DE2929195C2 - - Google Patents

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.