DE2123074C2

DE2123074C2 - Verbrennungskraftmaschine für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2123074C2
Application number: DE2123074A
Authority: DE
Inventors: Irving N. Farmington Mich. Bishop
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1970-06-02
Filing date: 1971-05-10
Publication date: 1982-02-04
Also published as: GB1336907A; US3630021A; FR2095767A5; JPS5142685B1; CA941699A; DE2123074A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungskraftmaschine für Kraftfahrzeuge, bei welcher jede Verbrennungskammer mit einem im Zylinderkopf ausgebildeten Auflaßkanal mit zugeordnetem Auslaßventil und mit einem Einlaßkanal für Druckluft Verbindung hat, der über ein in Abhängigkeit von einem sich während des Expansionshubes des Kolbens einstellenden Druckunterschied zwischen der Verbrennungskammer und der Druckluft betätigtes Rückschlagventil an die Verbrennungskammer angeschlossen ist.
Bei einer aus der US-PS 30 17 872 bekannten

ίο Verbrennungskraftmaschine der vorgenannten Art ist der Schaft des Auslaßventils zur Bereitstellung eines axialen Einlaßkanals für die Druckluft hohl ausgebildet, die über ein an dem Schaft befestigtes Anschlußstück im Arbeitstakt der einzelnen Zylinder während des Expansionshubes des jeweiligen Kolbens zugeleitet wird. Das Rückschlagventil ist an dem brennkammernahen Ende des Einlaßkanals angeordnet und besteht aus einem in den Auslaßquerschnitt des Einlaßkanals eingesetzten und von einem Ringkörper umgebenen

χ Teller, die beide durch einen Schnappring an dem Schaft des Auslaßventils resp. dessen Ventilkopf gehalten werden. Der Ringkörper weist an seinem Innenumfang Nuten auf, über welche die Druckluft bei geöffnetem Rückschlagventil in die Verbrennungskammer dann

•3 einströmen kann, wenn in dieser niedrigere Druckverhältnisse vorliegen und folglich dann das Rückschlagventil durch die zuströmende Druckluft geöffnet wird. Durch die zuströmende Druckluft wird die Sauerstoffkonzentration der Auspuffgase erhöht und damit eine

jo Oxydation aller in diesen noch enthaltenen unverbrannten Kohlenwasserstoffen gefördert, womit der entsprechende Schadstoffanteil der Auspuffgase entsprechend verringert werden kann.

Diese Verringerung des Schadstoffanteils der Auspuffgase wird bei einer Verbrennungskraftmaschine nach der US-PS 33 59 721 mit der Maßnahme angestrebt, nur am Anfang und am Ende des Expansionshubes nach der Öffnung des Auslaßventils Druckluft in zwei jeweils volumetrisch vorbestimmten

-ίο Teilmengen unmittelbar in den Auslaßkanal einzuleiten. Die beiden Teilmengen der Druckluft werden dabei abwechselnd aus zwei Pumpenkammern zugeleitet, die in dem Zylinderkopf mittels einer durc:> '.n Kipphebel des Auslaßventils verformbaren Membrane geschaffen sind, wobei in jeder Pumpenkammer eine den zugeordneten Teilbereich der Membrane vorspannende Rückstellfeder angeordnet ist und die beiden Pumpenkammern über ein integriertes Klappenventil der Membrane an eine gemeinsame Überströmkammer des

^r)0 Zylinderkopfcs angeschlossen sind, aus der die bei der abwechselnden Verformung dieser Teilbereiche der Membrane aus der jeweiligen Pumpenkammer ausgestoßene Druckluft über einen Verbindungskanal in den Auslaßkanal zugeleitet wird, um Jon eine entsprechen-

"i> de Nachoxydation der in den Auspuffgasen noch enthaltenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe zu erreichen. Durch die größere Störanfälligkeit der Membrane ist das damit verfolgte Ziel einer Verringerung der Schadstoffanteile in den Auspuffgasen jedoch

w) auf Dauer nicht erreichbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die zur Verringerung der Schadstoffanteile in den Auspuffgasen dienende Zulei-

h". lung der Druckluft während des Hxpansionshubes des Kolbens nicht nur in die Verbrennungskammer sondern auch in den Auslaßkanal jedes Zylinders erfolgt, um so den gesamten, auf eine Verringerung der Schadstoffati-

teile in den Auspuffgasen ausgerichteten Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine noch weiter zu verbessern.

Diese Aufgabs wird bei einer Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Rückschlagventil in dem ständig unier Druck stehenden Ein.aßkanal für Druckluft ein Steuerventil an einer unmittelbar stromaufwärts gelegenen Stelle zugeordnet ist, über das die Zuströmung der Druckluft entweder ständig über einen Verbindungskanal zu dem Auslaßkanal oder nur vorübergehend bis zu dem Zeitpunkt gesteuert wird, in welchem der Druckunterschied zu der Verbrennungskammer die Druckluft über das dann geöffnete Rückschlagventil in die Verbrennungskammer einströmen läßt.

Mit der Anordnung eines solchen Steuerventils zusätzlich zu dem in Abhängigkeit von den Druckverhältnissen in der Verbrennungskammer betätigten Rückschlagventils in einem gemeinsamen Einlaßkanal für die Druckluft kann die einerseits in der Verbrennungskammer und andererseits in dem Auslaßkanal stattfindende Oxydation der in den Auspuffgasen enthaltenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe optimal aufeinander abgestimmt werden. Dazu muß lediglich der maßgebliche Druckpunkt des Rückschlagventils unter Berücksichtigung jetzt auch der in dem Auslaßkanal erreichbaren Nachoxydation der in den Auspuffgasen noch enthaltenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe entsprechend präziser auf die maßgeblichen Druck-Verhältnisse in der Verbrennungskammer des Zylindeis eingestellt werden. Andererseits kann die in dem Auslaßkanal stattfindende Nachoxydation dieser in den Auspuffgasen noch enthaltenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe ebenso optimal in Abhängigkeit von einer unveränderlichen Zuströmungsrale der Druckluft dadurch präziser gesteuert werden, daß auf diesen Druckpunkt des Rückschlagventils die entweder ständig über den Verbindungskanal zu dem Auslaßkanal zugeleitete Teilmenge der Druckluft mittels des Steuerventils entsprechend präzise dosiert wird oder der für das Steuerventil maßgebliche Unischaltpunkt eine entsprechend präzise Abstimmung auf diesen Druckpunkt des Rückschlagventils erfährt. Damit ist auch eine optimalere Ausspülung der Auspuffgase aus dem Zylinder während des Expansionshubes des Kolbens möglich, so daß entsprechend konstantere Werte für die erreichbare Verringerung der Schadstoffanteile in den Auspuffgasen erhal'en werden.

Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 5 erfaßt.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine geschnittene Teilansicht des Zylinderkopfes der Verbrennungskraftmaschine,

Fig. 2 bis 4 eine geschnittene Teilansicht des Zylinderkopfes tür eine nähere Erläuterung der Arbeitsweise der in dem Einlaßkanal für Druckluft jedes Zylinders angeordneten Rückschlag- und Steuerventile in Abhängigkeit von den in der Verbrennungskammer des Zylinders vorherrschenden Drtickverhältnissen während des Expansionshubes des Kolbens.

F i g. 5 und 6 das im .Strömungsweg der Druckluft zusätzlich zu dem Rückschlagventil und zu dem Steuerventil angeordnete l.iifteinlaßventil gemäß zweier alternativer Ausführungsformen und

F i g. 7 die in den F i g 2 bis 4 gezeigte Einzelheit mit

einer alternativen Ausführungsform des Steuerventils.

Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfaßt einen Zylinderblock 12 mit mehreren Zylindern 14 und je eil.em Kolben 16 sowie einen auf den Zylinderblock 12 montierten Zylinderkopf 18, so daß an jedem Zylinder 14 und seinem Kolben 16 eine Verbrennungskammer 20 ausgebildet ist. Die Verbrennungskammer 20 ist an

ίο einen Auslaßkanal 22, 24 angeschlossen, in welchem ein in einer Bohrung des Zylinderkopfes 18 geführtes Auslaßventil 26 angeordnet ist, das durch einen mittels eines Stehbolzens 30 sowie ein Lager 32 am Zylinderkopf 18 gelagerten Kipphebel 28 betätigbar ist.

Zur Öffnung des Auslaßventils 26 wird der Kipphebel 28 durch eine Stößelstange 34, 36 um cein Auflager 32 an dem Stehbolzen 30 gekippt, wodurch der mit dem Kipphebelende 38 durch eine Ventilfeder 42 in Berührung gehaltene Schaft 40 des Auslaßventils 26 gegen die Kraft dieser Ventilfeder 42 soweit nach unten verschoben wird, daß der an dem Schaft ausgeformte Ventilteller den AuslaOkanal 22,44 freilegt.

In dem Zylinde^rkopf 18 ist ein allen Verbrennungskammern 20 gemeinsamer Verteilerkanal 46 für

2ΐ Druckluft ausgebildet, die von einem durch die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Luftverdichter angeliefert wird. Von dem Verteilerkanal 46 ist ζ j jeder Verbrennungskammer 20 ein Einlaßkanal 48 abgezweigt, der in einen Abschnitt 50

jo größeren Durchmessers und einen Abschnitt 52 kleineren Durchmessers unterteilt und durch einen Gewindestopfen 54 verschlossen ist. Der Einlaßkanal 48 mündet in eine Bohrung 56, die gegen die Verbrennungskammer 20 durch den Ventilteller 60 eines

)ϊ Lufteinlaßventils 58 verschließbar ist, dessen Schaft 62 durch eine Ventilfeder 64 gegen eine an dem Kipphebel 28 angeordnete Stellschraube 66 vorgespannt ist. womit dieses Lufteinlaßventii 58 durch den Kipphebel 28 synchron mit dem Auslaßventil 26 geöffnet werden kann.

An den Einlaßkanal 46 ist weiterhin ein Verbindungskanal 70 mit dem Auslaßkanal 22, 24 angeschlossen, der für den Durchtritt der Druckluft durch ein Steuerventil 72 auf- und /!!Steuerbar ist. Das Steuerventil 72 ist in

4-Ί dem Abschnitt 50 größeren Durchmessers des Einlaßkanals 48 angeordnet und umfaßt eine Schiebehülse 82. die durch eine an einem durch zwei Sprengringe 76 und 78 gehaltenen und mit einer zentralen Öffnung 80 versehenen Abstützteil 74 abgestützte Vorspannfeder

w 86 gegen die im Übergang der beiden Abschnitte 50 und 52 des Einlaßkanals 48 ausgebildete Anschlagschulter 84 vorgespannt ist. An der Schiebehülse 82 ist ein durch die Vorspannfeder 86 beaufschlagter Ventilsitz 88 für den Ventilteller 92 eines Rückschlagventils 90 ausgebildet.

-,s dessen Ventilschaft 94 in einem axialen Hohlzylinder 96 der Schiebehülse 82 geführt und an seinem dem Ventilteller 92 abgewandten Ende mit einer Blechscheibe 98 versehen ist, welche von einer an der Schiebehülse 82 abgestützten Ventilfeder 100 dieses Rückschlagven-

w) tils 92 beaufschlagt wird. Die Schiebehülse 82 des Steuerventils 72 ist weiterhin in einer bezüglich des Ventilsitzes 88 stromaufwärts gelegenen Radialebene mit Schlii/.öffnungen 104 versehen, die bis /um Öffnen d"s Rückschlagventils 90 über eine in der umgebenden

ι.·> Wand des F.inlaßkanals 48 ausgebildete Ringnut 102 an den Verbindungskanal 70 mit dem Auslaßkanal 22, 24 angeschlossen sind. Der Ventilsitz 88 weist im übrigen noch Öffnungen 106 auf, die bis /um Öffnen des

Rückschlagventils 90 durch dessen Ventilteller 92 für einen Durchtritt der Druckluft hin zu der durch das Lufteinlaßventil 58 verschließbaren Bohrung 56 verschlossen sind. Die bohrung 56 ist im übrigen durch einen O-Ring 112 abgedichtet, der innerhalb eines im Durchmesser verringerten Abschnittes 114 dieser Bohrung 56 zwischen zwei Flansche 108 und 110 an dem Schaft 62 des Lufteinlaßventils 58 eingefügt ist, das nahe seinem Ventilteller 60 eine Wirbelwand 116 und oberhalb derselben noch zusätzlich eine Ablenkplatte 118 aufweisen kann, um für die bei geöffnetem Lufteinlaßventil 58 und bei geöffnetem Rückschlagventil 90 über die Bohrung 56 in die Verbrennungskammer 20 zugeleitete Druckluft eine in Richtung auf den Auslaßkanal 22, 24 ausgerichtete Strömung zu ergeben. Solange während des Expansionshubes des Kolbens 16 das Auslaßventil 26 und das Lufteinlaßventil 58 geschlossen bleiben, wird eine Zuströmung von Druckluft in die Verbrennungskammer 20 durch das Steuerventil 72 und durch das Rückschlagventil 90 verhindert. Wenn dann während der letzten Phase dieses Expansionshubes das Auslaßventil 26 und gleichzeitig damit auch das Lufteinlaßventil 58 geöffnet werden, dann bleibt dabei das Rückschlagventil 90 solange für einen Durchtritt der Druckluft direkt in die Verbrennungskammer gesperrt, wie der in dieser vorherrschende Druck höher ist als der Druck der Druckluft. Durch diesen in der Verbrennungskammer 20 vorherrschenden und auf den Ventilteller 92 des Rückschlagventils 90 einwirkenden höheren Druck wird aber andererseits die Schiebehülse 82 des Steuerventils 72 in eine Relativlage gedrückt, in welcher ihre Schlitzöffnungen 104 über die Ringnut 102 an den Verbindungskanal 70 mit dem Auslaßkanal 22, 24 angeschlossen sind, so daß während dieser Zeit die Druckluft über das Steuerventil 72 in den Auslaßkanal 22, 24 zuströmen kann, was in F i g. 3 dargestellt ist. Die Zuströmung der Druckluft über diesen Verbindungskanal 70 in den Auslaßkanal 22, 24 wird andererseits dann unterbrochen, wenn der Druck in der Verbrennungskammer 20 soweit abgebaut ist, daß er niedriger liegt als der Druck der Druckluft und somit dann das Rückschlagventil 90 gegen die Kraft seiner Ventilfeder 100 geöffnet wird. Sobald das Rückschlagventil 90 geöffnet ist, wird die Schiebehülse 82 des Steuerventils 72 durch die Vorspannfeder 86 in die Anschlagstellung an der Anschlagschulter 84 gedrückt, so daß dann ihre ίο Schlitzöffnungen 104 nicht mehr an den Verbindungskanal 70 angeschlossen sind. Entsprechend der Darstellung in Fig. 4 bleibt das Rückschlagventil 90 dann solange geöffnet wie das Auslaßventil 26 und das Lufteinlaßventil 58 durch den Kipphebel 28 geöffnet bleiben, und es wird wieder geschlossen, wenn nach der Zurückziehung der Stößelstange 34 das Auslaßventil 26 und das Lufteinlaßventil 58 durch ihre Ventilfedern 42 und 64 wieder in die Schließlage gedrückt werden.

Bei der alternativen Ausführungsform gemäß F i g. 7 ist die Schiebehülse 82 des Steuerventils 72 zwischen zwei Abstützteilen 120 und 122 ortsfest so angeordnet, daß ihre Schlitzöffnungen 104 über die Ringnut 102 ständig an den Verbindungskanal 70 mit dem Auslaßkanal 22, 24 angeschlossen sind. Die über den Einlaßkanal 48 zugeleitete Druckluft hat folglich einen ständigen Durchtritt zu dem Auslaßkanal 22, 24 und erfährt während des Expansionshubes des Kolbens 16 wiederum erst dann eine Zuleitung auch in die Verbrennungskammer 20, wenn der Druck in dieser Brennkammer jo niedriger ist als der Druck der Druckluft und dann das Rückschlagventil 90 geöffnet wird. Bei geöffnetem Rückschlagventil 90 ist dessen Ventilteller 92 an den Boden 126 des topfförmig ausgebildeten einen Abstützteils 122 für die Schiebehülse 82 des Steuerventils 72 »■Ι angelegt, dessen umfangsseitige Wandung 124 mit Durchtrittsöffnungen 128 für die über die öffnungen 106 des Ventilsitzes 88 zugeleitete Druckluft versehen ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspiuche:

1. Verbrennungskraftmaschine für Kraftfahrzeuge, bei welcher jede Verbrennungskammer mit einem im Zylinderkopf ausgebildeten Auslaßkanal mit zugeordnetem Auslaßventil und mit einem Einlaßkanal für Druckluft Verbindung hat, der über ein in Abhängigkeit vo.i einem sich während des Expansionshubes des Kolbens einstellenden Druckunterschied zwischen der Verbrennungskammer und der Druckluft betätigtes Rückschlagventil an die Verbrennungskammer angeschlossen ist, d a durch gekennzeichnet, daß dem Rückschlagventil (90) in dem ständig unter Druck stehenden Einlaßkanal (48, 50) für Druckluft ein Steuerventil (72) an einer unmittelbar stromaufwärts gelegenen Stelle 7ugeordnet ist, über das die Zuströmung der Druckluft entweder ständig über einen Verbindungskanal (70) zu dem Auslaßkanal {22, 24) oder nur vorübergehend bis zu dem Zeitpunkt gesteuert wird, in welchem der Druckunterschied zu der Verbrennungskammer (20) die Druckluft über das dann geöffnete Rückschlagventil (90) in die Verbrennungskammer (20) einströmen läßt.

2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verbindungskanal (52, 56) des Rückschlagventils (90) mit der Verbrennungskammer (20) ein synchron mit dem Auslaßventil (26) geöffnetes Lufteinlaßventil (58) angeordnet ist.

3. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (72) eine in dem Einlaßkanal (48,50) für Druckluft verschieblich angeordnete und durch die mit der zuströmenden Druckluft gleich ausgerichtete Kraft einer Vorspannfeder (86) gegen eine Anschlagschulter (84) vorgespannte Schiebehülsc (82) aufweist, die in einer ersten Radialebene mil Schlitzöffnungen (104) und einer stromabwärts gelegenen zweiten Radialebene mil einem Ventilsitz (88) für den gegen diesen Ventilsitz durch die Kraft einer an der Schiebehülse (82) abgestützten Ventilfeder (100) vorgespannten Ventilteller (92) des Rückschlagventils (90) versehen ist, wobei die Schlitzöffnungen (104) bis zum Öffnen des Rückschlagventils (90) über eine Ringnut (102) in der umgebenden Wand des Einlaßkanals (48, 50) für Druckluft an den Verbindungskanal (70) angeschlossen ist.

4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lufteinlaßventil (58) mit dem die öffnung des Auslaßventils (26) steuernden Kipphebel (28) verbunden ist.

5. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lufteinlaßventil (58) wie das Auslaßventil (26) aus einem Schaft (62) und einem daran ausgeformten Ventilteller (60) gebildet und oberhalb des Ventiltellers mit einer auf die Mitte der Verbrennungskammer (20) und gegen das Auslaßventil (26) ausgerichteten Wirbelwand (116) und/oder einer Lenkplatte (118) versehen ist.