DE2949529A1

DE2949529A1 - IC engine with two inlet valves - has one with fixed and one with variable timing for load control

Info

Publication number: DE2949529A1
Application number: DE19792949529
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 3180 Wolfsburg Voigt
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1979-12-08
Filing date: 1979-12-08
Publication date: 1981-06-11

Abstract

The engine has two inlet valves (2,3) in each cylinder which are operated by separate cams (10,11) on separate camshafts (8,9). The first valve has a fixed timing. It ooens near t.d.c. and closes before b.d.c. The second cam (11) is rotated by the accelerator so that the timing is changed as the load varies. The opening is progressively moved towards b.d.c. with increasing load. The output is controlled by the displacement of the opening of the second valve. The fixed opening of the first valve ensures that air is always drawn in at t.d.c.

Description

29A9529
VOLKSWAGENWERK29A9529
VOLKSWAGENWERK

AKTIENGESELLSCHAFT
3180 Wolfsburg Aktiengesellschaft
3180 Wolfsburg

- 2 K 2837/1702-pt-hu-sa "7. ΟβΖ. 1379- 2 K 2837/1702-pt-hu-sa "7. ΟβΖ. 1379

Internal combustion engine with throttle-free load control

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Derartige Brennkraftmaschinen vermeiden die bei der üblichen Drosselklappenregelung an der Drosselklappe auftretenden Ansaugverluste.The invention relates to an internal combustion engine according to the preamble of the patent claim. Internal combustion engines of this type avoid the intake losses that occur at the throttle valve in the usual throttle valve control.

Eine aus der DE-OS 27 47 884, FOIL 1/34, bekannte Brennkraftmaschine dieser Art besitzt je ein Auslaß- und ein Einlaßventil, wobei der dem Einlaßventil zugeordnete Einlaßnocken derart mit dem Gashebel der Brennkraftmaschine,
also bei einem Kraftfahrzeug dem Gaspedal, in Verbindung steht, daß er mit zunehmender Last kontinuierlich in Drehrichtung seiner Nockenwelle, also
kontinuierlich in Richtung früher relativ zu einem Auslaßventilnocken, geschwenkt wird. Dabei ist ferner eine konstante Breite des Einlaßnockens, d.h. ein lastunabhängiger, konstanter Öffnungsbereich des Einlaßventils ins Auge gefaßt.An internal combustion engine of this type known from DE-OS 27 47 884, FOIL 1/34, has an exhaust valve and an intake valve, the intake cam assigned to the intake valve in such a way with the gas lever of the internal combustion engine,
So in a motor vehicle, the accelerator pedal is connected that it continuously with increasing load in the direction of rotation of its camshaft, so
is continuously pivoted in the earlier direction relative to an exhaust valve cam . A constant width of the inlet cam, ie a load-independent, constant opening area of the inlet valve is also envisaged.

Diese bekannte Brennkraftmaschine macht ebenfalls von dem Prinzip der Rücksch-ubregelung Gebrauch, bei der von dem angesaugten Gemisch je nach der Last ein größerer oder kleinerer Teil in die Saugleitung zurückgeschoben wird, jedoch ist das Einlaßventil außer bei Vollast bei OT geschlossen, so daß gerade in dem wichtigen Teillastbereich eine Drosselung des einströmenden Gemische erfolgt. This known engine also makes use of the principle of Rücksch-ubregelung use, is pushed back in by the sucked mixture depending on the load, a larger or smaller part of the suction line, however, the intake valve is other than at full load at TDC closed, so that precisely in In the important part-load range, the inflowing mixture is throttled.

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Vorsitzender Voritand: Toni Schlicker, Vorsitiender ■ Ksrl-Heinz Bno-n · Prot. Dr. tedin. Err.si Fiale · Dr. jur. Peter FrerkChairman Chairman: Toni Schlicker, Chairman ■ Ksrl-Heinz Bno-n · Prot. tedin. Err.si Fiale Dr. jur. Peter Frerk

des Aufsichtsrats: Günler Harlwidi ■ Horst Munzner ■ Dr. rer. pol. V,erner P. Scfimidt · Gottlieb M. Strobl · Prot. Dr. rer. pol. Friedrich Thomeeof the Supervisory Board: Günler Harlwidi ■ Horst Munzner ■ Dr. rer. pole. V, erner P. Scfimidt · Gottlieb M. Strobl · Prot. rer. pole. Friedrich Thomee

Hans Birntejm Sitz der Gesellschalt: Wolfsburg Amtsgericht Wolfsburg HRB 21S Hans Birntejm Registered office of the company: Wolfsburg District Court Wolfsburg HRB 21S

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs so auszubilden, daß bei geringem konstruktiven Mehraufwand diese Drosselung und die damit verbundenen Leistungsverluste vermieden werden.The invention has for its object to provide an internal combustion engine according to the To form the preamble of the claim so that this throttling and the associated power losses with little additional design effort be avoided.

Die erfindungsgemäße Lösung ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Patentanspruchs. Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die oben definierte Aufgabe mit einem an sich üblichen und daher konstruktiv zu beherrschenden zusätzlichen Teil, nämlich einem zusätzlichen Einlaßventil, und geeigneter Ventilsteuerung gelöst wird.The solution according to the invention is characterized by the features of the claim. An advantage of the invention can be seen in the fact that the above-defined task with a conventional and therefore structurally controllable additional part, namely an additional inlet valve, and suitable valve control is solved.

Erfindungsgemäß sind also zwei Einlaßventile vorgesehen, von denen eines infolge fester Winkellage seines zugehörigen Einlaßnockens in allen Lastbereichen der Maschine bei Auslaßschluß öffnet und beispielsweise in einem Bereich zwischen etwa 200 und 250 KW nach OT wieder schließt, während das zweite Einlaßventil einen größeren konstanten Öffnungsbereich besitzt und durch entsprechendes Verschwenken seines zugehörigen Einlaßnockens bei Laständerungen sicherstellt, daß nur im Teillast- und Nullastbereich eine Rückschubregelung erfolgt, während im Vollastbereich die maximale Füllung erfolgt. Das bedeutet, daß infolge Zurücknahme der Überschneidung der Öffnungsbereiche von Auslaß- und Einlaßventilen der Restgasanteil in den Brennräumen reduziert wird, so daß der indizierte Wirkungsgrad erhöht wird, während bei Vollast durch große Überschneidung der beiden Öffnungsbereiche ein wirksamer Voreinlaß und damit die maximale Leistung erzielt wird. Infolge der Verwendung von zwei Einlaßventilen, von denen eines stets etwa bei Auslaßschluß und damit in der Nähe des OT öffnet, ist aber in Abweichung von dem beschriebenen Stand der Technik auch bei Teillast eine unerwünschte Drosselung vermieden.According to the invention, two inlet valves are provided, one of which as a result fixed angular position of its associated inlet cam opens in all load areas of the machine when the outlet closes and, for example, in one area closes again between about 200 and 250 KW after TDC, while the second inlet valve has a larger constant opening area and by corresponding Pivoting its associated inlet cam in the event of load changes ensures that reverse thrust control is only carried out in the part-load and no-load range takes place, while the maximum filling takes place in the full load range. This means that as a result of the reduction in the overlap of the opening areas of outlet and intake valves, the residual gas proportion in the combustion chambers is reduced, so that the indicated efficiency is increased while at full load through large overlap of the two opening areas an effective pre-inlet and so that the maximum performance is achieved. As a result of the use of two inlet valves, one of which is always around the outlet and thus in the The vicinity of the OT opens, but deviates from the state of the art described Technology avoided undesirable throttling even at part load.

An sich ist die Verwendung von mehr als einem Einlaßventil -bei der Erfindung könnte verständlicherweise auch ein drittes Einlaßventil Einsatz finden- aus der DE-OS 14 51 949, FOIL 1/26, bekannt. Dort geht es aber nur um eine Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine bzw. um eine Verbesserung der Ausspülung der Brennräume bei Aufladung, nicht aber um eine drosselfreie Lastregelung nach Art einer Rückschubregelung. In Abweichung von einem wichtigenAs such, the use of more than one inlet valve is in the invention Understandably, a third inlet valve could also be used - known from DE-OS 14 51 949, FOIL 1/26. But there it is only about an increase in performance of the internal combustion engine or an improvement in the purging of the combustion chambers during charging, but not a throttle-free load control in the manner of a return regulation. In deviation from an important one

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Merkmal der Erfindung sind bei diesem Stand der Technik die Steuereinrichtungen für die Einlaßventile gekoppelt, so daß die Einlaßventile zwar unterschiedliche Öffnungsbereiche haben, diese jedoch in einer von der jeweiligen Last unabhängigen Relation zueinander stehen. Insbesondere erfolgt dort nicht die Steuerung eines der Einlaßventile lastabhängig durch Verbindung mit dem Gashebel der Brennkraftmaschine.In this prior art, the control devices are a feature of the invention coupled for the inlet valves, so that the inlet valves have different opening areas, but these in one of the respective Load independent relation to each other. In particular, one of the inlet valves is not controlled there in a load-dependent manner by means of a connection with the throttle of the internal combustion engine.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:In the following an embodiment of the invention is based on the drawing explained. Show it:

Fig. 1 schematisch eine Draufsicht auf den Zylinderkopf undFig. 1 schematically shows a plan view of the cylinder head and

Fig. 2 die in Fig. 1 mit II-II bezeichnete Schnittansicht, sowieFIG. 2 shows the sectional view designated in FIG. 1 with II-II, as

die Fig. 3, Au. 5 die Steuerdiagramme der verschiedenen VentileFig. 3, Au. 5 the control diagrams of the various valves

bei Vollast (Fig. 3), Teillast (Fig. 4) und Nullast (Fig. 5).at full load (Fig. 3), part load (Fig. 4) and no load (Fig. 5).

Betrachtet man zunächst die Fig. 1 und 2, so sind dem Zylinder 1 die beiden Einlaßventile 2 und 3 mit dem gemeinsamen Einlaßkanal 4 sowie das Auslaßventil 5 mit dem Auslaßkanal 6 zugeordnet. Der Zylinderkopf ist allgemein mit 7 bezeichnet. Wie Fig. 2 zeigt, besitzen die Einlaßventile einen an sich bekannten Aufbau -es handelt sich hier um Tassenstößelventile-, so daß auf die Konstruktion nicht weiter eingegangen zu werden braucht. In diesem Ausführungsbeispiel ist jedem der beiden Einlaßventile eine Nockenwelle 8 bzw. 9 zugeordnet; die Drehrichtung der jeweils mit einem Nocken 10 bzw. 11 bestückten Nockenwellen ist durch die Pfeile angedeutet. Wie ebenfalls in Fig. angedeutet, besitzt der Nocken 10, der dem ersten Einlaßventil 2 zugeordnet ist, eine konstante und damit von der jeweiligen Last (Gaspedalstellung) unabhängige Winkellage. Für alle Lastzustände, die in den Fig. 3, 4 und 5 wiedergegeben sind, besitzt der Ventilhub des Ventils 2 demgemäß den gleichen, mit 20 bezeichneten Verlauf: Der Öffnungsbereich des ersten Einlaßventils 2Looking first at FIGS. 1 and 2, cylinder 1 is the two Inlet valves 2 and 3 are assigned to the common inlet channel 4 and the outlet valve 5 to the outlet channel 6. The cylinder head is generally numbered 7 designated. As FIG. 2 shows, the inlet valves have a known one Structure -it is about bucket tappet valves-, so that on the Construction need not be discussed further. In this embodiment a camshaft 8 or 9 is assigned to each of the two intake valves; the direction of rotation of each equipped with a cam 10 or 11 Camshafts are indicated by the arrows. As also indicated in FIG. 1, the cam 10, which is assigned to the first inlet valve 2, has is constant and therefore independent of the respective load (accelerator pedal position) Angular position. For all load conditions, which are shown in Figs. 3, 4 and 5, the valve lift of the valve 2 accordingly has the same, Course designated by 20: the opening area of the first inlet valve 2

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beginnt etwa bei OT, nämlich wenige Grad nach OT,und etwa bei Auslaßschlußbegins around TDC, namely a few degrees after TDC, and approximately at the outlet

A des in Fig. 1 bei 5 angedeuteten Auslaßventils, während der öffnungsbes A of the outlet valve indicated at 5 in Fig. 1, while the öffnungsbes

reich des ersten Einlaßventils 2 etwa 220 nach OT und damit stets nach UT endet. Bei Vollast (Fig. 3) fällt in diesem Ausführungsbeispiel das Ende des Öffnungsbereichs des ersten Einlaßventils 2 zusammen mit dem Einlaßschluß E der durch die beiden Einlaßventile 2 und 3 gebildeten Einlaßven-rich of the first inlet valve 2 about 220 after TDC and thus always after BDC ends. At full load (FIG. 3), in this exemplary embodiment, the end of the opening area of the first inlet valve 2 coincides with the inlet closure E of the inlet valves formed by the two inlet valves 2 and 3

tilanordnung.valve arrangement.

Demgegenüber ist der dem zweiten Einlaßventil 3 zugeordnete Einlaßnocken 11 durch Betätigen des Gaspedals zwischen der in Fig. 2 ausgezogen dargestellten Vollaststellung und einer durch unterbrochene Linien angedeuteten Leerlaufstellung 11' auf der Kurbelwelle 9 schwenkbar angeordnet. Betrachtet man also die Lage der ebenfalls einen in seiner Größe konstanten Öffnungsbereich definierenden Ventilhubkurve/des Ventils 3, so liegt der Ventilnocken 11 bei Vollast (Fig. 3) so "früh", daß der jetzt durch die Arbeitsweise des zweiten Einlaßventils 3 bestimmte Einlaßbeginn E.. der Einlaßventilanordnung vor OT liegt und demgemäß infolge Überschneidung von Einlaß- und Auslaßbereich einen wirksamen Voreinlaß gewährleistet.In contrast, there is the intake cam 11 assigned to the second intake valve 3 by actuating the accelerator pedal between the full load position shown in solid lines in FIG. 2 and an idle position indicated by broken lines 11 'arranged pivotably on the crankshaft 9. So if you consider the position of the opening area, which is also constant in size defining valve lift curve / of the valve 3, the valve cam 11 is at full load (Fig. 3) so "early" that the now by the operation of the second inlet valve 3 certain inlet start E .. of the inlet valve arrangement is before TDC and accordingly as a result of the overlap of the inlet and outlet areas an effective pre-entry guaranteed.

Wie in Fig. 5 dargestellt, ist jetzt der Nocken 11 so weit in Richtung "später" um den Kurbelwellenwinkel a in seine in Fig. 2 mit 11' bezeichnete Leerlaufstellung verschwenkt, daß bis etwa 90° nach OT der Hubverlauf der Einlaßventilanordnung bestimmt ist durch den Hubverlauf 20 des Einlaßventils Erst danach wird der jetzt mit 30' bezeichnete Hubverlauf des zweiten Einlaßventils 3 wirksam, das bis relativ kurz vor OT geöffnet bleibt.As shown in Fig. 5, the cam 11 is now so far in the "later" direction by the crankshaft angle α into its idling position, denoted by 11 'in FIG. 2 pivoted so that up to about 90 ° after TDC the stroke course of the inlet valve arrangement is determined by the stroke course 20 of the inlet valve Only then does the stroke curve of the second inlet valve, now designated 30 ', become 3 effective, which remains open until relatively shortly before TDC.

Dem Teillastbereich (Fig. A) ist eine lastabhängige Zwischenposition 11" (siehe Fig. 2) des zugehörigen Einlaßnockens 11 und damit der in Fig. 4 bei 30" wiedergegebene Hubverlauf des zweiten Einlaßventils 3 zugeordnet. Man erkennt, daß auch hier der bei etwa 270 liegende Einlaßschluß E der Ein-The partial load range (Fig. A) is a load-dependent intermediate position 11 " (see Fig. 2) of the associated inlet cam 11 and thus that in Fig. 4 at 30 "is assigned to the stroke curve of the second inlet valve 3. It can be seen that the inlet closure E at about 270 is the inlet

laßventilanordnung durch das zweite Einlaßventil 3 definiert wird.Let valve arrangement is defined by the second inlet valve 3.

Vergleicht man die Diagramme nach den Fig. 3, 4 und 5, so erkennt man bei Vollast eine relativ schmale resultierende Ventilhubkurve AO der Einlaßventilanordnung 2, 3, die mit abnehmender Last zunächst in Richtung später wan-If one compares the diagrams according to FIGS. 3, 4 and 5, one recognizes at Full load a relatively narrow resulting valve lift curve AO of the intake valve arrangement 2, 3, which initially wander in the direction of later with decreasing load

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dert, bis die Überschneidung mit der Ventilhubkurve des Auslaßventils beendet ist (Lage der Ventilhubkurve des zweiten Einlaßventils 3 etwas links von der Kurve 30" in Fig. A) und die dann in Richtung später an Breite zunimmt, bis sie den in Fig. 5 mit 40' bezeichneten Verlauf bei Nullast besitzt. Damit erreicht man allein durch Verwendung von zwei Einlaßventilen mit lastunabhängiger Breite der zugehörigen Ventilnocken eine drosselfreie Lastregelung der Brennkraftmaschine durch Rückschubregelung bis in den oberen Teillastbereich, während bei Vollast die volle Füllung sichergestellt ist.changes until the overlap with the valve lift curve of the exhaust valve ends is (position of the valve lift curve of the second inlet valve 3 somewhat to the left of curve 30 "in Fig. A) and which then increases in width in the direction later, until it has the curve at no load which is designated in FIG. 5 by 40 '. A throttle-free one can thus be achieved simply by using two inlet valves with a load-independent width of the associated valve cams Load regulation of the internal combustion engine through back thrust regulation up to the upper part-load range, while full load is ensured at full load is.

Bezüglich der konstruktiven Ausgestaltung des Schwenkantriebs für den Einlaßnocken 11 des zweiten Einlaßventils 3 kann auf den Stand der Technik, insbesondere die zitierte DE-OS 27 47 884, verwiesen werden, die entsprechende Konstruktionen sowohl für den in Fig. 2 zugrundegelegten Fall von zwei parallenen Nockenwellen 8 und 9 für die beiden Einlaßventile als auch für konzentrische Anordnung der beiden Nockenwellen angibt.With regard to the structural design of the swivel drive for the inlet cam 11 of the second inlet valve 3 can be based on the prior art, in particular the cited DE-OS 27 47 884, the corresponding constructions both for the case of FIG. 2 as a basis indicating two parallel camshafts 8 and 9 for the two intake valves as well as for a concentric arrangement of the two camshafts.

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e e r s e i te r s e i t

Claims

Claim

Internal combustion engine, in particular for motor vehicles, with inlet and outlet valves and throttle-free load control by pivoting an inlet valve cam by means of the throttle lever of the engine in the direction earlier relative to a Exhaust valve cam with increasing load, characterized in that a first intake valve (2) with a constant opening area and constant angular position the beginning of the inlet approximately at the outlet end (A) as well as a through the inlet

cam (11) actuated in this way second inlet valve (3) with a likewise constant but larger opening area, so that in the no-load and part-load area the inlet start (E ..) that of the inlet valves (2,3) The inlet valve arrangement formed is given by the start of inlet of the first inlet valve (2), on the other hand at full load by the then before TDC and outlet end (A) the inlet start of the second inlet valve (3), while s

the inlet closure (E) of the inlet valve arrangement at full load is optimal for filling

after UT.

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Vorsitzender Vorstand: Toni Sc?irnuc<er, Vorsehender ■ Karl-Heinz Briam · Prol. Dr. teciin. Ernsi Fiale ■ Dr. jur. Peter FrerkChairman of the Board of Directors: Toni Sc? Irnuc <er, Providing ■ Karl-Heinz Briam · Prol. Dr. teciin. Ernsi Fiale ■ Dr. jur. Peter Frerk