DE1751726A1 - Anordnung fuer die Luft- bzw.Gemischzufuhr von Verbrennungsmaschinen - Google Patents

Description

1751726 Patentanwalt Dipl.-Phys. Gerhard Liedl 8 München 22 Stelnsdorfstr. 21-22 Tel. 29 84 62

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Kubota Tekko Kabushiki Kaisha No. 22, Funade-cho 2-chome, Naniwa-ku, Osaka-shi, Japan

Anordnung für die Luft-bzw. Gemischzufuhr von Verbrennungs-

maschinen

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für die Zuführung von Luft oder Gemisch für Verbrennungsmaschinen mit einem oder mehreren Zylindern mit jeweils mindestens einer Einlaß- und einer Auslaßöffnung.

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Im allgemeinen wird die maximale Ausgangsleistung einer Verbrennungsmaschine entscheidend von folgenden Faktoren beeinflußt:

1. die pro Zeiteinheit zugeführte Luft- bzw. Gemischmenge;

2. die mechanische Beanspruchung;

3. die Wärmebeanspruchung.

Es ist bekannt, daß der Hauptfaktor bei der Verminderung oder Begrenzung der Ausgangsleistung der Verbrennungsmaschine in den meisten Fällen die ungenügende Luftversorgung der Maschine ist.

Bei einer üblichen Verbrennungsmaschine sind ein oder mehrere Einlaß- oder Auslaßventile getrennt in dem Zylinderkopf vorgesehen und arbeiten auch getrennt. Bei einer derartigen Anordnung ist es oft schwierig, die Einlaßventile mit einem ausreichend großen Einlaßquerschnitt zu versehen, was dazu führt, daß die Menge der ansaugbaren Luft beschränkt iet und damit gleichzeitig die maximale Ausgangsleistung der Maschine.

Um solche Schwierigkeiten zu umgehen, wurde vorgeschlagen, die Abmessungen des Einlaßventile zu vergrößern oder die Anzahl der Einlaßventile zu erhöhen.

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Diese Vorschläge stoßen jedoch auf konstruktive Schwierigkeiten.

Es ist ferner bekannt, einen Auflader zu verwenden, der die Maschine mit Luft auflädt, insbesondere um überschüssige Luftmengen in die Maschine zu fördern, wodurch die obengenannten Schwierigkeiten vermieden werden. Von dieser Methode wird bei Dieselmotoren bereits in weitem Umfang Gebrauch gemacht.

Gemäß der Erfindung soll nun eine Anordnung vorgeschlagen werden, mit deren Hilfe die Luft- bzw. Gemischversorgung für eine Verbrennungsmaschine gesteigert und deren Ausgangsleistung erhöht werden kann.

Die Anordnung geinäß der Erfindung ist dabei sowohl bei Verbrennungsmaschinen mit Auflader als auch bei solchen ohne Auflader einsetzbar.

Die oben gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einer Verbrennungsmaschine der eingangs beschriebenen Art ein Ein- und Auslaß-Steuerventil vorgesehen wird, das die Auslaßöffnung nach dem Aüslaßtakt als Einlaßöffnung für Luft oder Luftgemisch freigibt.

Bei einer Verbrennungsmaschine gemäß der Erfindung dient also die Einlaßöffnung wie bei den bekannten Verbrennungsmaschinen der Zufuhr von Luft oder Gemisch, während die Auslaßöffnung, die bei dea bekannten Verbrennungsmaschinen nur dem Auslaß der Abgase dient, als sogenannte

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Ein- und Auslaßöffnung konstruiert ist, die beiden Vorgängen, nämlich dem Auslassen der Abgase und dem Ansaugen der Luft bzw. des Gemisches dient.

Um dies zu erreichen, ist die Auslaßöffnung mit einem Ein- und Auslaß-Steuerventil versehen, das die Ein- und Auslaßvorgänge in dieser öffnung steuert.

Durch die Konstruktion de£ üblichfintÄuslaßöffnung als Ein- und Auslaßöffnung, wie dies oben beschrieben wurde, wird außer der eigentlichen Einlaßöffnung zusätzlich die Ein- und Auslaßöffnung für das Ansaugen von Luft oder Gemisch freigegeben, wodurch die angesaugte Luft- bzw. Gemischmenge entsprechend erhöht wird.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform gemäß der Erfindung ist das Ein- und Auslaß-Steuerventil ale Drehventil ausgeführt, das sich mit einer Geschwindigkeit dreht, die auf die Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle abgestimmt ist.

Besonders bevorzugt wird dabei ein Ein- und Auslaß-Steuerventil, bei dem ein Auelaßventilblech und mindestens ein Einlaßventilblech vorgesehen sind, die durch Bereichstrennplatten voneinander getrennt sind, wobei das Auslaßventilblech der Schließung und Öffnung des Auslaßberei-

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ches dient, der den Zylinder der Verbrennungsmaschine mit der Auslaßsammelleitung verbindet und wobei das bzw. die Einlaßbleche der Öffnung bzw. Schließung des Einlaßbereiches dienen, der den Zylinder der Verbrennungsmaschine mit der Einlaßsammelleitung verbindet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Zylinderkopf einer Verbrennungsmaschine mit einer Anordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 in der Draufsicht ein Detail der Anordnung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 in perspektiver Darstellung Einzelheiten eines Ein- und Auslaß-Steuerventils gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Ventil gemäß Fig. 3;

Fig. 5 eine Darstellung der zeitlichen Abläufe in einer Verbrennungsmaschine mit einer Anordnung gemäß der Erfindung;

^' verdeutlichen den Bewegungsablauf wichtiger Teile bei einer bis 8

Verbrennungsmaschine mit einer Anordnung gemäß der Erfindung.

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In Fig. 1 ist mit 1 das Gehäuse einer Verbrennungsmaschine bezeichnet, an dem eine Zylinder wandung 2 befestigt ist. Ein Kolben 3 ist hin- und herbewegbar innerhalb der Zylinder wandung 2 angeordnet.

In Fig. 1 ist der Kolben 3 in der Position eingezeichnet, die er am oberen Totpunkt einnimmt. Über der Zylinder wandung und dem Kolben 3 ist ein Zylinderkopf 4. montiert, der mit einem Einlaßventil 13 und mit einem Ein- und Auslaßventil 14 versehen ist und eine Einlaßöffnung 5 und eine Ein- und Auslaßöffnung β aufweist.

Die Ein- und Auslaflöf nung 6 ist mit einem Ein- und Auslaß-Steuerventil 7 versehen, das nachstehend beschrieben wird. Das Ventil ist drehbar auf einer Achse gelagert, die senkrecht zu dem Gasstrom liegt, das entweder abgelassen oder angesaugt wird.

Das Ansaugventil weist eine pilzförmige Gestalt auf und wird durch eine Nocke über einen Stößelschuh und eine Stößelstange sowie einen Kipphebei betätigt. Die Nockenscheibe 8 dreht sich mit verminderter Geschwindigkeit entsprechend der halben Rotationsgeechwindigkeit der in der Zeichnung nicht dargestellten Kurbelwelle. Das Ein- und Auslaßventil 14 weist ebenfalle eine pilzförmige Gestalt auf und wird durch einen Mechanismus betätigt, der eine Nockenscheibe 8' und einen Kipphebel 11' aufweist, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.

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Das Bezugszeichen 20 bezeichnet eine Einlaßsammelleitung. Die Frischluft bzw. das Treibstoff- Luftgemisch, die bzw. das durch die Einlaßsammelleitung in die Einlaßöffnung 5 in der durch einen Pfeil angedeuteten Richtung fließt, gelangt über das Einlaßventil 13 in den Zylinder.

Wie Fig. 3 zeigt, ist die Ein- und Auslaßöffnung 6 in einem Auslaßbereich und in seitlich davon liegende Einlaßbereiche geteilt.

Die Teilung erfolgt innerhalb des Ein- und Auslaß-Steuerventiles 7. Der Auslaßbereich 21 und die Einlaßbereiche 22 sind jeweils mit getrennten Auslaßbereichsstutzen 23 bzw. Einlaßbereichsstutzen 24 verbunden, die sich außen am Zylinderkopf 4 befinden und mit der Auslaßsammelleitung 25 bzw. der Einlaßsammelleitung 26 verbunden sind. Bei Verbrennungsmaschinen, die mit einem Auflader arbeiten, stellen die Einlaßsammelleitungen 20 und 26 die beiden Zweige der Ausgangsleitung des Aufladers dar.

Wie die Figuren 3 und 4 zeigen, ist das Ein- und Auslaß-Steuerventil 7 als Drehventil ausgeführt, das auf dem Zylinderkopf 4 mit Hilfe einer Achse 15 befestigt ist, die von einem Getriebe 19 angetrieben wird, das ebenfalls auf der Achse 15 befestigt ist und sich in dem durch einen Pfeil in Fig. 1 angedeuteten Sinn dreht.

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Das Ein- und Auslaß-Steuerventil 7 enthält ein Auslaßventilblech 16,

zu

Einlaßventilbleche 17, die'beiden Seiten des Auslaßventilblechs 16 angeordnet sind und ein Paar von Bereichstrennplatten 18, die jeweils zwischen den Einlaßventilblechen und dem Auslaßventilblech liegen. Die Bleche 16 und 17 sowie die Bereichstrennplatten 18 sind fest mit der Achse 15 verbunden. Wie man der Zeichnung entnimmt, sind die Einlaß- und Auelaßventilbleche 16 und 17 senkrecht zu der Achse 15 und in der Weise angeordnet, daß sie miteinander einen bestimmten Winkel einschließen. Insbesondere wird in Fig. 3 deutlich, daß das Auslaßventilblech des Steuerventils 7 geeignet ist, die Verbindung zwischen dem Auslaßbereich 21 und der Ein- und Auslaßöffnung 6 zu kontrollieren, während die Einlaßventilbleche 17 die Verbindung zwischen den Einlaßbereichen 22 und der Ein- und Auslaßöffnung 6 kontrollieren.

Die Arbeitsweise der oben beschriebenen Anordnung soll nun anhand der Figuren 5 bis 8 beschriebet werden:

In Fig. Sa zeigt die Kurve C-16 den Öffnungsgrad des Auslaßventilbleches 16, des Ein- und Auslaß-Steuerventils 7 an, während die Kurve C-17 den Öffnungsgrad des Einlaßventilblechs 17 andeutet. Der Öffnungsgrad des Sin- und Auslaßventils 14 und des Einlaßventils 13 sind durch die Kurven C-14 und C-13 In Fig. 5b dargestellt.

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Fig. 5c zeigt die vier Taktzeiten I bis IV für eine Verbrennungsmaschine, und die Symbole T.D. P und B.D. T. bezeichnen jeweils den oberen und unteren Totpunkt des Kolbens.

In den Figuren 5 A, B und C zeigt die Abszisse die Position des Kolbens bzw. die während des Arbeitszyklus verstrichene Zeit an,und die Ordinate der Figuren 5 A und B zeigt den Öffnungsgrad der jeweiligen Ventilbleche bzw. Ventile. In Fig. 1 ist die Verbrennungsmaschine in einer Position dargestellt, die den Ausgangspunkt für unsere Betrachtungen anhand der Fig. 5 bilden soll. Die Maschine befindet sich am Anfang des ersten Taktes J,in dem die Verbrennung erfolgt. Der Kolben befindet sich auf dem oberen Totpunkt T.D.B,und die Ventilbleche 16 und 17 des Ein- und Auslaß-Steuerventils 7 sind ebenso wie die Ventile 13 und 14 geschlossen.

Wenn sich der Kolben 3 von dieser Ausgangsposition nach unten bewegt, beginnt das Auslaßventilblech 16 die Verbindung zwischen dem Zylinder und der Auslaßsammelleitung zu öffnen. Dies ist zu dem Zeitpunkt (a) in Fig. 5a der Fall.

Fig. 6 zeigt die Lage des Verbrennungsmotors in diesem Augenblick VI. Man erkennt, daß das Einlaßventil 13 und das Ein- und Auslaßventil 14 noch geschlossen sind und daß auch der Auslaßbereich 22 durch das Aus-

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laßventilblech 17 geschlossen ist. Nunmehr beginnt jedoch das Auslaßventilblech 16. den Auslaßbereich 21 zu öffnen. Wenn der Kolben 3 den Punkt (b) in Fig. 5b erreicht, beginnt sich das Ein- und Auslaßventil zu öffnen. Fig. 7 zeigt den Zustand der Maschine in der Position VII, der einem Zeitpunkt entspricht, der ein wenig später als der Zeitpunkt (b) in Fig. 5b liegt.

Die Verbrennung und Ausdehnung geht in dem Zylinder 2 noch immer vor sich und der Kolben 3 bewegt sich weiterhin nach unten. Das Einlaßventil 13 ist geschlossen.

Das Ein- und Auslaßventil 14 und das Auslaßventilblech 16 sind jedoch

schon zu einem gewissen Grade geöffnet, d.h. es beginnt allmählich der Aueiaßtakt TJ, und das verbrannte Gasgemisch wird aus dem Zylinder durch das Ein- und Auslaßventil 14 freigegeben. Es erreicht über die P Ein- und Auslaßöffnung β das Auslaßventilblech 16 des Ein- und Auslaß-

Steuerventils 7, den Auslaßbereich 21 und den Auslaßbereichsstutzen 23, die Auslaßbammelleitung 25.

Das Einlaßventilblech 17 des Bin- und Auslaß-Steuerventils 7 schließt noch immer die Einlaßbereiche 22 gegen die Ein- und Auslaßöffnung 6. Wenn der Kolben 3 den unteren Totpunkt B. D. P. erreicht and sich anschließend wieder nach oben bewegt, beginnt der Auelaßtakt Π. Das Ein-

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laßventil 13 beginnt sich zu öffnen, wie in Fig. 5b an Punkt (c) dargestellt ist> und es folgt der Zeitraum, in dem sich der Auslaßprozeß und der Einlaßprozeß überlappen. Wenn also, um diesen Sachverhalt noch einmal mit anderen Worten auszudrücken, die Maschine mit einem Auflader versehen ist, wird eine große Menge Luft durch das Einlaßventill3 zu dem Ein- und Auslaßventil 14 fließen, wodurch der Zylinderkopf 4 gekühlt wird.

Wenn der Kolben wiederum den/)berejr Totpunkt erreicht, ist der Auslaßtakt Π beendet und der Einlaßtakt m beginnt. Sobald der Kolben 3 eine Position erreicht hat, die dem Punkt (d) in Fig. 5a entspricht, beginnt das Einlaßventilblech des Ein- und Auslaß-Steuerventils 7 die Einlaßbereiche 22 zu öffnen, während das Auslaßventilblech 16 in zunehmendem Maße den Auslaßbereich 21 schließt.

Fig. 8 zeigt den Zustand der Maschine in der Position VIII, in der sich der Kolben 3 nach unten bewegt.

Wenn der Kolben eine Stellung passiert, die dem Punkt (e) in Fig. 5a entspricht, ist der Auslaßbereich 21 völlig geschlossen, was durch das Auslaßventilblech 16 des Ein- und Auslaß-Steuerventils 7 bewirkt wird und die Ein- und AusUßöffnung β ist nur noch mit den Einlaßbereichen

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verbunden. In dieser Position erfolgt die Zuführung des Lufttreibstoffgemisches in den Zylinder nicht nur durch die Einlaßöffnung 5 und über das Einlaßventil 13, sondern auch über den Weg, der sich von der Einlaßsammelleitung 26 über den Einlaßbereichsstutzen 24, die Einlaßbereiche 22, das Einlaßventilblech 17, die* Ein- und Auslaß-Steuerventile 7, die Ein- und Auslaßöffnung 6 und das Ein- und Auslaßventil erstreckt. Dieser Zustand wird aufrecht erhalten bis der Kolben 3 eine Position erreicht hat, die dem Punkt (f) in Fig. 5b entspricht.

Das Einlaßventil 13 und das Ein- und Auslaßventil 14 sind dann geschlossen und der Ansaugvorgang wird beendet. Danach beginnt die Maschine mit dem Kompressionstakt IV. Wie aus dem Vorangegangenen deutlich wird, erfolgt das Ansaugen der Luft oder des Lufttreibstoffgemisches während des Ansaugtaktee der Maschine nicht nur über die eigentliche Ansaugöffnung, sondern auch über die Auslaßöffnung und das Auslaßventil, die bei den bisherigen Maschinen nur für den Auslaßvorgang betätigt wurden. Folglich kann bei einer Verbrennungsmaschine gemäß der Erfindung die doppelte Luft· bzw. Gemischmenge wie bei einer herkömmlichen Maschine angesaugt werden, wodurch die Ausgangsleistung der Maschine entsprechend erhöht werden kann.

Da darüber hinaus die kalte Luft bzw. das kalte Gemisch durch die Auslaßäff mug und an dem Auslaßventil vorbeigesaugt werden, wird das Aus-

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laßventil dadurch gekühlt und seine Lebensdauer kann verlängert werden.

Vorstehend wurde die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispieles erläutert. Es soll jedoch an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen werden, daß die Anwendung der Erfindung keineswegs auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt ist, und daß Abwandlungen und Änderungen möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims (3)

Patentansprüche

1. Anordnung für die Zuführung von Luft oder Gemisch für Verbrennungsmaschinen, mit einem oder mehreren Zylindern, mit jeweils mindestens einer Einlaß- und einer Auslassöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ein- und Auslaß-Steuerventil (7) vorgesehen ist, da» die Auslaßäffnung (0) nach dem Auslassen der Allgase als Einlaßöffnung (6) für Luft odtt Gemisch freigibt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das SHi- und Auslaß-Steuerventil (7) als Brehventii auegefüfcrt lsi und sieh mit einer Geschwindürkeit dre&ft. &* slfttesj da» hailitn ll>otiitlo—i[iS<nltiitiMilit«rtt der Kurbelwelle ist.

3. Anordnung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auslaßventilblech (16) und mindestens ein Einlaßventilblech (17) vorgesehen sind, die durch Bereichstrennplatten (18) voneinander getrennt sind, wobei das Auslaßventilblech (16) der Schließung und Öffnung des Auslaßbereiches (21) dient, der den Zylinder (2) der Verbrennungsmaschine mit einer Auslaßsammelleitung (25) verbindet und wobei das bzw. die Einlaßventilbleche (17) der Öffnung bzw. Schließung des Einlaßbereiches (22) dienen, der den Zylinder (2) der Verbrennungsmaschine mit der Einlaßsammelleitung (26) verbindet.

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