DE3519143A1

DE3519143A1 - Hubkolben-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3519143A1
Application number: DE19853519143
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Dr. 3180 Wolfsburg Emmenthal; Joachim Ing.(Grad.) 3300 Braunschweig Neumann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1984-06-07
Filing date: 1985-05-29
Publication date: 1985-12-12

Description

Hubkolben-Brennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei bekannten Brennkraftmaschinen dieser Bauart, bei denen je Zylinder zwei Einlaßventile vorgesehen sind, werden die beiden Ventile eines Zylinders im allgemeinen durch eine gemeinsame Ansaugleitung mit Luft bzw. mit einem Luft-Kraftstoff-Gemisch versorgt, wobei diese Ansaugleitung sich erst unmittelbar vor den Ventilen auf zwei jeweils an den Ventilen mündenden Zweigleitungen aufteilt. Der Nachteil einer derartigen, insbesondere für leistungsstarke Brennkraftmaschinen bevorzugten Anordnung besteht darin, daß im niedrigen Teillastbereich der Brennkraftmaschine, wenn der Luft- bzw. Gemischdurchsatz durch die Ansauganlage stark reduziert ist, auch die Strömungsgeschwindigkeit in der gemeinsamen Ansaugleitung stark gemindert ist.
Nun ist es bereits bekannt, das Drehmoment einer solcher Brennkraftmaschine im unteren Lastbereich durch Stillsetzung eines Einlaßventiles zu erhöhen. Die Stillsetzung einzelner Ventile der Brennkraftmaschine ist jedoch kompliziert und erfordert einen erheblichen Bau- und Steuerungsaufwand. Darüberhinaus können dann, wenn die beiden Ventile eines Zylinders durch ein gemeinsames Ansaugrohr mit Luft bzw. Kraft stof f-luft-Gemis ch versorgt werden, die durch die Strömungsgeschwindigkeit im unteren Teillastbereich bedingten Schwierigkeiten nicht beseitigt werden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Hubkolben-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Bauart vorzuschlagen, die eine einfachere Steuerung der Luft- bzw. Gemischversorgung der Zylinder einer Brennkraftmaschine ermöglicht und dabei einen günstigen Leistungs- und Drehmomentverlauf im Gesamtbetriebsbereich bewirkt.
Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht. Erfindungsgemäß wird jedem der beiden Einlaßventile eines Zylinders ein getrennter Ansaugstrang zugeordnet, der durch eine darin angeordnete Drosselklappe gesteuert wird, wobei die Steuerung dieser Drosselklappen so in Abhängigkeit von der Belastung vorgenommen wird, daß im niedrigeren Lastbereich nur die Drosselklappe des einen Ansaugstranges und erst oberhalb einer vorgegebenen Grenzbelastung zusätzlich auch die Drosselklappe des anderen Ansaugstranges geöffnet wird. Damit wird also die Luft- bzw. Gemischzufuhr zu den Zylindern ohne die Notwendigkeit der Abschaltung einzelner Ventile nur durch die in den beiden Ansaugsträngen angeordneten zwei Drosselklappen vorgenommen, wobei jeder Ansaugstrang über voneinander getrennte Ansaugrohre jeweils mit einem der beiden Einlaßventile aller Zylinder verbunden ist. Auf diese Weise wird auch erreicht, daß bereits im unteren Lastbereich relativ hohe Strömungsgeschwindigkeiten in dem beaufschlagten Ansaugrohr vorhanden sind und damit günstige Ladebedingungen erreicht werden können.
Weitere sweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß den Unteransprüchen. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird. Dabei zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Ansauganlage einer mit zwei Einlaßventilen versehenen Bubkolben-Brennkraftmaschine und Figur 2 einen Horizontalschnitt durch die Ansauganlage, :unteren wobei die Schnittführung in der/Hälfte der Zeichnung in der Ebene der Saugrohre und in der oberen Hälfte der Zeichnung etwas unterhalb der Verbindungsfiansche vorgenommen wurde.
In der Zeichnung ist mit 1 eine beispielsweise als Antriebsmaschine für ein Kraftfahrzeug verwendete Hubkolben-Brennkraftmaschine bezeichnet, die zwei durch Einlaßventile gesteuerte Einlaßkanäle aufweist. In der Zeichnung ist davon lediglich ein erster Einlaßkanal 2 dargestellt, der durch ein erstes Einlaßventil 3 gesteuert wird. Der Einlaßkanal 2 mündet dabei in einen Arbeitsraum 4, der in dem Zylinder 6 durch den darin auf- und abgleitenden Kolben 5 in bekannter Weise gebildet wird.
Mit 7 ist in der Zeichnung ein Saugrohrgehäuse bezeichnet, das die zu allen Zylindern der Brennkraftmaschine 1 führenden, nebeneinanderliegenden Saugrohre 9, 10 umfaßt. Dabei sind mit 9 jeweils die Saugrohre bezeichnet, die zu dem ersten der beiden Einlaßventile jedes Zylinders führen, während die zu dem zweiten Einlaßventil führenden Saugrohre mit 10 angegeben sind. Die Saugrohre 9 und 10 sind dabei jeweils vollständig getrennt voneinander, wobei die zu den ersten Einlaßventilen aller Zylinder führenden Saugrohre 9 in einem gemeinsamen Sammelraum 17 münden, während die zu den zweiten Einlaßventilen aller Zylinder führenden Saugrohre 10 in einem zweiten Sammelraum 18 zusammengefaßt sind.
Im Bereich dieser Sammelräume 17 und 18 weist das Saugrohrgehäuse 7 einen Flansch 19a, mit dem ein Flansch 19b eines zweistrangigen Drosselklappenstutzens 8 so verbunden ist, daß der erste Sammelraum 17 mit einem ersten Ansaugstrang 11 und der zweite Sammelraum 18 mit einem zweiten Ansaugstrang 12 korrespondiert. In diesen Ansaugsträngen 11 und 12 sind Drosselklappen 13 und 14 angeordnet, die in Abhängigkeit von der Belastung der Brennkraftmaschine, beispielsweise durch eine hier nicht weiter gezeigte Gestängeverbindung von einem Pahrpedal des Pahrzeugs, betätigbar sind. Dabei wird die Betätigung dieser Drosselklappen so gesteuert, daß im unteren Leistungsbereich der Brennkraftmaschine zunächst nur die dem ersten Ansaugstrang 11 zugeordnete erste Drosselklappe 13 in Öffnungsrichtung betätigt wird, während die dem zweiten Ansaugstrang 12 zugeordnete zweite Drosselklappe 14 zunächst geschlossen bleibt. Erst von einer vorgegebenen Grenzbelastung der Brennkraftmaschine an, bei der die erste Drosselklappe schon weitgehend geöffnet ist, wird zusätzlich auch die zweite Drosselklappe 14 in Öffnungsrichtung verstellt, bis bei Vollast der Brennkraftmaschine beide irosselklappen voll geöffnet sind. Die dazu erforderlichen Getriebeglieder sind in der Zeichnung nicht weiter dargestellt, sind aber im Prinzip bekannt.
Für den Fall, daß die Kraftstoffzufuhr zu der Brennkraftmaschine mit Hilfe eines Vergasen 20 vorgenommen wird, ist dieser Vergaser als Registervergaser ausgebildet, dessen erste Stufe 21 den Kraftstoff in den ersten Ansaugstrang 11 und dessen zweite Stufe 22 den Kraftstoff in den zweiten Ansaugstrang 12 leitet, wobei der Kraftstoffaustritt aus diesen Stufen im wesentlichen durch die aufgrund der Stellung der Drosselklappen 13 und 14 bedingten Druckverhältnisse in den Ansaugsträngen 11 und 12 bestimmt wird.
Für den Fall, daß anstelle eines Vergasers eine Einspritzeinrich tung vorgesehen ist, kann es zweckmäßig sein, diese Einspritzeinrichtung nur in den ersten Ansaugstrang 11 (Zentraleinspritzung) bzw.
in die mit diesem verbundenen Ansaugrohre 9 (Einzel-Saugrohreinspritzung) einmünden zu lassen. Über den zweiten Ansaugstrang 12 und die damit verbundenen Ansaugrohre 10 würde dann nur noch reine Luft dem Motor zugeführt werden. Abweichend davon könnte aber auch die Kraftstoffzufuhr in beide Ansaugstränge vorgenommen werden, wobei dann allerdings eine Erhöhung der Anzahl der Einspritzdüsen, sei es nun bei einer Zentraleinspritzung oder einer Einzelsaugrohreinspritzung, sowie eine Vergrößerung des Steuerungsaufwandes erforderlich wäre, da natürlich bei abgeschaltetem zweiten Ansaugstrang in diesen auch kein Kraftstoff geleitet werden darf.
In der Figur 1 der Zeichnung ist weiter angedeutet, daß für den Fall, daß Vorrichtungen zur Gemisch- oder Luft-Aufheizung zur Verbesserung der Gemischaufbereitung insbesondere beim Kaltstart und während des Warmlaufs der Brennkraftmaschine vorgesehen werden diese zweckmäßigerweise nur dem ersten Ansaugstrang 11 bzw. den mit diesem verbundenen Ansaugrohren 9 zuzuordnen sind. So ist in der Figur 1 eine elektrische Gemischheizvorrichtung (gel") 15 vorgesehen, die am Boden des Saugrohrgehäuses 7 unmittelbar unterhalb des ersten Sammelraums 17 angebracht ist. Im Bereich dieses ersten Sammelraums 17, von dem aus die zu den ersten Einlaßventilen 3 führenden Ansaugrohre 9 aller Zylinder der Brennkraftmaschine ausgehen, kann auch ein von dem Kühlwasser der Brennkraftmaschine beaufschlagbarer Heizmantel 16 vorgesehen sein, der beispielsweise durch eine doppelwandige Ausführung des Gehäuses 7 gebildet sein kann. Beide Vorrichtungen, das heißt also die elektrische Heizeinrichtung 15 ebenso wie der kühlwasserbeaufschlagte Heizmantel 16 sollen dabei nur das durch den mit dem ersten Ansaugstrang 11 verbundenen Sammelraum 17 strömende Gemisch, insbesondere beim Kaltstart und während des Warmlaufs der Brennkraftmaschine, aufheizen, während der zweite Ansaugstrang 12 und die mit diesem verbundenen Saugrohre 10 ohne eine derartige Aufheizung bleiben sollen. Dadurch bleibt die ohnehin nur im oberen Lastbereich der Brennkraftmaschine über den zweiten Ansaugstrang den Zylindern zugeführte Ladung relativ kalt, so daß in diesen Betriebszuständen günstige Püllungsgrade erreicht werden. Insgesamt läßt sich die Ansauganlage durch die Trennung der den beiden Ventilen zugeordneten Ansaugstränge so abstimmen, daß sowohl im unteren Lastbereich, bei dem nur der erste Ansaugstrang beaufschlagt ist, als auch im oberen Lastbereich, wo zusätzlich noch der zweite Ansaugstrang zur Luft- bzw. Gemischförderung herangezogen wird, bei bestimmten Lastpunkten durch Stoßaufladung optimale Füllungsverhältnisse erreichbar sind. Die Steuerung wird dabei in einfacher Weise durch in dem gemeinsamen Ansaugsträngen aller ersten und zweiten Einlaßventile angeordneten zwei Drosselklappen erreicht.
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Claims

A N S P R t C H E a Hubkolben-Brennkraftmaschine mit jeweils zwei Einlaßventilen je Zylinder und mit einer mit den Einlaßventilen verbundenen Ansauganlage, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansauganlage zwei getrennt voneinander angeordnete und mit jeweils einer Drosselklappe (13, 14) versehene Ansaugstränge (11, 12) auSweist, von denen der eine (11) über Ansaugrohre (9) jeweils mit dem einen Einlaßventil (3) der Zylinder (6) und der andere (12) über getrennte Ansaugrohre (10) jeweils mit dem anderen Einlaßventil der Zylinder der Brennkraftmaschine (1) verbunden ist, und daß die Drosselklappen (13, 14) in Abhängigkeit von der Belastung der Brennkraftmaschine (1) in der Weise betätigbar sind, daß unterhalb einer vorgegebenen Grenzbelastung nur die Drosselklappe (13) des einen Ansaugstranges (11) geöffnet wird, während oberhalb der vorgegebenen Grenzbelastung zusätzlich auch die zuvor geschlossene Drosselklappe (14) des anderen Ansaugstranges (12) geöffnet wird.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kraftstoffzufuhr ein von den Drosselklappen (13, 14) gesteuerter Registervergaser (-20) vorgesehen ist, dessen erste Stufe (21) dem einen Ansaugstrang (11) und dessen zweite Stufe (22) dem anderen Ansaugstrang (12) zugeordnet ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kraftstoffzufuhr eine Einspritzvorrichtung vorgesehen ist, die den Kraftstoff nur dem ersten Ansaugstrang oder den mit diesen verbundenen Ansaugrohren zuführt.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur der erste Ansaugstrang (11) Mittel (15, 16) zur Gemisch- oder Luftaufheizung aufweist.