DE4427214A1 - Brennkraftmaschine mit zumindest einem zeitweise unbefeuert betreibbaren Zylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbeson­ dere Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit mehreren Zylin­ dern, von denen zumindest einer zeitweise unbefeuert be­ treibbar ist, um dem Abgas der befeuerten Zylinder Frischgas beizumengen, wobei mehrere der sich an die Aus­ laßkanäle im Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf an­ schließenden zylinderindividuellen Abgasleitungen zusam­ mengeführt sind.

Beispielsweise aus der DE-OS 21 63 537 ist es bekannt, einen oder auch mehrere Zylinder einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine zeitweise nicht zu befeuern, dabei je­ doch diese nicht befeuerten Zylinder weiterhin Frischgas ansaugen zu lassen, welches anschließend komprimiert und danach als unverbranntes Frischgas den Abgasen der befeu­ erten Zylinder beigemengt wird. Der oder die nicht befeu­ erte(n) Zylinder wirkt/wirken somit als Luftpumpe, mit Hilfe derer u. a. Sauerstoff dem Abgasstrom der befeuer­ ten Zylinder zugeführt werden kann, um eine Nachverbren­ nung dieses Abgasstromes zu erzielen. Mit einer derarti­ gen Nachverbrennung kann zum einen die Menge von Schadstoffen im Abgasstrom herabgesetzt werden, zum ande­ ren kann eine in der Abgasanlage der Brennkraftmaschine vorgesehene Abgasreinigungsvorrichtung durch die Nachver­ brennung im Anschluß an einen Kaltstart der Brennkraftma­ schine beschleunigt auf ihre Betriebstemperatur gebracht werden. Der letztgenannte Aspekt ist bei Brennkraftma­ schinen mit den bekannten Abgaskatalysatoren von beson­ derem Interesse.

Wenngleich bei dem bekannten Stand der Technik eine zu­ mindest teilweise Nachverbrennung des Abgases einer ins­ besondere quantitätsgesteuerten, fremdgezündeten Brenn­ kraftmaschine erzielbar ist, so sind dennoch Verbes­ serungen wünschenswert, die aufzuzeigen sich die vorlie­ gende Erfindung zur Aufgabe gestellt hat.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß vom Auslaß­ kanal oder der Abgasleitung nahe des Auslaßkanales des zeitweise unbefeuert betreibbaren Zylinders eine Frisch­ gasleitung abzweigt, die im Auslaßkanal oder in der Ab­ gasleitung nahe des Auslaßkanales zumindest eines anderen befeuerten Zylinders mündet. Vorteilhafte Aus- und Wei­ terbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird das aus dem nicht befeuerten Zylin­ der in die Abgasanlage der Brennkraftmaschine gepumpte Frischgas nicht alleinig über die Abgasleitung dieses Zy­ linders dem Abgasstrom der übrigen, weiterhin befeuerten Zylinder zugeführt, sondern kann direkt über die vorge­ schlagene Frischgasleitung möglichst nahe an das Auslaß­ ventil bzw. an die Auslaßventile der weiterhin befeuerten Zylinder herangeführt werden. Durch diese möglichst nahe Heranführung von Frischgas an das Auslaßventil eines be­ feuerten Zylinders, die sich dadurch ergibt, daß die Frischgasleitung im Auslaßkanal oder zumindest nahe die­ ses Auslaßkanales mündet, wird eine deutlich bessere Nachverbrennung ermöglicht, da in diesem Bereich der Ab­ gasstrom des befeuerten Zylinders noch eine deutlich hö­ here Temperatur besitzt, als weiter stromabwärts, wo die zylinderindividuellen Abgasleitungen zusammengeführt sind. Das Abgas der befeuerten Zylinder kühlt nämlich auf dem Weg durch die Abgasleitungen bis zur Zusammenführung der verschiedenen Abgasleitungen hin ab. Wird nun erst im Bereich dieser Zusammenführung Frischgas zugeführt, so stellt sich aufgrund der niedrigeren Temperatur des Ab­ gasstromes eine deutlich schlechtere Nachverbrennung ein, als wenn die Frischgaszufuhr in dem Bereich erfolgt, wo der Abgasstrom seine Maximaltemperatur besitzt. Dieser Bereich befindet sich aber im Auslaßkanal bzw. direkt stromab des Auslaßventiles eines befeuerten Zylinders, so daß in diesen Bereich Frischgas auch nur mit der vorge­ schlagenen Frischgasleitung zugeführt werden kann.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Frischgas­ leitung im oder nahe des Auslaßkanales desjenigen Zylin­ ders mündet, der in der Zündfolge der Brennkraftmaschine auf den zeitweise unbefeuert betreibbaren Zylinder folgt. Dadurch ist nämlich sichergestellt, daß direkt stromab des Auslaßventiles des befeuerten Zylinders dann Frisch­ gas vorhanden ist, wenn dieses Auslaßventil öffnet. Zugleich ist damit gewährleistet, daß über die Frischgas­ leitung tatsächlich Frischgas in den Auslaßkanal eines befeuerten Zylinders gelangen kann, da mit dieser be­ schriebenen Abstimmung die in den einzelnen Abgasleitun­ gen herrschenden Druckverhältnisse derart sind, daß Frischgas vom unbefeuert betriebenen Zylinder über die Frischgasleitung in die Abgasleitung eines befeuerten Zy­ linders strömen kann.

In die Frischgasleitung kann das aus dem nicht befeuerten Zylinder ausgeschobene Frischgas in optimaler Weise ein­ strömen, wenn diese Frischgasleitung im Auslaßbereich dieses Zylinders mit ihrer Mündungsöffnung zum Auslaßven­ til dieses unbefeuerten Zylinders hin ausgerichtet ist.

Hingegen ist die Mündungsöffnung der Frischgasleitung im Bereich des stets befeuerten Zylinders bevorzugt dem Aus­ laßventil dieses Zylinders abgewandt, um sicherzustellen, daß der Vorauslaßstoß im wesentlichen ohne negativen Ein­ fluß bleibt.

Die vom zeitweise unbefeuert betreibbaren Zylinder ausge­ hende Frischgasleitung kann sich in mehrere Leitungen verzweigen und dann in den Abgasleitungen oder Aus­ laßkanälen mehrerer Zylinder münden. Hierdurch kann der als Luftpumpe wirkende, unbefeuert betriebene Zylinder mehrere andere, weiterhin befeuerte Zylinder abgasseitig mit Frischgas versorgen. Wird hingegen der zeitweise un­ befeuert betreibbare Zylinder selbst befeuert, so kann es empfehlenswert sein, Maßnahmen vorzusehen, die verhin­ dern, daß dessen Abgas über die Frischgasleitung in die Abgasleitungen der anderen Zylinder gelangt. Eine derar­ tige Maßnahme kann ein in der Frischgasleitung vorgese­ henes, schaltbares Sperrventil sein.

Die folgende Beschreibung eines bevorzugten Ausführungs­ beispiels dient der näheren Erläuterung der Erfindung. In der einzigen Figurendarstellung gezeigt sind die beiden sog. Abgaskrümmer, in denen jeweils drei Abgasleitungen einer sechszylindrigen Reihen-Brennkraftmaschine zusam­ mengefaßt sind, und die mit Frischgasleitungen gemäß der vorliegenden Erfindung versehen sind.

An den lediglich prinzipiell dargestellten Zylinderkopf 10 einer sechszylindrigen Reihen-Brennkraftmaschine sind zwei Abgaskrümmer 20, 21 angeflanscht, in denen jeweils die Abgasleitungen dreier Zylinder zusammengefaßt sind. Die Abgasleitungen 11, 12, 13 der Zylinder mit den Num­ mern 1, 2, 3 bilden dabei den ersten Abgaskrümmer 20, die Abgasleitungen 14, 15, 16 sind zum zweiten Abgaskrümmer 21 zusammengefaßt. Dabei schließt sich jede der Abgaslei­ tungen 11 bis 16 an den zugeordneten, zylinderindividuel­ len, im Zylinderkopf 10 vorgesehenen Auslaßkanal 21-26 der Zylinder 1 bis 6 an. Wie üblich wird jeder Auslaßka­ nal 21-26 zum nicht gezeigten Zylinder-Brennraum hin von einem Auslaßventil 31-36 begrenzt.

Der Zylinder Nr. 2 sowie der Zylinder Nr. 5 sind zeit­ weise unbefeuert betreibbar, wobei diese Zylinder über eine nicht gezeigte Sauganlage jedoch weiterhin Frischgas ansaugen und in deren Auslaßkanäle 22, 25 ausstoßen, so daß dem Abgasstrom der weiterhin befeuerten Zylinder Nr. 1, 3, 4, 6 Frischgas beigemengt wird. In diesem Abgas­ strom kann somit eine Nachverbrennung hervorgerufen wer­ den. Da jedoch das aus den nicht befeuert betriebenen Zy­ lindern Nr. 2, 5 ausgestoßene Frischgas möglichst nahe an den Auslaßventilen der weiterhin befeuerten Zylinder und insbesondere nahe den Auslaßventilen 33, 34 der weiterhin befeuerten Zylinder Nr. 3, 4 zu deren Abgasstrom beige­ mengt werden soll, sind zwei Frischgasleitungen 17, 18 vorgesehen.

Die Frischgasleitung 17 ragt mit ihrem dem zeitweise un­ befeuerten Zylinder 2 zugewandten Ende in den Auslaßkanal 22 hinein, wobei die entsprechende Mündungsöffnung 19′ zum Auslaßventil 32 dieses Zylinders 2 hin ausgerichtet ist, d. h. die Mündungsöffnung 19′ ist diesem Auslaßven­ til 32 zugewandt. In gleicher Weise gilt dies für die Mündungsöffnung 19′ der Frischgasleitung 18, die im Aus­ laßkanal 25 des anderen zeitweise unbefeuert betreibbaren Zylinders Nr. 5 liegt.

Die den Mündungsöffnungen 19′ gegenüberliegenden Mün­ dungsöffnungen 19′′ der beiden Frischgasleitungen 17, 18, die in den Abgasleitungen 13, 14 der stets befeuerten Zy­ linder Nr. 3, 4 liegen, sind hingegen den Auslaßventilen 33, 34 dieser Zylinder 3, 4 abgewandt, d. h. von den Aus­ laßventilen 33, 34 weggerichtet. Mit der beschriebenen Orientierung/Ausrichtung der Mündungsöffnungen 19′, 19′′ der beiden Frischgasleitungen 17, 18 ergeben sich opti­ male Strömungsverhältnisse.

Die Zündfolge der erläuterten, jedoch nicht näher darge­ stellten Brennkraftmaschine lautet 1-5-3-6-2-4, d. h. in den einzelnen Zylindern 1 bis 6 findet in der beschriebe­ nen Abfolge die Verbrennung statt. Selbstverständlich werden in dieser beschriebenen Reihenfolge auch die Ab­ gase über die jeweiligen Auslaßventile 31-36 ausge­ schoben. Werden nun zeitweise die Zylinder Nr. 2, 5 unbe­ feuert betrieben, d. h. arbeiten diese Zylinder 2, 5 als Luftpumpe, so wird das von diesen Zylindern 2, 5 ausge­ schobene Frischgas über die Frischgasleitungen 17 bzw. 18 dem Abgasströmen der stets befeuerten Zylinder Nr. 3, 4 exakt in dem Augenblick zugeführt, wenn diese Abgasströme in die Auslaßkanäle 23, 24 dieser Zylinder über die je­ weiligen Auslaßventile 33, 34 ausgeschoben werden. Dabei wird über die Frischgasleitungen 17, 18 das Frischgas möglichst nahe der Auslaßkanäle 23, 24 in die Abgaslei­ tungen 13, 14 eingeleitet, so daß das Abgas der beiden Zylinder 3, 4 noch ausreichend heiß ist, um eine optimale Nachverbrennung zu erzielen.

Selbstverständlich wird bei unbefeuertem Betrieb der Zy­ linder Nr. 2 und 5 auch den aus den Zylindern 1 und 6 austretenden Abgasströmen Frischluft beigemengt; dies ge­ schieht dabei direkt über die Abgasleitungen 12 sowie 15. Für die Abgasströme der Zylinder 1 und 6 ergibt sich da­ bei eine weniger effektive Nachverbrennung als für dieje­ nigen der Zylinder 3 und 4, jedoch ist von besonderer Be­ deutung, daß zumindest die letztgenannten Zylinder-Abgas­ ströme besonders wirkungsvoll nachverbrannt werden. Dabei ist es durchaus möglich, weitere Frischgasleitungen, die von den vorhandenen Frischgasleitungen abzweigen können, auch in die Auslaßkanäle 21 und 26 der Zylinder Nr. 1 und 6 zu führen. Darüber hinaus sind selbstverständlich wei­ tere Abwandlungen vom gezeigten Ausführungsbeispiel mög­ lich, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (7)

1. Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern (1-6), von denen zumindest einer (2, 5) zeitweise unbefeu­ ert betreibbar ist, um dem Abgas der befeuerten Zy­ linder (1, 3, 4, 6) Frischgas beizumengen, wobei mehrere der sich an die Auslaßkanäle (21-26) im Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf (10) anschließenden zylinderindividuellen Abgasleitungen (11-16) zu­ sammengeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß vom Auslaßkanal (22, 25) oder von der Abgasleitung (12, 15) nahe des Auslaß­ kanales des zeitweise unbefeuert betreibbaren Zylin­ ders (2, 5) eine Frischgasleitung (17, 18) abzweigt, die im Auslaßkanal (23, 24) oder in der Abgasleitung (13, 14) nahe des Auslaßkanales zumindest eines an­ deren befeuerten Zylinders (3, 4) mündet.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischgasleitung (17, 18) im oder nahe des Auslaßkanal(es) (23, 24) desjenigen Zylinders (3, 4) mündet, der in der Zünd­ folge der Brennkraftmaschine auf den zeitweise unbe­ feuert betreibbaren Zylinder (2, 5) folgt.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischgasleitung (17, 18) im Bereich des zeitweise unbefeuert be­ treibbaren Zylinders (2, 5) mit ihrer Mündungsöff­ nung (19′) zum Auslaßventil (32, 35) dieses Zylin­ ders (2, 5) hin ausgerichtet ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischgasleitung (17, 18) im Bereich des stets befeuerten Zylinders (3, 4) mit ihrer Mündungsöffnung (19′′) dem Auslaß­ ventil (33, 34) dieses Zylinders (3, 4) abgewandt ist.

5. Brennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vom zeitweise unbe­ feuert betreibbaren Zylinder (2, 5) ausgehende Frischgasleitung (17, 18) sich verzweigend ausgebil­ det ist und in den Abgasleitungen oder Auslaßkanälen mehrerer Zylinder mündet.

6. Brennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Frischgasleitung (17, 18) ein ein Sperrventil vorgesehen ist.

7. Brennkraftmaschine, insbesondere Reihen-Brennkraft­ maschine mit sechs Zylindern (1-6), nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Abgasleitungen (11, 12, 13) der ersten drei Zylinder (Nr. 1-3) sowie die Abgasleitungen (14, 15, 16) der zweiten drei Zylinder (Nr. 4-6) jeweils in einem Abgas­ krümmer (20, 21) zusammengeführt sind und die Zünd­ folge 1-5-3-6-2-4 lautet, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder Nr. 2 und 5 zeitweise unbefeuert betreibbar sind und die dem Zy­ linder Nr. 2 zugeordnete Frischgasleitung (17) zum Zylinder Nr. 4, sowie die dem Zylinder Nr. 5 zuge­ ordnete Frischgasleitung (18) zum Zylinder Nr. 3 führt.