DE2223608C3 - Mehrzylindrige ventilgesteuerte Viertakt-Brennkraftmaschine mit einem als Ladepumpe ausgebildeten Stufenkolben - Google Patents

Description

fend die Spülung mit nur einem bestimmten Anteil «iner einstufig verdichteten Luft erfolgt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch den I. Zylinder der Brennkraftmaschine in der Vertikalebene B-B,

Fig. 2 einen Schnitt durch das ivlaschinengehäuse in der Horizontalebene A-A₁-A-,,

Fig. 3 einen Schnitt durch den I. Zylinder in der Vertikalebene C₁-C₁,

Fig. 4 einen Schnitt durch den II. Zylinder in der Vertikalebene C₂-C₂,

Fig. 5 einen Schnitt durch den III. Zylinder in der Vertikalebene C₃-C₃,

Fig. 6 einen Schnitt durch den IV. Zylinder in der Vertikalebene C_rC_A,

Fig. 7 ein Diagramm des Arbeitszyklus.

Zur näheren Erklärung der Wirkung der in erfindungsgemäßer Weise nachgeladenen Viertakt-Brennkraftmaschine wurde als Beispiel eine vierzylindrige Brennkraftmaschine gewählt, deren Arbeitszyklus in vier Abschnitte unterteilt ist, von welchen eine schematisch in den F ig. 1 bis 6, während die übrigen, welche sich im Wesen in der Zündfolge I-III-IV-Il wiederholen, als Arbeitsdiagramm in Fig. 7 veranschaulicht sind.

Aus den Fig. 1 und 2 geht hervor, daß es sich um eine vierzylindrige Brennkraftmaschine mit Fremdzündunghandelt, deren Zylinderkopf 1 mit Saugventilen 2 und Auspuffventilen 3 versehen ist, weiche mittels der im Zylindergehäuse 5 drehbar gelagerten Nockenwelle 4 gesteuert werden. In die mit Differentialbohrungen d_v d₂ versehenen Zylinder sind entsprechende als Ladepunipen dienende Stufenkolben 6 eingebaut, welche Laderingraume 7 bilden. In diese Laderingraume wird entweder aus dem Kurbelgehäuse oder aus der Atmosphäre durch öffnungen 8 Zusatzluft angesaugt und verdichtet. Die Zündfolge der einzelnen Zylinder ist in der F i g. 2 mit den Ziffern I bis IV bezeichnet, welchen Zylindern dieselbe Bezeichnung auch in den Fig. 3 bis 6 entspricht, wobei die letztgenannten Figuren die zugehörige Einstellung der Verbindungskanäle der Nockenwelle 4 angeben, weiche die Verteilung der Zusatzluft gewährleistet.

Zu dieser Verteilung sind alle Zylinder mit Kanälen 9 versehen, die untere und obere Kanäle 9₂ und 9, umfassen, wobei die unteren Kanäle 9₂ in die Laderingraume 7 unterhalb des Kolbens und die oberen Kanäle 9, in die Brennräume in der unteren Totlage des Kolbens münden. Außerdem münden auch in die Laderingraume 7 die Kanäle 10 (s. F i g. 3 bis 6), die mit dem System von drei, in der Gleitführung 14 der Nockenwelle 4 vorgesehenen Kanäle 11, 12, 13 (abwechselnd verbunden werden), welche in eine Nokkenwellenlängsbohrung 15 münden, die im Bereich der beiden äußeren Zylinder I undi4 durch z. B. eingepreßte Blechstöpsel 16 abgeschlossen ist. Die Nokkenwelle dreht sich in der in Fig. 1 eingezeichneten Pfeilrichtung mit halber Geschwindigkeit der Kurbelwelle.

Das Ansaugen der Zusatzluft durch die Öffnungen 8 in die Laderingraume 7 vermitteln die Verbindungskanälc 17 derart, daß bei dem teilweisen Andrehen der Nockenwelle aus der eingezeichneten Stellung in Fig. 1 (s. Pfeilrichtung), die Öffnungen 8 mit den unteren Zweigen 9₂ der Kanäle 9 in Verbindung kommen. Das Überströmen der verdichteten Zusatzluft in die Brennräume in der unteren Totlage vermitteln dann die Überströmkanäle 18, mit denen nicht nur die unteren Kanäle 9,, sondern auch die oberen Kanäle 9, in Verbindung stehen, wie dies auch aus der eingezeichneten Stellung in F i g. 1 ersichtlich ist. Zum Hervorrufen einer progressiven Rotation der folgenderweise verdichteten Zusatzluft und damit auch der

*° ganzen Zylinderfüllung ist es zweckmäßig, anstatt der hier schematisch eingezeichneten Kanäle 9 am Umfang der hier nicht eingezeichneten Zylinderbüchsen mehrere tangentiale öffnungen anzubringen.

Der Verlauf des Viertakt-Arbeitszyklus mit der zweistufigen Verdichtung der Zusatzluft für die nachgeladene Brennkraftmaschine mit Fremdzündung kann außerdem den Fig. 1 bis 6 entnommen werden, weiche den ersten Abschnitt dieses Arbeitszyklus darstellen, der zu dem I. Zylinder gehört. Von den genannten Figuren zeigen Fig. 1 und 3 den I. Zylinder mit der Kolbenlage am Ende des Saughubes, d. h. in der unteren Totlage, in welcher der Kolben seinen eigenen Zylinder mit der verdichteten Zusatzluft nachlädt. Die Nachladung wird bei der in Fig. 1 gezeichneten Stellung der Nockenwelle 4 ermöglicht, wobei der Überströmkanal 18 und der Verbindungskanal 17 in der Ebene B-B der Nockenwellengleitführung 14 (s. Fig. 2) bei der eingezeichneten Kolbenlage die Verbindung der beiden Kanäle 9, und 9-herstellen, und dadurch auch das Überströmen der angesaugten und verdichteten Zusatzluft aus dem Ladeptimpenringraum 7 in den Zylinderraum ermöglicht. In diesem Augenblick ist nicht nur die Saugöffnung 8 zum Ansaugen der Zusatzluft, sondern auch der Kanal 10 geschlossen, wie übrigens auch aus Fig. 2(s.den I. Zylinder) und aus Fig. 3 entnommen werden kann.

Falls die Zündung iin den Zylindern in der Reihenfolge I-III-IV-II verläuft, wie dies bei der dargestell-

♦o ten Maschine der Fall ist, dann ist im IV. Zylinder der Kolben 6 am Ende des Expansionshubes, d. h. in gleicher unterer Totlage wie der Kolben im I. Zylinder. Die drei senkrecht zueinander gebohrten Kanäle 11, 12, 13, welche in der Ebene C₁-C₁ (s. Fig. 2) der Nockenwellengleitführung 14 (s. Fig. 3) liegen, befinden sich dann beim IV. Zylinder in solcher Lage, beider der Kanal 12 mit dem Kanal 10 in Verbindung steht (s. Fig. 2 und 6), wogegen bei den Zylindern II und III, deren beide Kolben sich in der oberen Totlage befinden, die Kanäle 11 und 13 in Verbindung stehen (s. Fig. 2, 4 und 5). Da alle drei Kanäle 11, 12,13, wie schon erwähnt, in die Nockenwellenlängsbohrung IS der Nockenwelle 4 einmünden, bedeutet dies, daß in der gegebenen Lage der Kanäle 11, 12, 13 das Einströmen der Zusatzluft vom IV. Zylinder durch die Nockenwellenlängsbohrung 15 zu den beiden Zylindern II und III ermöglicht wird, wie es auch in Fig. 2 und Fig. 4 und 5 die eingezeichneten Pfeile zeigen, so daß der IV. Zylinder die Ladepumpenringräume 7 der beiden Zylinder II und III lädt. Im nachfolgenden Takt, d. h. bei der Bewegung der Kolben 6 in die untere Totlage, wird, die in den Zylindern II. und III derart vorverdichtete und in den Ladepumpcnraum 7 eingeführte Luft, in diesem Ladepumpenringraum weiter verdichtet. Den beim I. Zylinder weiter oben beschriebenen Arbeitszyklus kann man auch instruktiv in dem Arbeitsdiagramm in Fig. 7 verfolgen, in welchem alle vier Abschnitte für die Zylinder

I, II, III, IV graphisch veranschaulicht sind und im gemeinsamen Zusammenhang einen kompletten Arbeitszyklus der Maschine darstellen. Senkrechte Koordinaten geben das Andrehen der Kurbelwelle in Graden an, voll ausgezogene Kurven den Arbcitsverlauf in einzelnen Zylindern und gestrichelte Kurven die entsprechenden Druckverläufe der Zusatzluft im Ladepumpenringraum.

Gemäß dem ersten Abschnitt des Arbeitszyklus beim I. Zylinder vollendet im Verlauf der zwei Umdrehungen der Kurbelwelle die Nockenwelle 4 eine Umdrehung, in welcher sich nach der voll ausgezogenen Kurve - mit Ausnahme der zweistufigen Verdichtung - ein ähnlicher Arbeitszyklus wie bei jeder üblichen Brennkraftmaschine abspielt. Von 0° bis 180° ist es der Einlaß S, von 180° bis 360° die Verdichtung K, einschließlich der Zündung Z, von 360° bis 540° die Expansion E, und von 540° bis 720° der Avsstoß V. Die gestrichelte Kurve gibt dabei den parallelen Druckverlauf der Zusatzluft an, aus welchem in de" Abschnitten A_x (180°) und B₁ (540°) die maximal erreichte Kompression K ersichtlich ist, die im Teilabschnitt A₁ zum Laden des alleinigen Zylinders I aus dem Ladepumpenringraum 7 unterhalb des sich in der unteren Totlage befindenden Kolbens ausgenützt wird, und im Teilabschnitt B₁ zum Laden der Ladepumpenringräume der beiden Zylinder II und HI, in welcher sich die Kolben in der oberen Totlage befinden.

Das Laden dieser zwei Zylinder wird durch das Überströmen der vorverdichteten Luft aus dem IV. Zylinder errreicht, in welchem, wie schon erklärt würde, die Expansion endet, und zwar durch das Überströmen der Luft durch die geschlossene Nokkenwellenlängsbohrung 15 der Nockenwelle entsprechend den eingezeichneten Pfeilen (s. auch Fig. 2). In den übrigen Zylindern wiederholt sich der Arbeitsverlauf mit einer Phasenverschiebung (Verdrehung der Kurbelwelle) um 180°, was aus dem Arbeitsdiagramm in F i g. 7 bei Berücksichtigung der Zündfolge J-III-IV-II in den einzelnen Zylindern abgelesen werden kann. Im allgemeinen gilt zur Verwirklichung des hier beschriebenen Vieriakt Arbeitszyklus eine grundsätzliche Bedingung, nach weichereiner von den Zylindern, deren Kolben sich in gleicher, d. h. in unterer Totlage befinden, mit in seinem Ladepump'-"ringraum zweistufig verdichteter Luft sich selbst I.κ it. während der zweite Zylinder mit der in der ersten Stufe verdichteten Luft die Ladepumpenringräume

ίο der Zylinder auflädt, deren Kolben sich in umgekehrter, d.h. oberer Totlage befinden.

Zum Zweck der nachträglichen Oxydation der schädlichen Stoffe von Abgasen und deren wirksamer Beseitigung direkt in den Zylindern zu Ende des Ex-

is pansionshubes wird in dieser Phase in die Zylinder eine entsprechende Menge der Druckluft aus der Norkenwellenlängsbohrung 15 eingeführt, und zwar mittels des in der Nockenwellengleitführung vorgesehenen Kanals 19, welcher sich an den Kanal 20 im

ao Zylindergehäuse anschließt. Diese beiden Kanäle lic gen in einer anderen Ebene als die Kanäle 11, 12. 13 und die Vcrbindungs- bzw. Überströmkanäle 17 bzw. 18 in der Nockenwellengleitführung.

Dabei ist es möglich, die Druckluft aus den Brenn

as räumen abzuziehen und diese hinter dem Auspuffventil zum gleichen Zweck der Abgasentgiftung im Auspuffsystem zu verwenden. Außerdem kann man auch durch Drosseln der angesaugten und in den Ladepumpenringraum des Differentialkolbens durch die Kanäle 8 angesaugten Luft den Füllungsgrad und so mit praktisch auch das Verdichtungs-Verhältnis der Brennkraftmaschine regulieren.

Es versteht sich, daß die hier beispielsweise veranschaulichte und beschriebene Arbeitsweise dieser zweistufigen Kompression der Zusatzluft zum Nach laden von Viertakt-Brennkraftmaschinen mit gleiche« Vorteilen auch bei den mehr als vierzylindrigen Oiin oder Dieselmotoren, und zwar gleichgültig ob mit OHV- oder mit OHC-Ventilsteuerung benutzt wer

den kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Mehrzylindrige ventilgesteuerte Viertakt Brennkraftmaschine mit einem als Ladepumpe ausgebildeten Stufenkolben, bei der der Ladepumpenringraum über gesteuerte Kanäle mit dem Zylinderbrennraum in Verbindung steht und bei der die Nockenwelle mittels eingearbeiteter Kanäle als Steuerorgan für den Lufteinlaß in den Ladepumpenringraum ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Arbeitshubende eines Zylinders die im zugehörigen Ladepumpenringraum (7) verdichtete Luft über in den Nokkenwellengleitführungen (14) vorgesehene um 90° gegeneinander versetzte Kanäle (11, 12, 13), die über eine Nockenwelbnlängsbohiung (15) miteinander in Verbindung stehen, in Ladepumpenringräume (7) anderer in der Zündfolge um 180° versetzter Zylinder durch in dem Zylindergehäuse (5) vorgesehene Kanäle (10) übergeschoben wird, von der ein Teil in dem Ladepumpenringraum des zugehörigen Zylinders, der sich während des Überschiebens am Ende Jei Aus schubphase befindet, weiter verdichtet wird und am Ende des Saughubes in den Brennraum dieses Zylinders über in der Nockenwellengleitführung vorgesehene Überströmkanäle (18) mit korrespondierenden Kanälen (9,, 9₂) übertritt

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zylindergehäuse (5) an den Stellen der Gleitfuhrungen (14) der Nockenwelle (4) Ansaugöffnungen (8) vorgesehen sind, welche in das Kurbelgehäuse oder in die Atmosphäre münden und daß in den Gleitfuhrungen (14) der Nockenwelle Verbindungskanäle (17) vorgesehen sind, durch die die Ansaugöffnungen (8) mit den Kanälen (10) verbindbar sind.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Kompressionshubes eines Zylinders die Ansaugöffnung (8) über den Verbindungskanal (17) mit dem I adepumpenringraum (7) und zum Ende des Kompressionshubes dieser Ladepunipenringraum (7) über den Kanal (13), die Nockenwellenlängsbohrung(15) und den Kanal (12) mit dem Pumpenringraum (7) des am Arbeitshubende sich befindenden Zylinders verbunden ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils bei einem Zylinder die Kanäle (11, 12, 13) der Verbindungskanal (17) und der Kanal (11) in einer Ebene ( C-C), während der Überströmkanal (18) und die Kanäle (9,, 9_?) in dner anderen Ebene (B-B) liegen.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zylinderbrennraum jeweils über einen in dem Zylindergehäuse (5) vorgesehenen Kanal (20) und einen in der Nockenwellengleitführung (14) vorgesehenen Kanal (19) am Ende des Arbeitshube:; mil der Nockenwellenliingsbohrung (15) verbunden ist.

Die Erfindung bezieht s.ich auf eine mehrzylindrige ventilgesteuerte Viertakt-Brennkiaftmaschine m>l einem als Ladepumpe ausgebildeten Stufenkolben, bei der der Ladepumpenringrauni über gesteuerte Kanäle

mit dem Zylinderbrennraum in Verbindung steht und bei der Nockenwelle mitiels eingearbeiteter Kanäle als Steuerorgan für den LufteinlaS in den Ladepumpenringraum ausgebildet ist.

Bei einer bekannten Brennkraftmaschine dieser An (Patentschrift Nr. 68 106 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin) wird durch den als Ladepumpe ausgebildeten Stufenkolben die im Ladepumpenringraum verdichtete Luft jeweils zum Ende des Saughubes und des Expansionshubes in den Brennraum des zugeordneten Zylinders übergeschoben, wobei die hierfür vorgesehenen Kanäle in der Nockenwelle so ausgebildet sind, daß zum Ende des Saughubes eine volle Merge der Druckluft eindringt, wogegen zum Ende des Expansionshubes lediglich eine solche Menge der Druckluft zugeführt wird, weiche zur Spülung und Füllung der Zylinder, insbesondere zur nachträglichen Oxydation der Auspuffgase direk; an der Stelle ihrer Entstehung nötig ist. Zwar wird hierdurch eine übermäßige Zufuhr von Zusatz luft fur den Spülvorgang weitgehend vermieden, whs sich günstig auf die Lebensdauer der Brennkraftmaschine auswirkt, da eine übermäßige Menge an Spulluft eine Zunahme der Aggressivität der glühenden und sauerstoffreichen Gase insbesondere auf die Ven tile bewirkt, doch ist die mögliche Arbeitsleisrung durch den als Ladepumpe ausgebildeten Stufenkolben nicht voll ausgenutzt, da durch die unterschiedlich ausgebildeten Kanäle in der Nockenwelle zum Zwecke der Abgabe einer geringeren Spülluftmenge - eine geringere Luft menge angesaugt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Lei stungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit einer Brenn kraftmaschine der eingangs erläuterten Art unter Ausnutzung der vollen Leistungsmöglichkeit aller als Ladepumpen ausgebildeten Stufenkolben zu erhöhen und Jabei das Problem der erhöhten Spülluftmenge zu vermeiden, bei denen die volle Arbeitsleistung der Stufenkolben als Ladepumpe ausgenutzt wird.

Die Erfindung besteht darin, daß am Arbcitshubende eines Zylinders die im zugehörigen Ladepum penrinyraum verdichtete Luft über in den Nockenwellengleitführungen vorgesehene, um 90° gegeneinander versetzte Kanäle, die über eine Nockenwellenlängsbohrung miteinander in Verbindung stehen, in Ladepumpenringräume anderer in der Zündfolge um 180" versetzter Zylinder durch in dem Zylindergehäuse vorgesehene Kanäle übergeschoben wird, von der ein Teil in dem Ladepumpenringraum des zugehörigen Zylinders, der sich während des Überschiebens am Ende der Ausschubphase befindet, weiter verdichtet wird und am Ende des Saughubes in den Brennraum dieses Zylinders über in der Nockenwellcngleitfiihrung vorgesehene Überströmkanäle mit korrespondierenden Kanälen übertritt.

Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß die für den Spiilvorgang nicht erforderliche Luft anderen Zylindern zugeteilt wird, wodurch eine höhere Verdichtung der im Ladepumpenringraum verdichteten Luft, die zur Nachladung der Brennkraftmaschine

fi;, dient, er/.iel! wird, was die Leistungsfähigkeit dci Brennkraftmaschine steigert. Bei der Brennkraftmaschine nach der Erfindung erfolgt demnach die Nach ladung durch zweistufig verdichtete Zusatzluft, wiih