DE3520705C2

DE3520705C2 -

Info

Publication number: DE3520705C2
Application number: DE3520705A
Authority: DE
Inventors: Masanori Higashi-Hiroshima Hiroshima Jp Sahara; Takumi Nishida; Osamu Sado; Masaaki Hiroshima Jp Kashimoto
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1984-06-10
Filing date: 1985-06-10
Publication date: 1988-07-07
Also published as: DE3520705A1; JPH0352983Y2; JPS611634U; US4624228A

Description

Die Erfindung betrifft ein Einlaßsystem für Dieselmotoren mit einer Einlaßleitung und mit einer Taktventil-Einrichtung in der Einlaßleitung, die synchron mit der Motorrotation betrieben wird, um die Einlaßleitung für eine vorbestimmte Zeit in einer Anfangsperiode des Einlaßhubes zu schließen.

Ein derartiges System ist aus der DE-OS 30 17 471 bekannt. Zur Verbesserung der Start- und Warmlaufphase erfolgt dort neben einer Verzögerung des Einlasses von Verbrennungsluft während des Ansaughubes eine Öffnung des Auslaßventils zum Ende des Ansaughubes, so daß eine gewisse Menge von Auspuffgasen in den Zylinder zurückgesaugt wird. Die Taktventil-Einrichtung ist bei dem bekannten System in Form eines Rotationsventils ausgebildet, das ständig in der Einlaßleitung angeordnet ist und auch im Betriebszustand der Belastung des Motors einen gewissen Strömungswiderstand ergibt.

Aus der DE-OS 27 52 877 ist ein Verfahren für die Rückführung von Auspuffgasen bekannt, wobei über ein Ventil gesteuert aus der Auslaßleitung ein Teil der Auspuffgase in die Einlaßleitung zurückgeführt werden. Irgendwelche Vorrichtungen zur Beeinflussung der Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft in der Start- und Warmlaufphase sind aus diesem Verfahren nicht bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes System zur Verbesserung des Motorbetriebes in der Start- und Warmlaufphase vorzuschlagen, wobei die ungünstigen Einflüsse des Systems im Betriebszustand der Belastung des Motors vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Taktventil-Einrichtung in Abhängigkeit von der Motortemperatur verschiebbar ist zwischen einer Betriebsstellung in der Einlaßleitung und einer aus der Einlaßleitung zurückgezogenen Stellung, daß die Taktventil-Einrichtung in Abhängigkeit vom Saugdruck stromab der Taktventil-Einrichtung gesteuert wird, und daß eine Abgasrückführleitung und/oder eine Kurbelgehäuse-Entlüftungsleitung stromauf der Taktventil-Einrichtung in die Einlaßleitung mündet.

Bei dem erfindungsgemäßen System ist je nach Motortemperatur die Taktventil-Einrichtung in der Einlaßleitung angeordnet oder völlig aus der Einlaßleitung zurückgezogen, so daß sie im Betriebszustand der Belastung des Motors keinerlei Widerstand darstellt. Die Taktventil-Einrichtung wird mit einfachen Mitteln vom Saugdruck in den Zylinder des Motors, in welchen die Einlaßleitung mündet, gesteuert. Die Abgasrückführleitung und/oder eine Kurbelgehäuse-Entlüftungsleitung mündet stromauf der Taktventil-Einrichtung in die Einlaßleitung, so daß zu den Zeiten des Motorbetriebs, zu welchen eine Rückführung von Abgas- oder Entlüftungsgas nicht erwünscht ist, diese auch nicht erfolgt. Insgesamt wird mit einfachen Mitteln ein in allen Betriebszuständen des Motors leistungsfähiges Einlaßsystem geschaffen.

Weiterbildende Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht auf einen nach dem Dieselverfahren arbeitenden Motor mit einer Ausführungsform eines Einlaßsystems,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Taktventileinrichtung,

Fig. 3 eine Vorderansicht des Rückziehmechanismus der Taktventileinrichtung,

Fig. 4 einen Schnitt mit einer Einzelheit der Taktventil einrichtung,

Fig. 5 einen Schnitt, aus welchem die Taktventileinrichtung in der geöffneten Stellung zu sehen ist,

Fig. 6 ein Diagramm, aus dem der Motorbetriebsbereich ersichtlich ist, bei welchem die Taktventil einrichtung in der Einlaßleitung angeordnet ist, und

Fig. 7 einem Flußdiagramm, aus welchem der Betrieb des Rückziehmechanismus für die Taktventileinrichtung hervorgeht.

In Fig. 1 ist ein Viertaktdieselmotor gezeigt, der einen Zylinderblock 1 aufweist, in welchem vier Zylinderbohrungen C ₁, C ₂, C ₃ und C ₄ ausgebildet sind. Wie aus Fig. 2 zu er sehen ist, ist ein Zylinderkopf 1 a an der Oberseite des Zylinderblockes 1 angeordnet und ein Kolben 35 ist zur Durchführung einer Hin- und Herbewegung in jeder Zylinder bohrung angeordnet. Dadurch wird eine Verbrennungskammer 1 b in jeder Zylinderbohrung abgegrenzt. Der Zylinderkopf 1 a ist mit Einlaßkanälen 2 und Auslaßkanälen 3 ausgebildet, welche jeweils zu einer Verbrennungskammer 1 b geöffnet sind. Jeder der Einlaßkanäle 2 ist mit einem Einlaßventil 4 und jeder der Auslaßkanäle 3 mit einem Auslaßventil 5 versehen. Der Kolben 35 ist an seiner Oberseite mit einer Ausnehmung 36 ausgebildet und ein Kraftstoffein spritzelement 37 ist an dem Zylinderkopf 1 a angeordnet, so daß Kraftstoff gegen die Ausnehmung 36 in dem Kolben 35 gespritzt wird. Der Motor weist einen Ventilbetätigungs mechanismus zur Betätigung der Einlaß- und Auslaßventile 4 und 5 zu geeigneten Zeitpunkten auf (nicht in der Zeich nung dargestellt).

Die Auslaßkanäle 3 sind mit einem Auspuffkrümmer 25 ver bunden. Ebenfalls vorgesehen ist eine Einlaßleitung 6, welche Zweigeinlaßleitungen 6 a und eine Haupteinlaßleitung 6 b aufweist, die mit den Zweigeinlaßleitungen 6 a in Verbindung steht. Die Zweigeinlaßleitungen 6 a sind jeweils mit den Einlaßkanälen 2 für die Zylinderbohrungen C ₁, C ₂, C ₃ und C ₄ verbunden. Die Haupteinlaßleitung 6 b ist an ihrem oberstromigen Ende mit einem Luftfilter 27 versehen.

An der Verbindungsstelle zwischen jedem Einlaßkanal 2 und der Zweigeinlaßleitung 6 a ist eine Taktventileinrichtung A angeordnet, welche in der gezeigten Ausführungsform von dem Typ ist, der auf Saugdruck anspricht. Wie im einzelnen in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, werden die Taktventileinrichtungen A von einem Ventilträgerblock 7 gehalten, welcher zwischen dem Zylinderblock 1 und der Einlaßleitung 6 angeordnet ist. Der Ventilträgerblock 7 ist mit Verbindungsleitungen 7 a ausgebildet, welche die jeweilige Zweigleitung 6 a mit dem entsprechenden Einlaßkanal 2 verbinden.

Zu Fig. 4 ist anzumerken, daß die Taktventileinrichtung A eine Ventil platte 8, in welcher eine Ventilöffnung 16 ausge bildet ist, und ein kappenförmiges Gehäuse 9 aufweist, das an der Ventilplatte 8 befestigt ist, um die Ventilöffnung 16 abzu decken. Die Ventilplatte 8 ist längs einer Kante über eine drehbare Welle 10 an dem Ventilträgerblock 7 befestigt. Der Ventilträgerblock 7 ist in jeder Verbindungsleitung 7 a mit einem Ventilsitz 7 b ausgebildet, welcher drei Seiten kanten der Ventilplatte 8 aufnehmen kann. Der Ventilträger block 7 ist in der Wand jeder Verbindungsleitung 7 a an grenzend an die Kante der Ventilplatte, die von der Welle 10 getragen wird, mit einer Ausnehmung 7 c ausgebildet, welche ausreicht, um die Taktventileinrichtung A aufzunehmen. Es ist ersicht lich, daß die Taktventileinrichtung A zwischen einer Betriebsstellung, in welcher es mit drei Seitenkanten der Ventilplatte 8 auf dem Ventilsitz 7 b aufsitzt, und einer zurückgezogenen Stellung bewegt werden kann, in welcher die Taktventileinrichtung A aus der Leitung 7 a in die Ausnehmung 7 c zurückgezogen ist, so daß die Zweigeinlaßleitung 6 a zu dem Einlaßkanal 2 weit geöffnet ist. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Ventil platten 8 gemeinsam an der Welle 10 befestigt sind, und daß die Welle 10 seitlich aus dem Ventilträgerblock 7 hervorsteht. Das hervorstehende Ende der Welle 10 ist mit einem Gelenk 12 verbunden, welches wiederum verbunden ist mit einem Vakuumstellglied 13. Deshalb ist es bei Betätigung des Stellgliedes 13 möglich, die Taktventileinrichtung A zwischen der Betriebsstellung und der zurückgezogenen Stellung zu bewegen.

Aus Fig. 4 ist zu ersehen, daß das Gehäuse 9 der Taktventileinrichtung A eine Trennwand 14 aufweist, die eine Ventilkammer 15 auf der Seite angrenzend an die Ventilplatte 8 abgrenzt. Das Gehäuse 9 ist mit einer Öffnung 17 ausgebildet, die in die Ventilkammer 15 geöffnet ist. An der Seite der Trennwand 14 gegenüber der Ventilkammer 15 ist eine Membran 19 vor gesehen, welche eine Saugdruckkammer 21 an der Seite ent fernt von der Ventilkammer 15 bestimmt. Ein Ventilelement 18 ist in der Ventilkammer 15 angeordnet, um die Öffnung 16 in der Ventilplatte 8 zu schließen. Das Ventilelement 18 weist einen Ventilstößel 18 a auf, welcher sich durch die Trennwand 14 erstreckt und mit seinem Ende mit der Membran 19 verbunden ist. Die Membran 19 ist über eine Feder 20 gegen die Ventilplatte 8 vorgespannt, so daß das Ventil element 18 in eine Stellung gezwungen ist, in welcher es die Öffnung 16 in der Ventilplatte 8 verschließt. In dem Ventilstößel 18 a ist eine Saugdruckleitung 22 ausgebildet, so daß der Druck in dem Einlaßkanal 2 in die Saugdruck kammer 21 übertragen wird. Es ist ersichtlich, daß, wenn der Druck in dem Einlaßkanal 2 unter einen vorbestimmten Wert absinkt, oder, wenn der Saugdruck in dem Einlaßkanal 2 größer wird als ein vorbestimmter Wert, der in die Saugdruckkammer 21 übertragene Saugdruck eine Durchbiegung der Membran 19 nach links (gesehen in der Ebene der Fig. 4) gegen die Kraft der Feder 20 verur sacht, um dadurch das Ventilelement 18 von der Ventilplatte 8 wegzubewegen, wodurch die Öffnung 16 frei wird, wie in Fig. 5 gezeigt ist.

Aus Fig. 1 ist zu ersehen, daß der Motor mit einer Kurbelgehäuse-Entlüftungsleitung 23 versehen ist, die mit einem Ende wie bei herkömmlichen Motoren mit einem Ende mit dem oberen Raum in dem Zylinderkopf 1 a verbunden ist, in welchem der Ventil betätigungsmechanismus angeordnet ist. Die Kurbelgehäuse-Entlüftungsleitung 23 für unverbrauchtes Gemisch weist Gasauslässe 23 a auf, welche jeweils in eine der Zweigeinlaßleitungen 6 a oberstromig der Taktventileinrichtungen A münden.

Außerdem ist eine Abgasrückführleitung 24 an geordnet, welche mit einem Ende mit dem Auslaßkrümmer 25 verbunden ist und deren anderes Ende in die Haupteinlaß leitung 6 b mündet. In der Leitung 24 ist ein Ventil 26 angeordnet, welches eine Vakuum kammer 26 a aufweist. Das Ventil 26 ist von dem Typ, daß, wenn ein Saugdruck in die Vakuumkammer 26 a eingeleitet wird, das Ventil 26 öffnet, so daß das Abgas durch die Leitung 24 strömen kann. In der Haupteinlaßleitung 6 b ist ein Drosselventil 29 angeordnet für den Zweck, die Menge des Abgases, welches durch die Leitung 24 zu der Haupteinlaßleitung 6 b zirkuliert, zu steuern. Das Drosselventil 29 ist stromaufwärts des Punktes angeordnet, an welchem die Leitung 24 in die Haupteinlaßleitung 6 b mündet und es ist mit einem Vakuumstellglied 30 verbunden, welches eine Vakuumkammer 30 a aufweist. Die Öffnung des Drossel ventils 29 wird damit durch den Saugdruck in der Vakuum kammer 30 a bestimmt.

Die Vakuumkammer 30 a in dem Stellglied 30 ist über ein Magnet ventil 32 mit einer Vakuumpumpe P verbunden. Das Magnetven til 32 ist vom Leistungsfaktortyp, so daß der Druck in der Kammer 30 a durch das Signal bestimmt werden kann, welches an das Magnetventil 32 angelegt wird. Das Drosselventil 29 wirkt, um einen geeigneten Saugdruck in der Haupteinlaßleitung 6 b herzustellen, um eine gewünschte Menge des Abgases in das Einlaßsystem zu ziehen, wenn das Ventil 26 geöffnet ist.

Die Vakuumkammer 26 a des Ventils 26 ist durch ein Magnet ventil 31 mit der Vakuumpumpe P verbunden, so daß das Ventil 26 geöffnet wird, wenn das Magnetventil 31 zum Öffnen er regt wird. Das Stellglied 13 zur Bewegung der Taktventil- Einrichtungen zwischen den Betriebs- und den zurückgezogenen -stellungen ist vom vakuumbetätigten Typ und weist eine Vakuumkammer 13 a auf, welche durch ein Magnetventil 33 mit der Vakuumpumpe P verbunden ist. Wenn das Magnetventil 33 erregt ist, ist die Vakuumkammer 13 a zu der Vakuumpumpe P geöffnet, so daß das Stellglied 13 die Taktventil-Einrichtungen A in ihre Betriebsstellung treibt.

Aus Fig. 1 ist zu ersehen, daß eine Steuereinheit 34 vor gesehen ist, welche ein Motorgeschwindigkeitssignal S ₁, ein Motorbelastungssignal S ₂ und ein Signal S ₃ von der Kühl wassertemperatur des Motors aufnimmt. Die Steuereinheit 34 beurteilt den Motorbetriebszustand aufgrund der Eingangs signale S ₁, S ₂ und S ₃ und erzeugt Ausgangssignale zur Er regung der Magnetventile 31, 32 und 33. Wenn erkannt wird, daß eine Abgasrückführung erforderlich ist, legt die Steuereinheit 34 einen Ausgang an das Magnetventil 31, um dadurch das Ventil 26 zu öffnen. Zur gleichen Zeit wird ein Ausgang an das Magnetventil 32 mit einem Leistungs faktor gelegt, welcher in Abhängigkeit von dem Motorbetriebs zustand bestimmt ist. Dadurch wird die Stellung des Drossel ventils 29 abhängig oder in Übereinstimmung mit dem Motor betriebszustand bestimmt.

Das Stellglied 13 wird in Abhängigkeit oder in Überein stimmung mit den Eingangssignalen S ₁, S ₂ und S ₃ betätigt. Wie aus dem Flußdiagramm in Fig. 7 zu ersehen ist, wird das Signal S ₃ der Kühlwassertemperatur des Motors zuerst im Schritt 50 gelesen und eine Beurteilung wird in Schritt 51 vorgenommen, ob die Kühlwassertemperatur des Motors unterhalb -5° ist. Wenn die Kühlwassertemperatur des Motors unter -5°C liegt, wird das Stellglied 13 im Schritt 52 bestätigt, um die Taktventileinrichtung A in die Betriebsstellung zu verschwenken. Danach werden das Motorgeschwindigkeitssignal S ₁ bzw. das Motorbelastungssignal S ₂ in den Stufen 53 und 54 abgelesen und eine Beurteilung wird in Stufe 55 gemacht, ob der Motorbetriebszustand in einem Taktventilbetätigungs bereich ist. Der Taktventilbetätigungsbereich kann definiert werden als der Bereich, in welchem die Motorgeschwindigkeit und die Motorbelastung unterhalb vorbestimmter Werte liegen. Ein Beispiel eines derartigen Bereichs ist in Fig. 6 durch die schraffierte Fläche dargestellt. Wenn die Beurteilung erfolgt, daß der Motorbetriebszustand nicht in dem Takt ventilbetätigungsbereich liegt, wird das Stellglied 13 in Schritt 56 aberregt, um die Taktventil-Einrichtungen A in die zurückgezogene Stellung zu ver schwenken.

Wenn die Beurteilung erfolgt, daß der Motorbetriebszustand in dem Taktventilbetätigungsbereich liegt, werden die Takt ventil-Einrichtungen A in den Betriebsstellungen gehalten und die oder die Schritte 53, 54 und 55 werden wiederholt. Wenn die Taktventil-Einrichtung A in der Betriebsstellung ist, sitzt die Ventil platte 8 auf ihrem Sitz 7 b auf, um die Leitung 7 a zu ver schließen. Während des Starts des Motors wird die Taktventil-Einrichtung A in der Betriebsstellung angeordnet, sobald die Vakuum pumpe P erregt wird. Wenn der Motor angeworfen ist, wird ein Saugdruck in dem Zylinder erzeugt, wenn der Kolben 35 sich nach unten bewegt, und wenn der Saugdruck den vorer wähnten vorbestimmten Wert überschreitet, wird die Membran 19 durchgebogen, um das Ventilelement 18 von der Ventilplatte 8 wegzubewegen und dadurch die Öffnung 16 freizugeben.

Dadurch wird Einlaßluft aus der Einlaßleitung 6 a in den Einlaßkanal 2 eingesaugt, wodurch ein Strom mit hoher Geschwindigkeit erzeugt wird, welcher in die Verbrennungs kammer 1 b geleitet wird. Die auf diese Weise in die Ver brennungskammer 1 b eingeleitete Einlaßluft wird dabei unter der Trägheit des Stromes mit hoher Geschwindigkeit kom primiert. Daraus erfolgt eine Erhöhung der Temperatur der Ansaugluft in der Verbrennungskammer 1 b, wodurch eine starke Verbrennung des Kraftstoffes gewährleistet wird. Der gleiche Betrieb wird nach dem Motorstart aufrechter halten, solange der Motorbetriebszustand in dem vorstehend erwähnten Taktventilbetätigungsbereich liegt.

Es ist zu bemerken, daß die Kurbelgehäuse-Entlüftungsleitung 23 und die Abgasruckführleitung 24 in die Einlaßleitung 6 stromauf der Taktventil-Einrichtungen A münden, so daß es möglich ist, zu verhindern, daß Entlüftungsgas und Abgas durch den Saugdruck in die Verbrennungskammern 1 b einge saugt werden, auch wenn die Taktventil-Einrichtungen A in ihrer Betriebs stellung sind. Dadurch ist es nicht möglich, daß der Saug druck in der Verbrennungskammer durch Entlüftungsgas und das rückgeführte Abgas verringert wird.

Im Falle eines Mehrzylindermotors, bei welchem sich die Einlaß hube der jeweiligen Zylinder mit jedem Einlaßhub eines anderen Zylinders überlappen, können die Taktventil-Einrichtungen derart ausgebildet sein, daß zwei oder mehrere der Taktventil-Einrichtungen nicht gleichzeitig öffnen, beispiels weise durch geeignete Einstellung der Federkraft der Feder 20. Durch Vermeidung gleichzeitigen Öffnens von zwei oder mehreren Taktventil-Einrichtungen A ist es möglich, daß die Ansaugluft wirksam durch die Trägheit des Ansaugluftstromes hoher Geschwindigkeit komprimiert wird.

Obgleich die Beschreibung anhand von Taktventil-Einrichtungen erfolgt ist, welche durch die Einwirkung von Saugdruck in der Verbrennungskammer 1 b geöffnet werden, sind andere Arten von Taktventil-Einrichtungen für die Erfindung anwendbar. Beispielsweise kann ohne Schwierigkeiten ein Drosselklappenventil verwendet werden. In diesem Fall kann die Steuereinheit 34 dazu ver wendet werden, ein Signal zur gewünschten Betätigung des Ventils zu erzeugen. Alternativ dazu kann ein drehbares Ventil verwendet werden, welches synchron zur Motordrehung angetrieben wird.

Claims

1. Einlaßsystem für Dieselmotoren, mit einer Einlaßleitung, und mit einer Taktventileinrichtung in der Einlaßleitung, die synchron mit der Motorrotation betrieben wird, um die Einlaßleitung für eine vorbestimmte Zeit in einer Anfangsperiode des Einlaßhubes zu schließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktventileinrichtung (A) in Abhängigkeit von der Motortemperatur verschiebbar ist zwischen einer Betriebsstellung in der Einlaßleitung (6) und einer aus der Einlaßleitung (6) zurückgezogenen Stellung, daß die Taktventileinrichtung (A) in Abhängigkeit vom Saugdruck stromab der Taktventileinrichtung (A) gesteuert wird, und daß eine Abgasrückführleitung (24) und/oder eine Kurbelgehäuse-Entlüftungsleitung (23) stromauf der Taktventileinrichtung (A) in die Einlaßleitung (6) mündet.

2. Einlaßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Taktventileinrichtung (A) mit einer Ventilplatte (8) an einem Ventilträgerblock (7) angelenkt ist, der in der Einlaßleitung (6) angeordnet ist, und daß in dem Ventilträgerblock (7) eine Ausnehmung (7 c) zur Aufnahme der Taktventileinrichtung (A) in der Nichtbetriebsstellung ausgebildet ist.

3. Einlaßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß an der Ventilplatte (8) ein Gehäuse (9) befestigt ist, daß in dem Gehäuse (9) eine Trennwand (14) zur Unterteilung in eine ventilplattenseitige Ventilkammer (15) und eine gegenüberliegende Saugdruckkammer (21) angeordnet ist, daß in der Saugdruckkammer (21) eine über eine Feder (20) zur Ventilplatte (8) vorgespannte Membran (19) angeordnet ist, daß mit der Membran (19) ein die Trennwand (14) durchsetzender, mit einer Leitung (22) ausgebildeter Ventilstößel (18 a) verbunden ist, daß die Wandung der Ventilkammer (15) und die Ventilplatte (8) mit Öffnungen (17, 16) versehen sind, und daß der Ventilstößel (18 a) ein Ventilelement (18) zum Verschließen der Öffnung (16) in der Ventilplatte (8) aufweist.

4. Einlaßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktventileinrichtung (A) über ein Vakuumstellglied (13) zwischen der Betriebsstellung und der Nichtbetriebsstellung verschwenkbar ist.

5. Einlaßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgasrückführleitung (24) ein über eine Vakuumpumpe (P) betätigbares Ventil (26) angeordnet ist.