DE3203952A1

DE3203952A1 - Verbrennungskraftmaschine mit aufladung

Info

Publication number: DE3203952A1
Application number: DE19823203952
Authority: DE
Inventors: Inoue Tokyo Kazuo
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1981-02-06
Filing date: 1982-02-05
Publication date: 1982-12-02
Also published as: DE3203952C2; FR2499626B1; GB2095328B; US4445336A; GB2095328A; FR2499626A1

Description

et«*

Dipl.-lng. H. MITSCHERLICH '''"' V° ""D-SOOO MÖNCHEN 22

Dipl.-lng. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstraße 10

Dr.cT.n.t. W. KÖRBER ^ ⁽⁰⁸⁹⁾

Dipl.-lng. J. SCHMIDT-EVERS
PATENTANWÄLTE

HONDA GIKEN KOGYO KABUSHIKI KAISHA
8-go, 27-ban, Jinguraae, 6-choitie
Shibuya-ku

Tokyo / Japan

Verbrennungskraftmaschine mit Aufladung.

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit Aufladeverdichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Unter verschiedenen Verbrennungskraftmaschinen ist eine solche mit einem Aufladeverdichter im Ansaugkanal bekannt, durch den die angesaugte Luft verdichtet und die angesaugte Luftmenge vergrößert und die Maschinenleistung erhöht wird. Wird bei einer solchen Verbrennungskraftmaschine die Drosselklappe aus einer dem Betriebszustand entsprechenden geöffneten Stellung plötzlich geschlossen, wobei der Verdichter weiter arbeitet, um die Ansaugluft zu verdichten, und die <*·"»>. Maschine auf der Solldrehzahl zu halten, so fließt die verdichtete Luft im Ansaugkanal durch den Verdichter hindurch zur strmömaufwärtigen Seite des Ansaugkanals zurück. Die zurückfließende Luft erzeugt im Ansaugkanal und besonders im Verdichter Störungen wie Strömungsablösungen und störende Geräusche. Der beabsichtigte Aufladeeffekt kann dann und selbst dann nicht erreicht werden, wenn die Maschine wieder auf Leistung geschaltet wird. Die angestrebte Leistungserhöhung der Maschine ist nicht erreichbar.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden Luftdruckänderungen im Ansaugkanal weitgehend vermieden, sodaß die Maschinenleostung weitgehend konstant bleibt.

Dies wird dadurch erreicht, daß im Ansaugkanal ein Einwegventil in Serie mit dem Verdichter vorgesehen wird, das einen Rückfluß der angesaugten Luft im Ansaugkanal verhindert,

Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachstehend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Motorrades mit einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Verdichter entsprechend der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Ansicht der Aufladeeinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich der in Fig. 2, von einer anderen Ausführung der Aufladeeinrichtung;

Fig. k eine Ansicht ähnlich der Fig. 2 mit einer abgewandelten Form der Aufladeeinrichtung; und

Fig. 5 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen den Offnnngswinkeln der Drosselklappe und dem Drohwinkel des Antriebsgliedes zeigt.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie sie bei einem Motorrad vorgesehen ist, im einzelnen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

In der Fig. 1 ist eine Verbrennungskraftmaschine E, die das Motorrad antreibt, auf einem Rahmen F angeordnet.

Die Verbrennungskraftmaschine E ist mit einem Turboverdichter S ausgerüstet, um die Luftzuführung durch Verdichtung zu verstärken und dadurch die Maschinenleistung zu erhöhen.

Der Verdichter S wird vom Rahmen F getragen.

Nachfolgend wird das Aufladesystem der Verbrennungskraftmaschine E, die mit dem Turboverdichter ausgerüstet ist, «inter Bezug auf die Figj 2 beschrieben.

Der Ilauptkörper der Verbrennungskraftmaschine E weist einen Zylinderblock 1 mit einem darin gleitenden Kolben 3 und einen auf ihm befestigten Zylinderkopf.2 auf, wie dies üblich ist. Der Zylinderkopf 2 und der Kolben 3 bilden

zwischen sich den Verbrennungsraum k, der mit einem Einlaß_5 und einer AuspuffÖffnung versehen ist. Die Einlaß- und Auslaß-Öffnungen 5 und 6 werden abwechselnd durch Einlaßbzw. Auslaßventile 7 bzw. 8 geöffnet bzw. geschlossen.

Ein Ansaugkanal 9 und ein Abgaskanal 10 sind mit den äußeren Enden der Einlaß- bzw. AuspuffÖffnungen 5 bzw. 6 verbunden und der Turbo-Verdichter S überbrückt die Kanäle 9 und 10.

Der Turbo-Verdichter S weist eine Turbine T, die an einen mittleren Teil des Auspuffkanals 10 und den Verdichter C auf, der an einen mittleren Abschnitt des Ansaugkanals 9 angeschlossen ist. Die Turbine T besteht aus einer Turhjncnkammcr 12, die an den Auspuffkanal IB anschließt und einem darin angeordneten Turbinenrotor Ik. Der Verdichter C besteht aus einer Verdichtericammer 11, die an den Ansaugkanal 9 anschließt. In ihr ist der Verdichterrotor 13 angeordnet. Die Turbinenkammer 12 und die Verdichterkammer 11 sind durch ein einstückiges Bauteil, das als Lagerträger l6 dient, mit einander verbunden. Der Turbinenrotor I^ und der Verdichterrotor 13 sind mit einander durch eine gemeinsame Welle 15 verbunden, sodaß sie gemeinsam umlaufen. Die Welle 15 wird von Lagern 171 -l8 im Lagerträger l6 getragen.

Eine Brennstoff-Einspritzdüse 19 ist nahe der Einlaßöffnung an den Ansaugkanal 9 angeschlossen und eine Drosselklappe ist unmittelbar stromaufwärts von der Einspritzdüse 19 angeordnet. Eine Vorkammer 21 wird dadurch ausgebildet, daß ein Teil des Querschnitts des Ansaugkanals 9 stromaufwärts von der Drosselklappe 20 ausgebeult ist. Ein Zweigkanal 22 geht zwischen der Vorkammer 21 und dem Verdichter C vom Ansaugkanal aus und ist mit einem Resonanzhohlraum 23 verbunden.

Ein Einwegventil, durch das eine Rückströmung der angesaugten und dem Verbrennungsraum k zuströmenden Luft verhindert wird, ist innerhalb des Ansaugkanals 9 angeordnet. Es wird stromaufwärts vom Verdichter C von einem Blattfederventil 2k im

Ansaugkanal 9 gebildet. Ein Zweigkanal 25 mit wesentlich kleinerem Querschnitt als der Ansaugkanal 9 zweigt zwischen dem Blattfederventil 2k und dem Verdichter C vom Ansaugkanal 9 ab. Ein Filter 27, z.B. aus Metallgewrebe, ist stromab vom Zweigkanal 25 im Ansaugkanal 9 angeordnet. Ein Luftreiniger Ac ist mit der Einlaßöffnung des Ansaugkanals 9 verbunden. Der Luftreiniger Ac besteht aus einem Gehäuse 28, das durch ein Reinigungselement 29 in eine Reinigungskammer a. und eine zweite Reinigungskammer a„ unterteilt ist. Die Einlaßöffnungen des Ansaugkanals 9 und des Zweigkanals 25 sind zur Reinigungskammer a_ hin offen.

Im Ansaugkanal 9 sind verschiedene Fühler angeordnet, um die Menge des durch die Düse 19 eingespritzten Brennstoffs zu stj/uern. Ein Temperaturfühler T , der die Temperatur an der Einlaßöffnung des Verdichters C und ein erster Druckfühler P₁, der den Druck an gleicher Stelle mißt, sind mit dem Ansaugkanal 9 zwischen dem Verdichter C und dem Einwegventil 24 verbunden. Die Temperatur und der Druck der Atisauglauf t, die in die Einlaßöffnung des Verdichters eintritt^ nachdem sie das Einwegventil 2k durchströmt hat, werden von diesen Fühlern überwacht. Ein zweiter Druckfühler P₀ ist stromaufwärts von der Drosselklappe 20, jedoch stromabwärts vom Verdichter C, an den Ansaugkanal 9 angeschlossen. Er überwacht also den Druck der verdichteten Luft im Abschnitt stromabwärts vom Verdichter C und stromaufwärts von der Drosselklappe 20.

Ein dritter Druckfühler P ist an den Ansaugkanal 9 stromab von der Drosselklappe 20 angeschlossen, um dort den Aufladedruck im Kanal 9 zu messen. Ein Winkelmesser A ist an die Drosselklappe 20 zur Feststellung des Öffnungwinkels der Klappe angeschlossen. Die Temperatur der verdichteten Luft stromab vom Verdichter C kann aus den Werten der verschiedenen beschriebenen Fühler rechnerisch ermittelt werden.

Die bisher bekannte Brennstoffeinspritzung und Zündzeitpunktsteuerung bestimmt die grundsätzliche Brennstoffmenge und

ι · ο # β <v

• ο

• β β β

α β

den. Zündzeitpunkt in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit der Maschine und dem negativen Aufladedruck (Arbeitsbereich dar Maschine bei niedriger Last) odor dcm-ürfinniKsgrnd dor
Drosselklappe (Arbeitsbereich der Maschine bei hoher Last)
als Eingangsdaten, berichtigt die Luftmenge auf Grund der
von den Druck- bzw« Temperaturfühlern ermittelten Werte
stromaufwärts vom Verdichter und den Aufladedruck stromab vom Verdichter und steuert praktisch so die Menge des eingespritzten Kraftstoffs und den Zündzeitpunkt»

An die Auspufföffnung ist ein Auspuffschalldämpfer M angeschlossen.

Nachstehend wird die Arbeitsweise dieser Ausführungsform
der Erfindung erläutert:

Wenn.die mit dem Verdichter ausgerüstete Verbrennungskraftmaschine in Betrieb ist, strömt das beim AuspuTfhub aus dem Verbrennungsraum 4 ausgeschobene Abgas durch den Abgaskanal IU zur Turbine T und überträgt seine Energie auf den Turbinenrotor 14. Dadurch wird der Turbinenrotor 14 gedreht und
treibt den Verdichtungsrotor 13 über die Welle 15 an, sodaß die in den Absaugkanal 9 durch den Luftreiniger Ac und durch das Einwegventil 24 angesaugte Luft durch den Verdichter C
verdichtet, der Vorkammer 21 zugeführt wird. Die Durchflußmenge wird durch die Drosselklappe 20 gesteuert und vermischt sich danach mit dem durch die Düse 19 eingespritzten Kraftstoff,und die Mischung aus Luft und Kraftstoff wird dem
Brennraum 4 beim Ansaughub der Maschine zugeführt. Wenn eine Druckschwankung im Ansaugkanal 9 durch die intermittierende Arbeitsweise des Einlaßventils 7 oder dergl. beim Betrieb
der Maschine angeregt werden sollte, so werden solche
Schwingungen durch die Vorkammer 21 und den Resonanzhohlraum 23 gedämpft, sodaß Schwingungen des Verdichters C vermieden werden und der Wirkungsgrad der Luftansaugung verbessert
wird.

Wie vorstehend erwähnt, sei angenommen, daß die Drosselklappe 20 aus einem geöffneten Zustand,_bei dem der Verdichter und dementsprechend die Verbrennungskraftmaschine unter Aufladung arbeitet, plötzlich geschlossen wird. Wenn kein Blattfederventil 2k im Ansaugkanal 9 vorhanden wäre, würde die verdichtete Luft sofort im Ansaugkanal rückwärts strö>rmen und Störungen in der Strömung,wie z.B. Stromablösungen im Verdichter C, verursachen. Infolgedessen ist der Aufladeeffekt mehr oder weniger verloren, wenn die Drosselklappe 20 wieder geöffnet wird und die vorgesehene Maschinenleistung wird nicht erbracht. Wie oben dargelegt, kann die Ablösung der Strömung im Ansaugkanal 9 erfindungsgemäß im voraus dadurch verhindert werden, daß das Federblattventil 2k im Ansaugkanal 9 angeordnet wird, wodurch eine Rückströmung der Luft im Ansaugkanal 9 beim Schließen der Drosselklappe verhindert wird, und die Maschine kann ihre gewünschte hohe Leistung aufrecht erhalten.

Wenn die Drosselklappe 20 plötzlich geschlossen wird, erreicht ein Teil der durch den Ansaugkanal 9 zurückfließenden Ansaug-.! uf t don Luftreiniger Ac durch den Zweigkanal 25 geringen Durchmessers. Dadurch wird der Druck im Ansaugstutzen 9 stromab vom Blattfederventil 2k herabgesetzt, wodurch die Bremskraft der Maschine verstärkt wird. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß ein am Zweigkanal angeordneter Schalldämpfer 26, wie dies in Fig. 2 durch gestrichelte Linien angedeutet ist, wirkungsvoll störende Geräusche, die bei einem plötzlichen Schließen der Drosselklappe 20 auftreten könnten, herabsetzt. Da der Durchmesser des Zweigkanals 25 wesentlich kleiner als der des Ansaugkanals 9 ist, braucht der Schalldämpfer nur eine geringe Größe zu haben.

Während des Maschinenbetriebes übertragen der erste, zweite und dritte Druckfühler P.,P„,P , der Temperaturfühler T und der Winkelmesser A die von ihnen gemessenen Werte an die

β» C

a «α

ο ο

Steuereinrichtung für die Kraftstoffeinspritzung und den Zündzeitpunkt. Da der erste Druckfühler P. und der Temperaturfühler T- zwischen dem Federblattventil 24 und dem Verdichter innerhalb des Ansaugkanals 9 angeordnet sind, messen sie den Druck und die Temperatur der Ansaugluft am Eintritt in den Verdichter, nachdem sie das Federblattventil durchströmt hat, sodaß Korrekturen von Änderungen der Werte infolge des Durchtritts durch das Ventil 2k nicht vorgenommen werden brauchen.

Wenn beim erläuterten Ausführungsbeispiel ein Turbolader S '*"**'' als Verdichter und ein Federblattventil 2k als Einwegventil vorgesehen sind,, so sind doch andere Verdichter- und Einwegventilanordnungen mö-rglich. Das Einwegventil könnte an einem beliebigen Punkt des Ansaugkanals 9 angeordnet werden, wenn es nur mit dem Verdichter in Serie geschaltet ist. Wenn das Blattfederventil 2k stromauf vom Verdichter C in dem Ansaugkanal 9 wie im vorstehend beschriebenen Beispiel angeordnet ist, verursacht es jedoch keine Schwingungen des Verdichters C.

Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Aufladesystems für eine Verbrennungskraftmaschine E. Bei diesem Beispiel werden für gleiche Bauteile die gleichen BezuRS-■·^<ί"^χ zeichen verwendet, wie beim Beispiel nach Fig. 2. Bei diesem Ausführuhgsbeispiel ist das Einwegventil, durch das der Rückstrom der Ansaugluft, die zum Verbrennungsraum k strömt, d.h. das Blattfederventil 24 an der Einlaßöffnung zur Vorkammer 21 stromab vom Verdichter C, im Ansaugkanal 9 angeordnet. Ein Umgehungskanal 31 von geringerem Durchmesser, der das Blattfederventil 2k umgeht, ist <±m Ansaugkanal 9 vorgesehen und ermöglicht einem Teil der verdichteten Luft in der Vorkammer 21 langsam zur Stromaufseite des Blattfederventils 2k zu entweichen, wodurch der Druck in der Vorkammer 21 reguliert wird.

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Im Betrieb wird daher die Ansaugluft im Ansaugkanal 9 stromab des Blattfederventils 2k durch das Blattfederventil 2k daran gehindert, zurück zu strömen, sodaß selbst bei Druckänderungen im Ansaugkanal stromauf vom Blattfederventil 2k infolge von Schwingungen des Verdichters C oder dergl. der Druck stromab vom Blattfederventil 2k sich nicht ruckartig ändert, wodurch der Betrieb der Maschine gleichmäßig bleibt. Selbst wenn eine Druckschwankung stromab vom Blattfederventil 2k infolge des Öffnens oder Schließens des Einlaßventils 7 oder dergl. im Ansaugkanal 9 auftritt, kann dies sich nicht leicht auf den Verdichter C auswirken, sodaß hierdurch der Betrieb der Maschine stabilisiert wird.

Andererseits ist ein Überlauf 32, der die Turbine T umgeht und mit dem Abgaskanal 10 verbunden ist, vorgesehen. Dadurch, daß ein Teil des Abgusstrotnes der Maschine in den Überlauf entweichen kann, wird der Druck an der Eintrittsöffnung der Turbine T geregelt. Im Mittelteil des Überlaufkanals 32 ist ein Überlaufventil 33 angeordnet, dessen Einstellung den Abgasstrom in der Überlauf leitung s/feuert.

Fig. k zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2. Diese Abwandlung entspricht der Fig. 2 bis auf die Tatsache, daß das Blattfederventil durch ein Regelventil J>k ersetzt ist, das funktionsmäßig so mit der Drosselklappe 20 verbunden ist, daß das erstere entsprechend den Offnungs- bzw. Schließbewegungen des letzteren, jedoch schneller als das letztere geöffnet bzw. geschlossen wird. Im einzelnen ist die Drosselklappe 20 auf einer Drosselwelle 35 angeordnet, die durch ein Drosselgelenk 36 und ein Drosselkabel 37 mit einem Bedienungsglied 38, wie z.B. einem Drehhandgriff, der drehbar auf einem Steuerhandgriff 39 angeordnet ist, verbunden ist, sodaß die Drosselwelle 35 verdreht wird, um die Drosselklappe 20 dtirch Drehung des Bedienungsgliedes 38 zvl öffnen bzw. zu schließen. Das Regelventil J>k ist auf einer Regelwelle k0 befestigt, die durch ein Regelgelenk kl, ein Regelkabel k2 und eine Feder k3 mit dem Bedienungsglied 38 verbunden istj

&odaß die Regelwelle ΛΟ verdreht wird, um das Regelventil 3^ durch Drehung des Bedienungsgliedes 38 zu öffnen bzw. zu schließen. Das Regelgelenk kl ist kürzer als da« Drossolgclcnk 36, sodaß das Regelventil 3k bei Drehung des Bedienungsgliedes 38 schneller geöffnet bzw, geschlossen wird als die Drossel- f klappe 20. Die Beziehung zwischen den Öffnungsgraden (θ) der Drosselklappe 20 und dem Regelventil 3k Όχιά dem Verdrehungswinkel R des Bedienungsgliedes 38 ist in Fig. 5 gezeigt. Darin ist auf der Abzisse der Verdrehungswinkel R und auf der Ordinate der Öffnungsgrad θ aufgetragen.

^/"*^s Die Erfindung bietet insgesamt die folgenden Vorteile: Erstens ist es, da das Einwegventil im Innern des Ansaugkanals und dort in Serie mit dem Verdichter, der die angesaugte Luft verdichtet, angeordnet ist, um einen Rückstrom der angesaugten Luft zu vermeiden, möglich, Strömungsunregelmäßigkeiten der angesaugten Luft, wie Ablösungserscheinungen der Luft im Ansaugkanal, insbesondere im V_erdichter, wenn die Drosselklappe plötzlich geschlossen wird, zu vermeiden. Dadurch wird erreicht, daß die beabsichtigte Aufladung erhalten bleibt und die Maschinenleistung erhöht wird.

Wenn das Einwegventil im Ansaugkanal stromauf vom Verdichter angeordnet ist, verursacht es keine Schwingungen des "**■* Verdichters.

Der Zweigkanal, der zwischen dem Einwegventil und dem Verdichter vom Ansaugventil abzweigt und mit der Atmosphäre in Verbindung steht, dient dazu, einen Tgil der Ansaugluft im Ansaugkanal zur Atmosphäre entweichen zu lassen, wenn die Drosselklappe plötzlich geschlossen wird. Dadurch wird der Luftdruck im Ansaugkanal herabgesetzt und die Bremswirkung der Maschine erhöht.

Der Fühler für die Dichte der Ansaugluft, der aus Druckmessern und einem Temperaturfühler besteht, ist innerhalb des Ansaugkanals zwischen dem Einwegventil und dem .Verdichter angeordnet.

Er ermittelt die Luftdichte aus dem atmosphärischen Druck und der Umgebun gstemperatur der Ansauglauft der Verbrennungskraftmaschine. Diese Anordnung macht es möglich, den Druck und die Temperatur an der Einlaßöffnung des Verdichters als Bezugsgröße zur Berichtigung der gemessenen Werte heranzuziehen und macht es unnötig, sie auf Grund von Änderungen der Drücke und der Temperatur stromauf und stromab vom Einwegventil, zu berichtigen. Die Berichtigung kann daher leicht und genau trotz der Anordnung des Einwegventils vorgenommen werden.

Das Einwegventil, wie das Blattfederventil oder dergl. ist innerhalb des Ansaugkanals stromab vom Verdichter angeordnet. Dadurch wird ein Rückstrom der angesaugten Luft innerhalb des Ansaugkanals verhindert. Im Betrieb wird die angesaugte Luft stromab vom Einwegventil durch das Einwegventil daran gehindert, zurückzuströmen. Selbst wenn ein Druckwechsel stromauf vom Einwegventil infolge von Verdichterschwingungen oder dergl. eintritt, ändert sich der Druck stromabwärts vom Einwegventil nicht wesentlich. Der Betrieb der Maschine bleibt daher stabil und die gewünschte Leistung kann kontinuierlich aufgebracht werden. Darüber hinaus kann sich der Einflxiß von Druckschwingungen im Ansaugkanal stromab vom Einwegventil, die durch das Öffnen und Schließen des Einlaßventils der Maschine oder dergl. angeregt sein können, nicht leicht auf den Verdichter auswirken, d.h. der Verdichter arbeitet auch dann gleichmäßig.

Der Patentanwalt

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Claims

• Ansprüche.

Verbrennungskraftmaschine mit Aufladeverdichter mit einem Einlaß, der mit einem Luftansaugkanal verbunden ist, um die durch den Ansaugkanal strömende Luft zu verdichten, dadurch gekennzeichnet, daß im Ansaugkanal (9) ein Einwegventil (24) in Serie mit dem Verdichter (C) angeordnet ist, um einen Rückstrom der verdichteten Ansaugluft, die durch den Ansaugkanal (9) strömt, zu verhindern.

Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicnet, daß das Einwegventil (24) stromaufwärts vom Verdichter (C) angeordnet ist.

Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen dem Einwegventil (24) und dem Verdichter (C) vom Ansaugkanal (9) ausgehender Zweigkanal (25) vorgesehen ist, der in die Atmosphäre mündet.

Maschine nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß im Ansaugkanal (9) zwischen dem Einwegventil (24) und dem Verdichter (C) ein Luftdruckfühler (P.) angeordnet ist, um die Luftdichte am Verdichtereintritt zu ermitteln.

Maschine nach Anspruch 1-3,· dadurch gekennzeichnet, daß das Einwegventil als Blattfederventil (2k) ausgebildet ist.

Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einwegventil (2'l) stromab vom Verdichter (C) angeordnet ist.