DE3427092C2

DE3427092C2 -

Info

Publication number: DE3427092C2
Application number: DE3427092A
Authority: DE
Inventors: Akihito Nagao; Kouichi Takahasi; Syunji Masuda; Misao Fujimoto; Toshio Hiroshima Jp Nishikawa
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1983-07-25
Filing date: 1984-07-23
Publication date: 1990-12-20
Also published as: JPS6027715A; US4552112A; DE3427092A1; JPH066887B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Einlaßsystem für einen Ver brennungsmotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

In Verbrennungsmotoren hat sich gezeigt, daß die Steuerzeiten der Einlaß- und Auslaßventile einen Einfluß auf den Betrieb des Motors haben und es daher erwünscht ist, die Steuerseiten der Ventile in Abhängigkeit von den Be triebsbedingungen des Motors zu verändern. Beispielsweise ist es beim Betrieb unter hoher Last zweckmäßig, den Öff nungszeitraum des Einlaßventils zu verlängern, so daß die Frischladung vergrößert und daher die Leistung des Motors erhöht wird. Man kann dies zwar durch Verzögerung des Schließzeitpunktes des Einlaßventils erreichen, doch hat diese Lösung den Nachteil, daß bei unter hoher Last langsam laufendem Motor ein Rückschlag der Frischladung erfolgt. Man kann den Öffnungszeitraum des Einlaßventils auch ver längern, indem man seinen Öffnungszeitpunkt vorverlegt, doch wird dann der Überschneidungszeitraum zwischen dem Einlaß- und dem Auslaßventil verlängert. Diese Über schneidungszeitraum hat bekanntlich einen starken Einfluß auf die Restgasmenge, die in die Frischladung gelangt.

Daher ist bei einem Niedriglastbetrieb des Motors ein möglichst kurzer Überschneidungszeitraum erwünscht, damit die Restgasmenge möglichst klein ist und daher ein stabiler Betrieb des Motors erzielt werden kann. Eine Verkürzung des Überschneidungszeitraums ermöglicht eine niedrigere Leerlauf drehzahl und damit eine Kraftstoffersparnis. Ferner wird dadurch die Menge der im Abgas ausgestoßenen Schadstoffe vermindert.

Ein Einlaßsystem für einen Verbrennungsmotor nach dem Ober begriff des Anspruchs 1 ist aus der älteren, nicht vorver öffentlichten DE-OS 33 32 789 bekannt. Dort ist die Stell einrichtung der zweiten Ventilbetätigungseinrichtung zuge ordnet. Wenn die Absperreinrichtung geschlossen ist, ist demnach eine Verschiebung des Öffnungszeitraums nicht mög lich.

Aus der DE-OS 32 12 910 ist ein Einlaßsystem für einen Ver brennungsmotor bekannt, bei dem eine Stelleinrichtung zum Verschieben der Ventilöffnungszeit nicht vorhanden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Einlaßsystem für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, bei dem im Hochlastbetrieb die Frischladung genügend vergrößert werden kann und bei dem in allen Betriebszuständen des Motors die Verbrennung des Ge misches nicht beeinträchtigt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst. Die Stelleinrichtung ist der ersten Ventilbetätigungseinrichtung zugeordnet. Die Stelleinrichtung ist derart betätigbar, daß der erste Öffnungszeitraum gegen über dem zweiten Öffnungszeitraum vorverlegt wird, wenn die Motorleistung vom Leerlauf an bei geschlossener Absperrein richtung bis zu mittlerer Last gesteigert wird, und daß der erste Öffnungszeitraum gegenüber dem zweiten Öffnungszeitraum nach "später" verschoben wird, wenn die Absperreinrichtung geöffnet ist. Der durch den ersten und den zweiten Öffnungs zeitraum bestimmte Gesamtöffnungszeitraum der Einlaßventile ist veränderbar. Die Absperreinrichtung kann auch aus einer Einrichtung zum Unwirksammachen der zweiten Ventilbetätigungs einrichtung bestehen, die bewirkt, daß die zweite Einlaß ventilanordnung geschlossengehalten wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der nachstehen den Beschreibung anhand der Zeichnungen erläutert. In diesen zeigt

Fig. 1 im Schnitt den Zylinderkopfteil eines ge mäß der Erfindung ausgebildeten Motors,

Fig. 2 im Vertikalschnitt den Motor gemäß der Fig. 1,

Fig. 3 schematisch die Ventilsteuerung,

Fig. 4 ein Ablaufschema der Funktionen der Steuerschaltung,

Fig. 5 ein Steuerzeitdiagramm für das Primäreinlaßventil,

Fig. 6 ein Steuerzeitdiagramm für das Sekundär einlaßventil und

Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung der Verände rung der Steuerzeiten des Primäreinlaßventils.

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Motor 10 be sitzt einen Zylinderblock 1 mit mehreren in einer Reihe angeordneten Zylinderbohrungen 12. Auf dem oberen Endteil des Zylinderblockes 1 ist ein Zylinderkopf 2 montiert, der mit Vertiefungen 3 ausgebildet ist, die mit je einer der Zylinderbohrungen 12 korrespondieren. In den Zylinder bohrungen 12 ist je ein Kolben 4 hin- und herbewegbar ge lagert. In jeder Zylinderbohrung 12 begrenzen der Zylinder kopf 2 und der Kolben 4 einen Brennraum 5.

Im Zylinderkopf 2 sind für jede Zylinderbohrung 12 eine Primäreinlaßöffnung 16 und eine Sekundäreinlaßöffnung 20 ausgebildet, die in den in der Zylinderbohrung 12 vor handenen Brennraum 5 münden. Die Primäreinlaßöffnung 16 ist mit einem Primäreinlaßkanal 14 und die Sekundärein laßöffnung 20 ist mit einem Sekundäreinlaßkanal 18 ver bunden. In der Primäreinlaßöffnung 16 ist ein Primärein laßventil 22 und in der Sekundäreinlaßöffnung 20 ist ein Sekundäreinlaßventil 24 angeordnet.

Ferner sind im Zylinderkopf 2 für jede Zylinder bohrung 12 zwei Auslaßöffnungen 30 und 32 ausgebildet, die in den in der Zylinderbohrung vorhandenen Brennraum 5 münden. Den Auslaßöffnungen 30 und 32 sind ein erstes Auslaßventil 34 bzw. ein zweites Auslaßventil 36 zugeord net. Mit den Auslaßöffnungen 30 und 32 ist je ein Auslaß kanal 26 bzw. 28 verbunden.

Zum Betätigen der Einlaßventile 22 und 24 dient eine Nockenwelle 38 mit den Nocken 40 und 42. Eine zweite Nockenwelle 44 mit den Nocken 46 und 48 dient zum Betäti gen der Auslaßventile 34 und 36. Die Nockenwellen 38 und 44 sind mit je einer Riemenscheibe 38a bzw. 44a versehen, die über einen Steuerriemen 50 von der nicht gezeigten Kurbelwelle des Motors angetrieben werden.

Die Primäreinlaßkanäle 14 und die Sekundäreinlaß kanäle 18 sind mit einem nicht gezeigten Einlaßkrümmer ver bunden, der an einen Haupteinlaßkanal anschließt, in dem eine Drosselklappe angeordnet ist. In den Sekundäreinlaß kanälen 18 ist je eine Absperrklappe 54 angeordnet, die in Abhängigkeit von der Belastung und der Drehzahl des Motors derart gesteuert wird, daß sie bei unter hoher Last schnell laufendem Motor offen ist.

Die Sekundäreinlaßventile 24 werden durch die Nocken 42 der Nockenwelle 38 auf übliche Weise betätigt. Die Primäreinlaßventile 22 werden dagegen über Stelltriebe 56 zum Verändern der Steuerzeiten betätigt.

Einzelheiten der Stelltriebe 56 zum Verändern der Steuerzeiten sind in der Fig. 2 dargestellt. Der Stell trieb 56 besitzt einen Stößelträger 58, der auf der Nockenwelle 38 schwenkbar gelagert und mit zwei Bohrungen 58a ausgebildet ist, in denen je ein Ventilstößel 66 verschiebbar gelagert ist. Von diesen Bohrungen 58a ist in der Fig. 2 nur eine gezeigt. Gemäß der Fig. 1 sind die Primäreinlaßventile 22 für zwei einander benachbarte Brennräume einander benach bart, so daß die von dem schwenkbaren Stößelträger 58 getrage nen Ventilstößel 66 je einem der Primäreinlaßventile 22 zugeordnet sind. Infolgedessen sind die Brennräume 5 in eine Mehrzahl von Gruppen von je zwei einander benachbarten Brennräumen 5 unterteilt. Jedem Paar von Brennräu men 5 ist ein schwenkbarer Stößelträger 58 zugeordnet.

Gemäß der Fig. 2 besitzt das Primäreinlaßventil 22 einen Ventilschaft 22a, auf den eine Ventilfeder 68 ein wirkt, die das Ventil 22 zu schließen trachtet. Der Ventil stößel 66 greift mit seinem oberen Ende an dem Nocken 40 der Nockenwelle 38 und mit seinem unteren Ende an dem Ventil schaft 22a an, so daß das Ventil 22 unter der Einwirkung des Nockens 40 gegen die Kraft der Ventilfeder 66 geöffnet werden kann. In dieser Stelleinrichtung bewirkt ein Ver stellen der Schwenklage des Stößelträgers 58 eine entsprechende Veränderung der Relativstellung zwischen dem Nocken 40 und dem Ventilstößel 66 und daher auch eine Veränderung des Öffnungszeitraums des Ventils.

Die Stellung des schwenkbaren Stößelträgers 58 wird von einer Betätigungsstange 60 bestimmt, die gemäß Fig. 1 parallel zu der Nockenwelle 38 im Abstand von ihr angeord net und mit den oberen Enden der schwenkbaren Stößelträger 58 ver bunden ist. Rechtwinklig zu der Betätigungsstange 60 ist eine Stellstange 62 angeordnet, die an der Betätigungs stange 60 derart angreift, daß eine Axialbewegung der Stellstange 62 zu einer Querbewegung der Betätigungsstange 60 und damit zu einem Verschwenken der Stößelträger 58 führt. Die Stellstange 62 ist am einen Ende mit einem sie antrei benden Motor 64 verbunden.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind ferner Stelltriebe 57 vorgesehen, die zum Ändern der Öff nungszeiträume der den Primäreinlaßventilen 22 gegenüber liegenden ersten Auslaßventile 34 dienen. Die Stelltriebe 57 ähneln in ihrer Anordnung und Funktion den Stelltrieben 56, und jeder von ihnen besitzt einen schwenkbaren Stößelträger 59, eine Betätigungsstange 61, eine Stellstange 63, einen Antriebsmotor 65, einen Ventilstößel 67 und eine Ventil feder 69.

Zur Steuerung des Betriebes der Motoren 64 und 65 ist die in der Fig. 3 gezeigte Steuerschaltung 71 vorge sehen, die vorzugsweise aus einem Mikroprozessor besteht. Die Steuerschaltung 71 ist mit einem Motordrehzahlsensor 70 und einem Motorlastsensor 72 verbunden und empfängt von dem Sensor 70 ein Drehzahlsignal S₁ und von dem Sensor 72 ein Lastsignal S₂. In Abhängigkeit von dem Drehzahlsignal S₁ und dem Lastsignal S₂ erzeugt die Steuerschaltung 71 Steuersignale, die an die umsteuerbaren Motoren 64 und 65 abgegeben werden, die über je ein Zahnrad 74 bzw. 75 die Stellstangen 62 bzw. 63 antreiben. Die Stellungen der Stell stangen 62 und 63 werden von je einem Positionssensor 76 bzw. 77 erfaßt, der ein Ventilsteuerzeitsignal an die Steuerschaltung 71 abgibt.

Die Fig. 4 ist ein Ablaufdiagramm für die Steuer schaltung 71. Im Betrieb werden zunächst die durch das Drehzahlsignal S₁ dargestellte Motordrehzahl R und die durch das Lastsignal S₂ dargestellte Motorlast P erfaßt. Die Steuerschaltung 71 besitzt einen Speicher mit wahl freiem Zugriff (RAM), in dem verschiedene Sollstellungen T der Stellstangen 62 und 63 gespeichert sind. Diese Soll stellungen T sind je einer Kombination einer Motordrehzahl R und einer Motorlast P zugeordnet. Zur Steuerung des Öff nungszeitraums des Primäreinlaßventils 22 liest die Steuer schaltung 71 jene Sollstellung T der Stellstange 62 ab, die dem Istwert der Motordrehzahl R und dem Istwert der Motorlast P entspricht. Danach wird aufgrund des von dem Positionssensor 76 erzeugten Positionssignals die Iststellung Ps der Stellstange 62 erfaßt und mit der jeweiligen Soll stellung T vergleichen. Wenn die dabei erhaltene Abweichung D gleich Null ist, wird der Motor 64 nicht betätigt, so daß die Stellstange 62 in ihrer Iststellung bleibt. Bei einer positiven Abweichung D wird der Motor 64 zum Bewegen der Stellstange 62 in der einen Richtung betätigt. Bei einer negativen Abweichung D wird der Motor 64 in der Gegenrich tung betätigt. Das erste Auslaßventil 34 wird auf ähnliche Weise gesteuert.

In den Fig. 5 und 6 ist ein Beispiel für die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Ventilsteuerung darge stellt. Bei unter niedriger Last langsamlaufendem Motor ist die Absperrklappe 54 geschlossen, so daß der Brennraum 5 Frischladung nur durch die Primäreinlaßöffnung 16 erhält. In der Fig. 5 ist die jetzt erhaltene Zeitsteuerung des Primäreinlaßventils 22 durch die Kurve a und die jetzt er haltene Zeitsteuerung des ersten Auslaßventils 34 durch die Kurve b dargestellt. In der Fig. 6 ist die der Zeit steuerung a des Primäreinlaßventils 22 entsprechende, gleich bleibende Zeitsteuerung des Sekundäreinlaßventils 24 durch die Kurve c und die der Zeitsteuerung b des ersten Auslaß ventils 34 entsprechende, gleichbleibende Zeitsteuerung des zweiten Auslaßventils durch die Kurve d dargestellt. Aus den Fig. 5 und 6 geht hervor, daß bei einer Ventilsteuerung gemäß den Kurven a, b, c, d der Überschneidungszeitraum zwischen den Auslaßventilen und dem Einlaßventil relativ klein ist, so daß im Niedriglastbetrieb nur eine kleine Restgasmenge und daher eine stabile Verbrennung erhalten wird, wie dies besonders im Leerlauf erwünscht ist. Infolge der Ventil steuerung gemäß der Kurve a schließt das Einlaßventil, so bald der Verdichtungshub beginnt, so daß ein Rückschlagen der Frischladung verhindert wird. Die Ventilsteuerung gemäß der Kurve a ist daher auch für den Betrieb des unter hoher Last langsamlaufenden Motors vorteilhaft.

Bei unter hoher Last schnellaufendem Motor ist die Absperrklappe 54 offen und der Öffnungszeitraum des Primäreinlaßventils 22 wird gemäß der Kurve e in Fig. 5 ver schoben. Bei dieser Zeitsteuerung wird ein längerer Gesamt öffnungszeitraum der Einlaßventile erhalten, weil der Öffnungszeitraum mit dem Öffnen des Sekundäreinlaßventils 24 beginnt und mit dem Schließen des Primäreinlaßventils 22 endet. Infolgedessen kann man unter Ausnutzung des Be harrungsvermögens der Frischladung deren Menge vergrößern. Jetzt kann der Öffnungszeitraum des ersten Auslaßventils 34 gemäß der Kurve f in Fig. 5 vorverlegt werden. Durch die se Vorverlegung des Öffnungszeitraums des Auslaßventils wird das Ausschieben des Verbrennungsgases verbessert und daher die Leistung des Motors erhöht.

Wenn im Betrieb unter mittlerer Last, wie sie dem Stadtverkehr entspricht, die Absperrklappe 54 geschlossen ist, wird der Öffnungszeitraum des Primärventils 22 ent sprechend der Kurve g in Fig. 5 vorverlegt. Infolgedessen ist der Überschneidungszeitraum zwischen den Auslaßventilen und dem Einlaßventil länger, so daß eine größere Restgas menge erhalten wird. Diese größere Restgasmenge wirkt ähn lich wie eine Abgasrückführung im Sinne einer Unterdrückung des Anfalls von Stickoxiden.

Bei geringer Belastung des Motors tritt die Frisch ladung nur durch die Primäreinlaßöffnung 16 ein, so daß die über das Primäreinlaßventil 22 eine sehr wirksame Zeit steuerung erzielt wird. Wie vorstehend beschrieben wurde, ermöglicht die Veränderung des Öffnungszeitraums des Primäreinlaßventils 22 eine Verlängerung des Gesamtöffnungs zeitraums der Einlaßventile. Diese Zeitsteuerung des Primär einlaßventils 22 ist in der Fig. 7 zusammen mit dem Zu stand der Absperrklappe 54 dargestellt.

Claims

Einlaßventil für einen Verbrennungsmotor, bestehend aus
einem Brennraum,
einer ersten in den Brennraum mündenden Einlaßöffnung (16) mit einem ersten Einlaßventil (22),
einer zweiten in denselben Brennraum (5) mündenden Einlaßöffnung (20) mit einem zweiten Einlaßventil (24),
einer ersten Ventilbetätigungseinrichtung (40) zum Offenhalten des ersten Einlaßventils (22) für einen ersten Öffnungszeitraum,
einer zweiten Ventilbetätigungseinrichtung (42) zum Offenhalten des zweiten Einlaßventils (24) für einen zweiten Öffnungszeitraum,
einer Absperreinrichtung (54) zum Schließen des Einlaßkanals zu der zweiten Einlaßöffnung (20) und damit zum Verhindern der Zufuhr von Frischladung zu dieser Einlaßöffnung zumindest bei unter niedriger Last langsamlaufendem Motor, und zum Ermöglichen der Zufuhr von Frischladung zu dieser Einlaßöffnung zumindest bei unter hoher Last schnellaufendem Motor,
wobei eine Stelleinrichtung (60, 62, 64) vorgesehen ist, durch die die Steuerzeiten einer der Ventilbetätigungseinrichtungen (40) veränderbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stelleinrichtung (60, 62, 64) der ersten Ventilbetäti gungseinrichtung (40) zugeordnet ist und derart betätigbar ist, daß der erste Öffnungszeitraum gegenüber dem zweiten Öffnungs zeitraum vorverlegt (g) wird, wenn die Motorleistung vom Leer lauf an bei geschlossener Absperreinrichtung (54) bis zu mittlerer Last gesteigert wird, und daß der erste Öffnungs zeitraum gegenüber dem zweiten Öffnungszeitraum nach "später" verschoben (e) wird, wenn die Absperreinrichtung (54) geöffnet ist.