Zylinder-Brennräume der abgeschal­ teten Zylindergruppe zurückgeführt werden.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand von Prin­ zipskizzen zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele, die in den Fig. 1a bis 1c sowie 2a bis 2c jeweils in drei Varianten dargestellt sind. Gleiche Elemente sind dabei mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Eine nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine besitzt zwei Zylindergruppen 1a, 1b, denen jeweils eine Abgaslei­ tung 2a, 2b zugeordnet ist. In diesen Abgasleitungen 2a, 2b können den Zylindergruppen 1a, 1b zugeordnete Abgas­ katalysatoren 3a, 3b vorgesehen sein, wie die Fig. 1b, 1c, 2b, 2c zeigen. Dabei sind in den Fig. 1b, 2b diese sog. Abgaskatalysatoren 3a, 3b als individuelle, sog. Haupt-Katalysatoren vorgesehen. Bei den Fig. 1c, 2c hin­ gegen stellen die den Zylindergruppen 1a, 1b zugeordneten individuellen Abgaskatalysatoren 3a, 3b sog. Vorkatalysa­ toren dar, denen ein einziger Haupt-Abgaskatalysator 3 nachgeordnet ist. Bezüglich des für die beiden Zylinder­ gruppen 1a, 1b gemeinsamen Haupt-Abgaskatalysators 3 ist die Ausführungsform nach den Fig. 1a, 2a ähnlich derjeni­ gen nach den Fig. 1c, 2c, wobei bei ersterer keine Vor­ katalysatoren vorgesehen sind, sondern lediglich ein ein­ ziger Haupt-Abgaskatalysator 3 die Abgasströme der beiden Zylindergruppen 1a, 1b aus deren beiden Abgasleitungen 2a, 2b aufnimmt.

Bei der nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine kann es sich beispielsweise um eine solche der V 12-Bauart handeln. Jede Zylindergruppe 1a, 1b weist dann sechs in Reihe angeordnete Zylinder auf, deren Zylinder-Brennräume 4 symbolisch dargestellt sind. Für jede Zylindergruppe 1a, 1b ist dabei wie üblich ein Ansaugtrakt 5a, 5b vorge­ sehen, über den Frischgas für die Zylinder-Brennräume 4 herangeführt wird, wobei in jedem Ansaugtrakt 5a, 5b eine eigene Luftmassen-Meßeinrichtung 6 vorgesehen sein kann. Dabei soll die Zylindergruppe 1a in gewissen Betriebs­ punkten der Brennkraftmaschine dadurch abschaltbar sein, daß eine Kraftstoffzufuhr zu dieser Zylindergruppe 1a un­ terbunden wird. Weiterhin findet dann in dieser Zylinder­ gruppe 1a jedoch ein Gaswechsel statt, d. h. aus dieser Zylindergruppe 1a werden Gase in die Abgasleitung 2a aus­ gestoßen. Wie oben geschildert ist es dabei nicht mög­ lich, diese aus der abgeschalteten Zylindergruppe 1a aus­ gestoßenen Gase direkt in die Abgaskatalysatoren 3 bzw. 3a einzuleiten, da letztere hierdurch auf Temperaturwerte unterhalb deren Betriebstemperatur abgekühlt werden könn­ ten.

Als Abhilfemaßnahme ist bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1a bis 1c vorgesehen, daß die aus der abge­ schalteten Zylindergruppe 1a ausgestoßenen Gase in die Zylinder-Brennräume 4 der weiterhin befeuerten Zylinder­ gruppe 1b eingeleitet werden. Insbesondere erfolgt die Einleitung in den Ansaugtrakt 5b stromauf der Luftmassen- Meßeinrichtung 6 über eine Zweigleitung 7, wie dies durch den Pfeil jeweils figürlich dargestellt ist. Dabei kann an der Abzweigstelle der Zweigleitung 7 von der Abgaslei­ tung 2a ein nicht näher dargestelltes Umleitventil vorge­ sehen sein, es ist jedoch ebenso möglich, die aus der ab­ geschalteten Zylindergruppe 1a ausgestoßenen Gase von der weiterhin befeuerten Zylindergruppe 1b frei ansaugen zu lassen. Alternativ kann bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1b, 1c in der Abgasleitung 2a ein Absperr­ ventil beispielsweise stromab des zugeordneten Abgaskata­ lysators 3a vorgesehen sein, welches bewirkt, daß das Ab­ gas in dieser Abgasleitung 2a aufgestaut wird und dadurch in die Zweigleitung 7 umgeleitet wird.

Indem bei abgeschalteter Zylindergruppe 1a der weiterhin befeuerten Zylindergruppe 1b die von der abgeschalteten Zylindergruppe 1a ausgestoßenen Gase als Frischgas zuge­ führt werden, wird sicher ausgeschlossen, daß die aus der abgeschalteten Zylindergruppe 1a ausgestoßenen Gase den Abgaskatalysator 3 bzw. 3a abkühlen können. Vorteilhaf­ terweise werden dabei gleichzeitig Ölnebelbestandteile, die die aus der abgeschalteten Zylindergruppe 1a ausge­ stoßenen Gase in den Zylinder-Brennräumen 4 dieser Zylin­ dergruppe 1a aufgenommen hatten, in den Zylinder-Brenn­ räumen 4 der anderen, weiterhin befeuerten Zylindergruppe 1b verbrannt.

Eine Beaufschlagung des Abgaskatalysators 3 bzw. 3a über einen längeren Zeitraum mit den aus der abgeschalteten Zylindergruppe 1a ausgestoßenen Gasen kann auch verhin­ dert werden, wenn diese Gase in die Zylinder-Brennräume 4 dieser abgeschalteten Zylindergruppe 1a zurückgeführt werden, wie dies in den Fig. 2a bis 2c dargestellt ist. Bei dieser direkten Zurückführung der Gase sozusagen im kurzen Kreislauf, bei der die aus der abgeschalteten Zy­ lindergruppe 1a ausgestoßenen Gase in deren Ansaugtrakt 5a eingeleitet werden, kann sich jedoch mit jeder weite­ ren Rückführung der Ölanteil in diesem Gaskreislauf erhö­ hen, was letztlich zu einer Verschmutzung der Zündkerzen in den Zylinder-Brennräumen 4 führen kann. Um diesem Problem abzuhelfen, werden bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2a, 2b, 2c die aus der abgeschalteten Zy­ lindergruppe 1a ausgestoßenen Gase vor Neueinleitung in den Ansaugtrakt 5a zunächst über einen Ölabscheider 8 ge­ führt. In diesem Ölabscheider 8, der an sich ein bekann­ tes Bauteil ist, werden Ölanteile vom Gasstrom separiert, so daß jeweils im wesentlichen frisches Gas in den An­ saugtrakt 5 gelangt und eine übermäßige Verölung ausge­ schlossen ist.

All diesen Variaten ist gemein, daß mit den beschriebenen Maßnahmen auf sichere Weise und ohne weitere Nachteile in Kauf nehmen zu müssen, eine Abkühlung der katalytischen Abgasreinigungsvorrichtung 3 bzw. der Abgaskatalysatoren 3a verhindert wird, wenn eine Zylindergruppe 1a durch Un­ terbinden der Kraftstoffzufuhr bei Aufrechterhaltung eines Gaswechsels durch diese Zylindergruppe 1a abge­ schaltet wird. Dabei sind selbstverständlich eine Viel­ zahl von Abwandlungen von den gezeigten Ausführungsbei­ spielen möglich, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (3)

1. Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Zylindergrup­ pen (1a, 1b) oder Zylindern, denen zumindest strom­ auf einer katalytischen Abgasreinigungsvorrichtung (3, 3a, 3b) voneinander getrennte Abgasleitungen (2a, 2b) zugeordnet sind, sowie mit einer Einrich­ tung zum Abschalten einer Zylindergruppe (1a) durch Unterbinden der Kraftstoffzufuhr bei Aufrechterhal­ tung eines Gaswechsels durch diese Zylindergruppe (1a), wobei die aus der abgeschalteten Zylinder­ gruppe (1a) ausgestoßenen Gase in die Zylinder- Brennräume (4) einer Zylindergruppe (1a, 1b) zurück­ geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der abgeschalte­ ten Zylindergruppe (1a) ausgestoßenen Gase in die Zylinder-Brennräume (4) der weiterhin befeuerten Zy­ lindergruppe (1b) eingeleitet werden.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der abgeschalte­ ten Zylindergruppe (1a) ausgestoßenen Gase stromauf einer der weiterhin befeuerten Zylindergruppe (1b) zugeordneten Luftmassen-Meßeinrichtung (6) in den Ansaugtrakt (5b) dieser Zylindergruppe (1b) einge­ leitet werden.

3. Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Zylindergrup­ pen (1a, 1b) oder Zylindern, denen zumindest strom­ auf einer katalytischen Abgasreinigungsvorrichtung (3, 3a, 3b) voneinander getrennte Abgasleitungen (2a, 2b) zugeordnet sind, sowie mit einer Einrich­ tung zum Abschalten einer Zylindergruppe (1a) durch Unterbinden der Kraftstoffzufuhr bei Aufrechterhal­ tung eines Gaswechsels durch diese Zylindergruppe (1a), wobei die aus der abgeschalteten Zylinder­ gruppe (1a) ausgestoßenen Gase in die Zylinder- Brennräume (4) dieser abgeschalteten Zylindergruppe (1a) zurückgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der abgeschalte­ ten Zylindergruppe (1a) ausgestoßenen Gase zunächst über einen Ölabscheider (8) geführt werden.