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Brennkraftmaschine mit Gemisch am Sauger mit
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bcweglichem Drosselschirm am Einlaßventil Die Erfindung betrifft eine
Brennkraftmaschine mit Gemischansaugung mit beweglichem Drossel schirm am Einlaßventil
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Eine solche Brennkraftmaschine zeigt beispielsweise
die DAS 2 006 391.
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Bei der Drosselung des Ansauggemisches mittels Drosselschirm im Bereich
des Einlaßventiles werden, insbesondere im Leerlauf, von dein unteren Tcillastbereich
schallnahe Einströmungs-Geschwindigkeiten im Bereich der Drosselspalte und entsprechend
intensive Verwirbelungen erzeugt, die sich unmittelbar bis in den angrenzenden Arbeitsraum
hinein fortsetzen. Dadurch wird eine homogene Gemischbildung und ein gutes Zündverhalten
auch bei stark abgemagertem Gemisch erzielt. Bei Drosselung unmittelbar im Ventileinlaß
wird also ein gutes Laufverhalten bei besonders abgemagerten Gemischen erzielt.
Außerdem werden durch eine unmittelbare Drosselung des Ansaugstromes im Einlaß die
sogenannten Pumpverluste der Brennkraftmaschine vermieden. Unter Pumpverlusten wird
hierbei ein Strömungskurzschluß beim Ladungswechsel von der Abgasseite in die Frischgasseite
während der kurzen Oberschneidungszeit, innerhalb derer das Auslaßventil noch nicht
geschlossen und das Einlaßventil bereits geöffnet ist, verstanden. Bei herkömmlichen
Motoren mit Drosselung des Ansauggemisches mittels einer weit vor den einlaßventilen
angeordneten Drosselklappe steht innerhalb der Saugrohre ein gewisses Volumen unter
erheblichem Unterdruck. Dieses
Volumen ist in der Liga, während
der Überschneidungszeit von der Abgasseite her Abgase in das Ansaugrohr zurückzusaugen,
welches beim beginnenden Saughub des Kolbens als nutzloses Volumen erst wieder in
den .Arbeitsraum zurückgesaugt werden muß. Auch ohne Überschneidung der Gaswechselventile
kann ein Zurücksaugen vom Arbeitsraum-Inhalt, der gegen Ende des Ausschubhubes einen
Druck leicht oberhalb des Atmosphärendruckes aufweist, in das Ansaugrohr, in welchem
im Leerlauf und dem niedrigen Teillastbereich ein sehr hohes Vakuum vorliegt, erfolgen.
Diese eine Zylinderfüllung beeinträchtigenden Pumpverluste können dadurch, dal3
die Drosselung des Ansaugstromes direkt in den Zylindereinlaß gelegt wird, vermieden
werden.
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Es ist damit also eine bessere vylinderfilllung und somit eine höhere
Leistungsausbeute möglich; überdies können die aber schneidungszeiten der (.aswechselventile
noch etwas großzügiger bemessen werden, was ebenf.llls einer guten Zylinderfüllung
förderlich ist.
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Bei dem eingangs zitierten vorlßekannten Verbrennungsmotor wird der
Drosselschirm im Leerlauf uiid bei niedriger Teillast ganz nahe an den Ventilteller
herangeschoben. Während eines Ladungswechsels bleibt der Drossel schirm still stehen.
Er wird lediglich bei Obergang auf einen anderen Lastzustand des Motors lansam verschoben.
Bei Vollast des Motors wird der Drossel schirm bis an die untere Stirnkante der
Ventilschaftführung hochgezogen, so daß ein möglichst großer Durchlaß für das Ansauggemisch
zur Verfügung steht. Nachteilig bei dieser Ausführung ist, daß trotz der zurückgezogenen
Vollast-Stellung des Drosselschirmes dieser immer noch störend in die Ansaugströmung
hineinragt und eine Füllung behindert. Außerdem ist der Drosselhub des Drosselschirmes
sehr groß, was im Hinblick auf die Lagerung des Ventiles und des Drosselschirmes
sowie im Hinblick auf dessen Antrieb gewisse konstruktive Probleme schafft.
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Es gibt andere bauarten von gemischansaugenden Brennkraftmaschinen,
bei denen lastabhängig der Öffnungshub und die Öffnungszeit des Einlaßventiles beeinflußt
werden kann und bei denen auf diese Weise eine Ikosseltlng des Ansaugstromes im
Bereich des Einlaßventiles erfolgen kann. (Vergleiche z. B. SAE-Journal,Januar 1969,
Seite 45 ff.) Derartige Bauarten haben aber den Nachteil, daß der Antrieb für die
Ventile sehr kompliziert und teuer und auch entsprechend störanfällig ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von einer im Oberbegriff von
Anspruch 1 genannten Bandart einer Rrennkraftmaschine mit konstantem Ventilhub eine
Schirmdrosselung anzugehen, bei der in der Vollaststellung des Drosselschirmes dieser
die Ansaugströmung nicht behindert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden blerk
ale von Anspruch 1 gelöst. Der Drosselschirm macht also nicht nur den Drosselhuh
relativ zum Ventilteller, sondern außerdem jeweils taktweise noch den Offnungshub
des Ventiles mit. Im tlbrigen ist die bewegungsrichtung hinsichtlich des wirksamen
Drossel-Querschnittes geradc umgekehrt wie bei dem vorbekannten Motor. Bei Vollast
liegt der Drosselschirm eng an der Oberseite des Ventiltellers an und bietet der
Ansaugstrtimung so gut wie überhaupt keinen Widerstand. Bei Leerlauf bzw. bei niedrigerer
Teillast befindet sich der Drosselschirm in einer vom Ventilteller abgehobenen Stellung;
Ventilteller und Drosselschirm bilden gewissermaßen eine Einheit in ob der Weise,
als / ein enstprechend starker einem "toten Weg" versehener Ventilteller variabler
Höhe vorgesehen wäre.
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Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
nachfolgend noch kurz erläutert;
dabei zeigt die Figur einen Verschnitt
durch den oheren Teil einer Brennkrafmaschine mit einem nach der Erfindung antreibbaren
Drossel schirm.
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Der teilweise dargestellte Motor hesteht aus einem Motorblock (1)
mit darauf befestigtem Zylinderkopf (3) und Kolben (2), durch den ein Arbeitsraum
(4) gebildet wird. Bei abwärtsgehendem Kolben saugt dieser durch den Einlaßkanal
(5) und das geöffnete Tellerventil (6) Luft/Kraftstoff-Gemisch an.
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Wie rechts oben in der Zeichnung angedeutet, ist an den Zylinderkopf
bzw. an die Einlaßkanäle ein Ansaugrohr (34) angeflanschs. Die über den Luftfilter
(35) angesaugte luft wird mittels der Finspritzventile (53) lastabhängig mit Kraftstoff
versorgt, die ihrerseits von dem Einspritzsteuergerät (32) mit Kraftstoff versorgt
werden. Das Ansteuergerät (32) steht mit dem Gaspedal (31) des Fahrzeuges in Verbindung.
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Der Ventiltrieb der dargestellten Brennkraftmaschine ist folgendermaßen
aufgebaut: Das Tellerventil (6) selber besteht aus einem Ventilteller (8) und einem
durch den Zylinderkopf. auf dessen Oberseite hindurchgeführten Ventilschaft (7).
Auf der Oberseite des Zylinderkopfes ist eine hohl zylindrische Stößelführung (10)
vorgesehen, in der ein Tassenstößel (95 axial beweglich geführt ist. Das Tellerventil
wird durch im Innern des Tassenstößels (9) angehrachte Ventilfedern (11) in Schließstellung
gespannt. Auf die freie Oberseite des Tassenstößels wirkt ein mit einer nicht dargestellten
Nockenwelle verbundener umlaufender Offnungsnocken(12).
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Um den Ventilschaft (7) herum sind zwei gleichachsig zu einander liegende
Hülsen (17 und 18) angeordnet, von denen die eine Hülse - die erste Hülse (17) -
sich in Richtung zum Ventilteller (8) hin erstreckt und dort einen Drosselschirm
(16) trägt, wo
hingegen die andere iiilse - die weitere Hülse (18)
-sicit in Richtung zur Oberseite des Zylinderkopfes hin erstreckt. Beide Hülsen
(17 und 18) machen den Offnungshub des Tellerventiles taktweise mit; die Führung
des Tellerventiles erfolgt also über die beiden Ilülsen mittels einer vergrößerten
in den Zylinderkopf eingepreßten Gleitbüchse (13). Die radial außenliegende erste
Hülse (17) ist gegenüber dem Ventilschaft und dem Zylinderkopf axial beweglich,
sie ist aber mittels einer Längsnut (19) und einer in der Führungsbüchse (13) angeordneten
Paßfeder (20) gegen Verdrehen gegenüber dem Zylinderkopf gesichert. Die beiden ineinander
liegenden Hülsen (17 und'18) stehen iiber ein Muttergewinde (21) in der ersten Hülse
bzw.
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ein entprechendes Bolzengewinde (22) in der weiteren Hülse (18) in
Axialrichtung miteinander im Eingriff. Axial beiderseits dieses Gewindeeingriffes
(21, 22) sind zylindrische {ührungsflächenpaare (23a,b und 24a,b) angeordnet. Die
äußere erste Hülse (17) erstreckt sich bis iiber die Oherkante der Fiihrungsbiichse
(13) hinaus; sie übernimmt gemeinsam mit dem flichtriiig (25) eine Abdichtung der
Ventilführung.
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Die weitere Hülse (18) ist in Axialric}1tung gegenüber dem Ventilscliaft
(7) fixiert jedoch gegenüber ihm verdrehbar. hierzu ist im Ventilschaft eine llmfangsnut
(29) angeordnet, in die zwei Halbringstücke (28a,h) eingelegt sind und die an der
oberen Stirnkante der Hülse (18) anliegen. Ober das freie Ende der Hülse (18) ist
eine Oberwurfmutter (27) aufgeschraubt, deren nach Innen ragende Schulter auf der
Oberseite des Halbringpaares (28a,b) anliegt.
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Zwischen der Axialfixierung der weiteren Hülse (18) und dem oberen
Führungsflächenpaar (23a,b) ist an der weiteren Hülse (18) ein Ritzel (26) eingearbeitet,
dessen äußerer Durchmesser (d)
höchstens so groß ist wie der größte
Durchmesser der ersten Hülse (17), so daß sich das Ritzel (26) durch die Fiihrungsbüchse
(13) hindurchschieben läßt. Tangential zu diesem Ritzel ist eine axial bewegliche
Zahnstange (30) angeordnet, die in dem unteren Teil der sStößelffihrtlng (10) gelagert
ist und die wenigstens mittelbar mit dem Gaspedal (31) des Motors in Verbindung
steht und sich lastabhängig bewegen läßt. Die axiale Erstreckung (1) des Ritzels
(26) entpricht dem Öffnungshub (h) des Tcllerventiles zuzüglich der Eingriffsbreite
zwischen Zahnstange (30) und titzel (26).
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Durch die dargestellte Anordnung kann über den Zahneingriff (30 ,26)
und den Gewindeeingriff (21 , 22) der Abstand des Drosselschirmes (16) gegenüber
dem Ventilteller (8) verändert werden. Die einmal eingestellte Relativlage wischen
Drosselschirm und Ventilteller bleibt auch whrend des Öffnungshubes des Tellerventiles
erhalten, d. h. die beiden Hülsen machen die Oszillationsbewcgungen des Tellervetttiles
während des taktweisen Gaswechsels mit. Zur Wirkungsweise der Drosselanordnung ist
noch vorauszuschicken, daß der flinlaßkanal (S) im Bereich des Ventilsitzes (14)
über eine gewisse axiale Erstreckung (15) hinweg zylindrisch verläuft und gemeinsam
mit dem Drosselschirm (16) einen definierten Ringspalt bildet.
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Die Wirkungsweise der beschriehenen Anordnung ist nun kurz folgende:
Bei der in vollen Linien dargestellten Relativlage zwischen Drosselschirm und Ventilteller,
die der Leerlauf-Drosselstellung des Schirmes (16) entspricht, ist während der gesamten
Offnungszeit und über den gesamten Offnungshub des Tellerventiles hinweg lediglich
der zwischen der Außenkante des Drosselschirmes und dem zylindrischen Teil (15)
des Lufteinlaß-Kanales (5) verbleibende enge Drosselspalte wirksam.
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Dieser Drossel spalt ist so klein, daß durch ihn nur die Leerlaufgemiscllmenge
in den Arbeitsraum (4) cintreten kann, wobei zumindest bei höheren Motordrehzahlen
Schallgeschwindigkeit im Bereich des Drosselspaltes und dementsprechend cine intensive
Verwirbelung der Strömung erzielt wird, die sich bis in den Arbeitsraum (4) hinein
erstreckt und dort eitle gute Gemischaufbereitung bewirkt. Drosselschirm (16) und
Ventilteller (R) wirken gemeinsam im hinblick auf die Drosselung wie ein kompakter
entsprechend stark ausgebildeter Ventilteller. Bei Annäherung des Drosselschirmes
(16) an den Ventilteller (8) wird gewissermaßen die höhe dieses gemeinsamen Drosselkörpers
verringert, wodurch gegen Ende des Ventilhubes ein größerer Drosselspalt zwischen
dem Ventilsitz (14) und der Außenkante des Drosselschirmes (16) freigegeben wird.
Bei Einstellung der Drosselung auf höhere Motorbelastungen wird der Drossel schirm
(16) in Richtung auf den Ventilteller (8) verschoben, so daß der sich gegen Ende
des Ventj lliubes (h) einstellende verbleibende ringförmige Drossclspalt *r(ißcr
wird itnd dementsprechend mchr Gemisch aus dem unter atmosphärischem Druck stehenden
Einströmkanal (5) angesaugt werden kann. Bei Einstellung der Drosselung auf volle
Motorbelastung befindet sich der Drosselschirm in der in striclLpunktierten Linien
dargestellten auf der Oberseite des Ventilteller (8) anliegenden Stellung, in der
er der Einlaßströmung einen möglichst geringen Widerstand bietet. Der Verstellhub
(h') des Drosselschirmes (16) ist relativ klein und entspricht im wesentlichen dem
Öffnungshub (h) des Tellerventiles.
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Zur Vermeidung von Reaktionen auf die innenliegende weitere Hülse
(18) seitens der axialen Kräften unterworfenen ersten Hülse (17) ist es zweckmäßig,
den Gewindeeingriff (21,22) im Hinblick auf die Gewindesteigung im Bereich der Selbsthemmung
auszulegen,
7. 13. mit etwa sechs bis acht Grad. Bei einer derartigen Gewindesteigung kann der
gesamte Drosselschirmhub h' mit etwa einer bis zu ei@einhalb Umdrehungen dq Ritzels
26 überdeckt werden.
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Bei Mehrzylindermaschinen kann auch eine Anpassung an die geforderte
Last dadurch bewirkt werden, daL eine mehr oder weniger größe Anzahl von Zylindern
abgeschaltet wird. Die nicht abgeschalteten Zylinder sind dann höher bolastet und
arbeiten in einem bereich besseren Wirkungsgrades und bosserer Verbrennung. Die
Abschaltung eines oder mehrerer Zylinder kann dadurch erfolgen, daß der entsprechende
Drosselsehirm tind sein Verstellmechanismus in der Leerlaufstellung des Drosselschirmos
von dem Gestänge zur Lasteinsteuerwig abgekoppelt wird, wobei die angehobene Stellung
des Drossolschirmes relativ zum Ventilteller stets beibehalten wird, wohingegen
über die nicht abgekoppelten Drosselschirmo eine kontinuierliche Lasteinsteuorung
noch möglich ist.
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L e e r s e i t e