DE3328028A1 - Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Dabei bezieht sich die Erfindung grundsätzlich auf eine Verbesserung der Temperatursteuerung der Zylinderinnenwandflächen, so daß bei jeder möglichen Kombination von Maschinendrehzahl und Maschinenbelastung diese Oberflächentemperaturen sich in einem Bereich bewegen, der die günstigsten Verbrennungsbedingungen im Hinblick auf Kriterien wie beispielsweise Maschinenleistung, Maschinenlebensdauer, Abgasemissionen und Geräuschpegel ergibt.

Ein besonderes Anwendungsgebiet der Erfindung, bei welchem eine derart verbesserte Temperatursteuerung der Zylinderinnenwandflächen besonders wünschenswert ist, sind Brennkraftmaschinen mit Funkenzündung, die mit flüssigen oder/und gasförmigen Brennstoffen betrieben werden. Bei dieser Maschinengattung sind die anwendbaren Verdichtungsverhältnisse und folglich die Leistung und Wirtschaftlichkeit der Maschine dadurch begrenzt, daß beim Erhöhen des Verdichtungsverhältnisses über einen bestimmten Grenzwert

hinaus eine Klopfneigung auftritt.

In Fig. 1 der anliegenden Zeichnungen ist eine graphische Darstellung wiedergegeben, bei welcher auf der Abszisse die Maschinenlast und auf der Ordinate die Maschinendrehzahl aufgetragen ist. Unter "Last" ist dabei diejenige Größe zu verstehen, die gewöhnlich als Bremsleistung bezeichnet wird und gleich dem Produkt aus einer Konstanten und dem (während des Maschinentests mittels eines Dynamometers gemessenen) Drehmoments ist, das am Abtriebsende der Kurbelwelle einer typischen Maschine abgegeben wird. Derselbe Ausdruck "Last" wird auch für den Widerstand verwendet - in der Praxis stets die Summe mehrerer Widerstandskräfte - gegen welchen die Maschine arbeitet. Für ein besseres Verständnis der folgenden Beschreibung ist es wichtig, zu sehen, daß diese beiden gängigen Verwendungen des Begriffes "Last" einander sachlich decken. Eine Verstellung der Drosselklappe (durch entsprechende Betätigung des Gaszugs bzw. Gaspedals) bewirkt eine Änderung des Widerstands, gegen welchen die Maschine arbeitet. Dies läßt sich dadurch erklären, daß beispielsweise eine weitere öffnung der Drosselklappe sofort zu einer Steigerung der Bremsleistung und des Drehmoments und somit zu einer Beschleunigung des von der Maschine angetriebenen Gegenstands, beispielsweise eines Fahrzeugs, führt. Die Trägheit des Fahrzeugs bewirkt dadurch sofort eine Steigerung der Last, gegen welche die Maschine bereits arbeitet, und diese Laststeigerung entspricht einer Kraft, die sich aus dem Produkt von Fahrzeugmasse und Beschleunigung errechnet. Das Fahrzeug wird so lange weiterbeschleunigt, bis die Widerstandskräfte in Form von Reibungskräften und Luftwiderstand die Steigerung des Drehmoments ausgleichen.

Jeder Punkt auf der graphischen Darstellung nach Pig. I stellt eine bestimmte Kombination von Drehzahl und Last einer bestimmten Maschine dar. Der schraffierte Bereich

umfaßt diejenigen Kombinationen von Drehzahl und Last, bei welchen beim Fehlen einer verstärkten Kühlung Selbstzündung in der Maschine auftreten würde.

An manchen Stellen, beispielsweise an der Stelle X, ist die Klopfneigung am größten. Es ist erkennbar, daß unterhalb einer bestimmten Lastschwelle (L_) die Maschine über den gesamten Drehzahlbereich ohne Klopfen arbeitet und daß die Maschine auch bei Drehzahlen unterhalb eines unteren Grenzwerts (S₁) und oberhalb eines oberen Grenzwerts (Sp) ohne Klopfen arbeitet. Bekanntermaßen wird der durch Klopfen begrenzte Bremsleistungsbereich, wenn die Kühlmitteltemperatur reduziert wird, infolge der Temperaturreduzierung der Zylinderinnenwandflächen größer. Demzufolge liegt ein Ziel der Erfindung in der Temperaturreduzierung der kritischen Zylinderinnenwandflächen unter diejenigen Temperaturwerte, die sich bei herkömmlichen Kühlsystemen einstellen, um die Maschine ohne Klopfneigung auch bei solchen Drehzahl/Last-Kombinationen betreiben zu können, die sonst zu Klopfen führen.

Eine damit widerstreitende Forderung bei Brennkraftmaschinen mit Funkenzündung liegt jedoch darin, daß im Leerlaufbetrieb und im Niedriglastbereich höhere Zylinderinnenwandflächentemperaturen als normal notwendig sind, um die Konzentration von Produkten unvollständiger Verbrennung in den Abgasen niedrig zu halten. Eine unvollständige Verbrennung rührt weitgehend von der Abschreckung der Verbrennungsflamme durch die verhältnismäßig kühlen Wände des Brennraumes ab, deren Temperaturen bei herkömmlichen Kühlsystemen einschließlich solcher mit thermostatischer Regelung der Kühlmitteltemperatur im Bereich niedriger Leistungen weit unter die Temperaturen bei hohen Leistungen abfallen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu finden, die beide einander widerstrebenden Forderungen optimal berücksichtigt.

Diese Aufgabe wird bei einer Verbrennungsmaschine der eingangs genannten Gattung gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.

Eine bevorzugte·Ausführungsform einer solchen Brennkraftmaschine mit einem Kühler ist Gegenstand des Anspruchs 2, Bei dieser Ausführungsform bewirkt ein Anstieg des Ausgangssignals der Steuereinrichtung einen Anstieg des durch die Kühlkanäle strömenden Kühlmittelanteils und ein Abfall des Ausgangssignals einen entsprechenden Abfall dieses Strömungsanteils.

Die Punktion der Steuereinrichtung kann derart sein·, daß sich ihr Ausgangssignal in Abhängigkeit von Änderungen der beiden Eingangssignale, die Maschinendrehzahl bzw. Maschinenlast darstellen, wie folgt ändert: Wenn beide Eingangssignale minimal sind, ist auch das Ausgangssignal minimal. Unterhalb eines bestimmten Wertes jedes Eingangssignals bewirkt ein Anstieg irgendeines der beiden Eingangs- signale einen stetigen Anstieg des Ausgangssignals der Steuereinrichtung. Wenn die einander zugeordneten Werte von Maschinenlast und Maschinendrehzahl (Koordinatenwerte nach Fig. 1) sich dem in Fig. 1 schraffierten Bereich nähern, in welchem Klopfen auftreten kann, steigt das Ausgangssignal schnell an. Das Ausgangssignal erreicht ein Maximum, wenn sich die einander zugeordneten Werte einem Zustand entsprechend dem Punkt X in Fig. 1 nähern. Das Ausgangssignal fällt wieder ab, wenn weitere Änderungen - nämlich entweder ein Wiederabsinken oder ein weiteres Ansteigen - irgendeines oder beider Eingangssignale anzeigen, daß der Betriebs-

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zustand der Maschine sich erstens deutlich von der Stelle X weg und zweitens aus dem gesamten schraffierten Bereich herausbewegt hat.

Die Steuereinrichtung kann einen ersten Steuerhebel, der in Abhängigkeit von dem einen, die Maschinenlast darstellenden Eingangssignal beweglich ist, einen zweiten Steuerhebel, der in Abhängigkeit von dem anderen, die Maschinendrehzahl darstellenden Eingangssignal bewegbar ist, und ein Ausgangsglied in Form einer beweglichen Platte mit zwei profilierten Flächen aufweisen, die mit an den beiden Steuerhebeln angeordneten Profilfolgeorganen zusammenwirken. Dabei ist das Ausgangsglied mit dem Regelventil verbunden. Der erste Steuerhebel kann mit dem Gaszug der Maschine und der zweite Steuerhebel mit einem auf die Maschinendrehzahl ansprechenden Mechanismus verbunden sein, beispielsweise mit federbelasteten Fliehgewichten, die schwenkbar am Antriebsrad der üblichen Kurbelwelle montiert sind, welche die Ventile der einzelnen Zylinder betätigen. Die mit dem zweiten Steuerhebel zusammenwirkende Profilfläche des Ausgangsglieds kann so gestaltet sein, daß sie, während die Maschinendrehzahl vom Minimalwert auf einen bestimmten ersten Wert ansteigt, ein ansteigendes Ausgangssignal, sodann während eines weiteren Drehzahlanstiegs auf einen bestimmten zweiten Wert ein im wesentlichen konstantes Ausgangssignal, und schließlich bei einem noch weiteren Drehzahlanstieg ein niedrigeres und grundsätzlich abnehmendes Ausgangssignal erzeugt. Die eben erwähnten bestimmten ersten und zweiten Drehzahlwerte können den unteren und oberen Drehzahlgrenzwerten desjenigen Bereiches (siehe Fig. 1) entsprechen, in welchem Klopfen auftreten kann.

Außerdem können Mittel zur Verstellung des Zündzeitpunktes in Abhängigkeit von besonders schnellen Leistungsanforderungsänderungen vorgesehen sein.

• 1

•9-

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden weiteren Zeichnungsfiguren 2 bis 9 mehr im einzelnen beschrieben, von denen zeigt:

Fig. 2 in schematischer Draufsicht einen

mit natürlicher Luftansaugung arbeitenden Vierzylinder-Benzinmotor für ein Fahrzeug mit dem zugehörigen Kühler,

Fig. 3 den Motor nach Fig. 2 in Seiten

ansicht,

Fig. 4 einen Schnitt durch die Steuerein

richtung in der Ebene der Bowdenzüge,

ein Regelventil im Horizontalschnitt, das Regelventil im Vertikalschnitt,

einen vertikalen Querschnitt durch den Zylinderkopf des in den Fig. und 3 gezeigten Motors in der Axialebene der Zündkerzenbohrung,

einen Horizontalschnitt durch die im Zylinderkopf gebildeten, einem Zylinder des Motors zugeordneten Kühlkanäle, und

in schematischer Darstellung einen Mechanismus zur Verstellung des Zündzeitpunktes in Abhängigkeit von besonders schnellen Leistungs-

anforderungsänderungen.

	Fig.	5
20	Fig.	6
	Fig.	7
25
	Fig.	8
	Fig.	9

In Fig. 2 sind die Kühlerschläuche, die Wasserpumpe, das Kühlgebläse und andere an sich bekannte Einzelheiten aus Gründen der besseren Klarheit weggelassen. In der schematischen Darstellung der Fig. 2 sichtbar sind das Kurbelgehäuse 1, die Oberseite 2 des Zylinderkopfes, der Deckel 3 des Ventilsteuerungsmechanismus, der Ansaugkrümmer 4, der Vergaser 5» das Luftfilter 6 und der Kühler

Gemäß der Erfindung ist eine Steuereinrichtung 8 vorgesehen, die in Form eines flachen Kastens ausgebildet ist, der eine mechanische Steueranordnung zur Steuerung eines im Kühlkreislauf angeordneten Regelventils 9 enthält. Der Gaszug 10 verläuft durch ein Ende des Steuerkastens 8 und ist in üblicher Weise mit dem in seiner vertikalen Stellung befindlichen, in Draufsicht gezeichneten Hebel 11 verbunden, der die Drosselklappenwelle dreht. Der Kurbelgehäuse-Stirndeckel weist einen erweiterten Deckelteil 12 auf, der das Kurbelwellenantriebsrad überdeckt, das gemäß der Erfindung abgewandelt ist und federbelastete Fliehgewichte an sich bekannter Bauart trägt, die aufgrund der auftretenden Zentrifugalkraft um ihre Schwenkachsen schwenken können und beim Ausschwenken eine nicht umlaufende mittige Spindel einwärts ziehen, die mit dem einen Ende eines Seilzugs 13 verbunden ist, der ebenso wie der Gas zug als üblicher, von einem Mantelschlauch umschlossener Bowdenzug ausgebildet ist. Das andere Ende dieses Seilzugs 13 ist in den Steuerkasten 8 geführt. Ein weiterer Bowdenzug 14 überträgt die AusgangsSteuerbewegung des im Steuerkasten befindlichen Steuermechanismus auf einen Betätigungshebel des Regelventils 9» der in seiner vertikalen Stellung dargestellt ist.

In Fig. 3 ist eine übliche Wasserpumpe 16 eingezeichnet die vom Motor über eine Welle 17 angetrieben wird und Kühlmittel aus dem Bodenbereich des Kühlers 7 durch einen Verbindungsschlauch 18 ansaugt. Weiter ist in Fig. 3 ein

T-Stück 19 sichtbar, das über Verbindungsschläuche 20 mit dem Zylinderkopfauslaß und dem oberen Teil des Kühlers 7 verbunden ist und das Kühlmittel aus dem Zylinderkopf in der üblichen Weise in den Kühler zurückleitet, wobei jedoch kein Thermostat am Zylinderkopfauslaß angeordnet ist. Der Wasserpumpe 16 ist das Regelventil 9 nachgeschaltet, das als Zweiwegeventil ausgebildet und einerseits über einen Verbindungsschlauch 21 mit dem Kühlmitteleinlaß des Zylinderblockes und andererseits über einen Verbindungsschlauch 22 mit dem T-Stück 19 verbunden ist. Je nach der Stellung des Regelventils 9 wird also ein bestimmter Anteil des von der Wasserpumpe 16 geförderten Kühlmittels in den Zylinderblock und der übrige Teil durch den Verbindungsschlauch 22 unter Umgehung des Zylinderblocks direkt zum Kühler 7 zurückgeleitet.

Gemäß Fig. k verläuft das Gaszugseil 10 durch das geschlitzte eine Ende eines Winkelhebels 23 hindurch. Ein

j auf dem Gaszugseil 10 befestigter Mitnehmerkörper 2*1 wirkt

£0 mit dem Winkelhebel 23 zusammen und nimmt diesen mit, wenn das an dem mit der Drosselklappenwelle verbundenen Hebel befestigte Gaszugseir 10 im Sinne einer öffnung der Drosselklappe bewegt wird. Der Winkelhebel 23 ist um einen Drehzapfen 25 kippbar, der vom Boden des Steuerkastens 8 nach oben ragt. Das andere Hebelende des Winkelhebels 23 ist über ein Kuppelglied 26 mit einem Steuerhebel 27 verbunden, der mit seinem einen Ende an einem Drehzapfen 28 angelenkt ist. Das andere Ende dieses Steuerhebels 27 trägt eine Rolle 29. Das Ende des Seilzugs 13 ist bei 30 gelenkig mit einem zweiten Steuerhebel 31 verbunden, der ähnlich wie der erstere Steuerhebel 27 ausgebildet und ebenfalls drehbar gelagert ist und an seinem freien Ende eine Rolle 32 trägt. Die beiden Steuerhebel 27 und 31, die in Fig. ¹J in ihrer dem Leerlaufzustand des Motors entsprechenden Betriebsstellung gezeichnet sind, sind jeweils durch eine Zugfeder

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bzw. 34 in Richtung aufeinander zu vorgespannt. Die beiden Rollen 29 und 32 der beiden Steuerhebel wirken mit zwei Steuerprofilen eines Ausgangsglieds in Form einer Platte zusammen, die schwenkbar auf einem Drehzapfen 36 montiert ist, der von einem Gleitstein 37 nach oben ragt, der zwischen zwei Führungsleisten 38 am Boden des Steuerkastens verschiebbar ist. Das steuerkastenseitige Ende des das Regelventil 9 betätigenden Seilzugs 14 ist entweder über einen Gelenkzapfen 39 mit der Platte 35 verbunden, wie dargestellt, oder es ist mit dem Gleitstein 37 verbunden. Die drei als Bowdenzüge ausgebildeten Seilzüge weisen jeweils eine übliche einstellbare Endhülse 40 bzw. 4l bzw. 42 auf. Das in den Fig. 5 und 6 mehr im einzelnen gezeigte Regelventil weist ein Gehäuse 43, einen zylindrischen Ventilkörper 44, Stirndeckel 45 und 46 und eine Wellendichtung 47 auf. Der drehbare zylindrische Ventilkörper 44 ist mit in den Stirndeckeln 45 und 46 geführten Wellenzapfen 48 versehen. Der eine Wellenzapfen 48 ragt über den Stirndeckel 46 aus dem Ventilgehäuse heraus und trägt den Betätigungshebel 15, an welchem der Seilzug 14 befestigt ist. An diesem Wellenzapfen 48 ist auch eine Torsionsfeder 49 befestigt, die den Ventilkörper in seine vollständig geöffnete Betriebs^ Stellung vorspannt.

Das Ventilgehäuse 43 weist drei Öffnungen, nämlich einen Einlaß und zwei Auslässe auf. Der eine Auslaß ist durch einen kurzen Verbindungsschlauch 21 mit dem Kühlmitteleinlaß des Motors verbunden. Der andere Auslaß 51 ist durch den Verbindungsschlauch 22 mit dem T-Stück 19 verbunden, der den Kühlmittelauslaß des Motors mit dem Kühlereinlaß verbindet. Der Querschnitt beider Auslässe ist jeweils außen kreisrund und geht dann zum Ventilkörper 4'¹ hin in eine Rechteckform über, so daß ein verhältnismäßig kleiner Drehwinkel des Ventilkörpers ausreicht, um fast die gesamte Strömung von einem Auslaß auf den anderen umzuschalten.

Der Einlaß 52, der direkt mit dem Auslaß der Wasserpumpe verbunden ist,, führt in einen Einlaßkanal 53» der sich über einen ausreichend großen Winkel erstreckt, damit der Ventilkörpereinlaß stets vollständig mit ihm Verbindung hat. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, entspricht die axiale Ausdehnung der Ventilkörperöffnung derjenigen der inneren Enden der beiden Auslässe und des Einlasses. Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß die einlaßseitigen'Kanten der Ventilkörperöffnung abgerundet sind, um die Strömungsbedingungen zu verbessern. Das auslaßseitige Ende der Ventilkörper-, öffnung 54 umfaßt einen Winkel von 90 ° entsprechend dem Winkelabstand der geometrischen Achsen der beiden Auslässe. In der dargestellten Ventilstellung sind die beiden Auslässe beide im gleichen Maße geöffnet. Eine Drehung des Ventilkörpers um nur einen kleinen Drehwinkel in der einen oder anderen Richtung aus dieser Mittelstellung heraus bewirkt ein fast vollständiges Schließen des einen Auslasses und ein fast vollständiges öffnen des anderen Auslasses.

Die Fig. 7 und 8 zeigen die Kühlkanäle des Motors, die nachstehend beschrieben werden. Bei dem hier beschriebenen Motor weist der Zylinderblock übliche, nicht dargestellte Kühlkanäle auf, und in der Praxis reicht die auf den Zylinderkopfbereich beschränkte Anordnung der besonders aus gelegten Kühlkanäle gemäß den Fig. 7 und 8 häufig aus, die mittels der Erfindung angestrebte Temperatursteuerung zu erreichen, da die, die Deckwand jedes einzelnen Zylinders bildenden heißen Oberflächen der entsprechenden Bereiche des Zylinderkopfes die größte Neigung zur Verursachung vor zeitiger Zündung haben. Jedoch können gewünschtenfalls Kühlkanäle dieser besonderen Auslegung auch im oberen Bereich des Zylinderblockes Anwendung finden. Die Fig. 7 und 8 zeigen die Kühlkanäle in Form von Strömungswegen, die in zwei Gruppen, nämlich 55 und 56, beiderseits der Ebene der Einlaß- und Auslaßventile in Längsrichtung des Zylinder-

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blockes durch die Zylinderkopfplatte 57 hindurch verlaufen und kleine Querschnittsflächen haben, um bei hohem Kühimitteldurchsatz hohe Wärmeübergangsleistungen zu erzielen. Die unterhalb der Kühlkanäle liegenden Wandbereiche der Zylinderkopfplatte 57 (siehe Pig. 7) sind dünner als normal, um die Metallmasse möglichst klein zu halten, die bei Änderungen des Motorlaufzustands erwärmt oder abgekühlt werden muß, und um auf diese Weise die Ansprechzeit möglichst klein zu halten.

Vom Auslaß des Kühlers 7 erreicht das Kühlmittel die Kühlkanäle 55 und 56 über den Verbindungsschlauch 18, die Wasserpurape 16, das Regelventil 9 und den Verbindungssehlauch 21, über welchen das Kühlmittel in'den Zylinderblock gelangt und diesen, bezogen auf Fig. 3, zu seinem linken Ende hin durchströmt, sodann nach oben durch zwei übliche Durchtrittskanäle 58 und 59 (siehe Fig. 8) in den Zylinderkopf, nämlich in den Raum 60 am einen Ende des Zylinderkopfes gelangt. Ein Teil des Kühlmittels tritt dann in die Kühlkanäle 55 und 56 der Zylinderkopfplatte ein. Das restliche Kühlmittel strömt durch einen in Fig. 8 gestrichelt eingezeichneten Steigkanal weiter nach oben in zwei eingebohrte Längskanäle 61 und 62 zur Kühlung der Ventilführungen .

Beim Erreichen der Auslaßenden der Kühlkanäle der Zylinderkopfplatte gelangt das Kühlmittel in einen Sammelraum ähnlich dem Raum 60, jedoch ohne Durchtrittskanäle und 59· Von dort aus tritt es in einen Steigkanal ähnlich dem in Fig. 8 gestrichelt eingezeichneten Steigkanal ein, wo es sich mit dem die Längskanäle 61 und 62 zur Kühlung der Ventilführungen verlassenden Kühlmittel vereinigt. Der zusammengenommene Kühlmittelstrom verläßt dann den Zylinderkopf durch eine Austrittsöffnung in der einen Stirnwand und strömt über das T-Stück 19 und die Verbindungsschläuche (siehe Fig. 3) in den Kühler 7 zurück.

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Nunraehr wird nochmals auf die Fig. 1 und 4 Bezug genommen, um das Verhalten des Kühlsystems bei verschiedenen Änderungen von Motordrehzahl und Motorlast zu untersuchen.

Im Leerlaufzustand ist die Drosselklappe nahezu geschlossen, so daß der geschlitzte Hebelarm des Winkelhebels 23 (Fig. 4) sich in seiner in Vollinien dargestellten rechten Extremstellung befindet. Die am Steuerarm 27 angreifende Zugfeder 23 zieht diesen Steuerarm mit seiner Rolle 29 also zum inneren Ende des Bewegungsbereiches der Rolle 29 auf dem betreffenden Steuerprofil der Platte 35 hin. Das andere Ende des Bewegungsbereiches des Steuerhebels und der Rolle 29 ist strichpunktiert angedeutet.

Bei der Leerlaufdrehzahl üben die Fliehgewichte des Drehzahlfühlermechanismus nur eine minimale Kraft auf den Seilzug 13 aus, so daß die Rolle 32 des anderen Steuerhebels sich ebenfalls am inneren Ende ihres Bewegungsweges befindet. Betrachtet man die Steuerprofile auf den beiden Schenkeln der Platte 35 unter Berücksichtigung der bogenförmigen Bewegungsbahn der beiden Rollen 29 und 32, so ist ersichtlich, daß in dieser Leerlaufbetriebsstellung die Platte 35 und folglich der Seilzug 14 in ihre linke Extremstellung gezogen werden, wobei der Drehzapfen 36 und der Gleitstein 37 eine Querbewegung der Platte 35 in Richtung der möglichen Rollenwegungen unter Zulassung einer Verschiebung in Richtung der Gleitsteinführung verhindern. Die Einstellschraube des Bowdenzuges 14 ist so eingestellt, daß, wenn sich die Platte 35 in dieser Stellung befindet, das Regelventil 9 das Kühlmittel nur mit einem minimalen Durchsatz in den Motor leitet und die restliche Kühlmittelströmung direkt zum Kühler zurückströmt, um weiter gekühlt zu werden und bei Bedarf für eine nachfolgende Fahrzeugbeschleunigung zur Verfügung zu stehen.

Der eingestellte minimale Strömungsdurchsatz des Kühlmittels durch den Motor ist so gewählt, daß im Leerlaufbetrieb und bei niedrigen Leistungen die Kühlmitteltemperatur auf einen Wert ansteigt, der oberhalb des üblicherweise mit Hilfe eines Thermostaten gehaltenen Temperatur liegt. Das Kühlerüberdruckventil ist auf einen höheren Wert als normal eingestellt und die Wellendichtung der Wasserpumpe, die Schläuche usw. sind gegebenenfalls so abgewandelt, daß sie einem höheren Betriebsdruck standhalten, der sich im Betrieb des Motors infolge des Dampfdruckes in dem oberhalb des Kühlwasserspiegels befindlichen Raum im Kühler von selbst aufbaut. Dadurch wird ein Sieden des Kühlwassers in den Kühlkanälen trotz der höheren Temperatur vermieden und man erhält die Wirkung, daß die Temperaturen der Innenwandoberflächen der Brennräume und der Zylinderwände höher ale normal sind, mit dem Erfolg, daß ein Abschrecken der Brennflamme reduziert und die Konzentration von Produkten unvollständiger Verbrennung in den Abgasen verringert ist. Zusätzlich ergibt sich die vorteilhafte Wirkung, daß chemische Reaktionen in den Auslaßleitungen in höherem Maße als normal weiter stattfinden können, indem die Kühlkanäle gemäß der GB-PS 1 479 139 auf die tatsächlich kritischen Bereiche beschränkt werden.

Bei einer Vergrößerung der Drosselöffnung bewegt sich die Rolle 29 über das entsprechende Steuerprofil der Platte 35 und, wie aus der Form des Steuerprofils und unter Berücksichtigung der bogenförmigen Bewegungsbahn der Rolle ersichtlich ist, ermöglicht dies eine Schwenkbewegung der Platte nach rechts, so daß die Vorspannfeder des Regelventils dessen Ventilkörper im Sinne einer Vergrößerung des Kühlmitteldurchsatzes durch den Motor verstellen kann.

Eine Zunahme der Motordrehzahl bewirkt direkt eine Steigerung des Kühlmitteldurchsatzes sowohl durch den

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Motor als auch durch den Kühler, wenn die Kühlmittelumwälzpumpe 16 unmittelbar vom Motor angetrieben wird, wie es hier über die Welle 17 der Fall ist. Innerhalb des Deckelteils 12, jedoch nicht dargestellt, sind, wie schon erwähnt, Fliehgewichte schwenkbar am Nockenwellenantriebsrad montiert, die als auf die Motordrehzahl ansprechender Mechanismus wirken, so daß der eben erwähnte Anstieg der Motordrehzahl zur Folge hat, daß die von den Fliehgewichten auf den Seilzug 13 ausgeübte Kraft zunimmt und die Rolle 32 sich über das zugeordnete Steuerprofil am anderen Schenkel der Platte 35 zu bewegen beginnt. Infolge der Gestaltung dieses Steuerprofils bewirkt diese Rollenbewegung, daß die Platte insgesamt eine Verschiebung nach rechts vollzieht, das sich zu der Schwenkbewegung, die durch die Lastvergrößerung erzeugt worden ist, hinzuaddiert.

Wenn die Motordrehzahl den in Fig. 1 graphisch dargestellten Wert S. erreicht, welchem die in Fig. 4 zugeordnete Rollenstellung 35a der Rolle 32 zugeordnet ist, haben Temperatur und Durchsatz des Kühlmittels im Motor solche Werte, daß bei einer Last unterhalb L₁ (siehe Fig. 1) nahezu normale Innenwandoberflächentemperaturen erzeugen, und bei Drehzahlsteigerungen zwischen S. und S₂ (dem letzteren Wert entspricht die Stellung 35b der Rolle in Fig. 4) ist keine weitere Verschiebung der Platte 35 notwendig, weil die entsprechende Steigerung der Pumpendrehzahl die notwendige weitere Steigerung des Kühlmitteldurchsatzes allein bewirkt. Das Steuerprofil der Platte 35 verläuft daher in diesem Bewegungsbereich der Rolle 32 zwischen den Stellungen 35a und 35b parallel zu der bogenförmigen Bewegungsbahn dieser Rolle. Jenseits der Position 35b ändert sich der Verlauf des Steuerprofils wieder derart, daß die Platte 35 wieder nach links zurückgezogen wird, so daß die Kühlmitteltemperatur wieder ansteigt.

Die nahezu normalen Temperaturen und Durchsätze des Kühlmittels im Drehzahlbereich S₁ bis S₂ sind auch bei schwachen Belastungen notwendig, da, wenn sich die Drehzahl schon im möglichen Klopfbereich befindet, ein schnelles öffnen der Drosselklappe zur Beschleunigung des Fahrzeugs die Motorlast schnell in die Klopfzone bringt. Aus dem gleichen Grund ist das mit der Rolle 29 zusammenwirkende Steuerprofil der Platte 35 so geformt, daß nach dem Erreichen der Last L₁ (die der Position 35c der Rolle 29 in Fig. H entspricht), die etwas kleiner als die Last Lp (entsprechend der Rollenstellung 35d in Fig. 4) ist, bei welcher möglicherweise Klopfen auftreten könnte, eine schnelle Steigerung der Öffnung des Regelventils erfolgt, und daß beim Erreichen der Last L^, die kleiner als die Last an der Stelle X ist, bei welcher die Klopfneigung am größten ist, den größtmöglichen Beitrag im Sinne einer Regelventilöffnung zur Steigerung des Kühlmitteldurchsatzes durch den Motor erzeugt. Da der drehzahlabhängige Beitrag zur Regelventilbetätigung im Bereich S₁ bis S₂ ebenfalls sein Maximum hat, wird im klopfgefährdeten Bereich die maximale Kühlwirkung erzielt. Da die Metalldicke der Zylinderkopfplatte unterhalb der Kühlkanäle (siehe Fig. 7) klein ist und die Kühlkanäle außerdem nur kleine Querschnittsflächen haben, sinkt die Oberflächentemperatur der den Brennraum begrenzenden Wandflächen bei steigendem Kühlmitteldurchsatz schnell ab.

Bei dem bisher beschriebenen Motor handelt es sich um einen Motor mit mäßiger Klopfneigung, so daß bei Anwendung der beschriebenen Maßnahmen, wenn überhaupt, höchstens ein sehr kurzes anfängliches Klopfen bei äußerst plötzlichem Öffnen der Drosselklappe im Betrieb auftreten könnte. Bei manchen Motoren können diese Maßnahmen allein möglicherweise keinen ausreichend schnellen Oberflächentemperaturabfall herbeiführen, um starkes Klopfen sicher zu vermeiden. In solchen Fällen kann die in Fig. 9 in

Draufsicht dargestellte Einrichtung vorgesehen werden. Diese Einrichtung besteht aus einem Dämpfungszylinder mit einem Zylinder 63» der an seinem einen Ende eine mit ihm einteilig ausgebildete Stirnwand 64 und an seinem anderen Ende einen Deckel 65 mit einer davon wegragenden Stange und mindestens einer öffnung 67 aufweist, weiter aus einem Kolben 68 mit Durchtrittsbohrungen 69, die, wenn der Kolben nach rechts verschoben wird, durch eine flexible Ventilscheibe 70 verschlossen werden, und aus einer Kolbenstange 71, die durch.eine Bohrung in der Stirnwand 64 des Zylinders hindurchverläuft. Außerdem weist diese Stirnwand 64 des Zylinders eine kleine Bohrung 72 auf. Die vom Deckel 65 wegragende Stange 66 verläuft durch einen Schlitz in der Wand 73 des Zündverteilers 73a (Deckel abgenommen) und greift mit ihrem nach unten umgebogenen Ende in eine Bohrung 74 der Unterbrecherplatte 75. Die Stange 71 ist an irgendeiner geeigneten Stelle mit der Verbindung zwischen dem Gaspedal und der Drosselklappe gekuppelt, beispielsweise über einen Bowdenzug 76, dessen einstellbare Endhülse 77 an einem Arm 78 an einer Seite des Motors montiert ist.

Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgendermaßen: Wird das Gaspedal beim Beschleunigen ziemlich langsam betätigt, wie dies im normalen Fahrbetrieb meist der Fall ist, übt der sich mitbewegende Kolben 68 nur eine vernachlässigbare Kraft auf den Zylinder 63 aus, weil die eingeschlossene Luft nur geringen Druck benötigt, um mit geringer Geschwindigkeit durch die Bohrung 72 herausgedrückt zu werden. Die mindestens eine große Bohrung 67 im Deckel am anderen Zylinderende stellt sicher, daß selbst bei schnellen Gaspedalbewegungen keine wesentliche Druckänderung in der an den Deckel 65 angrenzenden Zylinderkammer auftreten. Bei einer schnellen Gaspedalbewegung im Sinne einer

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Beschleunigung bewirkt das schnelle Zusammendrücken der eingeschlossenen Luft auf der rechten Seite des Kolbens, daß eine beträchtliche Kraft auf den Zylinder ausgeübt wird, und diese Kraft wird über die Stange 66 auf die Unterbrecherplatte 65 übertragen, so daß der Zündzeitpunkt gegenüber demjenigen verzögert wird, der durch die normalen unterdruck- und drehzahlbetätigten Einrichtungen eingestellt wird. Infolge des Herausdrückens der zusammengedrückten Luft durch die Bohrung 72 (zusammen mit der Leckströmung an Kolben und Kolbenstange) bewirken die anderen auf die Unterbrecherplatte wirkenden Kräfte, daß die Unterbrecherplatte allmählich wieder in ihre für die neue Motordrehzahl und Last geltende Stellung zurückgestellt und der normale Zündzeitpunkt eingestellt wird.

Durch geeignete Wahl von Kolbenfläche und Durchmesser der Entlüftungsbohrung 72 können die Größe der Zündverzögerung und der Geschwindigkeit der Rückstellung auf den normalen Zündzeitpunkt so festgelegt werden, daß ein Klopfen auch unter den ungünstigsten Bedingungen vermieden wird und ausreichend viel Zeit für den vergrößerten Kühlmitteldurchsatz zur Verringerung der Oberflächentemperaturen bis auf ein Maß zur Verfügung steht, das die Zündverzögerung unnötig macht.

Wird das Gaspedal teilweise zurückgenommen oder ganz losgelassen, kann sich der Kolben 68 im Zylinder 63 frei nach links bewegen, da die flexible Ventilscheibe 70 dann die Kolbenbohrungen 69 freigibt und nur eine vernachlässigbare Kraft auf die Unterbrecherplatte 75 ausgeübt wird. Der Zylinder 63 ist ausreichend lang ausgebildet, um sicher-, zustellen, daß sich der Kolben 68 in jeder möglichen Stellung der Unterbrecherplatte vor einem Beschleunigungsvorgang mit einem ausreichenden Abstand vorderhalb der Zylinderstirnwand 64 befindet.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Motoren, bei welchen die erfindungsgemäße Steuereinrichtung und ihre die Eingangssignale übertragenden Organe nur mechanischer Natur sind, wie in den Zeichnungen dargestellt ist. Motordrehzahl und Motorlast können auch in anderer Weise, beispielsweise elektronisch, erfaßt werden, und insbesondere kann die Motorlast statt über eine mechanische Verbindung zur Drosselklappe durch eine einfache Bauart eines elektrischen Drehmomentmessers erfaßt werden, der mit der Kurbelwelle verbunden ist und ein elektrisches Signal an den entsprechenden einen Eingang einer elektronischen Steuereinrichtung anstelle des Steuerkastens 8 der dargestellten mechanischen Ausführungsform übermittelt.

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Leerseite

Claims (8)

1. Patentansprüche

   Brennkraftmaschine mit einem Kühlmittelkreislauf, der eine Umwälzpumpe und Kühlkanäle, die innerhalb der Maschine nahe derjenigen Innenwandflächen gebildet sind, an welchen eine überhöhte Temperatur Klopfen hervorrufen kann, und ein Regelventil zum Regulieren des Kühlmitteldurchsatzes durch die Kühlkanäle aufweist, wobei der jeweilige Öffnungsgrad des Regelventils in direktem Zusammenhang mit dem Ausgangssignal einer Steuereinrichtung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Steuereinrichtung (8) eine Punktion von mindestens zwei Eingangssignalen der Steuereinrichtung darstellt, von denen das eine Eingangssignal den augenblicklichen Lastzustand der Maschine und das andere Eingangssignal die augenblickliche Maschinendrehzahl verkörpert.

   15
2. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei der Kühlmittelkreislauf außerdem einen Kühler enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (9) zwischen dem Kühlerauslaß und den Kühlkanälen angeordnet und als Zweiwegeventil ausgebildet ist, dessen einer Auslaß mit den Kühlkanälen und dessen anderer Auslaß mit dem Kühlereinlaß verbunden ist und jeweils einen einstellbaren Anteil der Gesamtkühlmittelströmung in die Kühlkanäle und den übrigen Strömungsanteil unter Umgehung der Kühlkanäle direkt zum Kühler-

   25 einlaß zurückleitet.
3. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Steuereinrichtung

   in Abhängigkeit von den beiden EingangsSignalen folgendem Gesetz folgt:

   a) Sind beide Eingangssignale minimal, ist auch das Ausgangssignal minimal;

   b) ein Anstieg irgendeines der beiden Eingangssignale bis auf einen gewissen Wert bedingt einen stetigen Anstieg des Ausgangssignals;

   c) wenn die einander zugeordneten Werte von Maschinenbelastung und Maschinendrehzahl sich demjenigen Bereich nähern, in welchem Klopfneigung auftritt, steigt das Ausgangssignal schnell an;

   d) wenn die einander zugeordneten Werte von Maschinenbelastung und Maschinendrehzahl sich derjenigen Bedingung nähern, bei welcher die Klopfneigung am größten ist, erreicht das Ausgangssignal ein .

   Maximum; und

   e) das Ausgangssignal fällt in Abhängigkeit von einer nachfolgenden Änderung irgendeines der beiden Eingangssignale im Sinne einer Entfernung der einander zugeordneten Werte der beiden Eingangssignale von derjenigen Bedingung, bei welcher die Klopfneigung am größten ist, wieder ab.
4. 4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (8) einen ersten Steuerhebel (27), der in Abhängigkeit von dem einen Eingangssignal beweglich ist, einen zweiten Steuerhebel (31) der in Abhängigkeit von dem anderen Eingangssignal beweglich ist, und ein Ausgangsglied (35) aufweist, das zwei profiliert.: Steuerflächen hat, die mit an den beiden Steuerhebeln

   angeordneten Profilfolgeorganen (29, 32) zusammenwirken, und daß das Ausgangsglied mit dem Regelventil (9) verbunden ist.
5. 5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4_a dadurch gekennzeichnet, daß der eine Steuerhebel (27) mit dem Gaszug (10) der Maschine und der andere Steuerhebel (31) mit einer auf die Maschinendrehzahl ansprechenden Einrichtung verbunden ist.
6. 6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 mit einer Nockenwelle zur Betätigung der Ventile und mit einem die Nockenwelle antreibenden Antriebsrad, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Maschinendrehzahl ansprechende Einrichtung federbelastete Fliehgewichte aufweist, die schwenkbar an dem Antriebsrad montiert sind.
7. 7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem anderen Steuer-

   2Q hebel (31) zusammenwirkende Oberflächenprofil des Ausgangsglieds (35) so geformt ist, daß sich bei konstanter Maschinenbelastung während eines Drehzahlanstiegs von der Minimaldrehzahl auf einen bestimmten ersten Wert ein ansteigendes Ausgangssignal, sodann während eines weiteren Drehzahlanstiegs bis auf einen bestimmten zweiten Wert ein im wesentlichen konstantes Ausgangssignal und schließlich bei noch weiterem Anstieg der Maschinendrehzahl ein wieder kleineres und grundsätzlich abnehmendes Ausgangssignal ergibt.
8. 8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Mittel zur Veränderung des Zündzeitpunktes in Abhängigkeit von besonders schnellen Änderungen der Maschinenleistungsanforderung.