DE2929195C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Füllungsrege
lung bei ventilgesteuerten Brennkraftmaschinen gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Füllungsregelung von ansaugenden und aufgeladenen
Brennkraftmaschinen geschieht üblicherweise durch variable
Drosselung, also variablem Druck im Ansaugrohr. Diese Art
der Füllungsregelung ergibt insbesondere bei Teillast und
Leerlauf hohe Ansaugverluste, die durch höhere Leistung im
Hochdruckteil des Arbeitsprozesses ausgeglichen werden
müssen. Diese Verluste könnten dadurch vermieden werden,
daß die erforderliche Frischgasmenge bei Umgebungsdruck
bzw. bei Ladedruck angesaugt und danach der Ansaugkanal
abgesperrt wird. Die geleistete Expansionsarbeit am einge
schlossenen Gemisch bzw. Frischgas nach dem Abschließen
des Saugkanals würde dadurch bei der anschließenden Kom
pression wieder zurückgewonnen, so daß keine Ladungswech
selverluste durch das Gemischansaugen bzw. Frischgasan
saugen entstünden.
Versucht man, diese Art der Regelung durch die üblichen
Steuerorgane (Ventile, Schieber) mit variabler Steuerzeit
zu realisieren, so entstehen Verluste dadurch, daß das Ab
sperrorgan in geöffnetem Zustand oder durch langsames
Schließen eine Drosselung verursacht. Außerdem sind die
bisher vorgeschlagenen mechanischen Vorrichtungen zur va
riablen Ventilöffnung aufwendig (DE-OS 24 56 752).
Diese Nachteile werden auch bei einer gattungsgemäßen Fül
lungsregelung (DE-OS 26 21 362) nicht vermieden, wobei
hier dem Einlaßorgan saugseitig ein walzenförmiger Dreh
schieber mit kontinuierlicher Drehung vorgeschaltet ist.
Durch relative Verdrehung wird erreicht, daß der Dreh
schieber bereits vor dem Schließen des Einlaßventils den
Ansaugkanal absperrt. Nachteilig bei dieser Anordnung ist
auch, daß der Raum zwischen dem Schieber und dem Ventil
sowie der Brennraum relativ groß ausgelegt sein müssen und
die Gestaltung des Ansaugkanals nicht strömungsgünstig
ausgeführt werden kann. Ferner wird der Ansaugkanal erst
nach Durchfahren des gesamten Durchtrittsquerschnitts vom
Drehschieber geschlossen, so daß die Schließzeit relativ
lang und darüber hinaus stark abhängig von der Drehzahl
der Brennkraftmaschine ist.
Desweiteren ist es aus der DE-OS 26 36 519 und der
DE-OS 26 12 430 bekannt, mit einem Schieber im Ventiisitz
die Einlaßöffnungszeiten zu beeinflussen. Diese Lösung ist
jedoch bauaufwendig und wegen der hohen mechanischen und
thermischen Belastung der Schieber und Ventile nicht be
triebssicher.
Aus der FR-PS 30 140 ist ein Sperrschieber bekannt, der
zwar im Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine angeordnet
ist, aber nicht im Ansaugtakt geöffnet und geschlossen
wird. Außerdem ist der Sperrschieber kompliziert zu ferti
gen, da die Kontur des Sperrschiebers genau an die eines
Leitwerkes angepaßt sein muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Einlaßventil
eine weitere Absperreinrichtung im Ansaugkanal vorzuschal
ten, welche im einströmenden Medium sowohl im geöffneteten
Zustand als auch beim Schließvorgang nur minimale Drossel
verluste verursacht und eine hohe Betriebssicherheit auf
weist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Absperreinrichtung ein mehrfach geschlitzter Flachschieber
ist, der mit Gegenschlitzen, die zwischen im Durchgangs
querschnitt des Ventilgehäuses angeordneten Rippen (19,
20) ausgebildet sind, zusammenwirkt, daß der Flachschieber
(15) quer zu den Rippen (19, 20) bewegt und beidseitig in
diesen geführt ist und daß ein antriebsseitig verbundener
Nocken (21) etwa über die gesamte Breite des Flachschie
bers (15) mit diesem in kraftschlüssigem Kontakt steht.
Die so geschaffenen Steuerschlitze erlauben ein schlagar
tiges Abschließen des Ansaugkanals bei sehr geringen
Schieberbewegungen und damit praktisch ohne Drosselver
luste beim Absperren. Um einen möglichst geringen Ver
schleiß des Stößels und des Nockens zu erzielen, besitzt
der Nocken nahezu die gleiche Breite wie der Rahmen. Trotz
des kleinen Hubes gibt der geöffnete Schieber einen großen
Strömungsquerschnitt frei, so daß die Strömungsverluste
auch bei hohem Luftdurchsatz gering gehalten werden kön
nen. Zudem weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine ho
he Betriebssicherheit auf, da der Flachschieber sicher ge
führt und angetrieben wird.
Die Breite der Stege und damit der Rippensegmente ist grö
ßer als die Breite der Schlitze, so daß der Flachschieber
in Zusammenwirkung mit den Rippensegmenten den Ansaugkanal
zuverlässig absperren kann.
Als Flachschieber gemäß der Erfindung kann ein relativ
dünnes Blech verwendet werden. Um dieses sicher zu bewegen
ohne daß es sich verformt ist es sinnvoll, den Flachschie
ber an seinem antriebsseitigen Ende in einem Rahmen einzu
spannen. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß
der Antrieb an einem widerstandsfähigen und ausreichend
stabilen Element angreifen kann, so daß der Flachschieber
für seine spezielle Aufgabe optimal ausgelegt werden kann.
Um die geforderte oszillierende Bewegung des Flachschie
bers baulich einfach zu erreichen, wird als Antrieb - wie
zu Patentanspruch 1 ausgeführt - ein Nocken vorgesehen,
wobei dann das nockenseitige Ende des Rahmens vorteilhaf
terweise als Stößel ausgebildet ist. Damit der Flachschie
ber mitsamt seinem Rahmen ohne in seiner Führung zu klem
men bewegt werden kann und um einen kleinbauenden Antrieb
zu erreichen, wird weiterhin vorgeschlagen, in dem Rahmen
zwei Fenster vorzusehen, in denen je eine Druckfeder ange
ordnet ist, um den Rahmen in kraftschlüssigem Kontakt mit
dem Nocken zu halten. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn
sich jede Druckfeder über je einen am Gehäuse und am Rah
men angeordneten Federteller abstützen kann.
Um die Anordnung auch schon bei in Betrieb befindlichen
Brennkraftmaschinen verwenden zu können, wird weiterhin
vorgeschlagen, daß der Nocken, der Flachschieber und der
Rahmen in einem Gehäuse angeordnet sind, welches zwischen
dem Ansaugkanal und dem Zylinderkopf einsetzbar ist. Damit
ist es möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung ohne kon
struktive Änderung an jeder Brennkraftmaschine anzuordnen.
Hierbei ist es aus fertigungstechnischen Gründen vorteil
haft, das Gehäuse in der Ebene des Flachschiebers zu tren
nen und zwischen den beiden Gehäusehälften ein Distanz
stück in der Stärke des Schiebers anzuordnen. Damit ist es
weiterhin möglich, daß, wenn der Flachschieber in Ansaug
richtung durch Verschleiß zu großes Spiel erhält, dieses
durch Verwendung eines dünneren Distanzstückes ausgegli
chen werden kann. Damit ist es möglich, den Flachschieber
auch über längere Betriebszeit hin ohne Seitenspiel be
treiben zu können.
Zum Antrieb des Nockens kann ein Zahnriemen oder eine Kette
mit Spannrolle benutzt werden, wobei zwei Einstellrollen derart
angeordnet sind, daß die Längen des ziehenden und des gezogenen
Trums veränderbar sind. Der Antrieb über Zahnriemen und Ketten
ist kostengünstig und geräuscharm. Durch die Einstellrollen
kann eine entsprechende Vorverstellung der Nockenwelle durch
Verdrehen in Antriebs- bzw. Gegenantriebsrichtung erreicht
werden, so daß der Öffnungs- und Schließzeitpunkt des Flach
schiebers beeinflußt werden kann. Die Kette oder der Zahn
riemen werden am einfachsten dann von der Nockenwelle der
Brennkraftmaschine angetrieben, wenn diese bereits zahn
riemen- oder kettenangetrieben ist. Ebenso ist es möglich,
den Zahnriemen oder die Kette von der Kurbelwelle aus anzu
treiben.
Um eine mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüstete
Brennkraftmaschine auch in Kraftfahrzeugen betreiben zu
können, ist es notwendig, den Öffnungs- und Schließzeitpunkt
des Schiebers in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der
Last zu regeln. Dies wird gemäß einer Weiterbildung der Er
findung dadurch erreicht, daß die Einstellrollen über eine
geeignete Leistungsregelungseinrichtung der Brennkraftma
schine verschwenkbar sind. Weiterhin wird vorgeschlagen,
daß je eine Einstellrolle für den ziehenden und gezogenen
Trum vorgesehen ist, die beide in je einem Schwenkhebel mit
einem gemeinsamen Drehpunkt gelagert sind und von einer
Feder auseinander und gegen die Kette oder den Zahnriemen
gedrückt werden und daß beide Schwenkhebel über eine einzige
Leistungsregelungseinrichtung betätigbar sind. Hierbei muß
die Leistungsregelungseinrichtung nur an einem einzigen
Schwenkhebel angreifen, wenn die Feder zwischen den beiden
Schwenkhebeln sich nur an diesen abstützt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten
Beispiels näher erläutert:
Es stellen dar:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Brennkraftmaschine, von
der nur ein Zylinder, dessen Ansaugrohr mit einem
erfindungsgemäß aufgebauten Flachschieber zur Fül
lungsregelung und dessen Antriebsnockenwelle ge
zeigt ist;
Fig. 2 einen Schnitt durch das Flachschiebergehäuse mit
dem Flachschieber und dessen gesamter Betätigung
gemäß der angegebenen Schnittführung in Fig. 1;
Fig. 3 den Antrieb des Flachschiebernockens von der Noc
kenwelle der Gaswechselventile aus.
Die Schnittdarstellung gemäß Fig. 1 und 2 zeigt einen
Teil eines Zylinderkopfes 1 und des Zylinderrohres 2,
einen Teil des Kolbens 3 mit dessen Kolbenringen 4, das
Einlaßventil 5 mit dessen Führung 6, den Ventilsitz 7
und die Ventilfeder 8. Das in üblicher Weise gesteuerte
Einlaßventil 5 dichtet während des Hochdruckteils des
Verbrennungsprozesses den Brennraum 9 gegenüber dem Ein
laßkanal 10, in den die Einspritzdüse 11 Kraftstoff ein
spritzt, ab.
Zwischen dem Einlaßkanal 10 im Zylinderkopf 1 und dem
Ansaugrohr 11 ist ein Einsatz 12 angeordnet, der die
Flachschieberanordnung 13 mitsamt ihrer Antriebsein
richtung 14 enthält.
Die Flachschieberanordnung 13 besteht aus einem querge
schlitzten Flachschieber 15, der zwischen den beiden Ge
häuseteilen 16, 17 längs beweglich angeordnet ist. Beide
Gehäuseteile 16, 17 sind über ein Distanzstück 18 in der
Stärke des Flachschiebers 15 miteinander gasdicht ver
bunden.
Quer zur Verschieberichtung des Flachschiebers 15 sind an
den Gehäuseteilen 16, 17 Rippensegmente 19, 20 angeordnet,
und zwar derart, daß die angesaugte Luft einmal zwischen
den Rippensegmenten 19, 20 durch die Schlitze 15.1 in
dem Flachschieber 15 ungehindert hindurchtreten kann und
zum anderen, daß die Stege 15.2 des Flachschiebers 15
zwischen die Rippensegmente 19, 20 treten können, so daß
das Ansaugrohr 11 von dem Einlaßkanal 10 getrennt ist.
Um die angesaugte Luft praktisch ohne Drosselwirkung durch
die Flachschieberanordnung 13 treten zu lassen, sind die
Rippensegmente 19, 20 in Durchströmrichtung flügelprofil
förmig ausgebildet.
Die Antriebseinrichtung 14 für den Flachschieber 15 besteht
aus einem Nocken 21, der auf einer Nockenwelle 30 befestigt
ist, welche drehbar antreibbar gelagert ist. Auf dem Nocken
21 gleitet der Stößel 22, der gleichzeitig Teil eines Rahmens
23 ist (insbesondere Fig. 2), an dem der Flachschieber 15 in
geeigneter Weise befestigt ist. Der Rahmen 23 wird von den
Nocken 21 gegen die Kraft zweier Federn 24, 25, die in
Fenstern im Rahmen 23 angeordnet sind und sich über Feder
teller 26, 27 im Rahmen und über Federteller 28, 29 an den
beiden Gehäuseteilen 16, 17 abstützen, gehoben.
Der Nocken 21 ist in diesem Beispiel derart ausgelegt, daß
ein schnelles Trennen des Einlaßkanals 10 vom Ansaugrohr 11
durch den Flachschieber 15 erfolgen kann, wohingegen das
Öffnen des Flachschiebers 15 sehr langsam vor sich geht.
Werden Brennkraftmaschinen mit mehreren in einer Reihe lie
genden Zylindern verwendet, so können alle Flachschieberan
ordnungen mit ihren Antriebseinheiten 14 zu einer baulichen
Einheit zusammengefaßt werden, wobei die Nockenwelle 30 für
die gesamte Zylinderreihe zur Betätigung der Flachschieber
herangezogen werden kann.
Da der Flachschieber 15 immer in Abhängigkeit des Einlaß
ventils 5 betätigt werden muß, ist es sinnvoll, den Antrieb
der Nockenwelle 30 von der Nockenwelle zur Betätigung des
Einlaßventils abzugreifen.
In Fig. 3 ist eine bevorzugte Anordnung der Nockenwelle 30
und der das Einlaßventil 5 betätigenden Nockenwelle 31 dar
gestellt. Als Antrieb dient ein endloser Zahnriemen 32. Es
ist natürlich ebenso möglich, anstelle des Zahnriemens 32
eine endlose Kette vorzusehen.
Der Zahnriemen 32 wird von zwei Einstellrollen 33, 34
gespannt. Jede Einstellrolle 33, 34 ist in je einem
Schwenkhebel 35, 36 gelagert, wobei die beiden Schwenk
hebel 35, 36 um einen gemeinsamen Lagerzapfen 37 verschwenk
bar sind. Um den Lagerzapfen 37 ist eine Schraubenbiegefeder 38
gewunden, und zwar derart, daß sie die beiden Schwenkhebel
35, 36 mit den Einstellrollen 33, 34 gegen den Zahnriemen
32 drückt. In diesem Beispiel wurde der ziehende Trum mit
40 und der gezogene Trum mit 39 bezeichnet. Die Länge des
ziehenden Trums 40 kann nun durch Verstellen der Einstell
rolle 33 mit dem Schwenkhebel 35 geändert werden. Dadurch
kann die Nockenwelle 30 gegenüber der Nockenwelle 31 vor
und zurückgedreht werden, so daß der Öffnungs- und Schließ
zeitpunkt des Flachschiebers 15 gegenüber dem Einlaßventil
5 beeinflußt werden kann. Die Verstellung des Schwenkhebels
36 erfolgt über den an dem Schwenkhebel 35 gelenkig be
festigten Hebel 41, welcher zu einer hier nicht dargestellten
Leistungsregelungseinrichtung der Brennkraftmaschine führt.
Das gleichzeitige Verstellen des Schwenkhebels 35 mit dem
Schwenkhebel 36 hat zur Folge, daß nicht nur die Länge des
ziehenden Trums 40, sondern auch die Länge des gezogenen
Trums 39 so geändert wird, daß die Gesamtlänge konstant bleibt.
Hierbei garantiert die Schraubenbiegefeder 38, daß eine ausrei
chende Riemenspannung immer vorhanden ist, so daß eine
separate, nur zum Spannen des Riemens vorgesehene Spann
rolle überflüssig wird. Die Zuordnung der Nockenwelle 30
zur Nockenwelle 31 und die Anordnung der Einstellrollen 33,
34 ist so ausgelegt, daß der Winkel zwischen den beiden
Schwenkhebeln 35, 36 und damit die Federspannung nur sehr
gering geändert wird.
Die vorstehende Erfindung wurde in den Fig. 1 bis 3 nur
anhand einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine be
schrieben. Es ist jedoch genauso selbstverständlich, daß
sie bei einer luftverdichtenden und/oder aufgeladenen Brenn
kraftmaschine in gleicher Weise angewendet werden kann. Bei
luftverdichtenden Brennkraftmaschinen fällt dann selbst
verständlich die Einspritzdüse 11 im Einlaßkanal 10 fort,
da sie dort im Haupt- und Nebenbrennraum, in jedem Fall
hinter dem Einlaßventil, angeordnet ist.
Auch ist es nicht erforderlich, den Antrieb der Nockenwelle
30 von der Nockenwelle 31 des Einlaßventils abzugreifen.
Es ist ebenso denkbar, daß andere geeignete Antriebe vorge
sehen werden können, beispielsweise die Kurbelwelle.
Claims (11)
1. Vorrichtung zur Füllungsregelung bei einer ventil
gesteuerten Brennkraftmaschine, mit einem zwischen einem
Brennraum (9) der Brennkraftmaschine und dessen Ansaugka
nal (10, 11) angeordneten Einlaßventil (5) und einer
stromaufwärts im Ansaugkanal (10, 11) angeordneten Ab
sperreinrichtung zum Öffnen und Schließen des Ansaugkanals
(10, 11) im Ansaugtakt, wobei der Öffnungs- und Schließ
zeitpunkt der Ventileinrichtung gegenüber dem Einlaßventil
leistungsabhängig steuerbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Absperreinrichtung ein
mehrfach geschlitzter Flachschieber (15) ist, der mit Ge
genschlitzen, die zwischen im Durchgangsquerschnitt des
Ventilgehäuses (16, 17) angeordneten Rippen (19, 20) ausgebildet
sind, zusammenwirkt, daß der Flachschieber (15) quer zu
den Rippen (19, 20) bewegt und beidseitig in diesen ge
führt ist und daß ein antriebsseitig verbundener Nocken
(21) etwa über die gesamte Breite des Flachschiebers (15)
mit diesem in kraftschlüssigem Kontakt steht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stegbreite zwischen den
Schlitzen des Flachschiebers (15) größer ist als die Brei
te der Gegenschlitze.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Flachschieber (15) an sei
nem antriebsseitigen Ende in einem Rahmen (23) befestigt
ist, der als Stößel ausgebildet ist und von dem Nocken
(21) angetrieben ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (23) zwei Fenster
aufweist, in denen je eine Druckfeder (24, 25) derart an
geordnet ist, daß der Stößel (23) mit dem Nocken (21)
ständig in kraftschlüssigem Kontakt steht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß sich jede Feder (24, 25) über
je einem am Gehäuse (16, 17) und an dem Rahmen (23) ange
ordneten Federteller (26 bis 29) abstützt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (21), der Flach
schieber (15) und der Rahmen (23) in dem Gehäuse (16,
17) angeordnet sind, welches zwischen dem Ansaugkanal (11)
und dem Zylinderkopf (1) eingesetzt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (16, 17) in der
Ebene des Flachschiebers (15) getrennt ist und daß zwi
schen beiden Gehäusehälften (16, 17) ein Distanzstück (18)
in der Stärke des Schiebers (15) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (21) durch eine
Kette oder einen Zahnriemen (32) über zwei Einstellrollen
(33, 34) antreibbar ist, wobei die Einstellrollen (33, 34)
derart angeordnet sind, daß die Längen des ziehenden und
des gezogenen Trums (39, 40) veränderbar sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellrollen (33, 34)
von einer Leistungsregelungseinrichtung der Brennkraftma
schine verschwenkbar sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, daß je eine Einstellrolle (33, 34)
für den ziehenden und gezogenen Trum (39, 40) vorgesehen
ist, die beide in je einem Schwenkhebel (35, 36) mit einem
gemeinsamen Drehpunkt (37) gelagert sind und von einer Fe
der (38) auseinander und gegen die Kette oder den Zahnrie
men (32) gedrückt werden und daß beide Schwenkhebel (35,
36) über die Leistungsregelungseinrichtung betätigbar sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwenkhebel (35,
36) über eine gemeinsame Feder (38) mit den Einstellrollen
(33, 34) gegen den ziehenden und den gezogenen Trum (39,
40) drücken und daß die Leistungsregelungseinrichtung nur
an einem Schwenkhebel (35) angreift.
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