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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Auslasszeitsteuerung durch Steuerung der wirksamen Höhe einer Auslassöffnung eines Zylinders einer Zweitakt-Brennkraftmaschine, mit einem relativ zur Auslassöffnung in einer Führung verschiebbar angeordneten Steuerschieber, dem ein Stelltrieb zur Verschiebung zugeordnet ist, und der in einer vorgeschobenen Stellung die Höhe der Auslassöffnung verkleinert und in einer zurückgezogenen Stellung den gesamten Querschnitt der Auslassöffnung freigibt.
Vorrichtungen zur Auslasszeitsteuerung sind an sich seit vielen Jahren bekannt, vgl. z. B. US 4 121 552 A und US 4 333 431 A. Diese Vorrichtungen haben den Zweck, das Motorendrehmoment insbesondere im unteren und mittleren Drehzahlbereich anzuheben.
Vorrichtungen der eingangs erwähnten Art sind weiters aus der AT 369 866 B (entspricht US 4 399 788 A) und aus der US 4 364 346 A bekannt. Diese Vorrichtungen weisen einen plattenförmigen Steuerschieber auf, der mittels einer druckbeaufschlagten Membran als Stelltrieb in seiner relativen Stellung zur Auslassöffnung verschiebbar ist. In seiner vorgeschobenen Stellung gibt er nur einen Teilbereich der Auslassöffnung des Zylinders frei, in seiner zurückgeschobenen Position hingegen ist die Auslassöffnung freigelegt. Als Steuerdruck wird entweder der Abgasdruck oder der Überdruck im Kurbelkasten herangezogen.
Diese Vorrichtungen haben sich in Vergasermotoren über Jahre hindurch bewährt, stossen jedoch bei Zweitaktmotoren mit Kraftstoffeinspritzung - insbesondere Direkteinspritzung - auf eine Reihe von Problemen : Durch die unvollständige Verbrennung der Kraftstoffpartikel und infolge von zusätzlich wirkenden Crackprozessen bilden sich auf der Oberfläche des Steuerschiebers und an dessen Führung ölkohle- bzw. russartige Ablagerungen. Diese Ablagerungen können die Funktion des Schiebers, nämlich dessen axiale Beweglichkeit, nachhaltig beeinträchtigen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es demgemäss, eine Vorrichtung der eingangs angeführten Art vorzusehen, bei der diese Ablagerungen vom Schieber und von dessen Führung zumindest weitgehend ferngehalten werden, um einen störungsfreien Langzeitbetrieb zu gewährleisten.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung der eingangs angeführten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass eine zwischen der Führung und dem Steuerschieber wirkende Dichtung im der Auslassöffnung zugewandten
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Endbereich des Steuerschiebers vorgesehen ist. Mit einer solchen Dichtung kann auf einfache und doch effiziente Weise das Eindringen von Ablagerungspartikeln zwischen Steuerschieber und Führung - vor allem in der vorgeschobenen Stellung des Steuerschiebers, in der ein solches Eindringen besonders stark vor sich gehen würde - verhindert werden.
Auf konstruktiv und montagemässig besonders einfache und kostengünstige Art und Weise kann die zwischen der Führung und dem Steuerschieber wirkende Dichtung realisiert werden, wenn am Steuerschieber mindestens ein Dichtring angeordnet ist.
Andererseits ist es auch möglich, den Raum zwischen dem Steuerschieber und der Führung einfach dadurch abzudichten, indem der Steuerschieber zumindest bereichsweise mit einer engen Passung in der Führung angeordnet ist, wobei durch diese enge Passung die Dichtung realisiert ist. Die Passung ist dabei derart dimensioniert, dass eine Bewegung des Steuerschiebers in der Führung ohne nennenswerten Widerstand möglich ist, jedoch keine Partikel zwischen Steuerschieber und Führung eindringen können.
Auf vorteilhafte Weise lässt sich auch eine Dichtung realisieren, wenn der Steuerschieber und der Führungskanal eine Querschnittsverkleinerung unter Bildung einer Fase oder Stufe in Vorschubrichtung aufweisen, wodurch für die vorgeschobene Stellung des Steuerschiebers sowohl eine Dichtung als auch ein Anschlag gegeben ist.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist hier dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber in der vorgeschobenen Stellung durch die an nur einer Seite an der Führung vorliegenden Fase gegen die gegenüberliegende Wand der Führung dicht angedrückt wird. Mit dieser Ausbildung wird nicht nur die angestrebte Abdichtung gegen ein Eindringen von Feststoffpartikeln etc. erzielt, u. zw. sowohl an der Fase wie auch auf der gegenüberliegenden Wand der Führung, sondern auch eine definierte Abstützung des Steuerschiebers an der genannten Wand der Führung unter Druck erreicht, wodurch in der Folge auch eine verbesserte Wärmeabfuhr vom Steuerschieber ermöglicht wird. In diesem Zusammenhang ist es daher auch von besonderem Vorteil, wenn der Steuerschieber flächig gegen die der Fase gegenüberliegende Wand der Führung gedrückt wird.
Damit in der vorgeschobenen Ruhestellung des Steuerschiebers ein besonders verlässliches Andrücken des Steuerschiebers an die genannte
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Wand der Führung sichergestellt wird, ist es günstig, wenn die Fase auf der dem Zylinder zugewandten Seite der Führung angeordnet ist.
Um ein zusätzliches Abdichten des Steuerschiebers in der Führung gegenüber von der Auslassöffnung einströmendes, mit nicht vollständig verbrannten Ablagerungs-Partikeln versetztes Abgas zu erreichen und zusätzlich die vorgeschobene Stellung des Steuerschiebers zu definieren, ist es ferner vorteilhaft, wenn der Steuerschieber in Abstand von seinem der Auslassöffnung zugewandten vorderen Ende eine Querschnittserweiterung aufweist, die in der vorgeschobenen Stellung des Steuerschiebers an einem gesonderten Anschlag der Führung anliegt.
Da aufgrund des Abschabens der Ablagerungen und der Reibungskräfte, die aufgrund der Dichtung zwischen dem Steuerschieber und der Führung auftreten, zusätzlich Widerstandskräfte auftreten, welche vom Stelltrieb beim Verschieben des Steuerschiebers überwunden werden müssen, ist es von Vorteil, wenn im Falle eines pneumatisch betätigten Stelltriebs für den Steuerschieber der Stelltrieb mit Druckluft von einem Brennluftverdichter beaufschlagbar ist. Die Druckluft vom Brennluftverdichter weist vorteilhafter Weise einen wesentlich höheren Druck auf als die Gase, die bisher zur Druckbeaufschlagung des Stelltriebs aus der Kurbelkammer oder dem Auspuffsystem entnommen wurden.
Durch die höhere Druckdifferenz, die bei der Druckluftentnahme bei dem Brennluftverdichter auftritt, ist es auch in vorteilhafter Weise möglich, anstatt eine Membran einen mit dem Steuerschieber verbundenen Pneumatikkolben mit der Druckluft zu beaufschlagen. Ein solcher Kolben hat eine vergleichsweise höhere Festigkeit und Lebensdauer.
Um die Druckluft kontrolliert dem Stelltrieb des Steuerschiebers zuführen zu können, ist es günstig, wenn in der DruckluftZuführung zum Stelltrieb ein Umschaltventil zur Zu- bzw. Abschaltung der Druckluft sowie zur Entlüftung des pneumatischen Stelltriebs vorgesehen ist.
Damit die Stellung des Steuerschiebers dem jeweils auftretenden Drehmoment im Motor möglichst gut angepasst werden kann, ist es von Vorteil, wenn das Umschaltventil von einem der ZweitaktBrennkraftmaschine zugeordneten Motorsteuersystem betätigbar ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie je-
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doch nicht beschränkt sein soll, noch weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen : Fig. l einen Querschnitt durch einen Teil eines Zylinders einer Zweitakt-Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung mit einem Steuerschieber zur Auslasszeitsteuerung, wobei der Steuerschieber in seiner vorgeschobenen Stellung gezeigt ist ; Fig. 2 eine Detailansicht des der Auslassöffnung zugewandten Endes des Steuerschiebers gemäss Kreis II in Fig. l ; Fig. 3 einen Querschnitt eines Teils einer Vorrichtung mit einem Steuerschieber, an dem ein Dichtring aufgebracht ist ;
Fig. 4 einen Querschnitt eines Teils einer Vorrichtung mit einem Steuerschieber, bei dem die Dichtung gegenüber der Führung durch einen Steuerschieber mit einer engen Passung realisiert ist ; und Fig. 5 ein Querschnitt eines Teils einer Vorrichtung mit einem Steuerschieber, dessen Querschnitt sich beidseitig unter Bildung einer Fase bzw. Stufe zur Auslassöffnung hin verkleinert.
In Fig. l ist ein Teil einer Zweitakt-Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung 1 zur Auslasssteuerung im Schnitt gezeigt. Die Vorrichtung 1 enthält einen flachen, plattenförmigen, in Fig. l in Seitenansicht gezeigten Steuerschieber 2, der in einer Führung 3 im Zylinderblock der Maschine axial verschiebbar gelagert ist. Das vordere Ende des Steuerschiebers 2 ragt in der gezeigten vorderen Stellung, der Ruhestellung, in einen Auslasskanal 4 hinein, der an eine Auslassöffnung 5 anschliesst, die in der Zylinderbuchse 6 vorgesehen ist, in welcher ein Kolben 7 läuft, der in Fig. l in seiner obersten Stellung (0-Stellung) gezeigt ist. Beim Zurücklaufen des Kolbens 7 strömt das Abgas, das nicht vollständig verbrannte Feststoffpartikel enthalten kann, über die Auslass- öffnung 5 in den Auslasskanal 4.
In Fig. 1 ist der Steuerschieber 2 in seiner voll vorgeschobenen Stellung dargestellt, in der er mit seinem vorderen, abgeschrägten Ende einen Teil der Auslassöffnung 5 bedeckt.
Damit keine Kohlepartikel oder dergl. mit dem Abgas in die Führung 3 zwischen deren Wandung und dem Steuerschieber 2 eintreten können, ist eine Dichtung durch Bildung einer Fase 8 am Steuerschieber 2 bzw. einer korrespondierenden Fase 8'an der Führung 3 realisiert. Auf der gegenüberliegenden Seite der als flacher Kanal ausgebildeten Führung 3 liegt der Steuerschieber 2 auf der Wand 9 der Führung 3 auf, wodurch ebenfalls eine Dichtung geschaffen wird.
Dabei wird erreicht, dass der Steuerschieber 2
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durch das Zusammenwirken der Rückstellkraft einer Feder 10 einerseits und der Reaktionskraft durch die Auflage der Fase 8 oder Stufe des Steuerschiebers 2 an der Fase 8'der Führung 3 andererseits gegen die gegenüberliegende Wand 9 der Führung 3 gedrückt wird, wodurch sich der Steuerschieber 2 mit einem grösseren Teil seiner Fläche in definierter Weise an der genannten Wand 9 der Führung 3 abstützt. Dadurch wird auf dieser Seite der Führung 3, abgesehen von der Abdichtung, ein guter, flächiger WärmeübergangsKontakt erzielt, so dass eine wirksame Wärmeableitung vom Steuerschieber 2 zum Zylinderblock ermöglicht wird. Die Druckkraft der Feder 10 kann mittels einer Einstellschraube 11 eingestellt werden.
Die Berührungsfläche zwischen dem Steuerschieber 2 und der Wand 9 der Führung 3 kann relativ gross sein, was die Wärmeabfuhr vom Steuerschieber 2 bzw. dessen Kühlung besonders begünstigt.
Dies ist insofern von Bedeutung, als hohe Steuerschieber-Temperaturen die Bildung von Ölkohle-Ablagerungen bzw. Russ-Ablagerungen im Bereich der Führung 3 begünstigen. Der Wärmeübergang zwischen dem Steuerschieber 2 und der Führung 3 kann weiter erhöht werden, wenn die Berührungsflächen möglichst glatt, d. h. mit einer sehr geringen Oberflächenrauigkeit, ausgeführt sind, was durch ein Feinbearbeiten, z. B. Feinfräsen und/oder Schleifen, erreicht werden kann.
Es ist selbstverständlich im Prinzip auch möglich, die einseitigen Fasen 8, 81 anstatt auf der dem Zylinderkopf zugewandten Seite auf der gegenüberliegenden Seite anzuordnen und dann den Steuerschieber 2 flächig gegen die dem Zylinderkopf zugewandte Wand der Führung 3 zu drücken.
Zum Verschieben des Steuerschiebers 2 wird einem Pneumatikkolben 12 über einen Zuführkanal 13 Druckluft zugeführt, die in einen Hohlraum 14 des Pneumatikkolbens 12 eintritt und somit eine Kraft auf den Steuerschieber 2 bewirkt, die gegen die Federkraft der Feder 10 wirkt, um den Steuerschieber 2 in Pfeilrichtung 15 in seine (nicht gezeigte) zurückgezogene Stellung zu verschieben. Um die Kräfte, die durch das Abschaben von Ablagerungen am Steuerschieber 2 und die Reibung des Steuerschiebers 2 an der Wand 9 der Führung 3 auftreten, bei dieser Zurückziehbewegung zu überwinden, ist eine relativ grosse Druckdifferenz der Druckluft notwendig ; die Druckluft wird daher bevorzugt von einem Brennluftverdichter (in Fig. 1 schematisch bei c gezeigt) her kommend zugeführt ; damit
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lassen sich relativ hohe Betätigungsdrücke (4-6 bar) erreichen.
Der Brennluftverdichter kann dabei von herkömmlicher Bauart sein.
Die Hubbewegung des Steuerschiebers 2 wird durch einen Anschlag 16 begrenzt, gegen den der Steuerschieber 2 mit einer hinteren Querschnittsvergrösserung 2'zur Anlage kommt ; ein Elastomerring 17 gewährt ein sanftes Anschlagen des Steuerschiebers 2.
Die Druckluft wird über ein Umschaltventil 18 (z. B. 3/2-WegeVentil) von einem an sich üblichen Motorsteuersystem EMS (engine management system, nur schematisch gezeigt) in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsparametern zu-bzw. abgeschaltet. In der Offen-Stellung des Ventils 18 (Durchfluss a-b) wird der Pneumatikkolben 12 mit Druck beaufschlagt. Zur Sperrung der Druckluft-Zufuhr wird das Umschaltventil 18 entsprechend umgeschaltet, wobei zugleich der Stelltrieb durch Ausströmen der Luft über das Ventil 18 in Richtung b-c entlüftet wird. Auf den Kolben 12 wirkt dann im Wesentlichen nur mehr die Federkraft der Rückstellfeder 10, welche den Kolben 12 samt Steuerschieber 2 in die Ausgangsposition (vorgeschobene Stellung) nach Fig. 1 verschiebt.
Die Bewegung des Steuerschiebers 2 in seine vordere Ausgangsposition wird durch die Fase 8'der Führung 3 begrenzt, welche neben der Dichtfunktion auch die Funktion eines Anschlages hat. Unterstützend ist rückseitig ein zweiter Anschlag 19 vorgesehen, welcher mit der Fase 8'toleranzmässig exakt abgestimmt sein muss.
Die zwei Dichtelemente 20,21 am Pneumatikkolben 12 und am Schieberschaft'22 dichten den Druckraum 14 im druckbeaufschlagten Zustand nach aussen hin ab.
Fig. 2 zeigt im Detail den Steuerschieber 2 in seiner vorgeschobenen Stellung. In dieser Stellung wird ein Zwickelraum 23 durch das vordere Ende des Steuerschiebers 2, die Fase 8'im Gehäuse und die Zylinderbuchse 6 gebildet ; in diesem Zwickelraum 23 kommt es in besonderem Masse zu Ablagerungen 24. Die Ablagerungen 24 in diesem Bereich sind besonders ungünstig, da sie aufgrund der heissen Abgase austrocknen und somit verhärten, wodurch ein Steckenbleiben des Steuerschiebers 2 begünstigt würde.
Diese Ablagerungen 24 werden bei jeder Betätigung des Steuerschiebers 2, d. h. wenn der Steuerschieber 2 aus seiner vorgeschobenen Stellung zurückgeschoben wird (vgl. Pfeilrichtung 15 in Fig. 1), an der Kante 25 an der Mündung des Führungskanals 3 in den Auslasskanal 5 abgeschabt ; das System reinigt sich dadurch ge-
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wissermassen von selbst.
Fig. 3 zeigt schematisch einen Querschnitt eines Teils einer Vorrichtung 1 mit einem etwas modifizierten Steuerschieber 2, an dem anstatt der Fase 8 ein Dichtring 26 aufgebracht ist. Durch den Dichtring 26 werden auch bei diesem Ausführungsbeispiel Ablagerungspartikel an einem Eindringen in die Führung 3 gehindert.
In Fig. 4 ist ein Querschnitt eines Teils einer Vorrichtung 1 gezeigt, bei der der Steuerschieber 2 einen verdickten Bereich aufweist, durch den eine enge Passung 27 zwischen dem Steuerschieber 2 und der Führung 3 vorliegt. Mit Hilfe dieser als Dichtung fungierenden engen Passung 27 können ebenfalls Ablagerungspartikel am Eindringen in die Führung 3 gehindert werden.
Fig. 5 zeigt schliesslich einen Querschnitt durch eine Ausführungsform, bei der der Steuerschieber 2 an beiden Seiten eine Fase 8 oder Stufe und die Führung 3 korrespondierende Fasen 8' bzw. Stufen aufweist, wobei die Fasen 8, 8'in der vorgeschobenen Stellung des Steuerschiebers 2 dichtend aneinander anliegen. Mit Hilfe dieser Fasen oder Stufen 8, 8'können wiederum Ablagerungspartikel am Eindringen in die Führung 3 gehindert werden.
Bei den Ausführungsformen gemäss den Fig. 3, 4 und 5 ist im Übrigen in entsprechender Weise wie vorstehend vor allem an Hand der Fig. 2 erläutert eine Abstreif-Reinigungswirkung gegeben, d. h.
Ablagerungen im der Auslassöffnung 5 zugewandten Endbereich des Steuerschiebers 2, vor allem auf der dem Zylinder bzw. dem Zwickelraum 23 zugewandten Seite, werden an der Kante 25 der Mündung des Führungskanals 3 in den Auslasskanal 5 abgestreift.