DE3508763C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit
mehreren Einlaßventilen für jeden Zylinder zur Verbesserung
der Verbrennung.
Zum Stand der Technik sind Brennkraftmaschinen mit zwei
Einlaßventilen für jeden Zylinder bekannt, wie beispiels
weise die Japanischen Patent-Offenlegungsschriften
52-340 108, 54-84 128, 58-1 72 424 und 58-17 25 514 zei
gen. Diese Brennkraftmaschinen haben einen ersten Saugkanal
mit einer schraubenförmigen Gestalt, einen zweiten Saugka
nal von gerader Gestalt und ein im ersten Saugkanal ange
ordnetes Kraftstoff-Einspritzventil. Diese Bauart eines
Motors zielt darauf ab, ein geschichtetes brennbares Ge
misch im Brennraum zu erzeugen, um eine magerere Verbren
nung zu erreichen.
Ferner kann im zweiten Saugkanal ein Einlaßregelventil
vorgesehen werden, wobei das Kraftstoff-Einspritzventil
zwischen dem Einlaß- sowie dem Einlaßregelventil angeordnet
ist, wie die japanischen Patentoffenlegungsschriften
60-1 22 250 und 60-2 12 619 offenbaren. In diesem Fall wird
die Ventilbetätigung zeitlich so eingestellt, daß der
zweite Saugkanal später als der erste Saugkanal geöffnet
wird. Wenn das Einlaßregelventil geschlossen ist, so wird
Luft zuerst nur durch den ersten Saugkanal in den Brennraum
eingeführt, worauf anschließend der Kraftstoff eingefördert
wird. Insofern wird eine gute Schichtung des Gemischs
erhalten, wobei das Gemisch nahe dem Kolben mager und
nahe dem Zylinderkopf, an dem die Zündkerze angeordnet
ist, fett ist. Das ermöglicht eine gute Verbrennung mit
einem insgesamt mageren Gemisch. Bei dieser Konstruktion
wird der Öffnungszeitpunkt des zweiten Einlaßventils später
gelegt als derjenige des ersten Einlaßventils.
Bei dieser Anordnung tritt jedoch ein wesentliches Problem
auf. Weil das zweite Einlaßventil in einer späteren Stufe
des Ansaugtaktes offen ist, wird durch den zweiten Saug
kanal, wenn das Einlaßregelventil offen ist, weniger Luft
eingefördert.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine
zu schaffen, mit der man in der Lage ist, im Brennraum
ein stark oder sehr geschichtetes brennbares Gemisch wäh
rend niedriger Lastzustände des Motors zu erhalten, um
die Magergrenze des zu verbrennenden Gemischs zu erhöhen,
und in der Lage ist, eine hohe Leistung während hoher
Lastzustände durch Einführen von mehr Luft zur Verfügung
zu stellen.
Erfindungsgemäß wird eine Brennkraftmaschine geschaffen,
die einen Zylinderblock und einen daran zur Abgrenzung
von Zylindern befestigten Zylinderkopf aufweist, wobei
in jeden der Zylinder ein Kolben eingesetzt ist, über
dem ein Brenn
raum abgegrenzt ist. Diese Brennkraftmaschine umfaßt Ein
richtungen, die einen ersten, zweiten sowie dritten Saug
kanal bilden, die jeweils mit dem Brennraum eines jeden Zy
linders in Verbindung stehen. Die erste, einen Saugkanal
bildende Einrichtung hat eine schraubenförmige Ausgestal
tung, so daß im Brennraum ein Wirbel erzeugt werden kann.
Jeweils im ersten, zweiten und dritten Saugkanal sind ein
zugeordnetes erstes, zweites und drittes Einlaßventil vor
gesehen, die mit dem Kolben in Wirkverbindung stehen. Ein
erstes Einlaßregelventil ist stromauf vom zweiten Einlaß
ventil in der zweiten, einen Saugkanal bildenden Einrich
tung, ein zweites Einlaßregelventil ist in der dritten, ei
nen Saugkanal bildenden Einrichtung stromauf vom dritten
Einlaßventil angeordnet. Betätigungseinrichtungen für die
Einlaßregelventile sprechen auf Betriebszustände des Motors
an. Ein Kraftstoff-Einspritzventil ist zwischen dem dritten
Einlaßventil und dem zweiten Einlaßregelventil in der drit
ten, einen Saugkanal bildenden Einrichtung angeordnet. Die
gestellte Aufgabe wird mit einer Brennkraftmaschine, die
den obigen Aufbau aufweist, gelöst.
Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Zeichnungen, in
denen bevorzugte Ausführungsbeispiele dargestellt sind, er
läutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Zylinders einer
Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung in einem
waagerechten Schnitt;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Brennkraftmaschine
von Fig. 1 im lotrechten Schnitt,
Fig. 3 ein Kurvenbild zu den Hubkennlinien der Ventile;
Fig. 4 einen zu Fig. 1 ähnlichen Schnitt für eine andere
Ausführungsform gemäß der Erfindung.
Die in den Fig. 1 und 2 schematisch gezeigte Brennkraftma
schine gemäß der Erfindung weist, wie das üblich ist, ei
nen Zylinderblock 2 sowie einen Zylinderkopf 4 auf. Im Zy
linder befindet sich ein Kolben 6, über dem ein Brennraum
8 abgegrenzt ist. Am Zylinderkopf 4 ist mittig zum Brenn
raum 8 eine Zündkerze 10 angebracht.
Von einem Saugrohr oder Ansaugkrümmer 11 geht ein gemein
samer Einlaßkanal 12 aus, der durch Trennwände 14 in drei
Saugkanäle oder Zulaufbohrungen 16, 17 und 18 unterteilt
ist, die unabhängig voneinander im Brennraum 8 münden. Am
Verbindungsbereich zwischen einem jeden der drei Saugka
näle 16, 17, 18 und dem Brennraum 8 ist jeweils ein Ein
laßventil 20, 21 und 22 vorgesehen.
Der erste Saugkanal 17 verläuft in bekannter Weise schrau
benförmig um den (nicht gezeigten) Ventilstößel des ersten
Einlaßventils 20, so daß, wie durch den Pfeil A in den Fig.
1 und 2 angedeutet ist, ein Wirbel im Brennraum 8 durch
die den ersten Saugkanal 16 durchströmende Luft erzeugt
wird.
Der zweite Saugkanal 17 verläuft im allgemeinen gerade, er
ist jedoch etwas versetzt, so daß die den zweiten Saugka
nal 17 durchströmende Luft in zur Richtung der Luftströ
mung im ersten Saugkanal 16 gleichen Richtung strömt.
Der dritte Saugkanal 18 verläuft im allgemeinen gerade
zwischen dem ersten sowie zweiten Saugkanal 16 und 17 zur
Zündkerze 10 hin. Wie zu sehen ist, ist der Querschnitt
des dritten Saugkanals 18 - und damit der des dritten Ein
laßventils 22 - geringer als derjenige der beiden anderen
Saugkanäle 16, 17 und damit geringer als der der Einlaß
ventile 20 und 21.
Die Einlaßventile 20, 21 und 22 werden in üblicher Weise
durch Nocken 49 (s. Fig. 2), die mit einer (nicht gezeigten)
Kurbelwelle des Motors Verbindung haben, betätigt.
An einer dem stromaufwärtigen Ende der Trennwände 14 nahe
gelegenen Stelle sind im zweiten sowie dritten Einlaßkanal
21 und 22 je ein Einlaßregelventil 24 bzw. 25 angeordnet,
die den jeweiligen Einlaßkanal 17 bzw. 18 absperren können,
wenn die Motordrehzahl und die Motorlast unter vorbestimm
ten Werten sind, und Öffnen können, wenn die Motordrehzahl
und -last über diesen Werten liegen. Die Betätigungsein
richtung für die Einlaßregelventile 24 und 25 umfaßt eine
Schaltstange 28 sowie einen Unterdruck-Membranstellantrieb
30, wobei die Schaltstange mit Schäften der Einlaßregel
ventile 24, 25 verbunden ist. Der Unterdruck-Membranstell
antrieb 30 weist in seinem Gehäuse eine Membran 32 auf,
wodurch auf der einen Seite der Membran 32 eine Luftkammer
34, auf der anderen Seite eine Unterdruckkammer 36 gebil
det werden. Die Schaltstange 28 ist an der Membran 32 be
festigt, so daß die Einlaßregelventile 24 und 25 durch Ein
wirkenlassen des Unterdrucks auf die Unterdruckkammer 36
oder durch Aufheben des Unterdrucks in dieser Kammer 36 ge
steuert werden können.
Der Unterdruck wird von einem Vakuumbehälter 38 über ein
Dreiwege-Magnetventil 40 in der Kammer 36 zur Wirkung ge
bracht. Der Vakuumbehälter 38 ist mit dem Saugrohr 11 über
ein Rückschlagventil 42 verbunden. Das Magnetventil 40 wird
unter Steuerung von einem Steuergerät 44 betätigt, um in
ausgewählter Weise die Unterdruckkammer 36 mit dem Vakuum
behälter 38 oder mit der Atmosphäre zu verbinden. Das Steu
ergerät 44 kann von einem üblichen digitalen Mikrocomputer
mit beispielsweise einer Zentraleinheit, einem Speicher mit
freiem Zugriff und einem Festspeicher gebildet sein und
empfängt mehrere Eingänge von Gebern, z. B. einen Eingang
"a" von einem Luftströmungsmesser, einen Eingang
"b" von einem Motordrehzahlfühler, einen Eingang "c"
von einem Drosselklappenfühler, einen Eingang von einem
Kurbelwinkelfühler usw., und gibt ein Steuersignal an das
Magnetventil 40 ab. Ferner führt das Steuergerät 44 dem
Kraftstoff-Einspritzventil 46, das im dritten Saugkanal 18
zwischen dem dritten Einlaßventil 22 und dem zweiten Ein
laßregelventil 25 angeordnet ist, ein Steuersignal zu.
Jedes Einlaßventil 20, 21, 22 wird jeweils von einem Noc
ken 49 an der Nockenwelle betätigt, wobei der Ventilbetä
tigungszeitpunkt und der Ventilhub jeweils in Übereinstim
mung mit dem Profil des Nockens festgesetzt werden. Die
Fig. 3 zeigt ein bevorzugtes Beispiel für den Hub eines
jeden Einlaßventils 20, 21 und 22 mit Bezug zum Kurbelwin
kel. Die Kurve X in Fig. 3 gibt die Hubkennkurve der Ein
laßventile 20 und 21 an, die, wie zu erkennen ist, an einem
Punkt P im Auspufftakt des Motors geringfügig vor dem obe
ren Totpunkt (OT) zum Öffnen und an einem Punkt Q im Kom
pressionstakt geringfügig nach dem unteren Totpunkt (UT)
zum Schließen gebracht werden. Wie die Kurve Y zeigt, wird
das dritte Einlaßventil 22 am Punkt R im Saugtakt nahe der
Mitte zwischen dem oberen und unteren Totpunkt zum Öffnen
sowie am Punkt S im Kompressionstakt zeitlich nach dem
Punkt Q, an dem das erste und zweite Einlaßventil 20, 21
geschlossen werden sollen, zum Schließen gebracht. Daraus
wird klar, daß der Öffnungszeitpunkt R des dritten Einlaß
ventils 22 im Saugtakt später als der Öffnungszeitpunkt P
der beiden anderen Einlaßventile 20 sowie 21 festgesetzt
wird, während der Schließzeitpunkt S des dritten Einlaß
ventils 22 im Verdichtungstakt später als der Schließzeit
punkt Q der beiden anderen Einlaßventile 20 sowie 21 fest
gesetzt wird. Es ist nicht immer notwendig, das erste und
zweite Einlaßventil 20 und 21 gleichzeitig zu betätigen.
Wie schon gesagt wurde, können die Einlaßregelventile 24
und 25 in Abhängigkeit von der Stellung einer Drosselklap
pe, vom Unterdruckpegel des Motorsaugrohres, von der Motor
drehzahl oder anderen Motorbetriebsparametern für besondere
Motorkonstruktionen betätigt werden, so daß die Einlaßre
gelventile geschlossen werden, wenn sowohl die Motordreh
zahl wie die -last unter jeweils vorbestimmten Werten lie
gen, und geöffnet werden, wenn entweder die Motordrehzahl
oder die Motorlast über dem jeweils vorbestimmten Wert ist.
Ferner wird das Kraftstoff-Einspritzventil 46 vorzugsweise
unabhängig für jeden Zylinder derart betätigt, daß wenig
stens dann, wenn die Einlaßregelventile 24 und 25 geschlos
sen sind, jedes Einspritzventil 46 betätigt wird, wie die
Linie Z in Fig. 3 zeigt, um an einem dem oberen Totpunkt
des Saugtaktes nahegelegenen Punkt zu öffnen, so daß das
Öffnen des dritten Einlaßventils 22 kurz nach dem Beginn
des Tätigwerdens des Einspritzventils 46 folgt und der ein
gespritzte Kraftstoff völlig in den Brennraum 8 gefördert
werden kann, während das dritte Einlaßventil 22 noch offen
ist.
Zu diesem Zweck ist es vorzuziehen, den Beginn des Tätig
werdens des Kraftstoff-Einspritzventils 46 innerhalb eines
Bereichs von mehreren Dutzend Kurbelwinkelgraden nach dem
oberen Totpunkt im Ansprechen auf die Motordrehzahl oder
-last veränderbar zu machen. Dieser Zeitpunkt steht in en
ger Beziehung zum Betätigungszeitpunkt des dritten Einlaß
ventils 22. Es ist auch möglich, alle Kraftstoff-Einspritz
ventile 46 gleichzeitig zu betätigen, wenn die Einlaßre
gelventile 24 und 25 offen sind.
Während die Einlaßregelventile 24, 25 geschlossen sind,
wird Luft in den Brennraum 8 durch den ersten Saugkanal
16 nur eingeführt, wenn sich das erste Einlaßventil 20
Öffnet, jedoch strömt keine Luft trotz der Offenstellung
des zweiten Einlaßventils 21 durch den zweiten Saugkanal
17, weil das erste Einlaßregelventil 24 geschlossen ist.
Durch den ersten Saugkanal 16 eingeführte Luft erzeugt ei
nen Wirbel im Brennraum 8, wie durch den Pfeil A (Fig. 1
und 2) angegeben ist. Während des Einführens von Luft wird
vom Einspritzventil 46 im dritten Saugkanal 18 zwischen dem
dritten Einlaßventil 22 und dem zweiten Einlaßregelventil
25, wenn diese Ventile 22, 25 geschlossen sind, Kraftstoff
eingespritzt, der hier eine kurze Zeitspanne verweilt, um
verdampft zu werden. Anschließend wird das dritte Einlaß
ventil 22 geöffnet.
Da das dritte Einlaßventil 22 an einem Punkt S im Verdich
tungstakt des vorherigen Zyklus geschlossen war, wie sich
aus Fig. 3 ergibt, ist im Saugkanal 18 zwischen dem dritten
Einlaßventil 22 und dem zweiten Einlaßregelventil 25 ein
erheblicher Druck gehalten worden. Somit kann das Luft-
Kraftstoff-Gemisch mit Macht in den Brennraum 8 einströmen,
wenn das dritte Einlaßventil 22 geöffnet wird, und zwar
trotz der Schließlage des zweiten Einlaßregelventils 25.
Dieses Gemisch wird von der wirbelnden Luft mitgeführt, um
sich im Brennraum 8 auszubreiten.
Es ist also festzuhalten, daß nur Luft zuerst eingeführt
wird, wenn das erste Einlaßventil 20 geöffnet wird, womit
im Brennraum 8 der Wirbel hervorgerufen wird. Mit der Ab
wärtsbewegung des Kolbens 6 (Fig. 2) wird dann das dritte
Einlaßventil 22 geöffnet, um in den Brennraum 8 das fette
Gemisch einzuführen, das von der wirbelnden Luft mitgeführt
wird und sich zum Kolben 6 hin fortbewegt, jedoch wird nahe
dem Kolben 6 Luft eingeführt. Somit ist das Gemisch in der
Nähe des Zylinderkopfes 4 relativ fett. Dann beginnt der
Kolben 6 mit seiner Aufwärtsbewegung, wonach das erste Ein
laßventil 20 geschlossen wird. In diesem Augenblick ist ge
mäß dem Kurvenbild von Fig. 3 das dritte Einlaßventil 22
noch offen, womit das fette Gemisch vom dritten Saugkanal
18 noch weiter einströmen kann. Dieses fette Gemisch ver
bleibt nahe dem Zylinderkopf 4, wo sich die Zündkerze 10
befindet. Dann wird das dritte Einlaßventil 22 geschlossen.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung deutlich wird, wird
eine gute Schichtung des brennbaren Gemischs erreicht, wo
bei dieses nahe dem Zylinderkopf 4 fett und nahe dem Kol
ben 6 mager ist. Diese Schichtung kann durch den Wirbel
auch dann aufrechterhalten werden, wenn der Kolben 6 in
seiner Aufwärtsbewegung fortfährt. Es ist deshalb möglich,
eine gute Verbrennung durch ein insgesamt relativ mageres
Gemisch zu erhalten, wobei die Zündkerze 10 den oberen,
fetten Anteil des geschichteten Gemischs leicht zünden
kann und sich von da die Flamme ausbreitet. Damit werden
eine Kraftstoffersparnis und eine Verminderung in der Um
weltverschmutzung durch Abgase wie auch eine erhöhte Rate
in der Abgasrückführung ermöglicht. Es ist zu bemerken, daß
der Schließzeitpunkt S des dritten Einlaßventils 22 im Ver
dichtungstakt so festgesetzt wird, daß ein erheblicher
Druck im dritten Saugkanal 18 gehalten werden kann, nachdem
das dritte Einlaßventil 22 geschlossen ist, so daß dieser
Druck dazu beiträgt, das Gemisch bei Öffnen des dritten
Einlaßventils 22 mit Macht aus dem dritten Saugkanal 18
auszustoßen.
In diesem Zusammenhang muß darauf geachtet werden, daß der
Schließzeitpunkt des dritten Einlaßventils 22 nicht zu spät
liegt, denn wenn das im Verdichtungshub der Fall ist, so
wird der im dritten Saugkanal 18 gehaltene Druck zu hoch,
womit der Wirbel dann zerstört wird, was eine geringere
Schichtung zum Ergebnis hat.
Während die Einlaßregelventile 24 und 25 offen sind, kann
durch alle drei Saugkanäle 16, 17, 18 Luft in den Brennraum
8 eingeführt werden, und einen höheren Füllungsgrad herbei
zuführen, so daß eine höhere Leistung bei hoher Last und
hoher Geschwindigkeit mit vermehrtem Kraftstoff erhalten
wird. Der Öffnungszeitpunkt des dritten Einlaßventils 22
liegt auch später als derjenige der anderen Einlaßventile
20 und 21, jedoch kann der zweite Saugkanal 17 einen Quer
schnitt haben, der groß genug ist, um eine große Luftmenge
hind rchzuführen, so daß eine hohe Leistung erhalten wird.
Es ist klar, daß eine Schichtung des Gemischs in einem ge
wissen Ausmaß unter diesen Umständen erreicht werden kann.
Die in Fig. 4 gezeigte weitere Ausführungsform gemäß der
Erfindung ist grundsätzlich derjenigen von Fig. 1 gleichar
tig, weshalb gleiche Bauelemente mit den gleichen Bezugs
zahlen bezeichnet sind. Während bei der Ausführungsform von
Fig. 1 zwei Auslaßventile 50 in Gegenüberlage zu den Ein
laßventilen 20, 21 bzw. 22 angeordnet waren, ist bei der
Ausführungsform von Fig. 4 nur ein solches Auslaß-ventil 50
für jedes der Einlaßventile 20, 21 und 22 vorhanden. Darü
ber hinaus liegt das dritte Einlaßventil 22 an der Stelle,
an der bei der vorherigen Ausführungsform das zweite (nun
nicht mehr vorhandene) Auslaßventil angeordnet war. Der
dritte Saugkanal 18 ist demzufolge mit dem Einspritzventil
46 ausgestattet, und in diesem Kanal 18 ist das zweite Ein
laßregelventil 25 angeordnet. Der dritte Saugkanal 18 eines
jeden Zylinders ist jeweils an einen gemeinsamen Kanal 54
angeschlossen, der seinerseits wieder mit dem Saugrohr
stromab von einer Drosselklappe 56 verbunden ist.
Erfindungsgemäß weist somit eine Brennkraftmaschine drei
Saugkanäle und drei Einlaßventile für jeden Zylinder auf.
Der erste Einlaßkanal ist schraubenförmig ausgestaltet. Die
beiden verbleibenden Saugkanäle sind mit Einlaßregelventi
len versehen, die öffnen, wenn die Motordrehzahl und -last
groß sind, und schließen, wenn die Motordrehzahl und -last
niedrig sind. Somit wird abwechselnd Luft nur vom ersten
Saugkanal oder von allen Saugkanälen eingeführt. Kraftstoff
wird in den dritten Saugkanal zwischen dem zugeordneten
Einlaßventil und Einlaßregelventil eingespritzt.
Wie im einzelnen erläutert wurde, ist es durch die Erfin
dung möglich, eine gute Schichtung des Gemischs herbeizu
führen, wobei das Gemisch nahe dem Kolben relativ mager
und nahe der Zündkerze im wesentlichen fett ist. Damit wird
eine gute Verbrennung durch ein insgesamt mageres Luft-
Kraftstoff-Gemisch erreicht, wodurch Brennstoffeinsparun
gen und eine geringere Luftverschmutzung erzielt werden,
wie es auch möglich ist, eine höhere Leistung bei einer ho
hen Last und hohen Drehzahl des Motors zu erhalten.
Claims (5)
1. Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder (2),
in den zwei unabhängige einlaßventilgesteuerte Saugkanäle
(16, 18) münden, von denen der eine Saugkanal (16)
schraubenförmig ist und der andere Saugkanal (18) ein
kraftstoffeinspritzventil (46) und in Strömungsrichtung vor
diesem Ventil ein Lufteinlaßregelventil (25) enthält, wobei
sich das Einlaßventil (22) des anderen Saugkanals (18)
später als das Einlaßventil (20) des einen Saugkanals (16)
öffnet, gekennzeichnet durch
einen unabhängigen einlaßventilgesteuerten weiteren
Saugkanal (17), der ein Lufteinlaßregelventil (24) hat.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Öffnungszeitpunkt (R) des
Einlaßventils (22) des anderen Saugkanals (18) so festgelegt
ist daß es später öffnet als die beiden anderen
Einlaßventile (20, 21).
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Einlaßventil (22) des anderen
der beiden anderen Einlaßventile (20, 21).
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schließzeitpunkt (S) des
Einlaßventils (22) des anderen Saugkanals (18) so
festgesetzt ist, daß es später schließt als die beiden
anderen Einlaßventile (20, 21).
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn der Tätigkeit des
Kraftstoffeinspritzventils (46) im Ansprechen auf die
Motordrehzahl und Motorbelastung mit Bezug auf den
Kurbelwinkel veränderbar ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1984103124U JPS6119632U (ja) | 1984-07-10 | 1984-07-10 | 複吸気弁エンジン |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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