DE2722301A1

DE2722301A1 - Anlage zum verringern der mechanischen verluste eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE2722301A1
Application number: DE19772722301
Authority: DE
Inventors: Kazuya Kunii
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1976-05-17
Filing date: 1977-05-17
Publication date: 1977-12-01
Also published as: US4128085A; JPS52139819A; JPS5854245B2

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER H. KINKELDEY

OR-MG

W. STOCKMAlR

7 2 ? 3 Ü 1

K. SCHUMANN

ORRtRNAI DffV-PHVS

P. H. JAKOB

DIPU IMG

G. BEZOLD

OR RER MAT DFLOCM

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE

17. Mai 1977 P 11 640

Nissan Motor Company, Limited

No. 2, Takara-machi, Kanagavia-ku, Yokohama City, Japan

Anlage zum Verringern der mechanischen Verluste eines Verbrennungsmotors

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf eine Anlage zum Verringern der mechanischen Verluste eines Verbrennungsmotors und insbesondere auf eine Anlage zum Verringern des Pumpverlustes eines Verbrennungsmotors, indem man den Motor während seines Betriebszeitraums mit niedriger Last ähnlich dem Betrieb eines Verbrennungsmotors bei hoher Last mit einem Hubvolumen betreibt, das kleiner ist als das des erstgenannten Motors.

Wie in der Technik bekannt ist, sind Otto-Motoren außerstande, alle Wärmeenergie, die in ihren Verbrennungsräumen erzeugt wird, auf den Wellenausgang zu übertragen, und ein beträchtlicher Anteil der Wärmeenergie geht in verschiedenen Arten von Verlusten verloren, um somit eine Abnahme in den thermischen und mechanischen Wirkungsgraden zu verursachen und um Bemühungen zu verhindern, eine Verbesserung bei der Treibstoffeinsparung vorzunehmen.

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TELEFON (Ο6Θ) 99 38B2 TELEX Ο6-2Ο3ΘΟ TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

Als einer der mechanischen Verluste des Motors liegt der Pumpverlust vor, der beim Einlaß- und Auslaßhub des Motors auftritt. Der übliche Pumpverlust wird durch die Fläche dargestellt, die durch die Linie O-a-1-4-0 in einem Druckvolumen-Diagramm (p-V-Diagramm) dargestellt wird, das in Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen gezeigt ist. Der Pumpverlust ist während eines Motorbetriebszeitraumes mit niedriger Last größer als während eines Motorbetriebszeitraums mit hoher Last. Aus diesem Grund ist der Treibstoffverbrauch eines Kraftfahrzeugmotors, der mehr bei niedrigen und mittleren Lasten verwendet wird, schlechter als bei einem Kraftfahrzeugmotor, der mehr bei hohen Lasten benutzt wird.

Grundsätzlich wird, wenn ein Motor, der in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist, durch einen Motor mit einem niedrigem Hubvolumen oder einer niedrigeren Kapazität als der erstgenannte Motor ersetzt wird, der Treibstoffverbrauch verringert. Es ist ein Hauptgrund für diese Erscheinung, daß der Pumpverlust verringert wird, da der letztgenannte Motor bei Belastungen betrieben wird, die höher sind als diese, unter denen der erste Motor betrieben wird.

Wird dementsprechend der Pumpverlust verringert, indem man einen Motor während seines Betriebszeitraumes unter niedriger Belastung ähnlich den Betriebsweisen unter hoher Last eines Motors betreibt, der ein Hubvolumen aufweist, das kleiner ist als das des vorgenannten Motors, ohne daß man die Eigenschaften opfert, die für seinen Betrieb bei hoher Last gefordert werden, dann wird der Treibstoffverbrauch in hohem Umfang verbessert oder verringert werden können.

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Dieser Zweck wird dadurch bewirkt, indem man sowohl den Drosselverlust (Zunahme im Ansaugunterdruck), der dadurch verursacht wird, daß man den Öffnungsgrad eines Drosselventils des Motors bei dem Ansaughub verringert, und den Kompressionsverlust verringert, der beim Kompressionshub während des Motorbetriebszeitraumes mit niedriger Last verursacht wird. Um den Drosselverlust zu verringern, ist es notwendig, ein überschüssiges Luft-Treibstoffgemisch in einem Verbrennungsraum des Motors beim Ansaughub einzuleiten, während es zum Verringern des Kompressionsverlustes notwendig ist, das eingeleitete überschüssige Luft-Treibstoffgemisch beim Kompressionstakt aus dem Verbrennungsraum zu treiben, um das erfaßte Volumen des Motors im wesentnlichen zu verringern. Als eine Lösung dieses Problems wird in Betracht gezogen, den Zeitpunkt zum Schließen des Ansaugventiles während des Motorbetriebszeitraumes mit niedriger Last in hohem Umfang zu verzögern. Diese Lösung ermangelt aber der Möglichkeit, in die Praxis umgesetzt zu werden, da es bei mechanischen Anordnungen schwierig ist, den Schließzeitpunkt des Ansaugventils auf einen vorbestimmten normalen Wert während des Motorbetriebszeitraumes unter hoher Last umzustellen.

Es ist daher ein Ziel der Erfindung, eine Anlage zum Verringern der mechanischen Verluste zum Betreiben eines Verbrennungsmotors während seiner Betriebsbereiche mit niedriger Last ähnlich den Betriebsbereichen mit hoher Last eines Motors vorzusehen, der ein erfaßtes Volumen aufweist, das kleiner ist als das des vorherigen Motors, in dem man überschüssiges Luft-Treibstoffgemisch beim Ansaugtakt einleitet und das eingeleitete überschüssige Luft-Treibstoffgemisch beim Kompressionstakt während des Motorbetriebszeitraums mit niedriger Last wieder austreibt, ohne daß man das Ansaugventil des vorgenannten Motors heranzieht.

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Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß man die Anlage zum Verringern der mechanischen Verluste mit einem Hilfsansaugkanal und einem Hilfsansaugventil versieht, das gleichzeitig mit einem Hauptansaugventil des Motors geöffnet, während des Motorbetriebszeitraumes mit niedriger Last aber später als das Hauptansaugventil geschlossen wird, um zu veranlassen, daß überschüssiges Luft-Treibstoffgemisch in einem Verbrennungsraum des Motors durch einen Hilfsansaugkanal beim Ansaugtakt angesaugt wird und um das angesaugte überschüssige Luft-Treibstoffgemisch aus dem Verbrennungsmotor beim Kompressionstakt hinauszudrücken; ferner wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß man die Anlage mit einer Kombination aus einem Bypass-Ansaugkanal und einer Betätigungsvorrichtung für ein Hilfsventil oder ein Drosselventil verwendet, um den Luftstrom, der durch den Ansaugkanal des Motors während des Motorbetriebs unter niedriger Last hindurchströmt, zu erhöhen, um sicherzustellen, daß das überschüssige Luft-Treibstoffgemisch in den Verbrennungsraum durch das Hilfsansaugventil angesaugt wird.

Ein besonderer Gesichtspunkt der Erfindung liegt in einem Hilfsansaugkanal und einem Hilfsansaugventil, die betrieben werden, um zuzulassen, daß ein überschüssiges Luft-Treibstoffgemisch in einen Verbrennungsraum eines Motors durch den Hilfsansaugkanal angesaugt wird, und um das angesaugte überschüssige Luft-Treibstoffgemisch aus dem Verbrennungsraum während der Motorbetriebsarten mit niedriger Last auszutreiben, sowie in einem Bypass-Ansaugkanal und einer Betätigungsvorrichtung für ein Hilfsventil oder ein Drosselventil, um den Luftstrom, der durch den Ansaugkanal des Motors während der Motorbetriebsarten mit niedriger Last hindurchströmt, zu erhöhen, um das überschüssige Luft-Treibstoffgemisch sicherzustellen, das in den Verbrennungsraum angesaugt wird.

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Diese und andere Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung noch näher ersichtlich, die im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen wird, in denen:

Fig. 1 ein Druckvolumen-(p-V)diagramm über das Verhältnis zwischen dem Druck und dem Volumen eines Arbeitsgases in einem Verbrennungsraum eines Otto-Motors ist;

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anlage zum Verringern der mechanischen Verluste ist;

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines hydraulischen Kipphebels ist, der einen Teil der in Fig. 2 gezeigten Anlage zum Verringern des mechanischen Motorverlustes bildet, und

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels einer Einrichtung zum Erhöhen der Strömung ist, die einen Teil einer erfindungsgemäßen Anlage zum Verringern der mechanischen Motorverluste bildet.

Es wird nun auf Fig. 2 und 3 der Zeichnungen Bezug genommen; dort ist eine Anlage zum Verringern mechanischer Verluste eines Verbrennungsmotors gezeigt. Der Motor, der allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist, umfaßt einen Verbrennungsraum 12, einen Vergaser 14, einen Hauptansaugkanal 16, ein Hauptansaugventil 18, einen Kipphebel 20 und einen Nocken 22. Der Hauptansaugkanal 16 tritt durch den Vergaser 14 hindurch, sieht eine Verbindung zwischen der Umgebungsluft und dem Verbrennungsraum 12 durch eine Ansaugöffnung 23 vor und weist ein Drosselventil 24 auf, das hierin drehbar angebracht ist. Das Hauptansaugventil 18 wird zum öffnen und Schließen der Ansaugöffnung 23 betätigt. Der Kipphebel 20 ist schwenkbar für seine Schwingbewegung um einen Drehpunkt angebracht und steht am einen Ende mit dem Hauptansaug-

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ventil 18 in betrieblicher Verbindung, um dieses durch die Schwingbewegung des Kipphebels 20 zu betätigen. Der Nocken 22 steht mit dem anderen Ende des Kipphebels 20 in Berührung und ist drehbar angebracht, um die Schwingbewegung des Kipphebels 20 zu verursachen. Der Motor 10 umfaßt auch einen Abgaskanal und ein Abgasventil (beide nicht gezeigt).

Die Anlage zum Verringern mechanischer Verluste ist im allgemeinen mit dem Bezugszeichen 28 bezeichnet und umfaßt einen Hilfsansaugkanal 3, der vom Hauptansaugkanal 16 abzweigt und sich in den Verbrennungsraum 12 durch eine Hilfsansaugöffnung 31 öffnet. Ein Hilfsansaugventil 32 ist betrieblich zum öffnen und Schließen des Hilfsansaugkanales 30 während des Betriebszeitraumes des Motors 10 bei niedriger Last angeordnet. Das Hilfsansaugventil 32 wird synchron oder gleichzeitig mit dem Hauptansaugventil 18 geöffnet, um zuzulassen, daß ein überschüssiges Luft-Treibstoffgemisch in den Verbrennungsraum 12 eingesaugt wird, und wird beträchtliche Zeit nach der Schließzeit des Hauptansaugventils 18 geschlossen, um das angesaugte überschüssige Luft-Treibstoffgemisch aus dem Verbrennungsraum 18 abzulassen. Das Hilfsansaugventil 32 wird beispielsweise nahe der Mitte des Kompressionstaktes oder der Kröpfung oder wenn eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Motors 10 um 90° vom unteren Totpunkt im Kompressionstakt gedreht wird, geschlossen. Das Hilfsansaugventil 32 wird durch eine geeignete Vorspanneinrichtung (nicht gezeigt) in eine Stellung gedrückt, in der es den Hilfsansaugkanal 30 verschließt. Ein Ventilstößel 34 erstreckt sich vom Hilfsansaugventil 32 nach außen aus dem Zylinderkopf 36. Ein Kipphebel 38 ist schwenkbar zu seiner Schwingbewegung um einen Drehpunkt angebracht, und der Nocken 22 steht mit einem Ende 40 des Kipphebels 38 in Berührung, um dessen Schwingbewegung zu

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veranlassen. Der Kipphebel 38 steht am anderen Ende 42 in und außer Verbindung mit dem Ventilschaft 34, um das öffnen und Schließen des Hilfsansaugventils 32 durch die Schwingbewegung des Kipphebels 38 nur während des Motorbetriebszeitraumes unter niedriger Last zu veranlassen.

Der Kipphebel 38 weist am anderen Ende 42 einen Abschnitt 4 4 auf, der einen hydraulischen Stößel bildet, um die Verbindung zwischen dem Kipphebel 38 und dem Hilfsansaugventil 32 in Übereinstimmung mit den Lastbedingungen des Motors 10 zu lösen oder zu trennen. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist der Abschnitt 44 in seinem Inneren mit einer Bohrung 46 ausgebildet, die am einen Ende durch einen Stöpsel 48 verschlossen ist. Ein Kolben 50 ist verschieblich in der Bohrung 46 eingepaßt, und eine Strömungsmittelkammer 52 wird in der Bohrung 46 zwischen dem Endstöpsel 48 und dem Kolben 50 begrenzt. Ein unter Druck gesetztes hydraulisches Strömungsmittel wird in die Strömungsmittelkanuner 52 eingeführt und wird aus der Strömungsmittelkammer 52 in Übereinstimmung mit Lastbedingungen des Motors 10 abgelassen, wie unten beschrieben wird. Ein Betätigungsstößel 54 erstreckt sich vom Kolben 50 zum Ventilschaft 34 des Hilfsansaugventils 32. Eine Feder 56 ist vorgesehen, um den Kolben 50 zum Endstöpsel 48 hin zu drücken. Wenn ein hydraulischer Strömungsmitteldruck der Strömungsmittelkammer 52 zugeführt wird, dann wird der Kolben 50 zum Ventilschaft 34 durch den Strömungsmitteldruck entgegen der Kraft der Feder 56 gedrückt, so daß der Betätigungsstößel 54 mit einem Ende (nicht gezeigt) des Ventilschaftes 34 in Eingriff tritt oder dagegen angedrückt wird, um eine Verbindung zwischen dem Kipphebel 38 mit dem Hilfsansaugventil 32 herzustellen und um die Schwingbewegung des Kipphebels 38 auf das Hilfsansaugventil 32 zu dessen Betätigung

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zu übertragen. Wenn Strömungsmitteldruck aus der Strömungsmittelkammer 52 abgelassen wird, dann wird der Kolben 50 vom Ventilschaft 38 durch die Kraft der Feder 56 wegbewegt, so daß der Betätigungsstößel 54 aus dem Eingriff mit dem Ende des Ventilschaftes 34 genommen wird, um eine Trennung des Kipphebels 34 vom Hilfsansaugventil 32 vorzusehen und um das Hilfsansaugventil 32 in der Stellung zu halten, die in Fig. 2 gezeigt ist, in der das Ansaugventil 32 den Hilfsansaugkanal 30 verschließt. Zum Herstellen und Lösen des Eingriffs des Betätigungsstößels 34 mit dem Ende des Ventilschaftes 34 weist dieser beispielsweise eine Manschette oder einen Kragen (nicht gezeigt) auf, der fest am Ende des Ventilschaftes befestigt ist, um sich von hier zum Kolbenstößel 54 hin zu erstrecken, und der Ventilschaft 34 nimmt hierin verschieblich den Kolbenstößel 54 auf. Der Kipphebel 38 ist schwenkbar am Drehpunkt mittels einer Hohlwelle 58 abgestützt, in deren Innerem eine Axialbohrung 60 ausgebildet ist. Die Bohrung 60 steht mit der Strömungsmittelkammer 52 durch einen Kanal 62 in Verbindung und kann mit einer Quelle für unter Druck gesetztes hydraulisches Strömungsmittel und einem Sumpf bzw. Ablauf in Verbindung gebracht werden, wie weiter unten beschrieben wird.

Es wird nun wieder auf Fig. 2 übergegangen; eine Einrichtung 63 zum Erhöhen des Strömungsdurchsatzes oder des Strömungsweges ist zum Steigern der wirksamen Querschnittsfläche des Ansaugkanals 16 und somit des Luftstromes vorgesehen, der an dieser Stelle hindurchtritt, um sicherzustellen, daß ein überschüssiges Luft-Treibstoffgemisch in den Verbrennungsraum 12 durch den Hilfsansaugkanal 30 und das Hilfsansaugventil 32 während des Motorbetriebszeitraumes mit niedriger Last angesaugt wird. Die Einrich-

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_ of _

tung 63 zum Erhöhen der Strömung umfaßt eine Bypass-Ansaugleitung 64, die im Vergaser 14 ausgebildet ist, um eine Verbindung zwischen stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Teilen der Ansaugleitung 16 herzustellen, um das Drosselventil 24 zu überbrücken. Ein Hilfsventil 66 ist drehbar in der Bypass-Ansaugleitung 64 angebracht, um diese nur während des Motorbetriebszeitraumes mit niedriger Last zu öffnen. Die Bypass-Ansaugleitung 64 ist in ihrem Inneren mit einer Einschnürung 68 ausgestattet, durch die hindurchgehend eine Blende 70 ausgebildet ist. Die Einschnürung 68 steuert den Luftstrom, der durch die Bypass-Ansaugleitung 64 hindurchtritt. Als ein Mittel, um das Hilfsventil 66 zu veranlassen, die Bypass-Ansaugleitung 64 zu öffnen und zu schließen, ist beispielsweise ein hydraulischer Motor 72 vorgesehen, der ein Gehäuse wie etwa einen Zylinder aufweist, der in seinem Inneren mit einer Bohrung 76 ausgebildet ist. Ein Kolben 78 ist verschieblich in der Bohrung 76 eingepaßt, um in ihrem Inneren eine Strömungsmittelkammer 80 abzugrenzen. Ein Kolbenstößel 82 erstreckt sich vom Kolben 78 nach außen aus dem Gehäuse 74 heraus und steht in betrieblicher Verbindung mit dem Hilfsventil 66. Eine Feder 84 ist vorgesehen, um den Kolben 78 in eine erste Lage zu drücken, in der das Hilfsventil 66 die Bypass-Ansaugleitung 64 verschließt. Ein unter Druck gesetztes hydraulisches Strömungsmittel wird in die Strömungsmittelkanuner 80 eingeleitet und wird von der Strömungsmittelkammer 80 in Übereinstimmung mit den Lastbedingungen des Motors 10 abgegeben. Wenn das unter Druck gesetzte hydraulische Strömungsmittel in der Strömungsmittelkanuner 80 vorliegt, dann wird der Kolben 78 vom Strömungsmitteldruck entgegen der Kraft der Feder 84 in eine zweite Stellung bewegt, die in Fig. 2 gezeigt ist und in der das Hilfsventil 66 die

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Hilfsansaugleitung 64 voll öffnet. Wenn kein unter Druck stehendes hydraulisches Strömungsmittel in der Strömungsmittelkammer 80 vorliegt, dann wird der Kolben 78 durch die Kraft der Feder 84 in die erste Lage zurückgeführt.

Die Strömungsmittelkaimner 80 kann durch Kanäle 86 und 88 mit einer unter Druck gesetzten hydraulischen Strömungsmittelquelle 90 in Verbindung gesetzt werden, um von dort ein unter Druck gesetztes hydraulisches Strömungsmittel zu erhalten, und über den Kanal 86 undeinen Kanal 92 mit einem Sammelbehälter 94 für hydraulisches Strömungsmittel, um dort hinein das unter Druck stehende hydraulische Strömungsmittel abzugeben. Die Quelle 90 kann beispielsweise eine hydraulische Strömungsmittelpumpe sein, eine Motorölleitung oder dergleichen. Ein Umschaltventil 96 ist vorgesehen, um wechselweise den Kanal 86 und somit die Strömungsmittelkammer 80 mit den Kanälen 88 und 92 und somit die Quelle 90 und den Sumpf 94 in Übereinstimmung mit den Lastbedingungen des Motors 10 zu verbinden. Das Umschaltventil 96 nimmt eine erste Stellung ein, um'den Kanal 86 mit dem Kanal 88 zu verbinden und um den Kanal 86 von dem Kanal 92 zu trennen, wenn der Motor 10 unter einer Last läuft, die unter einem vorbestimmten Wert liegt, sowie eine zweite Stellung, um den Kanal 86 vom Kanal 88 zu trennen und um den Kanal 86 mit dem Kanal 92 zu verbinden, wenn der Motor 10 unter einer Belastung oberhalb des vorbestimmten Wertes läuft. Das Umschaltventil 96 wird elektromagnetisch zwischen seiner ersten und zweiten Stellung durch eine Betätigungseinrichtung 98 bei diesem Ausführungsbeispiel betätigt. Die Betätigungseinrichtung 98 kann eine Spule und eine Feder umfassen (beide nicht gezeigt).

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-χι. -

Die Bohrung 60 der Hohlwelle 58 steht mit dem Kanal 86 durch einen Kanal 100 zur Aufnahme des unter Druck gesetzten hydraulischen Strömungsmittels von der Quelle 90 in Verbindung, wenn das Umschaltventil 96 die erste Stellung einnimmt, und zum Abgeben des unter Druck gesetzten hydraulischen Strömungsmittels in den Sammelbehälter 94, wenn das Umschaltventil 96 die zweite Stellung einnimmt.

Eine Steuereinrichtung 102 ist vorgesehen, um die Betätigungseinrichtung 98 zu veranlassen, wechselweise das Umschaltventil 96 in die erste und zweite Lage in Obereinstimmung mit den Lastzuständen des Motors 10 zu bewegen. Die Steuereinrichtung 102 umfaßt beispielsweise einen Drosselventilschalter 104, der von einem Hebel 106 gesteuert wird, der integral bzw. gemeinsam mit diesem Drosselventil 24 betätigt wird. Der Schalter 104 steht in elektrischem Anschluß mit der Betätigungseinrichtung 98 über eine Verdrahtung 108 und wird geschlossen und geöffnet, wenn der Öffnungsgrad des Drosselventils 24 unterhalb bzw. oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegt. Der vorbestimmte Wert kann beispielsweise ein Wert sein, der dem Öffnungsgrad eines Viertels des vollen Öffnungsgrades d.es Drosselventils 24 entspricht. Wenn der Schalter 104 geschlossen und geöffnet wird, dann bewegt die Betätigungseinrichtung 98 das Umschaltventil 96 in die erste bzw. zweite Lage.

Die soweit beschriebene Anlage 26 zum Verringern mechanischer Verluste wird betätigt wie folgt:

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Wenn der Motor 10 bei Teillast läuft, wobei beispielsweise das Drosselventil 24 weniger als ein Viertel seines maximalen Öffnungsgrades geöffnet ist, dann wird der Ventilschalter 104 geschlossen, um die Betätigungseinrichtung 98 zu veranlassen, das Umschaltventil 96 in die erste Lage zu bewegen, um eine Verbindung zwischen der Quelle 90 und sowohl dem hydraulischen Stößel 44 als auch dem hydraulischen Motor 72 herzustellen. Als Ergebnis hiervon wird einerseits der Kolben 50 des hydraulischen Stößels 44 zum Hilfsansaugventil 32 durch ein unter Druck gesetztes hydraulisches Strömungsmittel hinbewegt, das von der Quelle 90 in die Strömungsmittelkammer 52 eingeleitet wird, und entgegen der Kraft der Feder 56, um den Betätigungsstößel 54 gegen das Ende des Ventilschaftes 34 zu drücken, um eine Verbindung zwischen dem Kipphebel 38 und dem Hilfsansaugventil 32 herzustellen. Wird eine derartige Verbindung hergestellt, dann wird das Hilfsansaugventil 32 durch den Kipphebel 38 in eine wellenförmige Bewegung versetzt, um den Hilfsansaugkanal 30 zu öffnen und zu schließen, wobei der Kipphebel 38 schwingend um die Achse der Hohlwelle 58 und in Abhängigkeit von der Drehung des Nockens 22 bewegt wird. Bei jedem öffnen und Schließen des Hilfsansaugventils 32 wird das Ansaugventil 32 zusammen mit dem Ansaugventil 18 geöffnet, und wird geschlossen, wenn die Kurbelwelle um etwa 90° vom unteren Totpunkt nach Beginn des Kompressionstaktes bewegt wurde. Hieraus ergibt sich, daß etwa die Hälfte eines Luft-Treibstoffgemischs, das durch sowohl die Ansaugöffnung 23 als auch die Hilfsansaugöffnung 31 in den Verbrennungsraum 12 angesaugt wurde, in die Ansaugleitung 16 durch die Hilfsansaugöffnung 31 während des Kompressionstaktes zurückgedrückt wird, und die verbleibende Hälfte des angesaugten Luft-Treibstoffgemischs wird im Verbrennungsraum verdichtet. In dieser Hinsicht wird, verglichen mit einem herkömmlichen Motor, der nicht mit einer Anlage zum Ver-

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ringern der mechanischen Verluste versehen ist und unter der Annahme, daß ein Luft-Treibstoffgemisch der Menge Q in den Verbrennungsraum eines herkömmlichen Motors gesaugt wird, um eine Ausgangsleistung T zu erzeugen, wenn das Drosselventil des herkömmlichen Motors um einen gewissen Betrag geöffnet ist, der gleich ist dem Öffnungsgrad des Drosselventils 24 des Motors 10, Luft-Treibstoffgemisch der Menge 2¹Q in dem Verbrennungsraum während des Ansaughubes durch die Haupt- und Hilfsansaugöffnung 23 und 31 gesaugt, und Luft-Treibstoffgemisch der Menge Q wird in die Ansaugleitung 16 durch die Hilfsansaugöffnung 31 während des Kompressionstaktes zurückgeführt, so daß Luft-Treibstoffgemisch der Menge Q im Verbrennungsraum 12 verbleibt und eine Ausgangsleistung T erzeugt wird. Da in diesem Fall das Hubvolumen des Motors 10 im wesentlichen die Hälfte von dem Hubvolumen wird, das in dem Fall vorliegt, in dem das Hilfsansaugventil 32 wirkungslos oder geschlossen gehalten ist, ist der Betrieb des Motors 10 zu dieser Zeit relativ gleichwertig einem Betrieb eines Motors unter hoher Last, der ein kleineres Hubvolumen aufweist.

Andererseits ist der Kolben 78 des hydraulischen Motors 72 von einem unter Druck gesetzten hydraulischen Strömungsmittel bewegt, das von der Quelle 90 in die Strömungsmittelkammer 80 und gegen die Kraft der Feder 84 eingeleitet wird, so daß das Hilfsventil 66 in eine Stellung bewegt wird, um die Bypass-Ansaugleitung 64 voll zu öffnen, und es wird ermöglicht, daß die Menge von 2'Q an Luft-Treibstoffgemisch vom Vergaser 14 in den Verbrennungsraum 12 gesaugt wird. Der Luftstrom, der durch die Bypass-Ansaugleitung 64 hindurchströmt, gleicht die Menge eines Luft-Treibstoffgemischs aus, das in den Verbrennungsraum 12 angesaugt wird und das auf eine

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Menge unterhalb des Wertes 2-Q aufgrund des Unterdrucks in der Ansaugleitung 16 stromabwärts vom Drosselventil verringert wird, d.h. aufgrund des Ansaugunterdrucks, der durch die Anwesenheit des durch die Hilfsansaugöffnung in die Ansaugleitung 16 zurückgeführten Luft-Treibstoffgemischs verringert ist.

Als Ergebnis hiervon wird eine übermäßig erhöhte Menge an Luft-Treibstoffgemisch in den Verbrennungsraum 12 bei Niederlast-Betriebsbedingungen des Motors 10 eingeführt, wobei der Drosselverlust beim Ansaughub verringert ist, um hierbei den Pumpverlust von einem Wert, der der Fläche entspricht, die durch die Linie 0-a-1-4-0 umgeben wird,auf den Wert verringert wurde, der der Fläche entspricht, die durch die Linie O-b-1'-4-0 umgeben wird, wie in Fig. 1 gezeigt ist. In diesem Fall wird das Verhältnis zwischen Druck und Volumen beim Kompressionshub von der Kurve 1-5'-5-2 auf die Kurve 1'-5'-5-2 geändert, wie in Fig. 1 gezeigt

Wenn der Motor 10 bei einer verhältnismäßig hohen Last oberhalb eines vorbestimmten Wertes läuft, der dem Öffnungsgrad beispielsweise eines Viertels des maximalen Drosselöffnungsgrades entspricht, dann wird der Drosselventilschalter 104 geöffnet, um die Betätigungseinrichtung 98 zu veranlassen, das Umschaltventil 96 in die zweite Stellung zu bewegen, um eine Verbindung zwischen dem Sumpf 94 und sowohl dem hydraulischen Stößel 44 als auch dem hydraulischen Motor 72 herzustellen. Als Ergebnis hiervon wird einerseits, da das unter Druck gesetzte hydraulische Strömungsmittel die Strömungsmittelkammer 52 des hydraulischen Stößels 44 verläßt, der Kolben 50 vom Ventilschaft 34 durch die Kraft der Feder 56 wegbewegt, um den Betätigungsstößel 54 aus dem Eingriff mit dem Ende

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des Ventilschaftes 34 zu lösen. Dementsprechend wird das Hilfsansaugventil 32 vom Kipphebel 38 getrennt, um in einer Stellung zum Schließen der Hilfsansaugöffnung 31 gehalten zu werden. Da andererseits das unter Druck gesetzte hydraulische Strömungsmittel die Strömungsmittelkammer 80 des hydraulischen Motors 72 verläßt, wird der Kolben 78 durch die Kraft der Feder 84 in eine Stellung bewegt, in der die Bypass-Ansaugleitung 64 vom Hilfsventil 66 voll geschlossen wird. Als Ergebnis hiervon wird der Motor 10 derart betrieben, daß er eine vorbestimmte hohe Ausgangsleistung ähnlich einem herkömmlichen Motor erzeugt, der mit keiner Anlage zum Verringern der mechanischen Verluste ausgestattet ist, und zwar während des Betriebszeitraumes des Motors 10 unter verhältnismäßig hoher Last.

Es wird nun auf Fig. 4 der Zeichnung Bezug genommen; dort ist ein anderes Beispiel einer Einrichtung 63 zum Vergrößern des Strömungsdurchsatzes oder des Strömungsweges gezeigt. Die in Fig. 4 gezeigte Einrichtung 63 zum Steigern des Strömungsdurchsatzes umfaßt eine Drosselventil-Betätigungsvorrichtung 110 zum automatischen Erhöhen des Öffnungsgrades des Drosselventils 24 während des Motorbetriebszeitraumes mit niedriger Last. Die Drosselventil-Betätigungsvorrichtung 110 ist mit einem Koppelmechanismus 114 kombiniert, der sich betrieblich an ein Gaspedal 116 des Motors 10 zum Drosselventil 24 anschließt, eine Antriebskoppelung 118 aufweist und in der Antriebskoppelung 118 angeordnet ist, um diese in einen ersten und einen zweiten Lenker 120 und 122 aufzuteilen, die entsprechend am Gaspedal 116 und an der Welle des Drosselventils 24 angeschlossen sind. Die Drosselventil-Betätigungseinrichtung 110 umfaßt einen Stützrahmen oder ein Gehäuse 124 mit einer Bohrung oder Kammer 126 in ihrem Inneren und läßt eine

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magnetische Anzugskraft die Kammer 126 durchdringen. Ein stationärer Kern 128 ist am einen Ende des Rahmens 124 stationär bezüglich dessen angeordnet und ist am Lenker 120 angeschlossen. Die Stellung des stationären Kerns 128 ist einstellbar. Ein beweglicher Kern 130 ist in der Kammer 126 verschieblich angeordnet und ist am Lenker 122 angeschlossen. Der'bewegliche Kern 130 ist aus magnetischem Material wie beispielsweise Eisen hergestellt, um in Abhängigkeit von einer magnetischen Kraft bewegt zu werden, und er weist eine erste Stellung auf, in der er mit dem stationären Kern 128 in Eingriff steht, um die Länge der Antriebskoppelung 118 zu verkürzen und um das Drosselventil 24 um einen geeigneten Betrag zu öffnen, sowie eine zweite Stellung, in der er außer Eingriff mit dem stationären Kern 128 steht, um die Länge der Antriebskoppelung zu verlängern und um das Drosselventil 24 in eine frühere Stellung zurückzuführen. Der bewegliche Kern 130 wird in die erste Lage von einer magnetischen Kraft bewegt, die in der Kammer 126 erzeugt wird. Eine Feder 132 ist vorgesehen, um den beweglichen Kern 130 in die zweite Stellung zu bewegen. Ein Magnetspulenkörper 134 ist um den Rahmen 124 und die stationäre Spule 128 herumgewickelt und wird in Übereinstimmung mit den Lastzuständen des Motors 10 in oder außer Erregung gesetzt, um entsprechend eine magnetische Kraft in der Kammer 126 zu erzeugen bzw. dies zu unterlassen. Der stationäre Kern 128 ist aus einem Material wie etwa Eisen hergestellt, das durch die Erregung der Magnetspule 134 magnetisiert wird, um eine magnetische Kraft zu erzeugen, die den beweglichen Kern 130 anzieht. Die Magnetspule 134 bildet den Teil einer elektrischen Steuerschaltung 136, die eine elektrische Spannungsquelle 138, einen Belastungsfühlschalter 140 und einen Zündschalter 142 aufweist, die in Reihe hintereinandergeschaltet sind. Der Schalter 140 ist vor-

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gesehen, um den Niederlast-Betriebszustand des Motors zu fühlen, indem er den Druck in der hydraulischen Strömungsmittelstrombahn 86,100, 60, 62 und 52 zwischen dem Umschaltventil 96 und dem hydraulischen Stößel 44 mißt. Das Drosselventil 24 wird in entgegengesetzte Richtungen gedreht, um die Ansaugleitung 16 in Abhängigkeit von Bewegungen des Gaspedals 116 in der Leistungszuund-abnahmerichtung zu öffnen und zu schließen.

Die Einrichtung 110 zum Erhöhen des Strömungsdurchsatzes, die soweit beschrieben wurde, wird betätigt wie folgt:

Wenn das Hilfsansaugventil 32 betätigt wird, um die Hilfsansaugöffnung 31 durch die Schwingbewegung des Kipphebels 38 während eines Motorbetriebszeitraums niedriger Last zu öffnen und zu schließen, dann wird der Schalter 140 geschlossen, um die Magnetspule 134 in Abhängigkeit vom hydraulischen Strömungsmitteldruck zu erregen, der dem hydraulischen Stößel 44 zugeführt wird. Durch die magnetische Kraft, die in Abhängigkeit von der Erregung der Magnetspule 134 erzeugt wird, wird der bewegliche Kern 130 vom Drosselventil 24 entgegen der Kraft der Feder 132 wegbewegt und wird in Eingriff mit dem stationären Kern 128 gebracht. Durch eine derartige Bewegung des beweglichen Kerns 130 wird die Länge der Antriebskoppelung 118 verkürzt, um das Drosselventil 24 aus einer Stellung, die durch die ausgezogene Linie in Fig. 4 gezeigt ist, in eine Stellung zu bewegen, die durch die gestrichelte Linie in Fig. 4 gezeigt ist, um den Öffnungsgrad des Prosselventiles 24 zu erhöhen. Als Ergebnis wird sichergestellt, daß eine vorher festgelegte notwendige Luftmenge in den Verbrennungsraum 12 eingesaugt wird, um den Drosselverlust und somit den Pumpverlust zu verringern.

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Wenn die Magnetspule 134 außer Erregung gesetzt wird, dann wird der bewegliche Kern 130 von der Kraft der Feder 132 in die zweite Stellung bewegt, um das Drosselventil 24 zu veranlassen, in eine frühere Stellung zurückzukehren, in der das Drosselventil 24 um das geeignete Maß geschlossen ist; im Fall eines Ausfalls der elektrischen Steuerschaltung 136 wird das Drosselventil 24 in ähnlicher Weise um das geeignete Maß geschlossen, um die Gefahr des Überdrehens des Motors 10 usw. zu vermeiden.

Ein Schalter kann verwendet werden, der die erste und die zweite Stellung des Umschaltventils 96 fühlt, oder Signale, die das Umschaltventil 96 anstelle des Schalters 140 veranlassen, sich in die erste und die zweite Stellung zu bewegen, wobei der Schalter 140 die Anwesenheit und Abwesenheit des unter Druck gesetzten hydraulischen Strömungsmittels mißt, das dem hydraulischen Stößel 44 zugeführt wird.

Was die Steuereinrichtung 102 anbelangt, kann ein Schalter verwendet werden, der in Abhängigkeit vom Maß des Niederdrückens des Gaspedals 116 geschlossen und geöffnet wird, was den Niedriglasten und den Lasten des Motors 10 entspricht, die höher sind als die niedrigen Lasten, und zwar anstelle des Drosselventilschalters 104.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Erfindung eine Anlage zum Verringern des mechanischen MotorVerlustes aufweist, die den Pumpverlust eines Motors verringert, um in hohem Umfang den Treibstoffverbrauch des Motors während seines Niederlast - Betriebszeitraumes zu verringern.

Es wird auch darauf hingewiesen, daß, wenn ein Anteil eines Luft-Treibstoff-Gemisches, das in den Verbrennungsraum eingesaugt wurde, von hier aus gewaltsam wieder durch ein

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Hilfsansaugventil im Kompressions takt ausgestoßen wird, da Restgas gleichzeitig aus dem Verbrennungsraum ausgestoßen wird, der Ersatz von Restgas durch ein frisches Luft-Treibstoffgemisch gefördert wird, um die Menge an Restgas im Verbrennungsraum zu verringern und um die
Betriebsstabilität des Motors während des Niederlast-Motorbetriebszeitraumes zu erhöhen.

Ansprüche

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Leerseite

Claims

Ansprüche

1. Anlage zum Verringern der mechanischen Verluste eines Verbrennungsmotors mit einem Verbrennungsraum, einer Hauptansaugleitung, die eine Verbindung zwischen der Umgebungsluft und dem Verbrennungsraum durch eine Einlaßöffnung vorsieht, einem Hauptansaugventil zum öffnen und Schließen der Ansaugöffnung und einer Ausgangsleisbungsüberwachungseinrichtung zum Überwachen der Ausgangsleistung des Motors, gekennzeichnet durch eine Strömungserhöhungseinrichtung zum Erhöhen des Luftstroms, der durch die Hauptansaugleitung (16) während der Betriebszustände des Motors (10) unter niedriger Last hindurchtritt, um ein überschüssiges Luft-Treibstoffgemisch dem Verbrennungsraum (12) zuzuführen, einen Hilfsansaugkanal (34), der von der Hauptansaugleitung abzweigt und sich in den Verbrennungsraum hinein öffnet, ein Hilfsansaugventil (32) zum öffnen und Schließen des Hilfsansaugkanals und eine Betätigungseinrichtung (38), um das Hilfsansaugventil zu veranlassen, den Hilfsansaugkanal beim Ansaugtakt während der Motorbetriebsarten unter niedriger Last zu öffnen und zu verursachen, daß das überschüssige Luft-Treibstoffgemisch in den Verbrennungs raum angesaugt wird, um zu verursachen, daß das Hilfsansaugventil den Hilfsansaugkanal später schließt als das Hauptansaugventil (18) beim Kompressionshub während der Motorbetriebsweisen mit niedriger Last, um das angesaugte, überschüssige Luft-Treibstoffgemisch aus dem Verbrennungsraum auszustoßen.

,ORIGINAL INSPECTED

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2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung einen Kipphebel auf v/eist, der zu seiner schwingenden Bewegung schwenkbar angebracht ist und in und außer Anschluß mit dem Hilfsansaugventil in Übereinstimmung mit den Lastbedingungen des Motors (10) gebracht wird, und der verursacht, daß das Hilfsansaugventil den Hilfsansaugkanal (34) durch diese schwingende Bewegung öffnet und schließt, wenn sie dem Hilfsansaugventil mitgeteilt wird, durch eine Antriebseinrichtung (22), um die Schwingbewegung des Kipphebels zu verursachen, und durch einen hydraulischen Stößel, um die Verbindung zwischen dem Kipphebel und dem Hilfsansaugventil in Übereinstimmung mit den Belastungsbedingungen des Motors herzustellen und zu lösen.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsansaugventil (32) einen Ventilschaft (34) aufweist, der sich von diesem bis zum Kipphebel (38) erstreckt, wobei der hydraulische Stößel (44) die folgenden Merkmale aufweist:

- eine Einrichtung zum Begrenzen einer Bohrung (46) und zum Bilden einer Öffnung am Kipphebel,

- einen Kolben (5 0), der in der Bohrung verschieblich eingepaßt ist und eine Seite hiervon bildet,

- eine Strömungsmittelkammer (52), die wechselweise mit einer Quelle (90) für unter Druck gesetzteshydraulisches Strömungsmittel und einem hydraulischen Strömungsmittelsumpf (14) in Verbindung steht, um die An- bzw. Abwesenheit eines unter Druck gesetzten hydraulischen Strömungsmittels in der Strömungsmittelkammer zu veranlassen,

-einen Betätigungsstößel (54), der sich vom Kolben zum Ventilschaft hin erstreckt und eine Verbindung mit dem Ventilschaft in Abhängigkeit von der An- bzw. Abwesenheit des unter Druck gesetzten hydraulischen Strömungs-

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mittels in der Strömungsmittelkammer herstellt und löst,

- ein Umschaltventil (96) zum wahlweisen Verbinden der Strömungsmittelkammer mit der Quelle und dem Sumpf, und

- eine Spüreinrichtung, um die Umschalteinrichtung zu veranlassen, die Verbindung zwischen der Strömungsmittelkammer und der Quelle in Abhängigkeit von Stellungen der Ausgangssteuereinrichtung zu veranlassen, die niedrigen Motorlasten entspricht, und mit dem Sumpf in Abhängigkeit von Stellungen der Ausgangsüberwachungseinrichtung, die den Lasten des Motors entspricht, die höher sind als niedrige Lasten.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsleistungsüberwachungseinrichtung ein Drosselventil (24) aufweist, das schwenkbar in der Hauptansaugleitung (16) angebracht ist, wobei die Einrichtung zum Erhöhen der Strömung folgende Merkmale aufweist:

- eine Bypass-Ansaugleitung (64) , die die Ansaugleitung an einem Abschnitt überbrückt, der das Drosselventil aufweist,

- ein Hilfsventil (66) zum öffnen der Bypass-Ansaugleitung, und

- eine Steuereinrichtung (72) zum Halten des Hilfsventils in einer ersten Stellung zum Schließen der Bypass-Ansaugleitung in Abhängigkeit von Belastungen des Motors (10), die höher sind als niedrige Belastungen, und zum Bewegen des Hilfsventils in eine zweite Stellung, um die Bypass-Ansaugleitung in Abhängigkeit von den niedrigen Lasten des Motors (10) zu öffnen.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die letztgenannte Steuereinrichtung einen hydraulischen Motor (72) aufweist, der folgende Merkmale aufweist:

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- ein Gehäuse, das in seinem Inneren mit einer Bohrung (76) ausgebildet ist,

- einen Kolben (78), der verschieblich in die Bohrung eingepaßt ist und seine eine Seite in der Bohrung aufweist,

- eine Strömungsmittelkammer (80), die wechselweise mit einer Quelle (90) für unter Druck gesetztes hydraulisches Strömungsmittel und mit einem Sammelbehälter (14) für hydraulisches Strömungsmittel in Verbindung steht, wobei der Kolben betrieblich an das Hilfsventil (66) angeschlossen ist, um dieses in seine erste und zweite Stellung in Abhängigkeit von der Verbindung der Strömungsmittelkammer mit dem Sammelbehälter bzw. mit der Quelle zu bewegen,

- ein Umschaltventil (96) zum wechselweisen Verbinden der Strömungsmittelkammer mit der Quelle und mit dem Sammelbehälter und

- eine Fülleinrichtung (102), um das Umschaltventil zu veranlassen, die Strömungsmittelkammer mit der Quelle in Abhängigkeit von Stellungen der Ausgangsleistungsüberwachungseinrichtung in Verbindung zu setzen, wenn die Stellungen niederen Belastungen des Motors entsprechen, und mit dem Sammelbehälter in Abhängigkeit von Stellungen der Leüungsüberwachungseinrichtung, wenn die Stellungen mit Motorbelastungen übereinstimmen, die größer sind als die genannten niedrigen Belastungen.

6. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsüberwachungseinrichtung folgende Merkmale aufweist:

-ein Drosselventil (24), das schwenkbar in der Hauptansaugleitung (16) angebracht ist,

- ein Gaspedal (116), und

- eine Antriebskoppelung (118), die das Drosselventil und das Gaspedal miteinander verbindet, wobei die Einrich-

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tung zum Erhöhen der Strömung folgende Merkmale aufweist :

- eine Drosselventil-Betätigungseinrichtung (63) , die in der Antriebskoppelung angeordnet ist und die diese in einen ersten (118) und zweiten (122) Lenker auftrennt, die entsprechend am Gaspedal und am Drosselventil angeschlossen ist und ihrerseits folgende Merkmale aufweist:

- einen Tragrahmen (124),

- einen stationären Kern (128) , der stationär bezüglich des Tragrahmens angeordnet und mit dem ersten Lenker verbunden ist,

- einen beweglichen Kern (130), der im Tragrahmen verschieblich angeordnet ist, am zweiten Lenker angeschlossen ist und eine erste Stellung aufweist, in dem er gegenüber dem stationären Kern in Eingriff steht, um das Drosselventil um ein geeignetes Maß zu öffnen, sowie eine zweite Stellung, in der er außer Eingriff mit dem stationären Kern steht, um das Drosselventil zu veranlassen, in eine frühere Stellung zurückzukehren,

- eine Magnetspule (134), die um den Tragrahmen herumgewickelt ist und in und außer Erregung gesetzt wird, um den beweglichen Kern zu veranlassen, sich in seine erste bzw. seine zweite Stellung zu bewegen, und

- eine Spüreinrichtung (140) zum Erregen der Magnetspule in Abhängigkeit von der Verbindung des Kipphebels (38) mit dem Hilfsansaugventil (32) und zum Beenden der Erregung der Magnetspule in Abhängigkeit

; von der Trennung des Kipphebels vom Hilfsansaugventil.

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