DE3435028A1

DE3435028A1 - Luftansaugvorrichtung fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3435028A1
Application number: DE19843435028
Authority: DE
Inventors: Tokuta Mishima Shizuoka Inoue; Kiyohiko Oishi; Takamitsu Okamoto; Keiso Susono Shizuoka Takeda
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1984-02-04
Filing date: 1984-09-24
Publication date: 1985-08-14
Also published as: US4608948A; JPS60164618A; DE3435028C2

Description

Luftansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Luftansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine.

In einer Brennkraftmaschine wird ein positiver Druck in der Einlaßöffnung, die hinter der hinteren Fläche des Einlaßventils liegt, erzeugt, sobald das Einlaßventil schließt, während der in dem Einlaßkanal strömende Luftstrom plötzlich durch das Einlaßventil gestoppt wird. Wenn solch ein positiver Druck in der Einlaßöffnung hervorgerufen wird, strömt die sich in der Einlaßöffnung befindende Luft in Richtung des offenen Endes des Lufteinlaßkanals. Als Folge hiervon wird in der Einlaßöffnung der Druck reduziert und dort ein Vakuum geschaffen. Wenn ein Vakuum in der Einlaßöffnung hervorgerufen wird, fließt die Luft in Richtung der Einlaßöffnung, und es entsteht dort wieder ein positiver Druck. Folglich werden, wenn der Motor läuft, ein positiver Druck und ein Vakuum abwechselnd in der Einlaßöffnung aufgebaut und eine sogenannte Luftpulsation erzeugt. Wo eine solche Luftpulsation aufgebaut wird, falls das Zeitintervall des Öffnungsschrittes des Einlaßventiles gleich der Zeitdauer der Luftpulsation wird, wird eine stehende Welle, die einen Knotenpunkt am offenen Ende des Lufteinlaßkanales hat, im Lufteinlaßkanal gebildet. Wenn beim geöffneten Einlaßventil solch eine stehende Welle erzeugt wird, wird in der Einlaßöffnung ein positiver Druck hervorgerufen und der volumetrische Wirkungsgrad verbessert. Falls der Zeitabschnitt des Öffnungsvorganges des Einlaßventils gleich wird mit der Zeitdauer der Luftpulsation

bei niedriger ; MotoriJrehzahl, wird eine stehende Grundwelle erzeugt, und es wird, falls der Zeitabschnitt des Öffnungsvorganges des Einlaßventils gleich der Zeitdauer der Luftpulsation bei hoher Motprdrehzahl wird, eine zweite stehende Oberwelle erzeugt. Folglich wird in dem Motor bei einer bestimmten Motordrehzahl eine stehende Welle erzeugt und zu diesem Zeitpunkt der volumetrische Wirkungsgrad vergrößert.

Die Motordrehzahl, bei der eine solche stehende Welle hervorgerufen wird, hängt von der Länge des Lufteinlaßkanals ab. Normalerweise wird das Entstehen dieser stehenden Welle dahingehend interpretiert, daß man die Lufteinlaßöffnung als ein gerades Rohr ansieht, das eine Funktionsweise hinsichtlich der Erzeugung der stehenden Welle aufweist, wobei diese Funktionsweise die gleiche ist wie je-re der Einlaßöffnung, und daß man die Länge des geraden Rohres als äquivalente Rohrlange bezeichnet. Ein üblicher Motor hat eine festgelegte äquivalene Rohrlänge. Folglich ist in einem solchen üblichen Motor der volumetrische Wirkungsgrad bei einer bestimmten Motordrehzahl verbessert, aber es ist unmöglich, den volumetrischen Wirkungsgrad über den gesamten Bereich der Motordrehzahl zu verbessern.Jedoch ist es bei einem solchen üblichen Motor möglich, falls die äquivalente Rohrlänge in Abstimmung mit einer Änderung der Motbrdrehzahl verändert wird, den volumetrischen Wirkungsgrad über den gesamten Bereich der Motordrehzahl infolge der Luftpulsation zu steigern.

Um den volumetrischen Wirkungsgrad zu vergrößern, hat die Anmelderin in der früheren japanischen Patentanmeldung Nr. 58-18 85 32 einen Motor vorgeschlagen, der einen Hauptlufteinlaßkanal, der den Luftfilter mit dem Brennraum des Motors verbindet, und einen Hilfslufteinlaßkanal, der eine äquivalente Rohrlänge aufweist, die gleich ist mit der des Haupteinlaßkanals, umfaßt. Eines der Enden des Hilfslufteinlaßkanals ist mit dem Luftfilter und das andere Ende des Hilfslufteinlaßkanals mit dem Hauptluftkanal verbunden. Ein Steuerventil ist in dem anderen Ende des Hilfslufteinlaßkanals angeordnet und öffnet, wenn die Motor'drehzahl in einem vorher bestimmten Drehzahlbereich liegt. In diesem Motor wird die äquivalente Rohrlänge durch öffnen und Schließen des Steuerventils verändert, und es ist möglich, den volumetrischen Wirkungsgrad über den gesamten Bereich der Motordrehzahl zu erhöhen. Wo der volumetrische Wirkungsgrad durch Verwendung der Luftpulsation vergrößert wird, wie bei dem o.a. Motor, ist es zur weiteren Verbesserung des volumetrischen Wirkungsgrades notwendig, die Dämpfung der Luftpulsation so weit wie möglich zu verringern. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, den Strömungswiderstand des Lufteinlaßkanals so weit wie möglich zu verkleinern. Jedoch wird bei dem oben erwähnten Motor die Luftpulsation durch das Steuerventil, wenn dieses öffnet, gedämpft, weil das Steuerventil so ausgeführt ist, daß es einen großen Strömungswiderstand besitzt. Dies führt zu dem Problem, daß ein befriedigend hoher volumetrischer Wirkungsgrad nicht erreicht werden kann, wenn das Steuerventil öffnet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lufteinlaßvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die in der Lage ist, einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad zu erreichen, wenn das Steuerventil öffnet, dadurch .zu schaffen, daß das Steuerventil so ausgebildet wird, daß es eine Gestalt hat, die wenig-Wirkung auf die Luftpulsation ausübt.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird eine Lufteinlaßvorrichtung für eine Brennkraftmaschine zur Verfugung gestellt, die einen Luftfilter und einen Zylinder hat; einen Hauptlufteinlaßkanal, der den Luftfilter mit dem Zylinder verbindet;und einen Hilfslufteinlaßkanal mit einem ersten und einem zweiten Ende, verbunden mit dem Luftfilter und dem Hauptlufteinlaßkanal, wobei im einzelnen der Hilfslufteinlaßkanal eine im wesentlichen gleiche Rohrlänge wie der Hauptlufteinlaßkanal besitzt.

Eine Ventileinrichtung ist am zweiten Ende des Hilfslufteinlaßkanals angeordnet; die Vehtileinrichtung besitzt eine Ventilöffnung und einen tellerförmigen Ventilkörper, der der Ventilöffnung gegenüberliegt und der Ventilkörper hat eine konisch geformte konvexe Stirnfläche , die in Richtung des Hauptlufteinlaßkanals weist,.sowie eine konisch geformte konvexe hintere Fläche, die entgegengesetzt zur vorderen Fläche ausgebildet ist.

Eine Einrichtung wird zur Verfugung gestellt, um den Ventilkörper in Abhängigkeit van der Motordrehzahl

- yr-ΛΌ.

zu betätigen und dadurch die Ventilöffnung zu öffnen, wenn die Motordrehzahl in einem vorhergegebenen ersten

■ " " Drehzahlbereich liegt, und um die Ventilöffnung durch den Ventilkörper zu schließen, wenn die Motordrehzahl in einem vorgegebenen zweiten Dxeh- · ; ;''zahl bereich liegt.

Die vorliegende Erfindung wird nunmehr anhand be,vorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Figur 1

Figur 2

Figur 3

eine Gesamtansicht einer Luftansaugvorrichtung;

einen vergrößerten Vertikalschnitt durch einen Teil der in Figur 1 dargestellten Luftansaugvorrichtung;

ein Diagramm, das die offenen und geschlossenen Bereiche des Steuerventils darstellt;

Figur 4 eine schematische Darstellung der in Figur gezeigten Luftansaugvorrichtung;

Figur 5 ein Diagramm des volumetrischen Wirkungsgrades; und

Figur 6 ein Ablaufdiagramm der Steuerschritte des Steuerventils.

Bezugnehmend auf Figur 1 kennzeichnet die Bezugsnummer 1 einen

' Mötor.körper, 2 einen Ansaugkrümmer, 3 Verzweigungen des Ansaugkrümmers 2,und 4 Einlaßöffnungen, die im Motor-körper 1 angeordnet sind; 5 bezeichnet die Einlaßventile, 6 einen Luftkanal, eingebaut im Ansaugkrümmer 2, 7 ein Hauptlufteinlaßrohr und 8 einenflexiblen Schlauch, der das Hauptlufteinlaßrohr 7 mit dem Luftkanal 6 verbindet; 9 bezeichnet einen Luftfilter, 10 ein Element undTl einen flexiblen ScHlaxh, der den Luftfilter und das Hauptlufteinlaßrohr 7 miteinander verbindet. Der flexible Schlauch 11, das Hauptlufteinlaßrohr 7, der flexible Schlauch 8, der Luftkanal 6, der Ansaugkrümmer 2, die Krümmerverzweigungen 3 und die Einlaßöffnungen 4 bilden den Haupteinlaßkanal 12, der den Luftfilter 9 mit den Motorzylindern verbindet. Der Luftfilter.9 ist über einenflexiblen Schlauch 13 mit einem Tank 14 verbunden, der ein festgelegtes Volumen aufweist, und der Tankl4ist über das Anschlußrohr 15 mit dem Haupteinlaßrohr 7 verbunden. Der flexible Schlauch 13, der Tank 14 und das Anschlußrohr 15 bilden den Hilfslufteinlaßkanal 16. Ein Steuerventil 17, das das Öffnen und Schließen des Hilfslufteinlaßkanals 16 steuertest am Ende des Anschlußrohrs 15 montiert. Das Steuerventil 17 umfaßt eine Ventilöffnung 18, die in dem Hilfslufteinlaßkanal 16 angeordnet ist, einen Ventilkörper 19, der das Öffnen und Schließen der Ventilöffnung 18 steuert, und eine Betätigungsvorrichtung 20, die den Ventilkörper 19 betätigt. Die Betätigungsvorrichtung 20 umfaßt eine Vakuumkammer 22 und eine unter atmosphärischem Druck stehende Kammer 23, die durch eine Membran 21 voneinander getrennt sind. Eine Druckfeder zum Vorspannen der Membran ist in der Vakuumkammer

angebracht, und die Membran 21 ist mit dem Ventilkörper über eine Ventilstange 25 verbunden.

Die Konstruktion des Steuerventils 17 wird nachstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf Figur 2 beschrieben. Bezugnehmend auf Figur 2, umfaßt das Anschlußrohr .15 einen Flansch 26, der eine konische Form hat und dessen oberes Endteil auf dem Hauptlufteinlaßrohr 7 befestigt ist. Eine kegelstumpfförmige Ventilkammer 27 ist in dem Flansch 26 ausgeformt, und eine Ventilöffnung 18 mit einer ringförmigen Gestalt befindet sich an der Bodenwand 28 der Ventilkammer 27. Eine aufwärts gerichtete Ventilführung 29 ist vollständig mit der Bodenwand des Anschlußrohrs 15 verbunden, und diese Ventilführung 29 erstreckt sich bis ins Innere der Ventilöffnung 18.

Die Ventilstange 25 ist gleitbar in der Ventilführung 29 angeordnet. Wenn Vakuum auf die Vakuumkammer 22 der Betätigungseinrichtung 20 einwirkt, bewegt sich die Membran 21 nach unten gegen die Feder 24. Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich der Ventilkörper 19 nach unten, bis er gegen die obere Endfläche der Ventilführung 29 stößt, wie dies durch die gestrichelten Linien in Figur 2 dargestellt ist, und der Ventilkörper 19 schließt die Ventilöffnung 18. Wenn im Gegensatz hierzu atmosphärischer Druck auf die Vakuumkammer 22 einwirkt, wird die Membran 21 aufwärts als Folge der Federkraft der Druckfeder 24 bewegt, und der Ventilkörper 19 öffnet die Ventilöffnung 18. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Ventilkörper 19 in der Ventilkammer 27, wie dies durch die durchgezogenen Linien in Figur 2 dargestellt wird, und steht nicht in das Hauptlufteinlaßrohr 7 ,vor.

Folglich bewirkt der Ventilkörper keinen Strömungswiderstand für die in dem Hauptlufteinlaßrohr 7 strömende Luft. Der Ventilkörper 19 hat eine tellerförmige Gestalt, und die vordere (19a) und hintere (19b) Fläche des Ventilkörpers 19 sind so geformt, daß sie eine konische Form aufweisen, die nach außen konvex ist. Weiterhin haben die vordere (19a) und die hintere (19b) Fläche eine symmetrische konische Gestalt in bezug auf den zentralen Querschnitt 19c des Ventilkörpers 19.

Folglich verursacht der Ventilkörper 19 keinen großen Strömungswiderstand für die um den Ventilkörper 19 oberhalb und unterhalb strömende Luft, und der Strömungswiderstand der vorderen Fläche 19a und der hinteren Fläche 19b gegenüber dieser Luftströmung ist gleich.

Wie in Figur 1 gezeigt, ist die Vakuumkammer 22 der Betätigungseinrichtung 20 mit einem Vakuumtank 31 über Leitung 30 verbunden, und der Vakuumtank 31 steht in Verbindung mit dem Ansaugkrümmer 2 über .ein Rückschlagventil 32, das nur eine Luftströmung von dem Vakuumtank 31 durch den Ansaugkrümmer 2 erlaubt. Ein Solenoidventil 33, welches in der Lage ist, zur . Atmosphäre geöffnet zu werden, ist in die Leitung 30·eingesetzt und das Solenoid des Ventils 33 ist an eine elektronische Steuereinhext 34 angeschlossen. Die elektronische Steuereinheit 34 .umfaßt. " einen Digitalcomputer,, einen RAM (random access memory) 36, einen ROM (readonly memory) 37, eineCPU (Mikroprozessor) 38, einen Eingang 39 und einen Ausgang 40, die durch eine bidirektionale Leitung 35 miteinander verbunden sind. Der Ausgang 40 ist an das Solenoid des Solenoidventils 33 angeschlossen. EineDrosselklappe

ist in den Luftkanal 6 eingesetzt, und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 42 zum Einspritzen von Kraftstoff in Richtung der Drosselklappe . 41 ist an der inneren Wand des Luftkanals 6 stromauf von der· Drosselklappe 41 angeordnet. Ein Drosselschalter 43 ist an der. Drossel'klafcp'e 41 angebracht. Dieser Drosselschalter 43 zeigt an, wenn der Grad der Öffnung der Drosselklappe 41 einen vorgegebenen Ö'ffnungswert erreicht, z.B. 50°. Der Drosselschalter ist mit dem Eingangskanal 39 verbunden. Zusätzlich ist ein Drehzahlfühler 44, der eine Anzahl von Impulsen proportional zur Motordrehzahl erzeugt, an den Eingangskanal 39 angeschlossen.

Die Steuerung der Luftpulsation, die durch die erfindungsgemäße Lufteinlaßvorrichtung bewirkt wird, wird im folgenden unter Bezugnahme auf Figur 4 beschrieben. Der Hauptlufteinlaßkanal 12 und der Hilfslu.fteinlaßkanal 16 weisen einen komplizierten Strömungsweg auf. Jedoch sind der Hauptlufteinlaßkanal 12 und der Hilfslufteinlaßkanal 16 so ausgebildet, daß, wenn sie als gerades Rohr angesehen werden, welche in bezug auf das Auftreten der Luftpulsation äquivalent sind, die äquivalente Rohrlänge 1, des Hauptlufteinlaßkanals 12 gleich der äquivalenten Rohrlänge 1„ des Hilfslufteinlaßkanals 16 wird Um die äquivalenen Rohrlängen 1, und I₂ anzugleichen, ist es notwendig, den Hauptlufteinlaßkanal 12 und den Hilfslufteinlaßkanal 16 so zu gestalten, daß sie im wesentlichen die gleiche Länge aufweisen. Jedoch ist es möglich, selbst wenn der Hilfslufteinlaßkanal 16 eine Länge aufweist, die kürzer ist als die des Hauptlufteinlaßkanls 12, die äquivalente Rohrlänge I₁ und I₂ durch

Anordnung des Tanks 14 in dem Hilfslufteinlaßkanal 16 anzugleichen.

Wenn das Steuerventil 17 schließt, wird der Hilfslufteinlaßkanal 16, der ein geschlossenes Ende und eine äquivalente Rohrlänge hat, welche die gleiche ist wie die des Hauptlufteinlaßkanals 12, mit dem Luftfilter 9 verbunden. Wo der Lufteinlaßkanal solch einen Aufbau aufweist, heben sich der Druck, der durch die Luftpulsation am offenen Ende des Hauptlufteinlaßkanals 12, der offen ist in Richtung des Luftfilers 9, aufgebaut wurde, und der Druck, der durch die Luftpulsation am offenen Ende 46 des Hilfslufteinlaßkanals 16, der offen ist in Richtung zum Luftfilter 9, aufgebaut wurde, gegenseitig auf; die Funktionsweise des offenen Ende 45 des Hauptlufteinlaßkanals 12 entspricht somit der des Endes des gerade, zur Atmosphäre offenen Rohrs, das zu dem Hauptlufteinlaßkanal 12 äquivalent ist. Mit anderen Worten, weil der Hauptlufteinlaßkanal 12 über den Luftansatz 47 des Luftfilters 9 zur,Atmosphäre hin offen ist, bildet das offene Ende des Luft ansatzes 47 das zur Atmosphäre hin offene Ende. Durch Verbinden des Hilfslufteinlaßkanals 16, der ein geschlossenes Ende hat, mit dem Luftfilter 9, bildet das offene Ende 45 des Hauptlufteinlaßkanals 12 das zur Atmosphäre hin offene Ende. Folglich wirkt das offene Ende 45 des Hauptlufteinlaßkanals 12 als zur Atmosphäre hin offenes Ende, unabhängig von der Bauweise des Luftfilters 9 und des Luftansatzes 47. Dieses bedeutet, daß es möglich ist, die Bauweise des Luftfilters 9 und des Luft ansatzes 47 frei zu bestimmen.

Wenn das Steuerventil 17 schließt, wirkt das offene 35

Ende 45 des Hauptlufteinlaßkanals 12 als das zur Atmosphäre hin offene Ende, wie oben erwähnt. Folglich werden zu diesem Zeitpunkt die stehende Grundwelle und die zweite stehende Oberwelle, die durch die äquivalente Rohrlänge I^ vorgegeben sind, bei speziellen Motordrehzahlen erzeugt.

Figur 5 stellt die Beziehung zwischen dem volumetrischen Wirkungsgrad *j ν und der Motordrehzahl N dar. In Figur 5 zeigt die Kurve A an, wo das Steuerventil 17.geschlossen ist, und die Kurve B, wo das Steuerventil offen ist. Wo das Steuerventil 17 geschlossen ist und wenn die Motordrehzahl gleich mit N, wird, wird eine zweite stehende Oberwelle erzeugt. Folglich wird der volumetrische Wirkungsgrad ijν vergrößert, wenn die Motordrehzahl gleich N. ist, wie dies Figur 5 darstellt.

Wenn das Steuerventil 17 offen ist, wird die,die gleiche Funktion wie das zur Atmosphäre hin offene Ende aufweisende Position,verändert. Mit anderen Worten, wenn das Steuerventil offen ist, pflanzt sich die Druckwelle, die durch den schlossenen Zustand des Einlaßventils 5 erzeugt wird, in Richtung des Luftfilters 9 einerseits durch den Hauptlufteinlaßkanal 12 und andererseits durch den Hilfslufteinlaßkanal 16 nach dem Passieren des Steuerventils 17 fort. Zu diesem Zeitpunkt wirkt das offene Ende 45 des Hauptlufteinlaßkanals 12 nicht langer als das zur Atmosphäre hin offene Ende, da eine Phasenverschiebung zwischen der Phase der Luftpulsation am offenen Ende 45 des Hauptluftkanals 12 und der Phase der Luftpulsation am offenen Ende 46 des Hilfslufteinlaßkanals

auftritt. Auf diese Weise wird von der Position, die als zur Atmosphäre hin offenes Ende wirksam ist, zu einer Position übergegangen, die in der Nähe der in Figur mit K bezeichneten Position liegt. Als Folge hiervon wird die äquivalente Rohrlänge des Hauptlufteinlaßkanals 12 kurz, und der volumetrische Wirkungsgrad η ν wird vergrößert, wenn die Motordrehzahl N gleich N₂ und N, wird, wie dies die Kurve B in Figur 5 darstellt. Die Erhöhung des volumetrischen Wirkungsgrades *j ν bei der Motordrehzahl N₂ wird durch das Auftreten der stehenden Grundwelle und die Vermehrung des volumetrischen Wirkungsgrades ^v bei der Motordrehzahl N₃ wird durch das Vorkommen der zweiten stehenden Oberwelle verursacht. Folglich ist es möglich, einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad, abhängig von der Motordrehzahl N, zu erhalten, wenn das Steuerventil 17 veranlaßt wird, zu öffnen, wenn die Motordrehzahl N geringer als Nx und größer als Ny ist, und wenn das Steuerventil 17 veranlaßt wird, zu schließen, wenn die Motordrehzahl N zwischen Nx und Ny liegt, wie dies der Figur 5 zu entnehmen ist.

Die Wirkungsweise der Lufteinlaßvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Figuren 1 und 6 als nächstes beschrieben.

Wie Figur 6 zeigt, wird zu Beginn in Schritt 50 das. Ausgangssignal des Drosselschalters 43 in die CPU 38 eingegeben. Dieser Drosselschalter 43 erzeugt ein Ausgangssignal, welches anzeigt, daß der Öffnungsgrad der Drosselklappe 41 50° überschreitet, wie dies oben

erwähnt wurde. Der Ö'ffnungsgrad de_r Drosselklappe 41 entspricht in etwa der Motorlast und das Ausgangssignal des Drosselschalters 43 zeigt in etwa an, daß die Motorlast eine vorgegebene Last überschreitet. In Schritt 51 wird entschieden, ob der Öffnungsgrad der Drosselklappe 41 50° überschreitet; ist es so, überschreitet die Motorlast eine vorgegebene Last L. Wenn die Motorlast kleiner als die vorgegebene Last L ist, rückt das Programm zu Schritt 52 vor, und das Solenoid des Solenoidventils 33 wird abgeschaltet. Wenn das Solenoid des Solenoidventils 33 abgeschaltet wird, wird die Vakuumkammer 22 der Betätigungsvorrichtung 20 mit der Vakuumkammer 31 verbunden und als Folge hiervon die Ventilöffnung 18 durch den Ventilkörper 19 geschlossen. Im Gegensatz hierzu rückt das Programm zu Schritt 53 vor, wenn die Motorlast die vorgegebene Last L überschreitet. In Schritt 53 wird das Ausgangssignal des Drehzahlfühlers 44 in die CPU 38 eingegeben, und dann wird in Schritt 54 entschieden, ob die Motordrehzahl N zwischen Nx und Ny liegt, wie dies in Figur 5 dargestellt ist. Wenn die Motordrehzahl N zwischen Nx und Ny liegt, geht das Programm auf Schritt 52 über. In Schritt 52 wird das Solenoid des Solenoidventils 33 abgeschaltet, und der Ventilkörper 19 schließt die Ventil· öffnung 18. Folglich wird zu diesem Zeitpunkt ein hoher volumetrischer Wirkungsgrad "¹Jv erreicht, wie dies durch die Kurve A in Figur 5 dargestellt ist. Wenn die Motordrehzahl N kleiner als Nx oder größer als Ny ist, geht das Programm auf Schritt 55 über, und das Solenoid des Solenoidventils wird angeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt öffnet die Vakuumkammer 22 der Betätigungsvorrichtung

zur Atmosphäre, und der Ventilkörper 19 öffnet die Ventilöffnung 18. Folglich wird zu diesem Zeitpunkt der volumetrische Wirkungsgrad η ν erhöht, wie dies durch Kurve B in Figur 5 gezeigt ist.

Figur 3(a) stellt den offenen und den geschlossenen Bereich des Steuerventils 17 dar. In Figur 3(a) zeigt die Ordinate Θ den Öffnungsgrad derr Drosselklappe 41 und die Abszisse N die Motordrehzahl an. Zusätzlich bezeichnet F auf der Ordinate eine weit geöffnete Drossel, und &o den Betrag 50°. Wie in Figur 3(a) dargestellt, wird das Steuerventil 17 zum Öffnen veranlaßt, wenn der Öffnungsgrad der Drosselklappe, 41 50° überschreitet und wenn die Motordrehzahl N kleiner als Nx oder größer als Ny ist. Außerdem wird das Steuerventil zum Schließen veranlaßt, wenn der Öffnungsgrad de:r Drosselklappe geringer als 50° ist. Jedoch kann zu diesem Zeitpunkt anstelle des Geschlossenseins das Steuerventils 17 veranlaßt werden zu offenen. Mit anderen Worten, wenn der Öffnungsgrad de r Drossel klappe 41 sehr klein ist, da die Luftpulsation durch die Drosselklappe 41 unterdrückt wird, ist eine Erhöhung des volumetrischen Wirkungsgrades, die durch die Luftpulsation verursacht wird, nicht zu erwarten. Folglich ist der volumetrische Wirkungsgrad, wenn der Öffnungsgrad der Drosselklappe geringer als 50° ist, der gleiche, unabhängig davon, ob das Steuerventil 17 offen oder geschlossen ist.

Der im Ansaugkrümmer 2 herrschende Unterdruck zeigt ungefähr die Maschinenlast an. Folglich kann das Steuerventil 17 durch das Ausgangssignal des Vakuumschalters 50, der mit dem Eingang 39 verbunden und an dem Ansaug-

krümmer angebracht ist, gesteuert werden, wie dies die gestrichelte Linie in Figur 1 darstellt. Figur 3(b) verdeutlicht, wo das Steuerventil 17 durch das Ausgangssignal des Vakuumschalters 50 gesteuert wird. In Figur 3(b) zeigt die Ordinate P den absoluten Druck im Ansaugkrümmer 2 an, und die Abszisse N stellt die Motordrehzahl dar. Außerdem bezeichnet F den atmosphärischen Druck, und P_Q bedeutet 660 mmHgabs. Wenn der absolute Druck P im Ansaugkrümmer 660 mmHgabs überschreitet und wenn die Motordrehzahl N kleiner als Nx oder größer als Ny ist, wird hierbei das Steuerventil 17 geöffnet.

Figur 3(c) verdeutlicht die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einem Dieselmotor. Hier sind die in Figur 1 dargestellte Drosselklappe 41 und die dort gezeigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung 42 entfernt worden, und die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen sind in den Motorzylindern angeordnet. Wie dies die gestrichelte Linie in Figur 1 zeigt, ist ferner ein Schalter 51 angeordnet, der in Abhängigkeit von einem Durchdrücken des Gaspedals 52 betätigt wird und der seinerseits das Steuerventil 17 durch sein Ausgangssignal steuert. In Figur 3(c) stellt die Ordinate L den Grad des Durchdrückens des Gaspedals 52 und die Abszisse N die Motordrehzahl dar. Weiterhin zeigt F auf der Ordinate L den maximalen Durchdruckungsgrad des Gaspedals 52 und Lg einen vorgegebenen Durchdruckungsgrad davon an. Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung bei einem Dieselmotor angewendet wird, wird das Steuerventil 17 veranlaßt, zu öffnen, wenn das Gaspedal 52 über einen vorgegebenen Wert L_Q hinaus durchgedrückt wird und wenn die Mo.tordrehzahl N kleiner als Nx oder größer als Ny ist.

Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform kann der Vakuumtank 31 entfernt werden. Hierbei wird, wenn der Öffnungsgrad der Drosselklappe 41 gering ist, da die Vakuumkammer 22 der Betätigungsvorrichtung 20 über das Rückschlagventil 32 mit dem Ansaugkrümmer 22 verbunden ist, das Innere der Vakuumkammer 22 auf einen größtmöglichen im Ansaugkrümmer erzeugten Unterdruck gehalten und die Ventilöffnung 18 durch den Ventilkörper 19 geschlossen. Falls der Öffnungsgrad der Drosselklappe 41 50° überschreitet und die Motordrehzahl N kleiner als Nx oder größer als Ny wird, öffnet das Steuerventil 19 die Ventilöffnung 18, da die Vakuumkammer 22 zur Atmosphäre geöffnet wird. Wenn jedoch der Vakuumtank 31 in der oben erwähnten Weise entfernt worden ist, besteht die Gefahr, daß der Ventilkörper 19 die Ventilöffnung 18 schließt, wenn' der Öffnungsgrad der Drosselklappe 41 50° überschreitet und wenn die Motordrehzahl N in einem Drehzahlbereich zwischen Nx und Ny liegt. Mit anderen Worten, wenn die Drosselklappe ihre maximale Öffnungsstellung einnimmt und zu diesem Zeitpunkt die Notordrehzahl N kleiner als Nx ist, öffnet sich die Vakuumkammer 22 zur Atmosphäre hin, wie dies oben erwähnt wurde, und der Ventilkörper 19 öffnet die Ventilöffnung 18. Wenn jedoch die Motordrehzahl N Nx überschreitet, während die Drosselklappe 41 in ihrer maximalen Öffnungsstellung verbleibt, wird das Solenoid des Solenoidventils 33 abgeschaltet, und die Vakuumkammer 22 wird über das Rückschlagventil 32 mit dem Ansaugkrümmer 2 verbunden. Jedoch befindet sich zu diesem Zeitpunkt, da die Drosselklappe 41 ihre maximale Öffnungsstellung einnimmt, ein äußerst geringer Unterdruck im Ansaugkrümmer, so daß der Ventilkörper 19 die Ventilöffnung 18 geschlossen hält. Wenn

- 2λ.

der Vakuumtank 31 entfernt worden ist, ist es somit vorzuziehen, das Steuerventil 17 zm Öffnen zu bringen,' wenn der Öffnungsgrad der Drosselklappe 41 50° überschreitet und wenn die Motordrehzahl N größer als Ny wird, wie dies Figur 3(d) darstellt.

Erfindungsgemäß öffnet das Steuerventil, wenn die Motorlast eine vorgegebene Last überschreitet und wenn die Motordrehzahl innerhalb eines vorgegebenen Drahzahlbereiches liegt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Druckwelle abwechselnd vom Hauptlufteinlaßkanal in Richtung des Hilfslufteinlaßkanals und vom Hilfslufteinlaßkanal in Richtung des Hauptlufteinlaßkanals um das Steuerventil herum erzeugt. Jedoch ist der Strömungswiderstand des Ventilkörpers hinsichtlich der" Luftströmung sehr gering, da die vordere und hintere Fläche des Ventilkörpers eine konische Gestalt aufweisen, so daß es möglich ist, die Auswirkungen der Druckwelle zu verringern. Dies führt dazu, daß ein hoher volumetrischer Wirkungsgrad durch Ausnutzung der Luftpulsation erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird somit eine Luftansaugvorrichtung vorgeschlagen, die einen Hauptlufteinlaßkanal und einen Hilfslufteinlaßkanal umfaßt. Der Hauptlufteinlaßkanal verbindet den Luftfilter mit den Motorzylindern.Der Hilfslufteinlaßkanal ist mit seinem einen Ende mit dem Luftfilter und mit seinem anderen Ende mit dem Hauptlufteinlaßkanal verbunden. Die äquivalente Rohrlänge des Hauptlufteinlaßkanals und des Hilfslufteinlaßkanals sind nahezu gleich. Ein Steuerventil, welches in Abhängigkeit von der Motordrehzahl betätigt wird, ist am anderen Ende des Hilfslufteinlaßkanals angeordnet. Der Ventilkörper

des Steuerventils besitzt eine konisch geformte konvexe Stirnfläche und eine konisch geformte hintere Fläche.

- Leerseite -

Claims

Patentansprüche

ι l.)Luftansaugvorrichtung für eine Brennkraftmaschine Siit einem Luftfilter und einem Zylinder, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden Bestandteile umfaßt:

einen Hauptlufteinlaßkanal (12), der den Luftfilter (9) mit dem Zylinder verbindet;
einen Hilfslufteinlaßkanal (16) mit einem ersten und einem zweiten Ende, die mit dem Luftfilter (9) und den Hauptlufteinlaßkanal (12) verbunden sind, wobei der Hilfslufteinlaßkanal (16) eine äquivalente Rohrlänge aufweist, die im wesentlichen der des Hauptlufteinlaßkanals (12) entspricht;

eine Ventileinrichtung, die im zweiten Ende des Hilfslufteinlaßkanals (16) angeordnet ist, und die eine Ventilöffnung (18) und einen tellerförmigen, der Ventilöffnung (18) gegenüberliegenden Ventilkörper (19) besitzt, wobei der Ventilkörper (19) eine konisch geformte Stirn- fläche (19a), die in Richtung des Hauptlufteinlaßkanals

(12) weist, und eine konisch ge forte hintere Fläche (19b) aufweist, die zur Stirnfläche (19a) entgegengesezt ausgebildet ist; und
eine Betätigungsvorrichtung (20), die den Ventilkörper

(19) in Abhängigkeit von der Motordrehzahl betätigt,

um die Ventilöffnung (18) zu öffnen, wenn die Motordrehzahl in einem vorgegebenen ersten Drehzahlbereich liegt, und um die Ventilöffnung (18) zu schließen, wenn sich die Motordrehzahl in einem vorgegebenen zweiten Drehzahlbereich befindet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie desweiteren eine Drosselklappe (41), die im dem Hauptlufteinlaßkanal (12) angeordnet ist, und eine einzige Kraftstoffeinspritzvorrichtung (42), die in dem Hauptlufteinlaßkanal (12) stromauf der Drosselklappe (41) und stromab des zweiten Endes des Hilfslufteinlaßkanals (16) angeordnet ist, umfaßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie desweiteren einen Tank (14) umfaßt, der ein festgelegtes Volumen aufweist und in dem Hilfslufteinlaßkanal (16) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung eine zum Hauptlufteinlaßkanal (12) offene Ventilkammer (27), die eine Bodenwand (28) besitzt, die sich in Querrichtung in den Hilfslufteinlaßkanal (16) erstreckt, eine Ventilöffnung (18), die in der Bodenwand (28) angeordnet ist, und einen Ventilkörper (19) umfaßt, der in der Ventilkammer (27) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkammer (27) eine konisch geformte innere Umfangswand besitzt, die sich in Richtung des Hauptlufteinlaßkanals (12) erweitert.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung eine Ventilführung (29), die sich in das zentrale Innere der Ventilöffnung (18) erstreckt, und eine Ventilstange (25), die gleitfähig in der Ventilführung (29) angeordnet ist und den Ventilkörper (19) mit der Betätigungsvorrichtung (20) verbindet, umfaßt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (19a) des Ventilkörpers (19) nicht in den Hauptlufteinlaßkanal (12) vorsteht.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (19a) und die hintere Fläche (19b) des Ventilkörpers (19) eine symmetrische Gestalt in bezug auf einen mittlere Querschnitt des Ventilkörpers (19) besitzen.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung

(20) eine Membran (21), die mit dem Ventilkörper (19) verbunden ist und eine Vakuumkammer (229 begrenzt, und ein Solenoidventil (33) umfaßt, das in Abhängigkeit von der Motordrehzahl wahlweise die Vakuumkammer (22) mit einer Vakuuquelle oder der Atmosphäre verbindet.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung (20) einen Motordrehzahlfühler (44) umfaßt und daß das Solenoidventil

(33) in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Motordrehazhlfühlers (44) betätigt wird, um die Vakuumkammer (22) mit der Atmosphäre zu verbinden, wenn die Motordrehzahl in einem ersten Drehzahlbereich liegt, und um

die Vakuumkammer (22) mit einer Vakuumquelle zu verbinden, wenn sich die Motordrehzahl in einem zweiten Drehzahlbereich befindet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung (20) einen Motrdrehzahlfühler (44) und einen Motorlastfühler umfaßt und daß das Solenoidventil (33) in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des Motordrehzahlfühlers (44) und des Motorlastfühlers betätigt wird, um die Vakuumkammer (22) mit der Atmosphäre zu verbinden, wenn die Motordrehzahl in einem ersten Drehzahlbereich liegt und wenn die Motorlast eine vorgegebene Last überschreitet, und um die Vakuumkammer (22) mit einer Vakuumquelle zu verbinden, wenn die Motordrehzahl in einem zweiten Drehzahlbereich liegt oder wenn die Motorlast geringer als eine vorgegebene Last ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Motorlastfühler einen Drosselschalter (43)

umfaßt, der ein Ausgangssignal erzeugt, das anzeigt, daß der Öffnungsgrad eine r im Hauptluftein:lä3kanal (12) angeordneten Drosselklappe (41) einen vorgegebenen Wert übersteigt.
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13. Vorrichtung nach Anspruch 1.1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motorlastfühler einen im Hauptlufteinlaßkanal (12) befindlichen Vakuumschalter (50) umfaßt, der ein Ausgangssignal abgibt, welches anzeigt, daß der absolute Druck im Hauptlufteinlaßkanal (12) einen vorgegebenen Druck übersteigt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Motorlastfühler einen Beschleunigungsschalter (51) umfaßt, der ein Ausgangssignal erzeugt, das anzeigt, daß die Durchdrückung des Gaspedales (52) einen vorgegebenen Wert übersteigt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumquelle der Kauptlufteinlaßkanal (12) ist und die Betätigungsvorrichtung (20) eine Leitung (30),die die Vakuumkammer (22) mit dem Hauptlufteinlaßkanal (12) verbindet,und ein in der Leitung (30) angeordnetes Rückschlagventil (32) umfaßt, welches nur eine Luftströmung von der Vakuumkammer (22) zum Hauptlufteinlaßkanal (12) erlaubt, und daß das Solenoidventil (33)

in dieser Leitung zwischen der Vakuumkammer (22) und dem Rückschlagventil (32) angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätig Ufigsvorrichtung (20) einen Vakuum-

zu

tank (31) umfaßt, der in der Leitung (30) zwischen de m-Rückschlagventil (32) und dem Solenoidventil (33) angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, 25

dadurch gekennzeichnet, daG der zweite Drehzahlbereich ein Bereich mittlerer D-rehzahl. ist und daß der erste Drehzahlbereich einen Bereich niedriger .Drehzahl umfasst, die kleiner als die Motordrehzahl des mittleren Drehzs.hlboreiches

ist, und einen Bereich hoher Drehzahl, /die größer als 30

die Motordrehzahl' des mittleren Drehzahlbereichs ist.
18. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Drehzahlbereich ein Bereich hoher Drehzahl und der zweite Drehzahlbereich ein Bereich niedriger Dreh zahl ist, die kleiner als die Drehzahl des Bereichen der hohen Drehzahl ist.