DE4427214A1

DE4427214A1 - Internal combustion engine with at least one cylinder that can be operated at times without fire

Info

Publication number: DE4427214A1
Application number: DE4427214A
Authority: DE
Inventors: Jan Velthuis
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1994-08-01
Filing date: 1994-08-01
Publication date: 1996-02-08
Also published as: EP0695861B1; EP0695861A1; DE59504789D1

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.The invention relates to an internal combustion engine, in particular reciprocating piston internal combustion engine, with several cylinders those, at least one of whom is temporarily unfired is drivable to the exhaust gas of the fired cylinder Add fresh gas, with several of the off start channels in the engine cylinder head closing cylinder-specific exhaust pipes are led.

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.For example from DE-OS 21 63 537 it is known one or more cylinders of a multi-cylinder Internal combustion engine temporarily not to fire, depending but these non-fired cylinders continue to use fresh gas to be sucked in, which then compresses and thereafter, as unburned fresh gas, befeu's exhaust gases first cylinder is added. The one or not fire The first cylinder (s) thus acts as an air pump Help those u. a. Oxygen the flue gas stream of the fire th cylinder can be supplied for afterburning to achieve this exhaust gas flow. With such a afterburning can, on the one hand, the amount of Pollutants in the exhaust gas stream are reduced, on the other Ren can in the exhaust system of the internal combustion engine provided exhaust gas purification device by Nachver Burn after a cold start of the internal combustion engine Accelerated to the operating temperature will. The latter aspect is with internal combustion machines with the well-known catalytic converters from beson their interest.

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.Although one in the known prior art at least partial afterburning of the exhaust gas special quantity controlled, spark ignited distillate engine is achievable, so are still verbes Desirable to show the present has given the object of the task.

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.To solve this problem it is provided that from the outlet duct or the exhaust pipe near the exhaust duct of the a freshly operable cylinder at times branches off gas line in the outlet channel or in the Ab gas line near the outlet channel of at least one other fired cylinder opens. Advantageous ID and white Further training is the content of the subclaims.

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.According to the invention from the non-fired Zylin the pumped into the exhaust system of the internal combustion engine Fresh gas not only through the exhaust pipe of this Zy linders the exhaust flow of the rest, still fired Cylinder supplied, but can be directly on the pre Fresh gas line struck as close as possible to the outlet valve or to the exhaust valves of the still fired Cylinders are brought up. Through this as close as possible Introducing fresh gas to the exhaust valve of a be fired cylinder, which results from the fact that the Fresh gas line in the outlet channel or at least close to that ses outlet channel opens, is a much better Afterburning enabled, since in this area the Ab gas flow of the fired cylinder is still significantly higher here has temperature than further downstream where the cylinder-specific exhaust pipes merged are. The exhaust gas from the fired cylinders cools down the way through the exhaust pipes to the junction of the various exhaust pipes. Is now only in Area of this merge fresh gas supplied, so arises due to the lower temperature of the Ab a significantly worse post-combustion, than when the fresh gas supply takes place in the area where the exhaust gas stream has its maximum temperature. This However, the area is located in the outlet channel or directly downstream of the exhaust valve of a fired cylinder, so that fresh gas in this area only with the pre struck fresh gas line can be supplied.

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.It is particularly advantageous if the fresh gas pipe in or near the outlet channel of that Zylin that leads to the ignition sequence of the internal combustion engine follows the cylinder, which can be operated at times without fire. This ensures that directly downstream the fired cylinder exhaust valve then fresh gas is present when this exhaust valve opens. At the same time, this ensures that the fresh gas actually fresh gas line into the outlet duct fired cylinder can get because with this be wrote the vote in the individual exhaust pipes conditions prevailing pressure conditions are such that Fresh gas from the unfired cylinder over the Fresh gas line in the exhaust line of a fired Zy can flow more easily.

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. This can be fed into the fresh gas line from the non-fired one Cylinder fresh gas pushed out in an optimal way flow when this fresh gas line in the outlet area this cylinder with its mouth opening for Auslaßven til this unfired cylinder is aligned.

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.In contrast, the opening of the fresh gas line in the Area of the always fired cylinder prefers the off let valve facing away from this cylinder to ensure that the pre-exhaust surge has essentially no negative input river stays.

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.The cylinder, which can be operated at times without firing Fresh gas line can be divided into several lines branch and then in the exhaust pipes or off let channels of several cylinders open. This allows the cylinders that act as an air pump and are not fired several other cylinders still fired on the exhaust side supply with fresh gas. However, if the temporarily un fired operable cylinder self-fired, so it can be recommendable to take measures that prevent change that the exhaust gas via the fresh gas line in the Exhaust pipes of the other cylinder arrives. A derar A measure can be performed in the fresh gas line henes, switchable check valve.

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.The following description of a preferred embodiment example serves to explain the invention in more detail. In the only figure representation shows the two So-called exhaust manifold, in each of which three exhaust pipes a six-cylinder in-line internal combustion engine together are quantified, and with fresh gas lines according to present invention are provided.

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.Two exhaust manifolds 20 , 21 are flanged to the cylinder head 10, which is only shown in principle, of a six-cylinder in-line internal combustion engine, in each of which the exhaust pipes of three cylinders are combined. The exhaust pipes 11 , 12 , 13 of the cylinders with the numbers 1 , 2 , 3 form the first exhaust manifold 20 , the exhaust pipes 14 , 15 , 16 are combined to form the second exhaust manifold 21 . Each of the exhaust lines 11 to 16 connects to the associated, zylindindividuel len, provided in the cylinder head 10 exhaust port 21-26 of the cylinders 1 to 6 . As usual, each exhaust duct 21-26 is limited to the cylinder combustion chamber, not shown, by an exhaust valve 31-36 .

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.The cylinders Nos. 2 and the cylinders Nos. 5 are temporarily unfired operable, said cylinder, however, continues to suck in fresh gas via a not shown suction and discharge in the outlet ducts 22, 25 so that the exhaust gas stream further fired cylinders Nos. 1, 3 , 4 , 6 fresh gas is added. Afterburning can thus be caused in this exhaust gas stream. However, since the relieved from the non-fired Zy No. 2 , 5 exhausted fresh gas as close as possible to the exhaust valves of the still fired cylinders and in particular close to the exhaust valves 33 , 34 of the still fired cylinders No. 3 , 4 to be added to the exhaust gas flow beige , Two fresh gas lines 17 , 18 are provided.

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.The fresh gas line 17 protrudes with its temporarily un-fired cylinder 2 end into the outlet channel 22 , the corresponding orifice 19 'is aligned with the outlet valve 32 of this cylinder 2 , ie the orifice 19 ' is facing this Auslaßven valve 32 . In the same way, this applies to the mouth opening 19 'of the fresh gas line 18 , which is in the lasskanal 25 from the other temporarily fired cylinder No. 5 .

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.The orifices 19 'opposite Mün openings 19 ''of the two fresh gas lines 17 , 18 , which are in the exhaust lines 13 , 14 of the always fired Zy cylinder No. 3 , 4 , however, are the exhaust valves 33 , 34 of these cylinders 3 , 4 facing away , ie from the outlet valves 33 , 34 directed away. With the described orientation / alignment of the orifices 19 ', 19 ''of the two fresh gas lines 17 , 18 , there are optimal flow conditions.

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.The ignition sequence of the internal combustion engine explained, but not shown in more detail, is 1-5-3-6-2-4, ie combustion takes place in the individual cylinders 1 to 6 in the sequence described. Of course, in the order described, the gases are pushed out through the respective exhaust valves 31-36 . Are now temporarily operated the cylinders No. 2 , 5 unbe fired, ie these cylinders 2 , 5 work as an air pump, the fresh gas pushed out by these cylinders 2 , 5 through the fresh gas lines 17 and 18 the exhaust gas flows of the always fired cylinder No. 3 , 4 supplied exactly at the moment when these exhaust gas flows are pushed out into the outlet channels 23 , 24 of these cylinders via the respective outlet valves 33 , 34 . In this case, the fresh gas is introduced as close as possible to the exhaust ducts 23 , 24 in the exhaust gas lines 13 , 14 via the fresh gas lines 17 , 18 , so that the exhaust gas of the two cylinders 3 , 4 is still sufficiently hot to achieve optimal afterburning.

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.Of course, in the case of unfired operation of the cylinder 2 and 5 , fresh air is also added to the exhaust gas flows emerging from the cylinders 1 and 6 ; this happens directly via the exhaust pipes 12 and 15 . For the exhaust gas streams of the cylinders 1 and 6 there is a less effective afterburning than for those of the cylinders 3 and 4 , but it is of particular importance that at least the latter cylinder exhaust gas streams are burned particularly effectively. It is entirely possible to lead further fresh gas lines, which can branch off from the existing fresh gas lines, into the outlet channels 21 and 26 of the cylinders Nos. 1 and 6 . In addition, other modifications of the embodiment shown are of course possible without leaving the content of the claims.

Claims

1. Internal combustion engine with a plurality of cylinders ( 1-6 ), of which at least one ( 2 , 5 ) can be operated at times without firing in order to add fresh gas to the exhaust gas of the fired cylinder ( 1 , 3 , 4 , 6 ), several of which to the exhaust ports ( 21-26 ) in the engine cylinder head ( 10 ) adjoining individual cylinder exhaust pipes ( 11-16 ), characterized in that from the exhaust port ( 22 , 25 ) or from the exhaust pipe ( 12 , 15 ) near the exhaust channel of the temporarily non-fired cylinder ( 2 , 5 ) branches off a fresh gas line ( 17 , 18 ) which in the outlet channel ( 23 , 24 ) or in the exhaust line ( 13 , 14 ) near the outlet channel at least one of the fired cylinders ( 3 , 4 ) flows out.

2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the fresh gas line ( 17 , 18 ) in or near the outlet channel (es) ( 23 , 24 ) of that cylinder ( 3 , 4 ) opens, which in the ignition sequence of the internal combustion engine at times Unbe fired operable cylinder ( 2 , 5 ) follows.

3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the fresh gas line ( 17 , 18 ) in the region of the temporarily unfired be drivable cylinder ( 2 , 5 ) with its mouth opening ( 19 ') to the exhaust valve ( 32 , 35 ) this cylinder whose ( 2 , 5 ) is aligned.

4. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the fresh gas line ( 17 , 18 ) in the region of the always fired cylinder ( 3 , 4 ) with its mouth ( 19 '') the outlet valve ( 33 , 34 ) of this cylinder ( 3 , 4 ) is turned away.

5. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the from the sometimes unbe fired cylinder ( 2 , 5 ) outgoing fresh gas line ( 17 , 18 ) is branched ausgebil det and opens into the exhaust pipes or exhaust ports of several cylinders.

6. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that a check valve is provided in the fresh gas line ( 17 , 18 ).

7. internal combustion engine, in particular in-line internal combustion engine with six cylinders (1-6), according to any one of the preceding claims, wherein the exhaust pipes (11, 12, 13) of the first three cylinders (Nos. 13) and the exhaust pipes (14 , 15 , 16 ) of the second three cylinders (No. 4 - 6 ) are each brought together in an exhaust manifold ( 20 , 21 ) and the ignition sequence is 1-5-3-6-2-4, characterized in that the Cylinder Nos. 2 and 5 can be operated at times without a fire and the fresh gas line ( 17 ) assigned to cylinder No. 2 leads to cylinder No. 4 , and the fresh gas line ( 18 ) assigned to cylinder No. 5 leads to cylinder No. 3 .