DE1222735B

DE1222735B - Kolbenbrennkraftmaschine mit Ein- und Auslassventilen und mit Regelung des fuer eine Wiederbenutzung vorgesehenen Restgasgehaltes

Info

Publication number: DE1222735B
Application number: DEM61662A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Jakob Konrad; Dr-Ing Erhard Muehlberg
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1959-10-17
Filing date: 1959-10-17
Publication date: 1966-08-11

Description

Kolbenbrennkraftmaschine mit Ein- und Auslaßventilen und mit Regelung des für eine Wiederbenutzung vorgesehenen Restgasgehaltes Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenbrennkraftmaschine mit Ein- und Auslaßventilen und mit Regelung der Menge des nach dem Verbrennungstakt der Maschine für eine Wiederbenutzung im darauffolgenden Verbrennungstakt vorgesehenen Restgasgehaltes durch Benutzung oder Beeinflussung von Gaswechseleinrichtungen, wobei ein Zurückströmen von Restgasmengen durch Umkehren ihrer Strömungsrichtung erfolgt.
Die bisherigen Maßnahmen zur Wiederbenutzung der nach dem Verbrennungstakt noch vorhandenen Verbrennungsgase - Restgase - waren im wesentlichen darauf gerichtet, daß die Verbrennungsgase beim Ausstoßtakt des Motors zunächst in die Abgasleitung ausgestoßen und von da aus über besondere Rückführungsleitungen nach bestimmten Regelgesetzen in einer mehr oder minder großen Menge über die Ansaugleitung wieder in den Arbeitszylinder des Motors zurückgeführt wurden.
Im Gegensatz hierzu werden beim Gegenstand der Erfindung aufgabengemäß besondere Rückführleitungen vermieden. Es werden besondere Maßnahmen getroffen, durch die ein Teil der Verbrennungsgase aus dem Abgassystem direkt in den Zylinderraum zurückströmen kann, wobei diese Restgase teilweise auch in das Ansaugsystem überströmen können, um dann beim Ansaughub des Motors wieder in den Arbeitszylinder zu gelangen. Jedenfalls spielt sich die ganze Steuerung des Restgasgehaltes innerhalb des Bereiches des Arbeitszylinders bzw. des Aus- und Einlaßsystems ab.
Es wird bemerkt, daß es bei der eingangs geschilderten Brennkraftmaschine bereits bekannt ist, besondere Rückführleitungen zu vermeiden. Es ist statt dessen jedoch ein besonderer Sammelbehälter erforderlich, der eine als Zu- und Abströmkanal wirkende, vom Kolben der Maschine gesteuerte und besonders regelbare Verbindungsleitung zum Arbeitszylinder benötigt. Der Erfindungsgegenstand kommt ohne derartige Verbindungsleitungen aus.
Auch ist das Zurückbehalten von Restgasmengen im Zylinder selbst bekannt. Hierbei wird bereits in Gaswechsel-Steuerungseinrichtungen regelnd eingegriffen, indem die Steuerzeiten der Ein- und Auslaßorgane verändert werden. Es liegt hier jedoch eine andersartige Aufgabenstellung vor; und zwar wird davon ausgegangen, daß gegen Ende des Kompressionshubes der Kompressionsdruck und die Temperatur der Luft hoch genug sein müssen, um eine Selbstzündung des in den Brennraum geförderten Kraftstoffes zu erreichen. Als eigentliche Aufgabenstellung dieser bekannten Einrichtung ist anzusehen, daß von der bisherigen Anwendung eines Turbo-Aufladers abgegangen werden soll. Statt dessen werden in Erfüllung der Aufgabe Schließung des Auslaßventils und Öffnung des Einlaßventils so abgestimmt, daß motorische Abgase mit überdruck im Arbeitszylinder zurückbehalten werden, und zwar in Abhängigkeit von der jeweiligen Belastung des Motors. Auf diese Art werden dann am Ende des Kompressionshubes der Druck des volumenmäßig vergrößerten Luft-Gas-Gemisches erhöht und außerdem infolge der hohen Temperatur der beigemischten Abgase auch die Temperatur des Gemisches so weit erhöht, daß eine Selbstzündung erreicht wird.
Die Regelung der Restgasmenge erfolgt im vorliegenden Fall dagegen erfindungsgemäß derart, daß ein Zurückströmen der Verbrennungsgase aus dem Zylinderraum bzw. aus dem unmittelbar anschließenden Auslaßsystem in das Ansaugsystem erzeugt wird, indem der Öffnungszeitpunkt des Einlaßventils in an sich bekannter Weise entsprechend weit in die Auslaßperiode verschoben wird oder indem unter Beibehaltung der normalen Steuerzeiten des Einlaßventils während dessen öffnungsperiode im Ansaugsystem der Maschine ein durch bekannte Mittel erzeugbarer und beeinflußbarer Schwingungszustand der Gassäule mit einem vor dem Einlaßventil zeit-und größenrichtigen Drucktal herbeigeführt wird.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können aber auch die Schwingungen der Abgassäule benutzt werden, indem ein derartiger Schwingungszustand im Abgassystem eingestellt wird, daß infolge Entstehens einer zeitlich begrenzten Druckdifferenz zwischen Auspuffleitung und dem Zylinderraum der Maschine im Sinne eines Druckgefälles von der Auspuffleitung zum Arbeitsraum hin ein Zurückströmen der Restgase aus der Auspuffleitung in den Zylinderraum erfolgt.
Wird nämlich das Einlaßventil gegenüber der Auslaßperiode sehr früh geöffnet, dann ist noch ein gewisser Überdruck im Arbeitszylinder mit der Folge, daß ein Teil der Abgase in den Einlaß überströmt und im Verlauf der eigentlichen Ansaugperiode wieder in den Arbeitszylinder zurückgefördert wird, was sich besonders bei niedriger Drehzahl günstig auswirkt.
Durch die Erzeugung und Beeinflussung eines Schwingungszustandes der Gassäule kann gerade im vorliegenden Fall der Restgasgehalt im Zylinder im Sinne der Aufgabenstellung gesteuert werden.
Der Schwingungszustand der Gassäule im Einlaß-oder Auslaßkanal kann mit an- sich bekannten Mitteln zeitlich so gesteuert werden, daß beispielsweise während der Auslaßperiode an dem bereits geöffneten Einlaßventil ein Unterdruck und gleichzeitig am Auslaßventil ein überdruck aufgebaut wird. In diesem Fall strömt dann ein Teil der bereits in den Auslaßkanal ausgestoßenen Abgase - Restgase - wieder zurück in den Zylinder, und außerdem strömt ein geringer Teil der noch im Arbeitszylinder vorhandenen Restgase in den Einlaßkanal, um dann beim Ansaughub wiederum in den Arbeitszylinder zu gelangen.
Was die Menge des Restgasanteiles anbelangt, wird diese nicht etwa in einem solchen Maße erhöht; daß dadurch die Ausschiebearbeit des Motorkolbens unzulässig vergrößert wird. Vielmehr erhöht man den Restgasanteil nur um so viel, daß hierdurch die Verdichtungsendtemperatur so weit gesteigert wird, daß in -einem für Vielstoffbetrieb vorgesehenen Dieselmotor der Zündverzug hinreichend verkürzt wird. Maßgebend tragen dazu außerdem die in den Restgasen enthaltenen unverbrannten oder teilverbrannten Kraftstoffanteile bei, die -auch ihrerseits zündungsfördernd wirken.
Was die Steuerung der Ein- bzw. Auslaßorgane in Anlehnung an die erfindungsgemäßen Maßnahmen anbelangt, kann hier beispielsweise eine Ventilkipphebellagerung vorgesehen sein; die durch einen Exzenter verstellt wird, so daß dadurch der öffnungszeitpunkt dieses- Organs entsprechend verschoben wird.
Hierbei sind folgende Regelgesetze zu beachten: Ist der Motor kalt, so ist zwecks Erhöhung der Arbeitsgastemperatur im Moment der Einspritzung und damit Verbesserung der Zündbedingungen eine hohe Abgasrückhaltung erforderlich. Mit zunehmender Motortemperatur kann wegen der damit automatisch - ansteigenden Arbeitsgastemperatur die Abgasrückhaltung immer mehr vermindert werden. Bei einer der - Vollast entsprechenden Motortemperatur ist in den -meisten Fällen keine Abgasrückhaltung erforderlich, ausgenommen bei Verwendung von Kraftstoffen extrem niedriger Selbstzündungswilligkeit (extrem hoher Oktanzahl), wie Benzine mit hohem Gehalt an Bleitetraäthyl und Aromaten oder niedere Alkohole. Je höher die Zündungswilligkeit eines Kraftstoffes ist, um so mehr Abgase müssen zurückgehalten werden.
Als weitere Vorteile der Erfindung gegenüber dem vorbekannten Stand der Technik ergeben sich folgende: .
Verbesserung der motorischen Verbrennung und damit eine bessere Kraftstoffausnutzung, insbesondere bei Leerlauf- und Teillastbetrieb; Erweiterung der Basis der zur Verwendung möglichen Kraftstoffe (Vielstoffmotoreneigenschaften); Herabsetzung des Verbrennungsgeräusches und des Verbrennungshöchstdruckes; Verminderung der je Zeiteinheit ins Freie gelangenden schädlichen bzw. störenden Abgasinhaltsstoffe (Verringerung der Luftverseuchung); Verminderung des Kaltverschleißes.

Claims

Patentansprüche: 1. Kolbenbrennkraftmaschine mit Ein- und Auslaßventilen und mit Regelung der Menge des nach dem Verbrennungstakt der Maschine für eine Wiederbenutzung im darauffolgenden Verbrennungstakt vorgesehenen Restgasgehaltes durch Benutzung oder Beeinflussung von Gaswechseleinrichtungen, wobei ein Zurückströmen von Restgasmengen durch Umkehren ihrer Strömungsrichtung erfolgt, d a, d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß ein Zurückströmen der Verbrennungsgase aus dem Zylinderraum bzw. aus dem unmittelbar anschließenden Auslaßsystem in das Ansaugsystem erzeugt wird, indem der öffnungszeitpunkt des Einlaßventils in an sich bekannter Weise entsprechend weit in die Auslaßperiode verschoben wird öder indem unter Beibehaltung der normalen Steuerzeiten des Einlaßventils während dessen Öffnungsperiode im Ansaugsystem der Maschine ein durch an sich bekannte Mittel erzeugbaier und beeinflußbarer Schwingungszustand der Gassäule mit einem vor dem Einlaßventil zeit- und größenrichtigen Drucktal herbeigeführt wird.
2. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Restgasmenge der Zylinderladung die Schwingungen der Abgassäule benutzt werden, indem durch an sich bekannte Mittel ein derartiger Schwingungsznständ im Abgassystem eingestellt wird, daß infolge Entstehens einer zeitlich be= grenzten Druckdifferenz zwischen Auspuffleitung und dem Zylinderraum der Maschine ein Zurückströmen der Restgase aus der Auspuffleitung in den Zylinderraum erfolgt. In Betracht gezogene Druckschriften: -Deutsche Patentschriften Nr.134 627, 749 527; britische Patentschrift Nr. 439 423; USA: Patentschrift Nr.1833 802.