Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine Brennkraftmaschine dieser Art ist mit DE 38 28 742
A1 beschrieben. Bei dieser bekannten Brennkraftmaschine
mit einer ersten und einer zweiten Einlaßkanaleinrichtung
an jedem Zylinder ist im ersten Einlaßkanal eine Kraft
stoffeinspritzdüse angeordnet und im zweiten Einlaßkanal
ist stromab eines zum Absperren dieses Kanals dienenden
Durchfluß-Steuerventils ein Gasauslaß vorgesehen. Dieser
steht in Verbindung mit einem Abgaszuführkanal. Der Ab
gaszuführkanal verbindet so die zweiten Einlaßkanäle al
ler Zylinder. Mittels eines Abgasrückführventils ist der
Abgaszuführkanal verbindbar mit einem vom Auslaßkrümmer
abgezweigten Abgasrückführkanal
Bei niedriger Motordrehzahl ist der zweite Einlaßkanal
mit dem Durchfluß - Steuerventil geschlossen und bei ho
her fast geöffnet. Insbesondere bei hoher Last sind damit
die Einlaßkanäle aller Zylinder über den Abgaszuführkanal
verbunden. Auch wenn dessen Querschnitt klein gehalten
ist, tritt dadurch ein Übersprechen der Druckimpulse im
Saugsystem zwischen den einzelnen Zylindern auf, welches
sich negativ auf die Füllung der Zylinder auswirkt.
Mit EP 0 473 931 A2 ist ein Verfahren zur Beeinflussung
der rückgeführten Abgasmenge bei einer Brennkraftmaschine
beschrieben, nach dem die Menge des in den Zylinder rück
geführten Abgases in umgekehrtem Verhältnis zur Menge des
zugeführten Verbrennungsgases durch einen Zusatzluftkanal
stehen soll. Zur Realisierung dieses Verfahrens ist eine
im Ansaugkanal angeordnete Drosselklappe mechanisch oder
elektronisch so mit dem Steuerorgan zur Bemessung der
rückgeführten Abgasmenge verbunden, daß mit zunehmenden
Öffnen der Drosselklappe ein adäquates Schließen des
Steuerorgans erfolgt. Damit wird aber ein Übersprechver
halten der Saugsysteme der einzelnen Zylinder nicht be
einflußt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Hubkolben-Brennkraft
maschine mit einem Abgasrückführsystem gemäß dem Oberbe
griff des Patentanspruches 1 so weiter zu bilden, daß ein
Übersprechen der Druckimpulse im Saugsystem zwischen den
einzelnen Zylindern vermieden und eine Abschaltung des
Füllkanals mit einfachen technischen Mitteln realisiert
wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnen
den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche
kennzeichnen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Insbesondere bei einem direkt einspritzenden Ottomotor
ist es erforderlich, die Abgasrückführung schnell und mit
geringer Verzögerung durch verbleibende Restgasmengen in
der Abgasrückführleitung abschalten zu können. Eine sol
che Brennkraftmaschine wird bei Teillast mit extrem mage
rem Gemisch unter Beimengung von Abgas betrieben. Bei
dieser Betriebsweise ist es notwendig, den Füllkanal ab
zuschalten, damit im offen verbleibenden Drallkanal aus
reichende Gasgeschwindigkeit herrscht, um mit dem sich
dann einstellenden hohen Drall der Ladung im Brennraum
die Durchbrennung der Ladung bei Magerbetrieb zu gewähr
leisten. Wird andererseits die Brennkraftmaschine mit ho
her Last betrieben, dann muß zum Erreichen der erforder
lichen Füllung der Füllkanal neben dem Drallkanal geöff
net sein. Dafür werden bei der vorliegenden Erfindung er
ste Schaltklappen verwendet, die den Durchgang durch die
jeweiligen Füllkanäle sperren oder freigeben. Gleichzei
tig muß gesichert sein, daß eine negative Beeinflussung
der Zylinderfüllung durch ein Übersprechen der Druckim
pulse im Saugrohr zwischen den einzelnen Zylindern durch
den Abgasführungskanal verhindert wird. Nach der Erfin
dung werden dazu zweite Schaltklappen eingesetzt, die den
Durchgang durch den Abgasführungskanal von Zylinder zu
Zylinder bei Lastbetrieb sperren. Dabei sind die erste
und die zweite Schaltklappe jedes Zylinders so miteinan
der verbunden, daß bei geschlossener erster Schaltklappe
die zweite Schaltklappe offen ist und umgekehrt.
Wenn sowohl in den Drallkanal als auch in den Füllkanal
Abgas rückgeführt werden soll, dann kann vor der im Füll
kanal befindlichen ersten Schaltklappe ebenfalls eine Ab
gaszuführöffnung vorgesehen sein, die dann über einen
Verbindungskanal mit dem in Strömungsrichtung gesehen-,
hinter der zweiten Schaltklappe liegenden Teil des- Abgas
führungskanals in Verbindung steht. Damit wird diese
zweite Abgaszuführungsöffnung von der zweiten Schalt
knappe in gleicher Weise gesteuert, wie die Öffnung zur
Abgasrückführung in den Drallkanal. Das aus der Abgaszu
führöffnung in den Füllkanal austretende Abgas gelangt -
dann über einen definierten verbleibenden Spalt der ge
schlossenen ersten Schaltklappe in den zugehörigen Zylin
der.
In besonders vereinfachender Weise sind jeweils eine er
ste und eine zweite Schaltklappe auf einer gemeinsamen
Welle derart befestigt, daß bei geöffnetem Durchlaß des
Füllkanals der Abgasführungskanal abgesperrt ist und bei
abgesperrtem Füllkanal der Abgasführungskanal frei durch
gängig ist. Die Anordnung der Klappen erfolgt dabei je
weils symmetrisch zur Wellenachse, so daß Druckeinflüsse
auf die Klappen momentneutral bleiben. Durch die mechani
sche Verbindung von jeweils einer ersten und einer zwei
ten Schaltklappe auf einer Welle kann der mechanische
Aufwand für die Betätigung der Schaltklappen erheblich
reduziert werden.
Eine weitere bauliche Vereinfachung einer gattungsgemäßen
Brennkraftmaschine kann durch die Lagerung der die
Schaltklappen tragenden Wellen aller Zylinder in einem
Klappenflansch erfolgen. Der Klappenflansch ist zwischen
dem Zylinderkopf und dem Ansaugrohr angeordnet und mit
Rinnen versehen, die in Verbindung mit den benachbarten
Wandungen von Ansaugrohr und Zylinderkopf den Abgasfüh
rungskanal bilden.
Es ist möglich, einen Klappenflansch für alle Zylinder
der Brennkraftmaschine oder mehrere Klappenflansche je
weils für eine Gruppe von Zylindern der Brennkraftma
schine vorzusehen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an
hand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1: eine schematisierte Ansicht auf zwei in
Reihe angeordnete Zylinder einer Reihen-
Brennkraftmaschine;
Fig. 2: eine Ansicht auf einen Klappenflansch in
Richtung auf die Einlaßkanaleinrichtungen;
Fig. 3: einen Schnitt entlang der Linie A - A in
Fig. 2.
Ein Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine in Reihenbau
art überdeckt einen Zylinderblock mit Zylindern 2, in de
nen Hubkolben geführt sind, welche jeweils einen mit dem
Hub veränderlichen Brennraum gemeinsam mit dem Zylinder 2
und den Zylinderkopf 1 bilden. Zu jedem Zylinder 2 führt
eine erste Einlaßkanaleinrichtung 3 und eine zweite Ein
laßkanaleinrichtung 4. Die erste Einlaßkanaleinrichtung 3
bildet einen Füllkanal 5. Die zweite Einlaßkanaleinrich
tung 4 bildet einen Drallkanal 6. Sowohl der Füllkanal 5
als auch der Drallkanal 6 sind am Zylinder 1 jeweils mit
einem Einlaßventil 7 versehen. An jedem Zylinder 2 sind
weiterhin zwei Auslaßventile 8 zur Steuerung einer Aus
laßkanaleinrichtung 9 vorgesehen. Die Einlaßventile 7 und
die Auslaßventile 8 werden von einer nicht dargestellten
Ventilbetätigungseinrichtung in Abhängigkeit von der Dre
hung einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine geöffnet
und geschlossen. Jedem Zylinder 2 ist eine Kraftstoffzu
führeinrichtung 10 in Form einer Einspritzdüse zugeord
net. Den Einlaßkanaleinrichtungen 3, 4 ist ein Ansaugrohr
11 zum Zuführen von Ansaugluft vorgeordnet. In jedem der
Drallkanäle 6 ist eine Öffnung 12, die in Verbindung mit -
einem Abgasführungskanal 13 steht. Der Abgasführungskanal
13 erstreckt sich entlang des Zylinderkopfes 1 und ist
mittels eines Abgasrückführkanals 14 über ein Abgasrück
führventil 15 verbunden mit der Auslaßkanaleinrichtung 9.
Im Verlauf der ersten Einlaßkanaleinrichtung 3 ist im
Füllkanal 5 eine erste Schaltklappe 16 vorgesehen, die in
eine Offenstellung und in eine Schließstellung (wie ge
zeichnet) bringbar ist. Zwischen der Öffnung 12 und dem
Abgasführungskanal 13 ist eine zweite Schaltklappe 17 an
geordnet, die ebenfalls in eine Offenstellung (wie ge
zeichnet) und in eine Schließstellung bringbar ist. Die
Schaltklappen 16 und 17 sind durch mechanische Mittel
(angedeutet durch die strichpunktierte Verbindungslinie
18) so miteinander verbunden, daß bei geschlossener er
ster Schaltklappe 16 die zweite Schaltklappe 17 geöffnet
ist und umgekehrt.
Als Mittel zur mechanischen Verbindung der beiden Schalt
klappen 16, 17 eines Zylinders 2 eignet sich besonders
eine gemeinsame Welle 19, die in einem Klappenflansch 20
zusammen mit den Wellen 19 der weiteren Zylinder 2 gela
gert ist. Der Klappenflansch 20 ist zwischen der Einlaß
seite des Zylinderkopfes 1 und dem Ansaugrohr 11 angeord
net. Er hat für jeden der anliegenden Zylinder 2 einen
Füllkanaldurchbruch 21, einen Drallkanaldurchbruch 22 und
einen Abgasführungskanaldurchbruch 23. Der Füllkanal
durchbruch 21 und der Abgasführungskanaldurchbruch 23 je
des Zylinders 2 befinden sich benachbart untereinander,
so daß die die zugehörigen Schaltklappen 16, 17 tragende
Welle 19 mittig durch diese Durchbrüche geführt werden
kann. Im Klappenflansch 20 eingearbeitete Rinnen 24 bil
den in Verbindung mit der am Klappenflansch 20 anliegen
den Fläche der Ansaugseite des Zylinderkopfes 1 den Ab
gasführungskanal 13.
An den Wellen 19 sind außerhalb des Klappenflansches 20
Hebel 25 befestigt, die über eine Verbindungsschiene 26
mittels eines nicht dargestellten Aktuators in Abhängig
keit von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine
gemeinsam zu betätigen sind.
Bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine unter Vollast
ist neben dem Drallkanal 6 auch der Füllkanal 5 geöffnet.
Die erste Schaltklappe 16 ist somit in einer Stellung,
die den Füllkanal 5 freigibt. In dieser Stellung der er
sten Schaltklappe 16 ist die auf der gleichen Welle 19
befestigte zweite Schaltklappe 17 in einer Stellung, die
den Zugang der Öffnung 12 vom Abgasführungskanal 13 zum
Drallkanal 6 verschließt. Der Zylinder 1 kann somit aus
dem Ansaugrohr 11 über den Drallkanal 6 und über den
Füllkanal 5 optimal gefüllt werden. Ein Übersprechen der
Druckimpulse im Saugsystem zwischen den Zylindern 1 über
den Abgasführungskanal 13 ist nicht möglich, da die Ver
bindungen durch die zweiten Schaltklappen 17 versperrt
sind.
Bei Teillast und Magerbetrieb hingegen ist der Füllkanal
5 durch die erste Schaltklappe 16 verschlossen, damit im
Drallkanal 6 eine ausreichende Gasgeschwindigkeit zur
Ausbildung der gewünschten Ladungskonfiguration im Zylin
der 1 vorliegt. Gleichzeitig ist bei dieser Geschlossen
stellung der ersten Schaltklappe 16 die auf der gleichen
Welle 19 befestigte zweite Schaltklappe 17 in Offenstel
lung. Die Öffnung 12 zwischen dem Abgasführungskanal 13
und dem Drallkanal 6 ist somit frei und es kann entspre
chend der Ansteuerung des Abgasrückführventils 15 durch
das Motorsteuergerät der Ansaugluft Abgas beigemischt
werden, welches von der Auslaßkanaleinrichtung 9 durch
den Abgasrückführkanal 14 in den Abgasführungskanal 13
gelangt.
Wie Fig. 2 und 3 zeigen, kann auf einfache Weise auch dem
Füllkanal 5 Abgas aus dem Abgasführungskanal 13, gesteu
ert durch die zweite Schaltklappe 17, zugeführt werdend
indem vom Abgasführungskanal-Durchbruch 23 her durch die
Rinne 24 ein Verbindungskanal vom Drallkanal zum Füllka
nal gebildet wird. Das damit bei geöffneter zweiter
Schaltklappe 17 vor die geschlossene erste Schaltklappe
16 geführte Abgas gelangt durch einen verbleibenden, de
finierten Spalt der ersten Schaltklappe 16 in den zugehö
rigen Zylinder 2.
Der besondere Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen,
daß bei einer gattungsgemäßen Brennkraftmaschine der Auf
wand für die Schaltklappen und für deren Betätigung ge
genüber bekannten Lösungen reduziert werden kann.
Mit nur einem Aktuator sind sowohl die Schaltklappen für
das Versperren der Füllkanäle als auch die für das Verle
gen des Abgasführungskanals zwischen den Zylindern zu be
tätigen. Durch die Anordnung der beiden Klappenarten je
weils auf einer Welle und die Lagerung aller Wellen auf
einem gemeinsamen Klappenflansch wird der Aufbau und die
Montage einer solchen Brennkraftmaschine weiter verein
facht.