DE3603418A1 - Hubkolben-brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hubkolben-Brenn­ kraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Brennkraftmaschine dieser Art (DE-OS 35 19 143), die zwei Einlaßventile pro Zylinder enthält, ist in jeder Einlaßleitung eine Drosselklappe vorgesehen und die beiden Drosselklappen sind derart miteinander verbunden, daß zunächst nur die eine Drossel­ klappe und ab einer bestimmten Belastung auch die andere Dosselklappe geöffnet wird. Dadurch können die Einlaß­ leitungen für die einzelnen Betriebsbereiche optimiert werden und es können insbesondere im unteren Drehzahl- und Lastbereich, in welchem nur die erste Drossel­ klappe geöffnet wird, höhere Mitteldrücke, eine bessere Gemischaufbereitung durch höhere Strömungsgeschwindig­ keiten und ein entsprechend verringerter Verbrauch er­ zielt werden. Diese Möglichkeiten werden jedoch bei der bekannten Ausführung dadurch beeinträchtigt, daß die Ansaugrohre der ersten Einlaßventile aller Zylinder und die Ansaugrohre der zweiten Einlaßventile aller Zylinder jeweils von einer Drosselklappe gesteuert werden, was bedingt, daß die Drosselklappe in einem verhältnismäßig großen Abstand vor den betreffenden Einlaßventilen liegt, so daß bei geschlossener zweiter Drosselklappe in den Saugrohren der zweiten Ventile Pulsationen auftreten können, welche den Wirkungsgrad beeinträchtigen. Außer­ dem läßt sich durch das Zusammenfassen der Saugrohre eine gegenseitige Beeinflussung der Ansaugvorgänge für die einzelnen Zylinder nicht ausschließen. Die Anwendung dieser bekannten Maßnahmen auf Brennkraftmaschinen mit mehr als zwei Einlaßventilen pro Zylinder bereitet überdies erhebliche Probleme im Hinblick auf den kontruktiven Aufwand und den Raumbedarf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hubkolben- Brennkraftmaschine entsprechend dem Oberbegriff des An­ spruchs 1 zu schaffen, bei der mit einfachen Mitteln hohe Mitteldrücke und niedrige Verbrauchswerte in allen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine er­ zielt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kenn­ zeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Dadurch, daß bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag für die Einlaßleitungen jedes Zylinders ein eigener, diese Einlaßleitungen in der gewünschten Reihenfolge steuern­ der Steuerschieber vorgesehen ist, kann dieser Steuer­ schieber in unmittelbarer Nähe des Einlaßventils, bei­ spielsweise am Zylinderkopf angeflanscht oder sogar in den Zylinderkopf integriert, angeordnet werden, so daß Pulsationen in denjenigen Einlaßleitungen, die durch den Steuerschieber abgesperrt sind, auf ein Mindest­ maß reduziert werden. Durch die Steuerung aller Ein­ laßleitungen eines Zylinders mittels eines einzigen Steuerorgans ist der Platzbedarf für die Steuerung gering, so daß der erfindungsgemäße Vorschlag ohne weiteres auch auf Bennkraftmaschinen mit mehr als zwei Einlaßventilen pro Zylinder angewandt werden kann.

Der Steuerschieber kann als Drehschieber oder als Flachschieber ausgebildet sein.

Es ist möglich, im Steuerschieber nur einen Einlaß­ kanal vorzusehen, wobei die Aufteilung des ankommen­ den Luft- oder Gemischstromes auf die einzelnen Ein­ laßleitungen durch den Steuerschieber erfolgt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, für jeden Ausgangs­ kanal einen eigenen Einlaßkanal im Schiebergehäuse und einen eigenen Steuerkanal im Schieberkörper vor­ zusehen. Dies hat den Vorteil, daß die Saugrohrlängen und -durchmesser für die einzelnen Drehzahl- und Last­ bereiche, denen die verschiedenen Einlaßventile zu­ geordnet sind, optimiert werden können. Außerdem läßt sich bei Einspritz-Brennkraftmaschinen auch die Lage der Einspritzdüsen in den einzelnen Einlaßleitungen optimieren, d.h., es kann die Einspritzdüse für die erste Stufe, die bei niedriger Drehzahl und Last allein in Tätigkeit ist, nahe des ersten Einlaß­ ventils angeordnet werden, während die Einspritzdüsen der zweiten und gegebenenfalls der dritten Stufe, die bei höherer Drehzahl und Last zugeschaltet werden, in einem größeren Abstand von dem zweiten bzw. dritten Einlaßventil und vor dem Steuerschieber angeordnet werden können, um die Gemischaufbereitung zu ver­ bessern. Auch ist es bei dieser getrennten Anordnung möglich, die Ansaugsysteme für die einzelnen Einlaß­ ventile über ihre ganze Länge in ihrem Querschnitt und in ihrer Länge so auszulegen, daß ein hohes Dreh­ moment sowohl bei niedriger Drehzahl als auch bei hoher Drehzahl erreicht wird.

Insbesondere bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen ist es zweckmäßig, auf der von dem Einlaßkanal bzw. den Einlaßkanälen abgewandten Seite des Schieberkörpers Druckausgleichsfelder vorzusehen, die mit dem Einlaß­ kanal bzw. den Einlaßkanälen in Verbindung stehen, so daß eine leichtgängige Bewegung des Schieberkörpers erreicht wird. Dies ist vor allem bei Flachschiebern von Bedeutung. Eine entsprechende Druckentlastung kann aber auch bei nicht aufgeladenen Brennkraftmaschinen erwünscht sein, bei denen im Teillastgebiet hohe Unter­ drücke in den Einlaßkanälen auftreten, welche die Leichtgängigkeit des Schieberkörpers behindern könnten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Abschnitt eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine mit einem daran angeflanschten Drehschieber zur Steuerung der Einlaßleitungen im Schnitt;

Fig. 2 zeigt einen Flachschieber zur Steuerung der Ein­ laßleitungen im Schnitt entlang Linie 2-2 in Fig. 3;

Fig. 3 ist ein Schnitt entlang Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 ist ein Schnitt ähnlich Fig. 2 eines Flach­ schiebers in einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 5 ist ein Schnitt entlang Linie 5-5 in Fig. 4; und

Fig. 6 ist ein Schnitt entlang Linie 6-6 in Fig. 4.

Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der ein Teil eines Zylinderkopfes 1 einer Brennkraftmaschine dargestellt ist, der einen Brennraum 2 enthält, in den drei Einlaßleitungen 3, 4 und 5 münden, die von Einlaß­ ventilen 6, 7 und 8 beherrscht sind. Die Einlaßleitungen 3, 4 und 5 gehen von einer Fläche 9 des Zylinderkopfes 1 aus, an die das Gehäuse 10 eines Drehschiebers 11 ange­ flanscht ist, das drei Auslaßkanäle 12, 13 und 14 ent­ hält, die mit den Einlaßleitungen 3, 4 und 5 fluchten. Das Schiebergehäuse 10 weist außerdem einen Einlaßkanal 15 auf, an den sich ein Ansaugrohr 16 anschließt, das ein Kraftstoff-Luft-Gemisch oder im Falle einer Einspritz- Brennkraftmaschine gegebenenfalls auch nur Luft führt. Das Schiebergehäuse 10 enthält einen drehbaren Schieber­ körper 17 mit einem Steuerkanal 18, der in der darge­ stellten Stellung des Schieberkörpers 17 weder mit dem Eingangskanal 15 noch mit einem der Ausgangskanäle 12, 13 oder 14 in Verbindung steht, jedoch bei Verschwenken in Richtung des Pfeiles P den Eingangskanal 15 nachein­ ander mit den Ausgangskanälen 12, 13 und 14 in Verbindung bringt, bis die gestrichelt eingezeichnete Vollaststellung erreicht ist, in welcher durch den Steuerkanal 18 alle Ausgangskanäle 12, 13 und 14 und somit alle Einlaßlei­ tungen 3, 4 und 5 mit dem Saugrohr 16 verbunden sind. Für den Leerlaufbetrieb ist ein nicht gezeigter, das Ansaugrohr 16 mit der Einlaßleitung 3 verbindender Bypaß-Kanal, vorgesehen, der den Steuerschieber 11 um­ geht, wie dies bei den bekannten Drosselklappensteue­ rungen üblich ist.

Der Schieberkörper 17 ist mit einem Hebel 17 a verbunden, an dem ein nicht gezeigtes, mit dem Fahrpedal in Ver­ bindung stehendes Gestänge angreift.

Der Drehschieber 11 ersetzt die sonst üblichen Drossel­ klappen in den einzelnen Einlaßleitungen und es ist für alle Einlaßleitungen eines Zylinders jeweils ein eigener derartiger Drehschieber 11 vorgesehen.

Die Fig. 2 und 3 zeigen einen Flachschieber 20, der an­ stelle des Drehschiebers 11 von Fig. 1 auf den Zylinder­ kopf 1 aufgesetzt werden kann und eine Bodenplatte 21, eine Deckplatte 22 und einen Rahmen 23 aufweist. Die Bodenplatte 21 ist mit drei Ausgangskanälen 24, 25 und 26 versehen, die wiederum mit den Eingangsleitungen 3, 4 und 5 im Zylinderkopf 1 fluchten. In dem von der Boden­ platte 21, der Deckplatte 22 und dem Rahmen 23 um­ schlossenen Raum 27 ist ein Flachschieberkörper 28 angeordnet, der einen im wesentlichen dreieckförmigen Durchbruch 29 aufweist, welcher wirkungsmäßig dem Steuerkanal 19 von Fig. 1 entspricht. In den ge­ nannten Raum 27 mündet ein Eingangskanal 30, der über eine Nut 31 in der Unterseite der Deckplatte 22 ständig mit dem Durchbruch 29 in Verbindung steht. Von dem Schieberkörper 29 erstreckt sich ein Betätigungsgestänge 32 nach außen, das beispielsweise mit einem Fahrpedal ge­ koppelt ist. Der Schieberkörper 29 ist in dem Raum 27 in Richtung des Doppelpfeiles 33 verschiebbar. In der dar­ gestellten Lage hat der Schieberkörper 29 den Ausgangs­ kanal 24 freigegeben, so daß Luft oder Kraftstoff-Luft- Gemisch aus dem Eingangskanal 30 durch den Raum 27, die Nut 31 und den Durchbruch 29 in den Ausgangskanal 24 und von dort in die Einlaßleitung 3 (Fig. 1) strömen kann. Die beiden anderen Ausgangskanäle 25 und 26 sind von dem Schieberkörper 29 abgedeckt. Wird der Schieber­ körper 29 in Fig. 2 und 3 weiter nach links verschoben, so gibt er nacheinander die Ausgangskanäle 25 und 26 frei, so daß in der linken Endstellung des Schieber­ körpers 29 allen drei Ausgangskanälen 24, 25 und 26 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch bzw. Luft zugeführt wird. In der rechten Endstellung deckt der Schieberkörper 29 alle drei Ausgangskanäle 24, 25 und 26 ab.

Bei dieser Ausführung ist auch die von dem Eingangskanal 30 abgewandte Seite 34 des Schieberkörpers 29 durch die Nut 31 mit dem Eingangskanal 30 in Verbindung. Dadurch ist der Schieberkörper 28 vollkommen druckausgeglichen, was für aufgeladene Brennkraftmaschinen von Bedeutung ist, da der Schieberkörper 28 nicht gegen den Lade­ druck bewegt werden muß.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 bis 6 unterscheidet sich von demjenigen gemäß Fig. 2 und 3 im wesentlichen nur dadurch, daß der Schieberkörper 29′ für jeden Aus­ gangskanal 24′, 25′ und 26′ einen eigenen Steuerkanal 35, 36 und 37 aufweist und die Deckplatte 22′ des Ge­ häuses des Flachschiebers 20′ mit drei Eingangskanälen 38, 39 und 40 versehen ist, die mit den Ausgangkanälen 24′, 25′ und 26′ fluchten. An die Eingangskanäle 38, 39 und 40 schließen sich Einzelsaugrohre 41, 42 und 43 an. Die Steuerkanäle 35, 36 und 37 haben unterschiedliche Ab­ messungen, so daß sie beim Verschieben des Schieber­ körpers 28′ die Eingangskanäle 38, 39 und 40 nachein­ ander mit den zugehörigen Ausgangskanälen 24′, 25′ und 26′ in Verbindung bringen. In den Fig. 4 bis 6 ist der Schieberkörper 28′ in einer Stellung, in der nur der Ausgangskanal 24′ über den zugehörigen Steuerkanal 35 mit dem Eingangskanal 38 in Verbindung ist, während die Ausgangskanäle 25′ und 26′ vom Schieberkörper 28′ abge­ deckt sind. Wird der Schieberkörper 28′ in Fig. 4 und 5 nach rechts verschoben, so kommt zunächst auch der Steuerkanal 36 mit dem Eingangskanal 39 und dem Aus­ gangskanal 25′ und bei weiterer Verschiebung auch der Steuerkanal 37 mit dem Eingangskanal 40 und dem Aus­ gangskanal 26′ in Verbindung. In der linken Endstellung deckt der Schieberkörper 28′ alle Eingangskanäle 38, 39 und 40 und alle Ausgangskanäle 24′, 25′ und 26′ ab.

Die drei Einlaßventile und ihre Ansaugtrakte sind für unterschiedliche Drehzahl- und Lastbereiche ausgelegt.

Im unteren Drehzahl- und Lastbereich wird dem Brenn­ raum 2 nur durch die Einlaßleitung 3 ein Kraftstoff- Luft-Gemisch zugeführt, und dementsprechend ist der Durchmesser des Einlaßventils 6 sowie der Querschnitt der Einlaßleitung 3 entsprechend klein. Im mittleren Drehzahl- und Lastbereich wird durch entsprechende Verdrehung bzw. Verschiebung des Schieberkörpers 17 bzw. 28 oder 28′ dem Brennraum 2 auch durch die Ein­ laßleitung 4 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt. Bei Vollast werden alle drei Einlaßleitungen 3, 4 und 5 mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch versorgt.

Entsprechend der Größe des Durchsatzes ist der Durch­ messer des Einlaßventils 7 größer als der Durchmesser des Einlaßventils 6 und der Durchmesser des Einlaß­ ventils 8 größer als der Durchmesser des Einlaß­ ventils 7. Bei der Ausführung gemäß Fig. 4 bis 6, bei welcher jeder Einlaßleitung 3, 4 und 5 ein eigener Ansaugtrakt in Form eines Ausgangskanals 24′, 25′ bzw. 26′, eines Steuerkanals 35, 36 bzw. 37, eines Ein­ gangskanals 38, 39 bzw. 40 und eines daran anschließen­ den Saugrohres 41, 42 und 43 zugeordnet ist, kann die Länge und der Durchmesser jedes Ansaugtrakts für die betreffenden Drehzahl- und Lastbereiche optimiert werden. Dabei ergibt sich die Möglichkeit, bei einer Einspritz-Brennkraftmaschine die den drei Ansaugtrakten zugeordneten Einspritzventile in optimaler Lage für die betreffenden Drehzahl- und Lastbereiche anzuordnen, also beispielsweise die dem Ansaugtrakt für den unteren Drehzahlbereich zugeordnete Einspritzdüse nahe dem Einlaßventil 6 anzuordnen, während die Einspritzdüsen für die beiden anderen Ansaugtrakte in größerer Ent­ fernung von den Einlaßventilen 7 und 8 angeordnet werden, beispielsweise in den zugehörigen Saugrohren 42 und 43.

Claims (8)

1. Hubkolben-Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Ein­ ventilen pro Zylinder, denen jeweils eine eigene Ein­ laßleitung zugeordnet ist, und mit einer Drossel­ steuerung für die Einlaßleitungen, die derart aus­ gebildet ist, daß diese mit ansteigender Last nach­ einander freigegeben werden, gekenn­ zeichnet durch einen allen Einlaß­ leitungen (3, 4, 5) eines Zylinders gemeinsamen Steuerschieber (11, 20) mit einem Gehäuse (10, 21, 22, 23), das eine der Anzahl der Einlaßleitungen entsprechende Anzahl von Ausgangskanälen (12, 13, 14; 24, 25, 26) und mindestens einen Eingangskanal (15; 30; 38, 39, 40) aufweist und in dem ein willkürlich bewegbarer Schieberkörper (17; 28) angeordnet ist, der minde­ stens einen Steuerkanal (18; 29; 35, 36, 37) auf­ weist, welcher so ausgebildet ist, daß er bei Be­ wegung des Schieberkörpers aus einer Ruhelage die Ausgangskanäle nacheinander mit dem Eingangskanal verbindet.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Steuerschieber (11) als Drehschieber ausgebildet ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Steuerschieber (20) als Flachschieber ausgebildet ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (20′) für jeden Ausgangskanal (24′, 25′, 26′) einen eigenen Einlaßkanal (38, 39, 40) und einen eigenen Steuerkanal (35, 36, 37) aufweist.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der den einzelnen Einlaßventilen (6, 7, 8) zugeordneten Einlaßleitungen (3, 4, 5) und der zugehörigen Kanäle im Steuerschieber (11; 20; 20′) unter­ schiedlich sind.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der vom Einlaß­ kanal (30) abgewandten Seite (34) des Schieber­ körpers (28) Druckausgleichsfelder vorgesehen sind, die mit dem Einlaßkanal (30) in Verbindung stehen.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (11; 20; 20′) in unmittelbarer Nähe der Einlaß­ ventile (6, 7, 8) angeordnet ist.

8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Steuerschieber (10; 20; 20′) am Zylinderkopf (1) angeflanscht ist und seine Ausgangskanäle (12, 13, 14; 24,25, 26) mit den im Zylinderkopf vorgesehenen Einlaßkanälen (3, 4, 5) fluchten.