DE3218443A1

DE3218443A1 - Hubkolben-brennkraftmaschine, insbesondere fuer kraftfahrzeuge, mit einer ladeeinrichtung

Info

Publication number: DE3218443A1
Application number: DE19823218443
Authority: DE
Inventors: Herman Dr.-Ing. 3180 Wolfsburg Krüger
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1981-09-21
Filing date: 1982-05-15
Publication date: 1983-11-17
Anticipated expiration: 2002-05-16
Also published as: DE3218443C2

Description

VO LK S WA G E N W E R K

AKTIENGESELL. SCHAFT

3180 Wolfsburg

- 4 K 3263/1702pt-hu-sa

Hubkolben-Brennkraftmaschine, insbesondere für

Kraftfahrzeuge, mit einer Ladeeinrichtung

(Zusatz zu Patent ... (Anm. P 31 37 490.5))

Das Hauptpatent ... (Anm. P 31 37 490.5) betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Schlagwortartig kann man die im Hauptpatent geschützte Erfindung als eine zyklische Selbstaufladung des betrachteten Zylinders bezeichnen, da das Laderohr Frischgas- und Abgaskanal desselben Zylinders verbindet. Ein besonderer Vorteil der Erfindung nach dem Hauptpatent ist darin zu sehen, daß sie sowohl bei Zweitakt- als auch bei Viertaktmaschinen Einsatz finden kann. Infolge der Tatsache, daß das Laderohr Abgas- und Frischgaskanal desselben Zylinders verbindet, liegen auch keinerlei Beschränkungen hinsichtlich der Zylinderzahl vor. Bei Anwendung bei einer Zweitakt-Brennkraftmaschine ergibt sich nicht nur ein Aufladeeffekt, sondern dann dient die Erfindung nach dem Hauptpatent zugleich als Gaswechseleinrichtung bei niedriger Zylinderfüllung.

Bei den im Hauptpatent beschriebenen Ausführungsbeispielen, die unter entsprechender Steuerung nur des ersten bis vierten Steuerorgans nur mit den genannten vier Betriebsphasen, die demgemäß unmittelbar aufeinanderfolgen,

Vorsitzender Vorstand: Toni Sclimückor, Vors.tuender ;i.i .. ;. .;.·. ,1.1 kcirl-Heinz Briam · Prof. Or. tochn. Ernst Fiala · Dr. jur. Peter Fierk

dos Aufslchtsrats; Pr.μ.ι. Wollgang R.Habbel ■ Gunlf Hartwien · Horst Munznei ■ Dr. -e.'.f öl. Werner P.Schn-idt · Prof.Dr.rer. pol.Friedrich Thomie kau Gustaf Rat|en Sitz" der Gesellschaft: Wolfsburg Amtsgericht Wolfsburg HRB 215

arbeitenj wird die gesamte dem jeweiligen Brennraum zuzuführende Frischgasmenge durch das Abgas aus dem Laderohr ausgeschoben. Einerseits erfordert dies eine relativ große Dimensionierung des Laderohrs _f nämlich im Hinblick auf die gesamte Brennraumfüllung, und andererseits resultiert daraus eine Begrenzung der erreichbaren Verdichtung der Frischgasmenge im Laderohr entsprechend der dazu ausnutzbaren Abgasenergie.

Aufgabe der Erfindung ist daher, für Viertaktmaschinen solche Ausführungsformen und Weiterbildungen der im Hauptpatent geschützten Erfindung zu schaffen, die bei gegebener nutzbarer Abgasenergie eine höhere Brennraumfüllung bei kleinerer Dimensionierung des Laderohrs gewährleisten.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Lösung der Aufgabe mit einfachen Mitteln, nämlich einer weiteren Betriebsphase unter entsprechender Steuerung des fünften Steuerorgans, erfolgt. Die nutzbare Abgasenergie wird nur noch zum Vorverdichten einer Nachladefrischgasmenge benutzt, die der erforderlichen Brennraumfüllung abzüglich der direkt, beispielsweise durch Kolbenbewegung, angesaugten Frischgasmenge entspricht; demgemäß ist der erzielbare Vorverdichtungsdruck höher und das erforderliche Laderohrvolumen kleiner als in den im Hauptpatent beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Im einzelnen erfolgt das Verdichten der Nachladefrischgasmenge im Laderohr sowohl durch Druckausgleich nach dem Öffnen des Auslaßventils als auch durch Überschieben von Abgas aus dem Brennraum in das Laderohr bei Verkleinerung des Brennraums (Aufwärtsbewegung des Kolbens). Umgekehrt erfolgt das Ansaugen von Frischgas durch Vergrößerung des Brennraums (Abwärtsbewegung des Kolbens), während das Nachladen durch teilweise Druckentspannung im Laderohr geschieht. Das Ausschieben von Abgas aus dem Laderohr in das Abgasauspuffrohr erfolgt durch Restdruckentspannung im La-

derohr, das Spülen des Laderohrs mit Frischgas schließlich durch die kinetische Energie des Abgases im Abgasauspuffrohr infolge Nachsaugens von Frischgas.

Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung schützen die Unteransprüche.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1-5 schematisch das Laderohr mit den fünf ihm

zugeordneten Steuerorganen in den fünf verschiedenen Betriebsphasen, d.h. bei verschiedenen Stellungen der Steuerorgane,

Fig. 6 Betätigungsdiagramme für die fünf Steuerorgane,

Fig. 7 in einem Horizontalschnitt sowie

Fig. 8, 9 u» 10 in den in Fig. 7 mit VIII, IX und X bezeichneten Schnittansichten ein Konstruktionsbeispiel.

Betrachtet man zunächst die Fig. 1 bis 5, so erstreckt sich das Laderohr 1 zwischen dem Abgaskanal 2 und dem Frischgaskanal 3 desselben Zylinders der Brennkraftmaschine, deren Zylinderzahl beliebig groß sein kann. An das Laderohr 1 schließen ferner das Abgasauspuffrohr 4 und das Frischgaszufuhrrohr 5 an, von denen das erstgenannte Rohr einen Bestandteil der üblichen Auspuffanlage der Maschine bildet, während das Frischgaszufuhrrohr 5 bei einer Vergaser-Brennkraftmaschine mit dem Vergaser in Verbindung steht, also mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch gespeist wird, dagegen bei einer Maschine mit Kraftstoffeinspritzung Frischluft zuführt.

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Dem Laderohr 1 sind fünf Steuerorgane zugeordnet, die in diesem Ausführungsbeispiel als Drosselklappen ausgebildet sind. Das erste Steuerorgan 6 im Abgaskanal 2 und das zweite Steuerorgan 7 im Frischgaskanal 3 bilden zugleich ohnehin vorhandene Ventile dieser Brennkraftmaschine, nämlich das Auslaßventil bzw. das Einlaßventil. Dadurch wird der Aufwand an Steuerorganen für diese Ladeeinrichtung besonders klein. Das dritte Steuerorgan 8 dient dazu, in bestimmten Betriebsphasen das Laderohr 1 von dem Abgasauspuffrohr 4 zu trennen, während das vierte Steuerorgan 9 dieselbe Aufgabe bezüglich des Frischgaszufuhrrohrs 5 übernimmt. Im Laderohr 1 ist ferner das fünfte Steuerorgan 10 vorgesehen.

An dieser Stelle sei ferner eingefügt, daß -statt wie in den Ausführungsbeispielen verwendeter mechanisch,, beispielsweise durch Nocken, betätigter Steuerorgane- auch durch die Druckverhältnisse im Laderohr 1 betätigte Steuerorgane, also beispielsweise Rückschlagklappen, Einsatz finden können. Dies gilt vor allem für das vierte Steuerorgan 9.

In den Fig. 1 bis 5 sind dieselben Teile mit denselben Bezugszeichen versehen und die Strömungen durch Pfeile angedeutet.

Man erkennt, daß in der in Fig. 1 dargestellten ersten Betriebsphase nur das erste Steuerorgan 6 geöffnet ist, während die übrigen Steuerorgane geschlossen sind. Durch das in das Laderohr 1 demgemäß einströmende Abgas erfolgt die Verdichtung des Nachladefrischgases im Laderohr 1.

In der zweiten Betriebsphase (siehe Fig. 2) sind nur das zweite Steuerorgan, also das Einlaßventil 7, und das vierte Steuerorgan 9 geöffnet, und gemäß den Pfeilen wird Frischgas in den Zylinder gesaugt.

In der dritten Betriebsphase (siehe Fig. 3) sind nur das zweite Steuerorgan 7 und das fünfte Steuerorgan 10 geöffnet, und durch die Abgasdruckenergie im Laderohr 1 wird Nachladefrischgas aus dem Laderohr 1 ausgeschoben, d.h. in den Brennraum des Zylinders eingeschoben.

In der vierten Betriebsphase (siehe Fig. 4) sind nur das dritte Steuerorgan 8 und das fünfte Steuerorgan 10 zwecks Herstellung einer Verbindung zwischen Laderohr 1 und Abgasauspuffrohr 4 geöffnet, d.h. das Abgas kann aus dem Laderohr 1 ausströmen, wobei die Abgasdruckenergie in kinetische Abgasenergie umgewandelt wird.

Diese Umwandlung ist wichtig für die in Fig. 5 dargestellte fünfte Betriebsphase, bei der nun zusätzlich auch eine Verbindung des Laderohrs 1 mit dem Frischgaszufuhrrohr 5 über das jetzt geöffnete vierte Steuerorgan 9 hergestellt ist: Durch Ausnutzung der kinetischen Abgasenergie erfolgt jetzt ein Ansaugen von Frischgas in das Laderohr 1 und/oder ein Durchspülen des Laderohrs 1 mit Frischgas.

Insbesondere die Spülung des Laderohrs 1 gemäß Fig. 5 wird unterstützt, wenn sich an das dritte Steuerorgan 8 ein längeres Abgasauspuffrohr 4 anschließt.

In diesen und den weiteren Figuren nicht dargestellt sind die Füllung erhöhende, an sich bekannte Hilfsmittel, wie Kühlung des Laderohrs bzw. des Frischgases oder eine innere und/oder äußere Isolierung des Laderohrs .

Wie auch im Hauptpatent ausgeführt, muß die Betätigung aller Steuerorgane in Synchronismus mit der Arbeitsweise des Zylinders erfolgen. Hinsichtlich der Anzahl der Betätigungen der einzelnen Steuerorgane ist zu beachten, daß die Betätigung der Steuerorgane bei Viertaktmaschinen mit halber Maschinendrehzahl erfolgen muß. Die Betätigungsverläufe (Durchschaltzeiten) der einzelnen Steuerorgane über dem Kurbelwinkel KW sind in Fig. 6 wiedergegeben. UT bedeutet in üblicher Weise unterer Totpunkt, OT in ebenfalls üblicher Weise oberer Totpunkt des Kolbens in dem betrachteten Zylinder; ferner ist der Zünd-OT durch einen Blitz besonders hervor-

gehoben. Mit A bis E sind die fünf Betriebsphasen in der Reihenfolge der obigen Beschreibung bezeichnet. Aus Gründen des leichteren Verständnisses sind die Steuerzeiten in Fig. 6 durch diejenigen Bezugszeichen gekennzeichnet, die in den Fig. 1 bis 5 für die zugehörigen Steuerorgane verwendet sind. Insbesondere das dritte Steuerorgan 8 kann zur Regelung der Aufladung zwecks Verminderung des Abgasgegendrucks in einen Regelkreis einbezogen sein.

Die Fig. 7 bis 10 zeigen in verschiedenen Schnitten ein konstruktives Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dem Zylinder 20, in dem der Hubkolben 21 läuft, sind das Auslaßventil 22 und das Einlaßventil 23 zugeordnet. An den Abgaskanal 24 und den Frischgaskanal 25, die den Kanälen 2 und 3 in den Fig. 1 bis 5 entsprechen, schließt sich in der Darstellung der Fig. 7 bis 10 nach links das gekrümmte. Laderohr 26 unter Zwischenschaltung des Drehschiebers 27 an. Dieser bildet das dritte, vierte und fünfte Steuerorgan 28, 29 und 30 und enthält den gemeinsamen Schieberkörper 31 mit entsprechend den Steuerzeiten winkelmäßig gegeneinander versetzten Ausnehmungen 32 und 33, die in Abhängigkeit von der jeweiligen Drehstellung den Abgaskanal 24 mit dem Abgasauspuffrohr 34 bzw. den Frischgaskanal 25 mit dem Frischgaszufuhrrohr 35 verbinden bzw. das Laderohr 26· durchschalten. Das Auslaßventil 22 bildet also zugleich das erste Steuerorgan und das Einlaßventil 23 das zweite Steuerorgan, während das vierte und fünfte Steuerorgan 29 und 30 zu einem Dreiwegesteuerorgan zusammengefaßt sind.

Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. ) Hubkolben-Brennkraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit zumindest einem Zylinder, dessen Brennraum zeitweilig mit einem Frischgaskanal (3) und einem Abgaskanal (2) verbunden ist, und mit einer sowohl mit dem Frischgas- als auch mit dem Abgaskanal (3,2) in Verbindung stehenden Ladeeinrichtung, die die Energie des ausströmenden Abgases zur Aufladung des dem Brennraum zuzuführenden Frischgases ausnutzt und ein feststehendes, sich zwischen dem Abgas- und dem Frischgaskanal (2,3) des Zylinders erstreckendes Laderohr (1) sowie im Bereich der Enden desselben zwischen einer Öffnungs- und einer Absperrstellung verstellbare Steuerorgane (6,7,8,9) für den jeweiligen Strömungsquerschnitt enthält, von denen ein erstes (6) dem Abgaskanal (2) und ein zweites (7) dem Frischgaskanal (3) zugeordnet ist, während ein drittes Steuerorgan (8) zwischen einem Abgasauspuffrohr (4) und dem Laderohr (1) sowie ein viertes Steuerorgan (9) zwischen einem Frischgaszufuhrrohr (5) und dem Laderohr (1) angeordnet sind, wobei die Ladeeinrichtung weiterhin zur Steuerung der Füllung des Brennraums ein fünftes Steuerorgan (10) im Laderohr (1) enthält, ferner das erste und das zweite Steuerorgan (6,7) in Synchronismus mit Aus- und Einlaßventilen bzw, -schlitzen des Zylinders arbeiten und die Betätigung des dritten und

vierten Steuerorgans (8,9) entsprechend einer zyklischen Folge erfolgt, die die Betriebsphasen Verdichten von Frischgas im Laderohr (1) - Ausschieben von Frischgas aus dem Laderohr (1) in den Brennraum - Ausströmen von Abgas aus dem Laderohr (1) - Spülen des Laderohrs (1) mit Frischgas sicherstellt, nach Patent .». ... (Anmeldung P 31 37 490.5), dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung des dritten, vierten und fünften Steuerorgans (8,9,10) entsprechend der zyklischen Folge

nur erstes Steuerorgan (6) geöffnet: Verdichten von Nachladefrischgas im Laderohr (1)

nur zweites und viertes Steuerorgan (7,9) geöffnet: Ansaugen von Frischgas in den Brennraum

nur zweites und fünftes Steuerorgan (7,10) geöffnet: Ausschieben von Nachladefrischgas aus dem Laderohr (1) in den Brennraum

nur drittes und fünftes Steuerorgan (8,10) geöffnet: Ausströmen von Abgas aus dem Laderohr (1)

nur drittes, viertes und fünftes Steuerorgan (8,9,10) geöffnet: Spülen des Laderohrs (1) mit Frischgas

erfolgt.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und/oder zweite Steuerorgan (6,7) zugleich die Aus- und/oder Einlaßventile bzw. -schlitze des Zylinders bilden.

cn* · ι

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3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich Öffnungszeiten von Steuerorganen (7,8) zeitlich überschneiden.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einzelne der Steuerorgane (6,7,8,9) zwangsläufig von einer Welle der Maschine her mit der Maschinendrehzahl oder einem geradzahligen Teil Cr, τ·) derselben angetrieben u/erden·.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Steuerorgane (9) nach Art von Rückschlagventilen ausgebildet sind und durch den Druck im Laderohr (1) betätigt werden.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte und fünfte Steuerorgan (29,30) zu einem Dreiwegesteuerorgan zusammengefaßt sind.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte und fünfte Steuerorgan (9,10) einen gemeinsamen Ventilkörper mit versetzten Kanälen enthalten.

8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte, vierte und fünfte Steuerorgan (28,29,30) durch einen Drehschieber (31) gebildet sind.

9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich an das dritte Steuerorgan (8) abgasaustritts,seitig ein längeres Abgasauspuffrohr (4) anschließt.