DE3203952C2

DE3203952C2 - Brennkraftmaschine mit einem Aufladeverdichter

Info

Publication number: DE3203952C2
Application number: DE3203952A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Tokio/Tokyo Inoue
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1981-02-06
Filing date: 1982-02-05
Publication date: 1984-11-29
Also published as: DE3203952A1; FR2499626B1; GB2095328B; US4445336A; GB2095328A; FR2499626A1

Abstract

Verbrennungskraftmaschine mit einem Aufladeverdichter (C) und einem mit einem Luftansaugkanal (9) verbundenen Einlaß, wobei der Aufladeverdichter (C) im Ansaugkanal (9) angeordnet ist, um die durch den Ansaugkanal strömende Ansaugluft zu verdichten. Ein Einwegventil, wie z.B. ein Blattfederventil (24), ist im Ansaugkanal (9) in Serie mit dem Verdichter (C) angeordnet, um eine Rückströmung der verdichteten Ansaugluft im Ansaugkanal und so einen Leistungsabfall der Maschine zu verhindern, wenn eine im Ansaugkanal (9) angeordnete Drosselklappe (20) plötzlich geschlossen wird.

Description

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch sich eine Rückströmung der verdichteten Ansaugluft im gekennzeichnet, daß das Steuerventil ein Rück- Ansaugkanal schon vor einer vollständigen Schließung schlagventil (24) ist. der Drosselklappe bemerkbar macht

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch 20 Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (24) als Erfindung anhand einer Zeichnung beschrieben. Es Blattfederventil ausgebildet ist zeigt

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch F i g. 1 eine Seitenansicht von einer erfindungsgemäß gekennzeichnet, daß das Steuerventil (34) derart mit ausgestalteten Brennkraftmaschine an einem Motorrad; dem Drosselventil (20) gekoppelt ist, daß es mit grö- 25 F i g. 2 eine schematische Ansicht der Aufladeeinrichßerer Geschwindigkeit geöffnet bzw. geschlossen tung der Brennkraftmaschine nach F i g. 1;

wird als dieses. Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Aufladeeinrichtung als zweites Ausführungsbeispiel;

F i g. 4 eine graphische Darstellung, die die Beziehung

30 zwischen den Öffnungswinkeln der Drosselklappe und dem Drehwinkel des Antriebsgliedes zeigt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftma- In der F i g. 1 ist die Brennkraftmaschine E, die das

schine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Motorrad antreibt, auf einem Rahmen Fangeordnet

Eine Brennkraftmaschine diener Bauart ist in DE-OS Die Brennkraftmaschine E ist mit einem Turboverdich-

28 36 870 beschrieben und dargestellt. Wird bei solchen 35 ter Sausgerüstet um die Luftzuführung durch Verdich-

Brennkraftmaschinen die Drosselklappe aus einer dem tung zu verstärken und dadurch die Maschinenleistung Betriebszustand entsprechenden Öffnungsstellung zu erhöhen. Der Turboverdichter S wird vom Rahmen F

plötzlich geschlossen, wobei der Aufladeverdichter wei- getragen.

terarbeitet, um die Ansaugluft tu verdichten und die Nachfolgend wird das Aufladesystem der Brennkraft-Brennkraftmaschine auf der Soll-Drehzahl zu halten, 40 maschine E, die mit dem Verdichter ausgerüstet ist, undann strömt die verdichtete Ansaugluft durch den Auf- ter Bezug auf die F i g. 2 beschrieben,
ladeverdichter hindurch zur stromaufwärtigen Seite des Die Brennkraftmaschine E weist einen Zylinderblock Ansaugkanals zurück. Hierdurch werden im Ansaugka- 1, einen darin gleitenden Kolben 3 und einen Zylindernal und besonders im Aufladeverdichter Störungen, wie kopf 2 auf, wie dies üblich ist. Der Zylinderkopf 2 und Strömungsablösungen und störende Geräusche, er- 45 der Kolben 3 bilden zwischen sich den Verbrennungszeugt. Dies führt: zu einer Beeinträchtigung der Aufla- raum 4, der mit einer Einlaßöffnung 5 und einer Auslaßdung, wenn die Brennkraftmaschine wieder auf Lei- öffnung 6 versehen ist. Die Einlaß- und Auslaßöffnunstung gebracht werden soll. Infolgedessen ist die ange- gen 5 und 6 werden abwechselnd durch Einlaß- bzw. strebte Leistungserhöhung nicht erreichbar. Auslaßventile 7 bzw. 8 geöffnet bzw. geschlossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine 50 Ein Ansaugkanal 9 und ein Abgaskanal 10 sind mit Brennkraftmaschine der eingangs bezeichneten Bauart den äußeren Enden der Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen 5 so auszugestalten, daß beim· plötzlichen Schließen der bzw. 6 verbunden und der Turboverdichter 5 überDrosselklappe aufgrund von schlagartigem Rückfluß brückt die Kanäle 9 und 10.

verdichteter Ansaugluft erzeugte Störungen im An- Der Turboverdichter S weist eine Turbine T, die in saugkanal, wie Strömungsablösungen und Geräusche, 55 einem mittleren Teil des Abgaskanals 10, und einen Verweitgehend vermieden werden können. dichter C auf, der in einem mittleren Abschnitt des An-

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des An- saugkanals 9 angeordnet ist. Die Turbine Γ besteht aus

spruchs 1 gelöst. einer Turbinenkammer 12, die an den Abgaskanal 10

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist nach anschließt, und einem darin angeordneten Turbinenroeinem plötzlichen Schließen der Drosselklappe die ver- <,o tor 14. Der Verdichter C besteht aus einer Verdichterdichtete Ansaugluft aufgrund der Anordnung des Steu- kammer 11, die an den Ansaugkanal 9 anschließt. In ihr erventils daran gehindert, schlagartig zurückzuströmen. ist ein Verdichterrotor 13 angeordnet. Die Turbinen-Die zur Atmosphäre offene Ablaßleitung ermöglicht kammer 12 und die Verdichterkammer 11 sind durch ein der verdichteten Ansaugluft lediglich ein verhältnismä- cinstückiges Bauteil, das als Lagerträger 16 dient, mitßig langsames Zurückströmen durch ihren im Vergleich b5 einander verbunden. Der Turbinenrotor 14 und der Verim Querschnitt des Ansaugkanals wesentlich kleineren dichtcrrotor 13 sind miteinander durch eine gemeinsa-Querschniu. Infolgedessen werden die schon angeführ- mc Welle 15 verbunden, so daß sie gemeinsam umlauten Störungen weitgehend vermieden und die ange- fen. Die Welle 15 wird von Lagern 17,18 im Lagerträger

16 getragen.

Eine Brennstoff- Einspritzdüse 19 ist nahe der Einlaßöffnung 5 an den Ansaugkanal 9 angeschlossen und eine Drosselklappe 20 ist unmittelbar stromaufwärts von der Einspritzdüse 19 angeordnet. Eine Vorkammer 21 wird dadurch ausgebildet, daß ein Teil des Querschnitts des Ansaugkanals 9 stromaufwärts von der Drosselklappe 20 vergrößert ist Ein Zweigkanal 22 geht zwischen der Vorkammer 21 und dem Verdichter C vom Ansaugkanal 9 aus und ist mit einem Resonanzhohlraum 23 verbunden.

Ein Einwegventil, durch das eine Rückströmung der angesaugten und dem Verbrennungsraum 4 zuströmenden Luft verhindert wird, ist als Steuerventil innerhalb des Ansaugkanals 9 angeordnet Es wird von einem Blattfederventil 24 im Ansaugkanal 9 stromaufwärts vom Verdichter C gebildet Ein Zweigkanal 25 als Ablaßleitung mit wesentlich kleinerem Querschnitt als der Ansaugkanal 9 zweigt zwischen dem Blattfederventil 24 und dem Verdichter C vom Ansaugkanal 9 ab. i£in Filter 27, z. B. aus Metallgewebe, ist stromab vom Zweigkanal 25 im Ansaugkanal 9 angeordnet Ein Luftreiniger AC ist mit der Einlaßöffnung des Ansaugkanals 9 verbunden. Der Luftreiniger /4Cbesteht aus einem Gehäuse 28, das durch ein Reinigungselement 29 in eine Reinigungskammer a\ und eine zweite Reinigungskammer ai unterteilt ist Die Einlaßöffnungen des Ansaugkanals 9 und des Zweigkanals 25 sind zur Reinigungskammer a-i hin offen.

Im Ansaugkanal 9 sind verschiedene Fühler angeordnet, um die Menge des durch die Einspritzdüse 19 eingespritzten Brennstoffs zu steuern. Ein Temperaturfühler Te, der die Temperatur an der Einlaßöffnung des Verdichters C und ein erster Druckfühler P\, der den Druck an gleicher Stelle mißt, sind im Ansaugkanal 9 zwischen dem Verdichter C und dem Blattfederventil 24 angeordnet. Die Temperatur und der Druck der Ansaugluft werden von diesen Fühlern überwacht. Ein zweiter Druckfühler Pi ist stromaufwärts von der Drosselklappe 20, jedoch stromabwärts vom Verdichter C, an den Ansaugkanal 9 angeschlossen. Er überwacht also den Druck der verdichteten Luft im Abschnitt stromabwärts vom Verdichter Cund stromaufwärts von der Drosselklappe 20.

Ein dritter Druckfühler P_} ist an den Ansaugkanal 9 stromab von der Drosselklappe 20 angeschlossen, um dort den Aufladedruck im Kanal 9 zu messen. Ein Winkelmesser A ist an die Drosselklappe 20 zur Feststellung deren öffnungswinkel angeschlossen. Die Temperatur der verdichteten Luft stromab vom Verdichter C kann aus den Werten der verschiedenen beschriebenen Fühler rechnerisch ermittelt werden.

Eine bekannte Brennstoffeinspritzung und Zündzeitpunktsteuerung bestimmt die grundsätzliche Brennstoffmenge und den Zündzeitpunkt in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine E und dem negativen Aufladedruck (Arbeitsbereich der Brennkraftmaschine £bei niedriger Last) oder dem Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 (Arbeitsbereich der Maschine bei hoher Last) als Eingangsdaten, berichtigt die Luftmenge auf Grund der von den Druck- bzw. Temperaturfühlern ermittelten Werte stromaufwärts vom Verdichter und den Aufladedruck stromab vom Verdichter und steuert praktisch so die Menge des eingespritzten Kraftstoffs und den Zündzeitpunkt. An die Auslaßöffnung ist ein Auspuffschalldämpfer M angeschlossen.

Nachstehend wird die Arbeitsweise dieser Ausführungsform der Erfindung erläutert:

Wenn die mit dem Verdichter C ausgerüstete Brenn

kraftmaschine Ein Betrieb ist, strömt das beim Ausstoßhub aus dem Verbrennungsraum 4 ausgeschobene Abgas durch den Abgaskanal 10 zur Turbine Γ und überträgt seine Energie auf den Turbinenrotor 14. Dadurch wird der Turbinenrotor 14 gedreht und treibt den Verdichtungsrotor 13 über die Welle 15 an, so daß die in den Absaugkanal 9 durch den Luftreiniger AC und durch das Blattfederventil 24 angesaugte Luft durch den Verdichter C verdichtet und der Vorkammer 21 zugeführt lu wird. Die Durchflußmenge wird durch die Drosselklappe 20 gesteuert Die Luft vermischt sich danach mit dem durch die Einspritzdüse 19 eingespritzten Kraftstoff, und das Gemisch aus Luft und Kraftstoff wird dem Verbrennungsraum 4 beim Ansaughub der Brennkraftmaschine zugeführt Wenn im Betrieb der Brennkraftmaschine eine Druckschwankung im Ansaugkanal 9 durch die intermittierende Arbeitsweise des Einlaßventils 7 oder dergl. angeregt werden sollte, werden hierdurch hervorgerufene Schwingungen durch die Vorkammer 21 und den Resonanzhohlraum 23 gedämpft, so daß Schwingungen des Verdichters C vermieden werden und der Wirkungsgrad der Luftansaugung verbessert wird.

Es sei angenommen, daß die Drosselklappe 20 aus einem geöffneten Zustand, bei dem der Verdichter C und dementsprechend die Brennkraftmaschine £ unter Aufladung arbeitet, plötzlich geschlossen wird. Wenn kein Blattfederventil 24 im Ansaugkanal 9 vorhanden wäre, würde die verdichtete Luft im Ansaugkanal 9 sojo fort rückwärts strömen und Störungen in der Strömung, wie z. B. Stromablösungen im Verdichter C, verursachen. Infolgedessen ist der Aufladeeffekt mehr oder weniger verloren und wenn die Drosselklappe 20 wieder geöffnet wird, wird die angestrebte Maschinenleistung nicht erbracht. Solche Störungen im Ansaugkanal 9 werden erfindungsgemäß im voraus durch das Blattfederventil 24 im Ansaugkanal 9 ausgeschlossen. Die gewünschte hohe Leistung der Brennkraftmaschine wird somit aufrechterhalten.

Wenn die Drosselklappe 20 plötzlich geschlossen wird, vermag ein Teil der sich im Ansaugkanal 9 befindlichen Ansaugluft durch den Zweigkanal 25 geringen Durchmessers in den Luftreiniger AC zu entweichen. Dadurch wird der Druck im Ansaugkanal 9 stromab vom Blattfederventil 24 herabgesetzt, was zu einer Verstärkung der Bremskraft der Brennkraftmaschine führt Durch einen im Zweigkanal 25 angeordneten Schalldämpfer 26, der in F i g. 2 durch gestrichelte Linien angedeutet ist, werden störende Geräusche, die bei einem so plötzlichen Schließen der Drosselklappe 20 auftreten können, wirkungsvoll herabgesetzt. Da der Durchmesser des Zweigkanals 25 wesentlich kleiner als der des Ansaugkanals 9 ist, braucht der Schalldämpfer 26 nur eine geringe Größe zu haben.

Während des Maschinenbetriebes übertragen der erste, zweite und dritte Druckfühler pt. Pi, Pi, der Temperaturfühler T₁- und der Winkelmesser A die von ihnen gemessenen Werte an die Steuereinrichtung für die Kraftstoffeinspritzung und den Zündzeitpunkt. Da der erste Druckfühler P\ und der Temperaturfühler T_e zwischen dem Blattfederventil 24 und dem Verdichter C innerhalb des Absaugkanals 9 angeordnet sind, messen sie den Druck und die Temperatur der Ansaugluft am Eintritt in den Verdichter C, nachdem sie das Blattfederventil 24 durchströmt hat. Korrekturen von Änderungen der Werte infolge des Durchtritts durch das Ventil 24 brauchen deshalb nicht vorgenommen zu werden. Es sind auch andere Verdichter- und Einwegventilan-

Ordnungen möglich. Das Blattfederventil 24 könnte z. B. an einem beliebigen Punkt des Ansaugkanals 9 angeordnet werden, wenn es nur mit dem Verdichter C in Serie geschaltet ist.

Wenn das Blattfederventil 24 stromauf vom Verdichter C im Ansaugkanal 9 wie im vorstehend beschriebenen Beispiel angeordnet ist, werden Schwingungen des Verdichters Cverhindert.

Fig.3 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2. Diese Abwandlung entspricht der ι ο Fig.2 bis auf die Tatsache, daß das Blattfcderventil durch ein Regelventil 34 ersetzt ist, das funktionsmäßig so mit der Drosselklappe 20 verbunden ist, daß das erstere entsprechend den öffnungs- bzw. Schlicßbewegungen des letzteren, jedoch schneller als das letztere geöffnet bzw. geschlossen wird. Im einzelnen ist die Drosselklappe 20 auf einer Drosselwelle 35 angeordnet, die durch ein Drosselgelenk 36 und ein Drosselkabel 37 mit einem Bedienungsglied 38, wie z. B. einem Drehhandgriff, der drehbar auf einem Steuerhandgriff 39 angeordnet ist, verbunden ist. Durch Drehen des Bedienungsgliedes 38 ist die Drosselklappe 20 somit zu öffnen bzw. zu schließen. Das Regelventil 34 ist auf einer Regelwelle 40 befestigt, die durch ein Regelgelenk 41, ein Regelkabel 42 und eine Feder 43 mit dem Bedienungsglied 38 verbunden ist. Das Regelventil 34 ist somit ebenfalls durch Drehen des Bedienungsgliedes 38 zu öffnen bzw. zu schließen. Das Regelgelenk 41 ist kürzer als das Drosselgelenk 36, so daß das Regelventil 34 bei Drehung des Bedienungsgliedes 38 schneller geöffnet jo bzw. geschlossen wird als die Drosselklappe 20. Die Beziehung zwischen den Öffnungsgraden (ff) der Drosselklappe 20 und dem Regelventil 34 und dem Verdrehungswinkel R des Bedienungsgliedes 38 ist in F i g. 4 gezeigt.

Darin ist auf der Abszisse der Verdrehungswinkel R und auf der Ordinate der Öffnungsgrad θ aufgetragen.

Die Erfindung bietet insgesamt die folgenden Vorteile: Erstens ist es aufgrund der Anordnung des Einwegventil im Innern des Ansaugkanals 9 und dort in Serie mit dem Verdichter C möglich, Strömungsunrcgelmäßigkeiten der angesaugten Luft, wie Abiöseerscheinungen der Luft im Ansaugkanal, insbesondere im Verdichter C wenn die Drosselklappe plötzlich geschlossen wird, zu vermeiden. Dadurch wird erreicht, daß die beabsichtigte Aufladung erhalten bleibt und die Maschinenleistung erhöht wird. Außerdem werden Schwingungen des Verdichters Cvermieden.

Der Zweigkanal 25, der zwischen dem Einwegventil und dem Verdichter C vom Ansaugkanal 9 abzweigt und mit der Atmosphäre in Verbindung steht, dient dazu, einer, Teil der Ansaugluft im A.riEaugksp.a! 9 7.ur Atmosphäre entweichen zu lassen, wenn das Einwegventil plötzlich geschlossen wird. Dadurch wird der Luftdruck im Ansaugkanal 9 herabgesetzt und die Bremswirkung der Brennkraftmaschine erhöht.

Der aus Druckmesser P\ und Temperaturfühler T_c bestehende Fühler für die Dichte der Ansaugluft ist innerhalb des Ansaugkanals 9 zwischen dem Einwegventil and dem Verdichter C angeordnet und ermittelt "die μ Luftdichte aus dem atmosphärischen Druck und der Umgebungstemperatur der Ansaugluft der Brennkraftmaschine £ Diese Anordnung macht es möglich, den Druck und die Temperatur an der Einlaßöffnung des Verdichters C als Bezugsgroße zur Berichtigung der μ gemessenen Werte heranzuziehen und macht es unnötig, sie aufgrund von Änderungen der Drücke und der Temperatur stromauf und stromab vom Einwegventil, zu berichtigen. Die Berichtigung kann daher leicht und genau trotz der Anordnung des Einwegventils vorgenommen werden.

Das Einwegventil (Blattfederventil 24 oder dergl.) ist innerhalb des Ansaugkanals 9 angeordnet. Dadurch wird ein Rückstrom der angesaugten Luft innerhalb des Ansaugkanals 9 verhindert. Im Betrieb wird die angesaugte Luft stromab vom Einwegventil durch das Einwegventil daran gehindert, zurückzuströmen. Selbst wenn ein Druckwechsel stromauf vom Einwegventil infolge von Verdichterschwingungen oder dergl. eintritt, ändert sich der Druck stromabwärts vom Einwegventil nicht wesentlich. Der Betrieb der Brennkraftmaschine E bleibt daher stabil und die gewünschte Leistung kann kontinuierlich aufgebracht werden. Darüber hinaus kann sich der Einfluß von Druckschwingungen im Ansaugkanal 9 stromab vom Einwegventil, die durch das öffnen und Schließen des Einlaßventils der Brennkraftmaschine angeregt sein können, kaum auf den Verdichter C auswirken, d. h. der Verdichter C arbeitet auch dann gleichmäßig.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2

strebte Leistungserhöhung der Maschine beim WiederPatentansprüche: öffnen der Maschine ist erreichbar. Dabei ist aufgrund

der erfindungsgemaBen Ausgestaltung gewährleistet,

!.Brennkraftmaschine, in deren Ansaugkanal hin- daß das Steuerventil auch geschlossen ist, wenn das

tereinander ein Aufladeverdichter und ein Drossel- 5 Drosselventil sich in seiner Schließstellung befindet

ventil angeordnet sind, dadurch gekenn- Die Ausführungsformen nach den Ansprüchen2 und

zeichnet, 3 enthalten sicher funktionierende und einfache Ausge-

daß in dem Ansaugkanal (9) stromaufwärts des Ver- staltungen für das Steuerventil, die sich preiswert her-

dichters (C) ein Steuerventil (24,34) angeordnet ist, stellen lassen.

welches abhängig von einer Schließung des Drossel- 10 Die Ausbildung nach Anspruch 4 trägt ebenfalls dazu ventils (20) geschlossen ist, und bei, störungsfreie Strömungsverhältnisse im Ansaugkadaß zwischen dem Steuerventil (24, 34) und dem nal zu gewährleisten. Beim öffnen der Drosselklappe ist Verdichter (C) eine zur Atmosphäre offene Ablaßlei- ein Voreilen des Steuerventils vorteilhaft, um eine Betung (25) an den Ansaugkanal (9) angeschlossen ist, einträchtigung des Querschnitts des Ansaugkanals ausdie einen wesentlich kleineren Querschnitt als der 15 zuschließen. Beim Schließen der Drosselklappe emp-Ansaugkanal (9) aufweist. fiehlt sich ebenfalls ein Voreilen des Steuerventils, da