DE2809473C3

DE2809473C3 - Brennkraftmaschine mit Rückschiebung eines Teiles der Zylinderladung durch das Einlaßventil

Info

Publication number: DE2809473C3
Application number: DE2809473A
Authority: DE
Inventors: Remi Eaubonne Curtil (Frankreich)
Original assignee: D'etudes De Machines Thermiques Semt Saint-Denis (frankreich) Ste
Current assignee: D'etudes De Machines Thermiques Semt Saint-Denis (frankreich) Ste
Priority date: 1977-03-07
Filing date: 1978-03-04
Publication date: 1981-02-26
Also published as: CS210617B2; SE7802511L; NO780755L; AU521788B2; NL7802328A; US4232641A; PL205136A1; JPS53115402A; YU53778A; AU3370778A; DD134556A5; BR7801388A; FI780742A; GB1592133A; DE2809473A1; CH622062A5; IN149345B; DE2809473B2; ES467630A1; IT1104857B

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Eine solche Brennkraftmaschine ist aus der DE-PS 676001, Seite 3, Zeilen 57 bis 60, bekannt. Bei der bekannten Konstruktion wird durch geeignete drehzahlabhängige Ventilsteuerung diese Ladungsrückschiebung nur bei niedrigen Drehzahlen eingesetzt, um durch die erzielte Ladungsverringerung die Endverdichtung des Zylinders bei niedrigen Drehzahlen zu verringern.

Mit dieser bekannten Konstruktion wird lediglich der Maschinenleerlauf verbessert. Die Zylinderspülung während der Ventilüberschneidungszeit, die insbesondere bei niedrigen Drehzahlen kritisch ist, wird durch die bekannte Konstruktion nicht verbessert, ebensowenig wie die thermische Belastung bei hohen Drehzahlen, bei denen die bekannte Konstruktion die volle Endverdichtung und somit eine hohe thermische Belastung aufweist.

Bei modernen, insbesondere hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit verbesserte Hochleistungsmaschinen, insbesondere bei turbogeladenen Maschinen, spielen die Probleme der Spülung und der thermischen BeIastung jedoch eine erhebliche Rolle. In ungünstigen Fällen kann beispielsweise der Auslaßdruck 1,8 kg/ cm² und der Einlaßdruck etwa 1 kg/cm² betragen. Während der Ventilüberschneidungszeit, in der an sich eine Spülung des Zylinders vom Einlaß am Aus-

laß stattfinden soll, kann es unter diesen Umständen zu einer schädlichen Gegenspülung kommen. Bei turbogeladenen Maschinen kann man bei diesen Betriebszuständen dadurch eine Verbesserung schaffen, daß man während dieser Zeit den ansonsten abgasge-

triebenen Kompressor mechanisch antreibt, um dadurch den Einlaßdruck zu erhöhen. Auf diese Weise kann sich aber der Verbrauch um etwa 30% erhöhen. Ein weiterer Weg wäre die Verringerung der Ventil-Überschneidung, die aber zu einer Verschlechterung

der Spülung insgesamt und dadurch zu einer Verringerung der Motorleistung und der Kühlung der Auspuffventile führt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die insbesondere bei niedrigen Drehzah-Ien auftretende Gegenspülung ohne Inkaufnahme anderer Nachteile zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsge.näß durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1 gelöst. Bei dieser Konstruktion wird der durch das Einlaßventil zu Beginn des Kompressionsvorganges zurückgeschobene Teil der Zylinderladung nicht in das Ansaugsystem zurückgeschoben, wie dies bei der bekannten Konstruktion zu völlig anderem Zweck der Fall ist, sondern während des Kompressions- und De-

ji kompressionshubes in einem Speicherraum gespeichert. Bei der dann folgenden Spülphase während der Ventilüberschneidung wird diese unter Druck gespeicherte Ladung freigesetzt und bewirkt eine erhöhte Spülleistung. Auch bei ungünstigen Druckverhältnissen im Einlaß- und Auslaßsyster» des Motors wird auf diese Weise eine einwandfreie Spülung bewirkt. Die geschilderten bekannten Methoden zur Verhinderung der Gegenspülung können samt ihrer genannten Nachteile vermieden werden.

Weiterhin vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine durch die Merkmale des Anspruchs 2 gekennzeichnet. Ausgehend von der Erkenntnis, daß die Gegenspülung nur bei niedrigen Drehzahlen vermieden werden muß und daher nur

vt dann eine Druckspeicherung im Speicherraum erforderlich ist, kann zu höheren Drehzahlen hin der Speicherraum mit dem Einlaßsystem in Verbindung gesetzt werden, um die Druckspeicherung abzubauen. Die erfindungsgemäße Konstruktion wirkt bei höherer Belastung bzw. Drehzahl des Motors dann nur noch im Sinne einer Verringerung der Zylinderladung und somit der Endverdichtung. Dies ist insbesondere bei aufgeladenen Motoren mit hoher Endverdichtung von Vorteil, da durch entsprechende Regelung der Ventileinrichtung die thermische Belastung bei höchster Motorlast und -drehzahl verringert werden kann, andererseits aber die Leistung im mittleren Drehzahlbereich verbessert werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin-

b5 dung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen. Die Merkmale des Anspruchs 5 sind an sich aus der US-PS 3774581 bekannt.

In den Zeichnungen ist die Erfindung beispiels-

weise und schematisch dargestellt Es zeigen

Fig. 1 bis 4 einen Zylinder einer Brennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausföhrungsfonn der Erfindung in verschiedenen Kolbenstellungen zur Erläuterung der Vorgänge beim Anlassen sowie bei niedriger Last bzw. Drehzahl,

Fig. 5 und 6 weitere Darstellungen des Zylinders zur Erläuterung der Votgänge bei hoher Last bzw. Drehzahl,

Fig. 7 eine grafische Darstellung in logarithmisehen Koordinaten zur Erläuterung verschiedener bekannter Zyklen sowie des erfindungsgemäßen Zyklus des Motors bei hoher Last bzw. Drehzahl,

Fig. 8 eine grafische Darstellung in logarithmischem Maßstab der Verdichtungstemperaturkurven (⁰K) der verschiedenen Zyklen der Fig. 7 in Abhängigkeit vom Drehwinkel (⁰KW) der Kurbelwelle,

Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Zylinders einer zweiten Ausführungsfonn,

die Fig. 10 bis 13 das Rückschlagventil der zweiten Ausführungsfonn in vier verschiedenen Stellungen, die jeweils einem Betriebszustand des Motors entsprechen,

Fig. 14 eine grafische Darstellung in logarithmischen Koordinaten der Verdichtungskurven in Abhängigkeit vom Volumen für verschiedene Motoren, darunter ein erfindungsgemäßer Motor,

Fig. 15 in einer grafischen Darstellung das Druckverhältnis des Verdichters in Abhängigkeit von der Motorleistung im Falle eines aufgeladenen Motors, und zwar für einen bekannten und einen erfindungsgemäß ausgerüsteten Motor, und

Fig. 16 verschiedene Drehmoment- bzw. Mitteldruckkurven in Abhängigkeit von der Drehzahl, insbesondere im Falle eines höchstaufgeladenen Großdiesels.

Fig. 1 zeigt den Zylinder 1 eines Motors mit dem Kolben 2, das Einlaßsammeirohr 3 mit der Leitung 4 zum Anschluß an den Zylinderkopf, das Einlaßventil 5, das Auspuffsammeirohr 6 mit der Leitung 7 zum Anschluß an den Zylinderkopf sowie das Auspuffventil 8.

In dieser ersten Ausführungsfonn ist ein Rückschlagventil 9 vorgesehen, das in der Einlaßleitung, im dargestellten Fall in der Anschlußleitung 4, angeordnet ist. Dieses Rückschlagventil 9 ist so angeordnet, uaß es zwischen dem Einlaßsammeirohr und dem Zylinder eine Verbindung in nur einer Richtung zuläßt, und zwar vom Sammelrohr zum Zylinder.

Es ist mindestens eine Umwegleitung 10 vorgesehen mit im wesentlicher, dem gleichen Durchmesser wie die Anschlußleitung 4, die das Einlaßsammelrohr 3 mit der Anschlußleitung 4 an einer stromabwärts des Rückschlagventils 9 gelegenen Stelle (der Zufuhrrichtung der Einlaßluft entsprechend) verbindet. Diese Umwegleitung 10 enthält ein Ventil 11 einstellbarer öffnungsweite, die z. B. in Abhängigkeit von dem Vorverdichtungsdruck gesteuert wird.

Fi g. 7 zeigt für hohe Lastbereiche bzw Drehzahlen mit gestrichelten Linien einen herkömmlichen Dieselzyklus, mit Strichpunktlinien den »Miller-Zyklus« für Gasmotoren und schließlich voll ausgezogen den erfindungsgemäßen Dieselzyklus.

Der sogenannte Miller-Zyklus, der für Gasmotoren entwickelt worden ist, kennzeichnet sich durch eine Voreilung des Schließzeitpunktes des Einlaßventils, welcher je nach Motorbelastung in Abhängigkeit von dem Vorverdichtungsd·.! *k oder von der Ladung des Motors variiert wird. Je höber dieser Druck ist, desto größer ist die Voreilung des Schließzeitpunktes des genannten Ventils, wobei dieser Zeitpunkt höchsteiiS 60° vor dem unteren Totpunkt (UT) des Kolbens * liegt.

In dem dargestellten Beispiel eines hohen Lastbereiches ist der Zeitpunkt der Schließung des Einlaßventils durch den Punkt A angedeutet. Da das Einlaßventil vor UT des Kolben* geschlossen ist, erfolgt

während des letzten Teils des Abwärtshubes des Kolbens (Teil A B des Miller-Zyklus) eine Entspannung der eingelassenen Luft, die in dem Zylinder enthalten ist.

Diese Entspannung, die auf einer Volumenvergrö-

is ßerung der im Zylinder konstant bleibenden Gasmenge beruht, ist insbesondere dadurch vorteilhaft, daß am Ende des Verdichtungstaktes im Vergleich zu einem herkömmlichen Motor die Temperatur der Gase verringert wird. Dieses Merkmal ergibt sich aus

·*· der Fig. 8, in welcher die Verdichtungstemperaturkurven der drei in Frage kommeivjcn Zyklen dargestellt sind; dabei zeigen die Kurve D_x (gestrichelte Linie) die Verdichtungstemperaturen des herkömmlichen Dieselzyklus, die Kurve D₁ (strichpunktierte Li-

-'"> nie) die Verdichtungstemperaturen des Miller-Zyklus und die Kurve D₃ (ausgezogen) die Verdichtungstemperaturen des erfindungsgemäßen Zyklus.

Gleichzeitig zu dieser Voreilung der Schließzeit des Einlaßventils vor den unteren Totpunkt des Kolbens

ι« muß man jedoch über eine bestimmte Vergrößerung des Aufladedruckes verfügen. Dies ergibt (Fig. 7) eine Einlaßkurve (α'), die oberhalb der Einlaßkurve (α) eines herkömmlichen Motors verläuft.

In den geringen Lastbereichen verringert man in

α dem Miller-Zyklus die Voreilung des Schließzeitpunktes des Einlasses, um den gesamten Verdichtungshub ausnutzen zu können, während man in den hohen Lastbereichen einen verringerten tatsächlichen Verdichtungshub hat, so daß der Zeitpunkt der Schließung des Einlaßventils von dem Wert der Last zwangsweise abhängig gemacht werden muß.

LHe F i g. 7 zeigt ebenfalls für hohe Lastbereiche den mit der Erfindung erzielbaren Motorzyklus (ausgezogen), bei dem die Verdichtungs- und Entspannungs- > phasen denen des herkömmlichen Zyklus im wesentlichen entsprechen und der Auspufftakt (e') dem des Miller-Zyklus im wesentlichen entspricht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist man bestrebt, die Vorteile des Miller-Zyklus beizubehalten

->o und dabei eine einwandfreie Spülung der Zylinder insbesondere bei niedriger Last bzw. Drehzahl zu erreichen.

In Fig. 7 kann man feststellen, daß der Unterschied zwischen dem Miller-Zyklus und dem erfindungsge-

mäßen Zyklus hauptsächlich darin besteht, daß das Einlaßventil nach dem unteren 1 otpunkt des Kolbens (Punkt A' auf der Kurve, der in bezug aaf den unteren Totpunkt dem Punkt A des Miller-Zyklus im wesentlichen symmetrisch gegenüberliegt) geschlossen wird.

bo Das heißt, daß ai-statt einer Voreilung des Schließzeitpunktes des Einlasses eine Verzögerung bzw. Nacheilung stattfindet.

Wenn unter diesen Bedingungen die U.nwegleitung geöffnet ist, werden im Vergleich zu dem bekannten

,5 Dieselzyklus mit kürzerem Verdichtungstakt am Ende dieses Taktes das Einlaßvolumcn und die Temperatur der Gase verringert. Insbesondere bei geringen Lastbereichen bzw. Drehzahlen, wenn die Umwegleitung

geschlossen ist, wird, wie in dem Falle des Miller-Zyklus, der gesamte Verdichtungshub ausgenutzt, und zwar mit zusätzlicher sicherer Behebung der sonst möglichen Gegenspülungserscheinungen. So wird eine wirksame Spülung der Zylinder erzielt, wie das insbesondere in bezug auf die Fig. 1 bis 6 festgestellt werden kann.

Die Fig. 1 zeigt den Zylinder 1 während des Einlaßtaktes, wobei das Einlaßventil 5 geöffnet und das Auspuffventil 8 geschlossen sind. In der Annahme, daß der Motor mit geringer Last bzw. Drehzahl betrieben wird, befindet sich dann das Ventil 11 in Schließstellung, d. h. daß die Einlaßluft in bekannter Weise nur durch die Anschlußleitung 4 hindurch in den Zylinder hinein frei fließen kann.

In Fig. 2 ist eine Stellung des Kolbens während dessen Aufwärtsbewegung jedoch vor dem Zeitpunkt der Schließung des Einlaßventils gezeigt. Unter diesen Bedingungen wird die eingelassene Luft in Richtung auf das Einlaßsammelrohf 3 verdrängt, wobei diese Verdrängung durch das Rückschlagventil 9 verhindert wird.

In Fig. 3 ist die Stellung des Kolbens 2 zu dem Zeitpunkt der Schließung des Einlaßventils dargestellt, wobei dieser Zeitpunkt einer Nacheilung des Schließzeitpunktes von z. B. über 50° hinaus entspricht. Während des Hubes (x) des Kolbens 2 zwischen den in Fig. 1 und 3 dargestellten Stellungen ist eine bestimmte Menge der eingelassenen Luft in der Anschlußleitung 4 zurückgehalten und ist dort von dem Kolben 2 während seines Hubes zwischen seinem unteren Totpunkt und dem Punkt, den er bei der Schließung des Einlaßventils erreicht hat, komprimiert worden.

In Fig. 4 befindet sich der Kolben 2 in unmittelbarer Nähe seines oberen Totpunktes (OT) etwa am Ende des Auspufftaktes, wobei die jeweiligen Verdichtungs- und Entspannungstakte in an sich bekannter Weise vor sich gehen. Da die Schließung des Auspuffventils 8 verzögert ist und die öffnung des Einlaßventils 5 vorgeschoben wird, ergibt sich eine Zeitspanne, während welcher beide Ventile gleich-.»ti/* nanffne

„_»„„__> -:-u J--

in der Verbindungsleitung 4 zurückgehaltene Gas und spült den Zylinder. Dadurch werden die restlichen heißen Auspuffgase herausgespült und das Auspuffventil abgekühlt. Danach wiederholt sich dieser Zyklus.

Wenn der Motor mit hoher Last oder Drehzahl betrieben wird, spielt die Umwegleitung 10 eine bedeutende Rolle. Zur Begrenzung der Temperatur am Ende des Ve;dichtungstaktes, wie in dem Miller-System, muß über die Abzweigleitung 10 eine Ausweichmöglichkeit bestehen.

In Fig. 5 weist der Kolben eine der Fi g. 1 entsprechende Stellung auf. In diesem Fall dringt die Einlaßluft in den Zylinder gleichzeitig durch die Anschlußleitung 4 und durch die Umwegleitung 10 ein.

In Fig. 6 entspricht die Stellung des Kolbens während sei ner Aufwärtsbewegung bevor das Einlaßventil sich schließt jener derFig. 2, und in diesem Fall findet eine Verdrängung der eingelassenen Luft statt, ohne daß dabei eine Druckluftreserve gebildet wird.

Bis hier wurde die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter den Extrembedingungen geringer Last bzw. Drehzahl (Ventil 11 geschlossen) und höherer Last bzw. Drehzahl (Ventil 11 geöffnet) besprochen. In dazwischenliegenden Lastbereichen ist das Ventil 11 in analoger Weise mehr oder wenige geöffnet, womit die Druckluftreserve im Inneren de Anschlußleitung 4 eingestellt werden kann.

Wie Fig. 7 ferner zeigt, hat der Teil ß'/Tdeserfin dungsgemäßen Zyklus, der bei hohen Lasten bzw Drehzahlen dem Hub des Kolbens zwischen dem un teren Totpunkt und dem Schließzeitpunkt des Einlaß ventils entspricht, etwa die Form einer Stufe bzw. ei nes Absatzes und ergibt sich aus der Verzögerung dei Schließung des Einlaßventils, wobei die Einwirkunj des Rückschlagventils durch die Ausweichmöglichkei der offenen Umwegleitung verhindert wird.

Durch die in der Anschlußleitung 4 am Ende de: Einlaßtaktes gebildete Gasreserve kann daher dei Zylinder insbesondere bei geringen Lasten bzw Drehzahlen aufgrund der Entspannung dieses korn primierten Gases am Anfang der Spülungsphase de: darauffolgenden Zyklus gespült werden, wobei danl der Umwegleitung die Vorteile des Miller-Zyklus beibehalten bleiben, d. h., daß eine geringere Temperatur der Auspuffgase am Ende des Verdichtungstaktes insbesondere bei hohen Lasten bzw. Drehzahlen er reicht wird.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist da: Rückschlagventil 9 in unmittelbarer Nähe der Verbindungsstelle der Leitung 4 mit dem Einlaßsammei rohr angeordnet. Das Rückschlagventil kann selbst verständlich dem Einlaßventil mehr oder wenigei nahe angeordnet werden, so daß das Volumen dei Gasreserve konstruktionsmäßig auf einen beliebiger Wert eingestellt werden kann. Es ist jedoch festzustel len, daß in jeder Stellung dieses Rückschlagventils dit befürchtete Gegenspülung insbesondere bei geringer Lasten oder Drehzahlen einwandfrei ausgeschlosser ist.

Die Fig. 9 zeigt eine zweite Ausführungsform dei erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Einrichtung 109, welche in der Einlaßleitung 4 angeordne ist und gleichzeitig die Funktion des Rückschlagventils 9 und des Steuerventils 11 der ersten Ausführungsform übernimmt.

Wie die Fig. 10 bis 13 zeigen, besteht die Einrich

iMoinamVantil 11fl mit mlnnrurteffl Piir-L··.

schlagventil 111. Das Ventil 110 ist parallel zu dei Strömungsrichtung des eingelassenen Gemisches angeordnet, wobei der Ventilteller zum Zylinder hin unc die Ventilstange zum Auspuffsammeirohr hin gerich tet sind. Das Ventil 110 arbeitet mit seinem Ventilteller gegen einen Sitz 112 in der Weise, daß es sich in die Richtung öffnet, die der Strömungsrichtung de: eingelassenen Gemisches entgegengesetzt ist. Da; Rückschlagventil 111 besteht aus axial gerichteter Bohrungen 113, die den Ventilteller 114 durchsetzen und aus dem Beispiel einer Membrane 115, die mi dem Ventilteller 114 fest verbunden ist und die Bohrungen 113 verschließen kann.

Der Öffnungshub des Ventils 110 wird mit Hilfe einer äußeren Steuerung 116 bestimmt, die mit dei Stange des Ventils 110 verbunden ist, welche die Ver bindungsleitung 4 im Bereich eines Bogens durchsetzt. Diese Anordnung gut ebenfalls für das Venti 11 der ersten Ausführungsform.

Die Arbeitsweise dieser abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beruht auf dem gleichen Prinzip wie die der ersten Aus führungsform.

Beim Anlassen des Motors oder bei niedrigen Lastbereichen bzw. Drehzahlen befindet sich das Venti

110 in der Schließstellung, so daß es an seinem Sitz

112 anliegt. Während des Einlaßtaktes ist das Rückschlagventil 111 geöffnet, so daß die Strömung des Gemisches zu dem Zylinder hin durch die Verbindungsleitung 4 und die axial gerichteten Bohrungen

113 hindurch möglich ist, wobei unter der Wirkung der durch die Abwärtsbewegung des Kolbens hervorgerufenen Saugwirkung die Membrane 115 von den Bohrungen 113 abhebt (Fig. 10). Das in dem Zylinder zurückgehaltene Gemisch kann jedoch während des Verdichtungstaktes (Fig. 11) aus der Verbindungsleitung 4 nur teilweise entweichen, da es auf die Membrane 115 eine Kraft ausübt, die diese an den Ventilteller anlegt und somit die Bohrungen 113 verschließt. Diese Kraft hat keinen Einfluß auf die eigentliche öffnung des Ventils 110, das in der Schließstellung durch eine äußere Steuerung gehalten ist. Das Rückschlagventil 111 verhindert dann die Verdrängung des kumpiiiiiieiieii Gemisches über die Verbiiidungsleitung 4 hinaus in Richtung auf das Einlaßsammeirohr 3.

Bei höheren Lastbereichen oder Drehzahlen des Motors ist das Ventil 110 mit Hilfe der Steuerung 116 mehr oder weniger geöffnet (Fig. 12), so daß einerseits während des Einlaßtaktes die Füllung des Zylinders und andererseits am Anfang des Verdichtungstaktes die Entweichung eines Teiles des komprimierten Gemisches (Fig. 13) erfolgen können. Wenn das Ventil 110 geöffnet ist, spielt das Rückschlagventil

111 praktisch keine Rolle mehr.

Der normale Betriebszustand des Motors entspricht einer Stellung, in welcher das Ventil 110 fast vollständig geöffnet ist. Das Rückschlagventil ist demzufolge nur sehr selten tätig, so daß seine Lebensdauer entsprechend verlängert wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht mit beiden Ausführungsformen das folgende Verfahren: Eine Reserve von komprimiertem Gas wird zwischen dem Einlaßventil 5 und dem System 109 vorzugsweise bei geringer Belastung oder Drehzahl des Motors gebildet, indem das Ventil 11,110 praktisch geschlossen wird. Diese Reserve dient zur Spülung des Zylinders am Anfang der Spülphase des darauffolgenden Zyklus. Insbesondere bei hohen Lastbereichen oder Drehzahlen wird das Ventil 11, 110 mehr oder weniger geöffnet, um den tatsächlichen Verdichtungsgrad zu verringern.

Mit einer derartigen Vorrichtung können bezüglich des tatsächlichen Verdichtungsgrades und des nutzbaren Hubraumes eines Motors zahlreiche Vorteile erzielt werden.

In der Fig. 14 sind die Verdichtungskennlinien verschiedener Motoren dargestellt, und zwar:

A (dünn ausgezogen) eines herkömmlichen Motors,

B (dünn gestrichelt) eines Motors mit niedrigem Verdichtungsgrad, z. B. im Falle eines großen Dieselmotors mit einem Verdichtungsgrad unter 10 und

Cl bis CA erfindungsgemäß ausgerüsteter Motoren. Dabei zeigen:

Cl (dick gestrichelt) die Volumen-Druck-Kurve im Zylinder beim Anlassen des Motors, wenn das Ventil 11, 110 geschlossen ist,
Cl (dick ausgezogen) eine optimierte VoIumen-Druck-Kurve im Zylinder und in der Zylinderkopfleitung beim Anlassen des Motors, wobei das Einlaßventil bei einem Drehwinkel von 100°

der Kurbelwelle über den unteren Totpunkt hinaus augenblicklich geschlossen wird,
C3 die Volumen-Druck-Kurve, wenn das Ventil 110 sich in der vollkommen offenen Stellung befindet, und

C4 die Volumen-Druck-Kurve in einer Zwischenöffnungsstellung des Ventils 11, 110.

Die Kurven, insbesondere die Kurven Cl und Cl zeigen, daß am Anfang des Verdichtungstaktes die Kurve Cl gegenüber der Kurve Cl um einen Wert, der dem Volumen der Zylinderkopfleitung im wesentlichen entspricht, versetzt verläuft, wobei das Einlaßventil 5 geöffnet ist. Im Vergleich zu den Kurven A und Cl und insbesondere am Ende des Verdichtungstaktes (in unmittelbarer Nähe des oberen Totpunktes) ist es von Bedeutung, daß mit einem Motor, der mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüstet ist, im Vergleich zu einem herkömmlichen Motor die Veiüiciiiungsveiiusie {Δ r) veiiiäünisiiiäBig gering sind, wenn das Ventil 110 im wesentlichen geschlossen ist. Das heißt, daß die Vergrößerung des schädlichen Volumens durch das System 109 für den Motor nicht nachteilig ist.

Mit einer derartigen Vorrichtung kann ein Motor einen veränderbaren tatsächlichen Verdichtungsgrad aufweisen, wobei letzterer beim Starten seinen Höchstwert und bei der Nennleistung seinen Mindestwert erreicht. Da beim Anlassen sowie bei geringen Lastbereichen und Drehzahlen des Motors das Ventil 110 praktisch geschlossen ist, löst sich der Verdichtungstakt früher aus, d. h., daß der Verdichtungsgrad im Vergleich zu dem Fall, bei welchem das Ventil 110 sich in der Öffnungsstellung befindet, erhöht wird.

Ein mit einer derartigen Vorrichtung ausgerüsteter Motor vereinigt dann die Vorteile eines Motors mit niedrigem Verdichtungsgrad bei hoher Last bzw. Drehzahl mit denen eines herkömmlichen Motors beim Starten sowie bei geringer Last und Drehzahl. Die Veränderung des tatsächlichen Verdichtungsgrades entspricht einem veränderbaren Hubraum, der im gleichen Sinne wie der Verdichtungsgrad variiert. In der Tat vergrößert sich der Nutzhub des Kolbens, wenn das Ventil 10 geschlossen ist.

Eine derartige Vorrichtung weist bestimmte Vorteile auf. Mit Hilfe dieser Vorrichtung liegen die höchsten Verbrennungsdrücke niedriger, wenn das Ventil geöffnet ist, so daß höhere Leistungen erzielt werden können, da zum Ausgleich der Verringerung des Nutzhubraumes die Drücke der Vorverdichtung herangezogen werden können. In Teillastbereichen erzielt man mit normalen Verdichtungsgraden einen guten Wirkungsgrad, wobei das Ventil 110 geschlossen oder nur geringfügig geöffnet ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bringt bei einem aufgeladenen Motor einen weiteren Vorteil, der anhand der Fig. 15 erläutert wird. Dort ist die Abhängigkeit des gesamten Verdichtungsverhältnisses der Verdichtungsstufen von der Leistung bei einem herkömmlichen Motor (Kurve Dl) und einem erfindungsgemäß ausgerüsteten Motor (Kurve Dl) grafischdargestellt. Ferner zeigt eine Kurve D3 die Pumpengrenze des Kompressors der Vorverdichtungsstufe, die die Zeichnungsebene in zwei Bereiche teilt, wobei in dem schraffierten Bereich I der Betrieb unmöglich ist, während in dem Bereich Π der Betrieb möglich ist. Die Kurven D4, DS und D6 entsprechen Betriebspunkten mit unterschiedlicher Leistung, die für die Kurven D1 und Dl gleich sind, und zwar 25 %,

50%, 75%, 100% nach der Theorie der Antriebsschrauben.

Diese Darstellung läßt einen Vorteil des veränderbaren Hubraumes erkennen, d. h., daß durch eine Verringerung der Last bzw. Drehzahl des Motors insbesondere gemäß der Antriebsschraubentheorie bei Motordrehzahlen, die dadurch geringer sind, daß durch die Schließung des Ventils 110 der Hubraum vergrößert wird, eine höhere vom Motor verbrauchte Leistung erzielt werden kann, wobei man sich von der durch die Kurve D 3 begrenzten Pumpengrenze in günstiger Weise entfernt. Demzufolge erhält man vor dem Einlaß in den Motor bei mittleren Geschwindigkeiten höhere Aufladedrücke, da die der Turbine zur Verfugung gestellte Gasmenge wegen der Vergrößerung des Nutzhubraumes mit der Geschwindigkeit des Motors nur verhältnismäßig wenig abnimmt.

Fig. 16 zeigt die tatsächliche mittlere Höchst-

dnickkiirve (Pmp\ in einem ornßen YOrvcrdichtetCn

herkömmlichen Motor (Kurve^D?) und in einem großen mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüsteten Motor (Kurve D8); die Kurve D9 entspricht der Funktionsweise eines großen Motors nach dem Antriebsschraubengesetz. Aus einem Vergleich dieser Kurven wird klar, daß bei niedrigen Drehzahlen mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung größere Drehmomente erreicht werden können. Es wird darauf hingewiesen, daß diese Kurven bei kleineren Motoren ebenso verlaufen.

Die Einrichtung, die aus dem Ventil 110 und dem Rückschlagventil 111 besteht, kann durch jede gleichwertige Einrichtung ersetzt werden, welche die glei-■5 chen Funktionsmerkmale aufweist. Unter anderem soll die öffnungsweite des Ventils 110, welches durch die Steuerung 116 in Abhängigkeit von der Drehzahl oder der Last des Motors eingestellt wird, mindestens zwei Extremwerte (Maximum, Minimum) aufweisen,

ίο zwischen denen es beliebig und kontinuierlich verstellt werden kann.

Unter Anwendung aller genannten Merkmale kann man einen Turbokompressor-Motor entwickeln, der den natürlichen Eigenschaften des Turbogebläses

ΙΊ besser angepaßt ist.

Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in einer Verbesserung der Beschleunigung bzw. der schnellen Lastaufnahmen t>ei stark aufgeladenen Motoren, rla dip Möglichkeit besteht, den Vx-

.'(I linder zu spülen, wenn das Ventil geschlossen ist, auch wenn der Druck der Ladeluft geringer als der Druck am Auspuff ist. Diese Erscheinung kommt am Anfang der Beschleunigungsphase bzw. der schnellen Lastaufnahme ziemlich oft vor.

r> Die genannten Vorteile bezüglich der Spülung der Zylinder, die auf den Einsatz eines Rückschlagventils zurückzuführen sind, sind auch im Falle eines nicht aufgeladenen Motors gegeben.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennkraftmaschine, bei der zu Beginn des Kompressionshubes ein Teil der Zylinderladung durch das über den unteren Totpunkt hinaus offengehaltene Einlaßventil zurückgeschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Zylinder (1) ein Speicherraum (4) zugeordnet ist, in dem die zurückgeschobene Ladung unter ihrem Kompressionsdruck gespeichert wird, um zu Beginn der nächsten Spülphase wieder in den Zylinder eingelassen zu werden.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherraum (4) mit einer last- bzw. drehzahlabhängig gesteuerten Ventfleinrichtung (11,110) versehen ist, die ihn mit zunehmender Last bzw. Drehzahl mit anwachsendem Öffnungsquerschnitt zum Einlaßkanal (3) öffnet.

3. Breankraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anschlußleitung (4), die den Einlaßkanal (3) mit dem Zylinder (1) verbindet, zwischen dem Einlaßventil (5) und einem in Einlaßrichtung öffnenden Rückschlagventil (9, 111) als Speicherraum ausgebildet ist.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (111) dem Ventilteller (114) der den Speicherraum (4) mit dem Einlaßkanal (3) verbindenden VentileinrLbtung (110) integriert ist.

5. Brennkraftmaschine ivch Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß das Rückschlagventil aus wenigstens einer Bohrunp /113) im Ventilteller (114) besteht, die von wenigstens einer in Einlaßrichtung öffnenden Membran (115) verschlossen ist.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerte Ventileinrichtung (11) in einer unter Umgehung des Rückschlagventils (9) den Speicherraum (4) mit dem Einlaßkanal (3) verbindenden Umwegleitung (10) vorgesehen ist.