DE2802118A1

DE2802118A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2802118A1
Application number: DE19782802118
Authority: DE
Inventors: Auguste Moiroux
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-05-16
Filing date: 1978-01-19
Publication date: 1978-11-23
Also published as: FR2391356A2; JPS53141810A; FR2391356B2; IT1089284B; US4273083A; GB1598521A

Description

Anwaltsakte: P 270 Auguste MOIRQUX

Kennwort: "Einzelventil" ' Ecully (Rhone], Frankreich

Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen aufgeladenen Dieselmotor, und zwar im speziellen das Zufuhr- und Abfuhrsystem für das Gas-Luft-Gemisch bzw. die Luft bzw. die verbrannten Gase.

Sämtliche Motoren mit Brennkammern und hin- und hergehenden Kolben sind mit einem solchen System zum Zu- und Abführen der strömenden, wirksamen Medien ausgestattet. Das Zu- und Abfuhrsystem umfaßt eine Zuleitung, die bis zu einem Einlaßventil führt, ferner einen Auspuffkreislauf, der ein Auslaßventil hat. Der Motor ist deshalb mit dem Kreislauf der aktiven strömenden Medien in Reihe geschaltet. Hieraus ergeben sich die folgenden Einzelheiten:

Das durch den Motor selbst hindurchgehende Leitungssystem arbeitet einerseits während der Periode des Ansaugens und des Spülens, d.h. während einer genau vorgegebenen Zeitdauer, exakt. Die Anpassung der Ladeluftmenge aus dem Turbolader zum Motor ist jedoch begrenzt und kann bei hoher Aufladung Probleme aufwerfen.

Das Auslaßventil wird im wesentlichen von verbrannten Gasen hoher Temperatur durchströmt und somit selbst hohen Temperaturen ausgesetzt, welche Korrosionen und thermische Risse begünstigen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verteilungssystem (System der Zufuhr und Abfuhr) zu schaffen, das diese Nachteile vermeidet.

Ein Zufuhrsystem für die Zufuhr von Frischluft und für die Abfuhr von verbrannten Gasen aus einem Motor mit hin- und hergehendem Kolben ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Führung der aktiven strömenden Medien parallel zu dem Motor, nicht aber in Reihe vorgenommen ist, und daß nur ein einziges Verbindungsventil vorgesehen ist.

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Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung ist Jeder Zylinder mit wenigstens einem Verbindungsventil ausgerüstet, das die doppelte Funktion des Einlasses und des Auslasses hat.

Die Erfindung läßt sich insbesondere auf Dieselmotoren anwenden, die mittels eines Turboladers aufgeladen sind.

Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung wird die Durchsatzmenge, die aus dem Turbolader austritt, derart stark bemessen, daß ein Rückströmen der verbrannten Gase vermieden wird.

Weiterhin kann gemäß der Erfindung eine Rückschlagklappe im äußeren Kreislauf in Strömungsrichtung vor dem Verbindungsventil vorgesehen werden, um ein Rückströmen der verbrannten Gase zu vermeiden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verteilungsventil vor dem Yerbindungsventil angeordnet und derart gesteuert, daß es die aus dem Turbolader strömende Luftmenge derart regelt, daß ein Rückströmen der verbrannten Gase vermieden wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung mündet der Zulaufkollektor rn den Auslaufkollektor, und zwar über ein Absperrorgan, das aus einem Klappenventil oder Schwenkventil gebildet ist, welches zwischen zwei extremen Stellungen verschwenkbar ist, wobei es jeweils den Zulaufkollektor und den Auspuffkollektor unterhalb der Stelle wo der Zulaufkollektor einmündet, verschließt.

Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird vorgesehen, das Schwenkventil drehfest mit einer Achse zu verbinden, so daß sich seine bewegliche Kante in der Nähe eines festen Deflektors bewegt, der sich bis in den unmittelbaren Bereich des Verbindungsventils erstreckt, so daß das genannte Klappenventil im Verlaufe seiner Bewegung zwischen seinen beiden Extrempunkten eine Zwischenstellung einnimmt, wo sich im wesentlichen in der Verlängerung des festen Deflektors befindet, so daß jetzt jeweils der Eintrittskollektor und der Auspuffkollektor für sich getrennt und provisorisch bis zur unmittelbaren Nähe des Verbindungsventils hin verlängert sind.

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Die Erfindung kann dahingehend abgewandelt werden, daß das Schwenkventil in drehfester Verbindung mit einer Steuervorriehtung steht, die derart gestaltet und angeordnet ist, daß das genannte Schwenk ventil nur progressiv aus der Stellung, bei welcher es den Eintrittskollektor absperrt, in die Stellung, bei welcher es den Auspuff kollektor absperrt, verschwenkt werden kann, so daß bei jener Stellung, bei welcher sich das Klappenventil im wesentlichen in der Verlängerung des festen Deflektors befindet, Zuluft auf der einen Seite des Deflektors in den Zylinderraum eintritt, die verbrannten Gase aus dem Totraum des Zylinders verdrängt und auf der anderen Seite des Deflektors aus dem Zylinderraum austritt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, die Steuervorrichtung für das Klappenventil derart zu gestalten und anzuordnen, daß das Klappenventil aus der den Auspuffkollektor absperrenden Stellung in die den Eintrittskollektor absperrenden Stellung nur dann verschwenkt wird, wenn das Verbindungsventil geschlossen ist.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Figur 1 zeigt in schematischer Ansicht einen Axialschnitt durch einen Motorzylinder herkömmlicher Bauart.

Figur 2 zeigt ebenfalls in schematischer Darstellung und im Axialschnitt den Zylinder eines Motors, der mit einem erfindungsgemäßen Verteilersystem ausgestattet ist sowie mit einem Ver— bindungsventil und einem Rückschlagventil.

Figur 3 zeigt in schematischer Darstellung und im Axialschnitt den Zylinder eines Motors, der mit einem erfindungsgemäßen Verteilersystem ausgestattet ist,, mit einem Verbindungsventil und einem gesteuerten Verteilerventil.

Figur 4 zeigt in schematischer Ansicht das in Figur 3 wiedergegebene Verteilersystem, das einem stark aufgeladenen Motor angepaßt ist.

Die Figuren 5 bis 7 stellen schematische Axialschnitte des Zylinders eines Motors dar, der mit einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verteilersystems ausgestattet ist.

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Der in Figur 1 wiedergegebene Motor herkömmlicher Bauart hat einen Kolben 1, ist an einen Kurbeltrieb 2 angelängt und kann sich innerhalb eines Zylinders 3 auf und ab bewegen. Oberhalb des Zylinders 3 befindet sich ein Zylinderkopf 4-. Dieser enthält einen Einlaßkanal 5, der von einem Ventil 6 gesteuert ist sowie einen Auslaßkanal 7» der von einem Ventil 8 gesteuert ist.

Bei dem in Figur 2 dargestellten, erfindungsgemäßen Motor enthält der Zylinderkopf 9 einen Einlaßkollektor 10 und einen Auslaßkollektor 11. Die beiden Kollektoren sind mittels eines einfachen Rückschlagventiles 12 unmittelbar miteinander zusammengeschaltet. Der Auslaßkollektor kann mit dem Zylinderraum durch ein, Verbindungsventil 13 verbunden werden, das durch eine nicht dargestellte Nockenwelle gesteuert ist.

Der Motor arbeitet wie folgt:

Sobald sich der Kolben am Ende des Arbeitshubes am unteren Totpunkt befindet, öffnet das Verbindungsventil 13, so daß das Gas in den Äuslaßkollektor 11 strömen kann. Das Ventil 12 verhindert das Gas, in den Einlaßkollektor 10 zurückzuströmen.

Am Ende des Auslaßvorganges, wenn der Kolben 1 am oberen Totpunkt angelangt ist, steht der Kollektor 11 nicht mehr unter dem Überdruck der Auslaßgase. Dann öffnet sich das Ventil 12, um die Luft einströmen zu lassen, die aus dem Ladegebläse kommt. Wenn sich der Kolben 1 wieder nach unten bewegt, kann er somit reine Luft einsaugen, die aus dem Einlaßkollektor 10 kommt. Diese reine Luft verdrängt gleichzeitig die verbrannten Gase in den Auslaßkollektor

Wenn der Kolben am unteren Totpunkt ankommt, schließt das Verbindungsventil 13. Der gesamte Zyklus, der die Kompression, die Verbrennung und den Arbeitshub umfaßt, geht also in dem Zylinder in herkömmlicher Weise vor sich, während das Ventil 12 überschüssige Ladeluft passieren läßt, die zur' Turbine zurückströmt, wie später gezeigt werden soll.

Der in Figur 3 veranschaulichte Motor umfaßt genau die gleichen Elemente wie die in Figur 2 dargestellten; der einzige Unterschied

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besteht darin, daß das Rückschlagventil 12 durch ein Einströmventil 14· ersetzt ist, das durch eine nicht dargestellte Nockenwelle gesteuert wird.

Die Arbeitsweise ist im wesentlichen die gleiche. Das Verteileroder Einlaßventil 14· öffnet sich lediglich gesteuert und ein wenig vor dem oberen Totpunkt des Auslaßhubs, um das Wiederansaugen ver — brannter Gase zu vermeiden.

Das Ventil 14- schließt entweder gleichzeitig mit dem Ventil 13 oder später, um einen eventuellen Luftüberschuß herauszulassen.

In Figur 4- ist der gleiche Motor wie in Figur 3 dargestellt, lediglich ergänzt durch eine Zweistufen-Hochdruck-Turboladereinrichtung. Hierbei sieht man einen Niederdruckkompressor 15» der von einer Niederdruckturbine 16 angetrieben ist, und einen Hochdruckkompressor 17» der von einer Hochdruckturbine 18 angetrieben ist. Die Zwischeneinrichtungen 19 und 20 dienen der Luftkühlung.

Die Arbeitsweise ist im wesentlichen immer noch dieselbe. Lediglich das Ventil 14- öffnet sich mit einer gewissen Verzögerung nach dem Anlassen des Motors. Dies hat zur Wirkung, daß man den Motor bewußt verbrannte Gase ansaugen und die Luft im Zylinder aufheizen läßt, indem man die Zündung selbst mit einem schwachen Kompressionsverhältnis zuläßt, das bei den aufgeladenen Motoren angewandt wird.

Sobald der Motor angelassen ist, wird die Öffnung des Ventils 14-wieder normal eingestellt, um die Rückführung verbrannter Gase zu vermeiden.

Man kann die Verzögerung des Schließens des Ventils 14- auch während der Bremsperioden beibehalten. Hierdurch erhält man eine sanftere Verbrennung, da der Zyklus bei höheren Temperaturen mit verringerten Zündverzögerungen abläuft.

Das erfindungsgemäße Einlaßsystem weist insbesondere die folgenden Vorteile auf:

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Man kann in geradezu idealer Weise die Merkmale des Turboladers an den Motor anpassen, d. h^ die Gesetze des Durchsatzes in Abhängigkeit vom Druck, Hierzu genügt es, den Zeitpunkt des Schliessens des Ventils 14 einzustellen. Die Funktion des Motors ist hierdurch in keiner Weise geändert.

Das Verbindungsventil 13 wird abwechselnd durch die Auslaßgase und durch frische Zuluft durchströmt. Es ist somit gut gekühlt und stellt damit nicht mehr ein leicht verschleißendes Organ dar.

Der Zylinderkopf ist von einfacherer Konstruktion, da er nur ein einziges Ventil pro Zylinder statt zweier aufweist. Das Ventil 14, das von dem Zylinder relativ weit entfernt ist, bietet weder Prob lerne des Positionierens noch der Sperrigkeit.

Gemäß der in den Figuren 5 bis 7 dargestellten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der Kanal des Ventils 13 direkt in den Auslaßkollektor 22, in welchen der Einlaßkollektor 23 einmündet. Im ^uslaßkollektor ist ein Klappenventil 24 vorgesehen. Dieses Klappenventil ist drehfest mit einer Steuerachse 25 verbunden, die es zwischen zwei äußersten Stellungen zu verschwenken vermag. In der ersten Extremlage (Figur 5) verschließt das Klappenventil 24 den Eingangskollektor 23. In seiner zweiten Extremstellung (Figur 7) schließt das Klappenventil 24 den Auslaß— kollektor 22 stromabwärts von jenem Punkt, wo der Eingangskollektor 23 einmündet.

Im Zylinderkopf des Verbindungsventils ist ferner ein Deflektor vorgesehen. Die eine Kante dieses Deflektors 26 ist dem Klappenventil 24 benachbart, die andere Kante des Deflektors 26 befindet sich in unmittelbarer Nähe des Verbindungsventils 13· Wie man weiterhin erkennt, ist die gesamte Einrichtung derart gestaltet und angeordnet, daß das Klappenventil 24 eine Zwischenposition einnehmen kann, bei der es sich im wesentlichen in der Ebene des Deflektors erstreckt (Figur 6).

Die Arbeitsweise ist die folgende:

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Wenn bei dem dargestellten Zylinder der Auspuffhub beginnt, nimmt das Klappenventil seine erste Extremstellung ein (Figur 5)» das Verbindungsventil 13 öffnet,und die verbrannten Gase strömen zum Kollektor 23 und füllen dabei den gesamten Innenraum des Ventilkopfräumes 13 aus.

Sobald der Kolben 1 in seiner oberen Stellung angelangt ist, d. h., wenn der AuspuffVorgang beendet ist, wandert das Klappenventil 24, das ständig von der Steuerachse 25 gesteuert wird, stetig aus seiner ersten in seine zweite Extremstellung. Diese Bewegung verläuft verhältnismäßig stetig,und das Klappenventil 24 durchläuft somit die in Figur 6 wiedergegebene Zwischenstellung, bei welcher aus dem Einlaßkollektor 23 herbeikommende Spülluft von der einen Seite des festen Deflektors 26 her in den Ventilkopf 13 einströmt, in den Totraum des Zylinders eintritt und die verbrannten Gase, die sich dort befinden, ausstößt. Diese verbrannten Gase strömen in den Ventilraum auf der anderen Seite des Deflektors 26 und treten sodann in den Auslaßkollektor 22 ein.

Wie man erkennt, ist die Zylinderspülung ebenso wirkungsvoll, wie in einem Zylinder, ineinander getrennte Eingangs- und Ausgan gsventile aufweist.

Das Klappenventil 24 nimmt sodann seine zweite Extremlage ein, die in Figur 7 wiedergegeben ist, und gibt somit den gesamten Querschnitt des Zylinderkopfes frei, so daß Zuluft den Zylinder füllen kann.

Wenn der Kolben 1 seinen unteren Totpunkt erreicht hat, schließt sich das Ventil I3 wieder und der Motorzyklus kann erneut beginnen.

Das Klappenventil 24 bewegt sich von seiner zweiten Extremlage in seine erste Extremlage zwischen dem Zeitpunkt des Schließens des Ventils 13 und dem Zeitpunkt seiner Wiederöffnung für ein weiteres Auspuffen. Diese Bewegung läßt sich mit regelbarer Geschwindigkeit vornehmen. Die Geschwindigkeit hängt von dem Luftabgang ab, den man zulassen möchte. Auch besteht die Möglichkeit,

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die Fördermenge des Turboladers den Motorcharakteristika anzupassen. Falls bei geringer Ladung eine gewisse Umwälzung der verbrannten Gase zur Erleichterung der Zündung wünschenswert ist, genügt es hierzu, das Klappenventil 24 etwas früher öffnen zu lassen, so daß die Abgase leichter in die Zufuhrleitung strömen.

In gewissen Fällen kann das Klappenventil 24 durch eine Feder betätigt werden, die ständig versucht, dieses Klappenventil in diejenige Stellung zu verbringen, in welcher es die Zufuhrleitung absperrt. In diesem Falle wird das Klappenventil u. a. der Einwirkung eines Dämpfungsorganes unterworfen, das die Geschwindigkeit seiner Bewegung beschränkt. Die Arbeitsweise bleibt im wesentlichen dieselbe: Sobald der AuspuffVorgang beendet ist, schwenkt das Klappenventil 24 unter der Wirkung des Stoßes der Zuluft aus seiner ersten Stellung in seine zweite Stellung. Sobald der Kolben 1 seinen unteren Totpunkt erreicht hat und das Ventil 13 wieder schließt, stellt die Feder die Rückkehr des Klappenventils 24 in seine erste Position sicher.

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Claims

PATENTANSPEÜ CHE

System zur Steuerung des Strömens von Frischluft und von verbrannten Gasen in einem Kolbenmotor, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung des aktiven Fluids parallel mit dem Zylinder (also nicht in Reihe) erfolgt und diesem durch ein einziges Verbindungsventil zugeführt wird.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einem aufgeladenen Dieselmotor zugeordnet ist.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuluftstrom derart bemessen ist, daß ein Rückströmen der verbrannten Gase in den Eingangskanal unterbunden wird.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf eines jeden Zylinders einerseits einen Auslaßkanal (Auslaßkollektor) aufweist, der sich oberhalb des genannten Zylinders befindet, und der über ein Verbindungsventil eine Verbindung herzustellen vermag, und andererseits einen Zulaufkanal (Zulaufkollektor), der mit Luft aus dem Ladeluftkompressor gespeist wird und in den Auspuffkollektor durch ein Absperrorgan hindurch strömt.
5· System nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan, über welches der Zulaufkollektor mit dem Auslaßkollektor in Verbindung steht, in einer gewissen Entfernung von dem Verbindungsventil und stromaufwärts von dem genannten Ventil in Bezug auf die Abgasführung angeordnet ist.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung der verbrannten Gase in den Zufuhrkreislauf über ein Absperrventil erfolg^ das aus einem Rückschlagventil besteht.

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7· System nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung der verbrannten Gase in den Zulauf mittels eines Absperrventils erfolgt, das aus einem in der Zuleitung angeordneten Ventil besteht.
8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des im äußeren Kreislauf angeordneten Ventils derart einstellbar sind, daß eine Optimierung der Betriebsbedingungen erzielbar ist.
9· System nach einem der Ansprüche 4- oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan, mittels welchem der Zulaufkollektor in den Auslaufkollektor einmündet, aus einem schwenkbaren Klappenventil besteht, das zwischen zwei extremen Punkten einstellbar ist, bei welchen es jeweils den Zulaufkollektor und den Auslaufkollektor absperrt, und zwar unterhalb der Stelle, wo der Zulaufkollektor in Bezug auf den Abgasstrom einmündet.
10. System nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Schwenkventil von einer Steuerwelle hin und her schwenkbar ist.
11. System nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwenkventil eine bewegliche Kante aufweist, die sich im Bereich einer ersten Kante eines festen Deflektors des Verbindungsventilkopfes befindet, daß die zweite Kante des genannten Deflektors in unmittelbarer Nähe des Verbindungsventils angeordnet ist, und zwar derart, daß das Schwenkventil im Verlaufe seiner Bewegung zwischen seinen beiden Extremstellungen eine ^wischenstellung einnimmt, bei welcher es sich im wesentlichen in der Verlängerung des festen Deflektors befindet, so daß der Zulaufkollektor und der Auslaufkollektor jeweils getrennt und provisorisch beidseits des Schwenkventils und des Deflektors bis zum unmittelbaren Bereich des Verbindungsventiles verlängert sind.
12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwenkventil mit einer Steuervorrichtung in Verbindung steht, und zwar derart, daß das Schwenkventil nur stetig aus der

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Position, bei welcher es den Zulaufkollektor absperrt, in jene Position schwenkt, bei welcher es den Auspuffkollektor absperrt, so daß aus dem Zulaufkollektor austretende Spülluft die verbrannten Gase aus dem Totraum des Zylinders verdrängt und am Ende des AuspuffVorganges in den Auspuffkollektor drückt, und zwar in dem Augenblick, da das Schwenkventil seine Zwischenposition durchläuft.

13· System nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung für das Schwenkventil derart gestaltet und angeordnet ist, daß das Schwenkventil nur dann aus der den Auspuffkollektor absperrenden Stellung in die den Zulaufkollektor absperrende Stellung schwenkt, wenn das Verbindungsventil geschlossen ist.

14-, System nach einem der Ansprüche 9 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß das Schwenkventil einerseits der Wirkung einer Druckfeder ausgesetzt ist, die es ständig in Jene Stellung zu schwenken versucht, bei der es den Zulaufkollektor absperrt, und andererseits der Wirkung einer Dämpfvorrichtung, die seine Schwenkgeschwindigkeit dämpft,und daß allein die Feder und die Dämpfvorrichtung die Steuerung des Schwenkventils bewirken.

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