DE3737828A1 - Verbrennungsmotor der kolbenbauart - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor der Kolbenbauart mit mindestens einem zwischen einem Ein­ laßkanal und jedem Verbrennungsraum angeordneten Mo­ toreinlaßventil und einem stromauf davon im Einlaßkanal angeordneten weiteren Ventil, dessen Öff­ nungszeitpunkt gegenüber dem Einlaßbeginn des Motor­ einlaßventils verzögerbar ist.

Durch das weitere Ventil, dessen Öffnungszeitpunkt in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern in Be­ zug auf den Öffnungszeitpunkt des Motoreinlaßventils beliebig verzögert werden kann, ergibt sich eine vor­ teilhafte Wirkung insbesondere bei niedrigen Motor­ drehzahlen. Das Motoreinlaßventil öffnet, während das weitere Ventil noch geschlossen ist. Es expandiert demnach zunächst die in dem Einlaßraum zwischen den beiden Ventilen befindliche Luft in den Motorzylin­ der. Bei entsprechend spätem Öffnen des weiteren Ventils entsteht ein Unterdruck im Motorzylinder. Der Druckunterschied vor und nach diesem weiteren Ventil führt nach dem Öffnen des weiteren Ventils zu einer entsprechend hohen Fließgeschwindigkeit der dann einströmenden Brennluft. Diese Fließgeschwindigkeit wird gegen Ende des Kolbenhubs abgebremst, wodurch eine dynamische Druckerhöhung noch vor dem Schließen des Motoreinlaßventils stattfindet. Der Rückfluß von Ladung aus dem Motorzylinder aufgrund dieser Drucker­ höhung kann durch rechtzeitiges Schließen des weite­ ren Ventils verhindert werden.

Ein Verbrennungsmotor dieser Art ist beispielsweise aus der EP-A2-01 41 165 bekannt. Wobei sich der Öff­ nungsbeginn des weiteren Ventils mit steigender Mo­ tordrehzahl zunehmend dem Öffnungsbeginn des Mo­ toreinlaßventils nähert. Es wird dabei insbesondere ein motorischer Antrieb des weiteren Ventils, insbe­ sondere durch einen elektromagnetischen Drehsteller, vorgeschlagen. Die Steuerung oder Regelung des weite­ ren Ventils kann durch ein Motorkennfeld oder durch motorexterne Parameter, wie beispielsweise Kraft­ stoffverbrauch und Schadstoffanteil gesteuert oder geregelt werden.

Die Steuerung und Regelung des weiteren Ventils ist bei der bekannten Konstruktion mit einem gewissen Aufwand verbunden und kann Anlaß zu Störungen bieten. Außerdem ist auch das Schließen des weiteren Ventils von der Steuerungs- oder Regelungseinrichtung abhän­ gig, obwohl es nur darauf ankommt, dieses weitere Ventil zu schließen, sobald beiderseits dieses weite­ ren Ventils der Druck ausgeglichen ist und deshalb der teilweise Rückfluß der Ladung aus dem Motor­ zylinder bevorsteht.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verbrennungsmotor der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß das weitere Ventil eine einfache, kostengünstige und be­ triebssichere Konstruktion aufweist und sich unabhän­ gig von zusätzlichen Steuerungs- oder Reglungsein­ richtungen selbsttätig öffnen und schließen kann, wo­ bei jedoch zugleich die Möglichkeit bestehen soll, eine die Verzögerung des Öffnungszeitpunktes des wei­ teren Ventils beeinflussende Einstellung auf einfache Weise durchzuführen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einem Verbren­ nungsmotor der eingangs genannten Art darin, daß das weitere Ventil als Richtungsventil mit einstellbarer Öffnungsschwelle ausgebildet ist.

Sobald die vorab eingestellte Öffnungsschwelle er­ reicht wird, kann sich das Richtungsventil unter dem Einfluß des motorseitig herrschenden Unterdrucks öff­ nen. Ist der motorseitige Druck so weit angestiegen, daß am Richtungsventil ein Rückfluß der Ladung aus dem Motorzylinder einzusetzen droht, schließt sich das Richtungsventil selbsttätig.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung besteht da­ rin, daß das weitere Ventil eine entgegen der Ein­ strömrichtung schließende Rückschlagklappe mit ein­ stellbarer Losbrechkraft umfaßt. Dadurch wird der Öffnungszeitpunkt des weiteren Ventils vom Druckun­ terschied beiderseits des Ventils bestimmt. Es wäre aber auch möglich, den Öffnungszeitpunkt in Relation zum Kurbelwinkel des Motors einzustellen, z.B. durch eine beim Schließen des weiteren Ventils über­ windbare, in Abhängigkeit vom Motorkurbelwinkel in Lösestellung überführbare Riegelsperre, die bei­ spielsweise über eine Nockenwelle steuerbar ist.

Eine zweckmäßige Ausführungsform zur Realisierung der Losbrechkraft besteht darin, daß die Rückschlagklappe in Schließstellung die Mündung einer Unterdrucklei­ tung dichtend abdeckt.

Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, daß der Unterdruck sofort zusammenbricht, wenn sich die Rück­ schlagklappe nur geringfügig in Öffnungsrichtung be­ wegt, so daß das Ventil sich ohne Kraftverzehr schlagartig öffnet, sobald der Druckunterschied an der Rückschlagklappe die eingestellte Öffnungsschwel­ le überschreitet.

Dabei kann die Unterdruckleitung ein Stellorgan zur Einstellung des Unterdrucks enthalten. Dieses Stell­ organ kann in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors und der Stellung des Fahrpedals einstellbar sein.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht da­ rin, daß die Rückschlagklappe unter Vorspannung in der Schließstellung anliegt.

Anhand der nun folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Er­ findung wird diese näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt schematisch den Ein- und Auslaß­ bereich eines Zylinders eines Verbrennungsmotors der Kolbenbauart mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten, stromauf vom Motoreinlaßventil angeordneten weiteren Ventil.

Im Verbrennungsraum 10 des dargestellten Motorzylin­ ders ist ein Kolben 12 beweglich angeordnet. Der Verbrennungsraum 10 wird über einen Einlaßkanal 14 mit Brennluft oder Brennluft-Kraftstoff-Gemisch ver­ sorgt, wobei der Verbrennungsraum 10 durch ein in Ab­ hängigkeit vom Motorkurbelwinkel gesteuertes Motor­ einlaßventil 16 gegenüber dem Einlaßkanal 14 geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Die Abgase werden über einen Auslaßkanal 18 abgeführt, der über ein Auslaß­ ventil 20 mit dem Verbrennungsraum in Verbindung steht.

Stromauf vom Einlaßventil 16 ist im Einlaßkanal 14 ein insgesamt mit 22 bezeichnetes weiteres Ventil an­ geordnet, dessen Schließkörper als eine um eine Achse 24 drehbeweglich gelagerte Rückschlagklappe 26 ausge­ bildet ist. Die Rückschlagklappe 26 ist durch eine Torsionsfeder 28 in ihre in der Zeichnung dargestell­ te Schließstellung vorgespannt, deren Kraft so bemes­ sen ist, daß sie die Rückschlagklappe 26 in die ge­ zeigte Schließstellung verschwenkt, sobald der Druck auf der dem Einlaßventil 16 zugewandten Seite des Ventils 22 nahezu auf den Druck angestiegen ist, der stromauf vom Ventil 22 herrscht.

In der Schließstellung liegt die Rückschlagklappe 26 an einer Anschlagfläche 30 an, in welcher sich die Mündung 32 einer Unterdruckleitung 34 befindet. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß die Rückschlag­ klappe 26 in Schließstellung die Mündung 32 dichtend abdeckt. Das Ventil 22 wird sich deshalb erst öffnen, wenn der Druck stromauf vom Ventil 22 um soviel höher ist als der Druck stromab vom Ventil 22, daß der Druckunterschied die vom Unterdruck in der Unter­ druckleitung 34 und der Torsionsfeder 28 ausgeübte Schließkraft überwinden kann. Sobald dieser Zustand eingetreten ist und sich die Rückschlagklappe 26 nur geringfügig in Öffnungsrichtung bewegt hat, bricht der Unterdruck zusammen und die Rückschlagklappe kann gegen den geringen Widerstand der Torsionsfeder 28 in die Öffnungsstellung verschwenkt werden.

Um die Losbrechkraft einstellen zu können, ist in der Unterdruckleitung 34 ein Einstellventil 36 angeord­ net, welches auf eine wünschenswert erscheinende Losbrechkraft fest eingestellt oder in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors und der Stellung des Fahrpedals variabel sein kann.

Die Unterdruckleitung 34 mit ihrer Mündung 32 ist nur eine von verschiedenen Möglichkeiten, die durch die Losbrechkraft zu überwindende Rückhaltekraft aufzu­ bringen. So könnte z.B. das Unterdrucksystem durch einen Elektromagneten ersetzt werden, der anstelle der Mündung 32 im Bereich der Aufschlagfläche 30 an­ geordnet wird.

Da durch das Ventil 22 der Einlaßkanal 14 stets automatisch zum erforderlichen Zeitpunkt geschlossen wird, kann der Einlaßschluß des Motoreinlaßventil 16 auf optimale Bedingungen bei hohen Drehzahlen eingestellt werden, wobei dann das weitere Ventil 22 die Aufgabe automatisch übernimmt, das Drehmoment bei niederen Drehzahlen zu verbessern.

Claims (11)

1. Verbrennungsmotor der Kolbenbauart mit min­ destens einem zwischen einem Einlaßkanal (14) und je­ dem Verbrennungsraum (10) angeordneten Motoreinlaß­ ventil (16) und einem stromauf davon im Einlaßkanal (14) angeordneten weiteren Ventil (22), dessen Öff­ nungszeitpunkt gegenüber dem Einlaßbeginn des Motoreinlaßventils (16) verzögerbar ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das weitere Ventil (22) als Rich­ tungsventil mit einstellbarer Öffnungsschwelle ausge­ bildet ist.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Ventil (22) eine entgegen der Einströmrichtung schließende Rückschlag­ klappe (26) mit einstellbarer Losbrechkraft umfaßt.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückschlagklappe eine beim Schließen überwindbare, in Abhängigkeit vom Motorkur­ belwinkel in Lösestellung überführbare Riegelsperre zugeordnet ist.

4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagklappe (26) in Schließstellung die Mündung (32) einer Unterdruck­ leitung (34) dichtend abdeckt.

5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterdruckleitung (34) ein Stellorgan (36) zur Einstellung des Unterdrucks enthält.

6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagklappe (26) in Schließstellung an einem Elektromagneten anliegt.

7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft des Elektromagneten einstellbar ist.

8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellorgan (36) in Abhängig­ keit vom Betriebszustand des Motors und der Stellung des Fahrpedals einstellbar ist.

9. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlag­ klappe (26) unter Vorspannung in der Schließstellung anliegt.

10. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein­ laßschluß des Motoreinlaßventils (16) auf optimale Bedingungen bei hohen Drehzahlen eingestellt ist.

11. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Riegelsperre über eine Nocken­ welle steuerbar ist.