DE3737826A1 - Verfahren zur nachladung eines verbrennungsmotors der kolbenbauart und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachladung eines Verbrennungsmotors der Kolbenbauart, bei dem vor dem Einlaßschluß des zu ladenden Verbrennungs­ raums zusätzlich zur über eine Saugleitung angesaug­ ten Ladung während der Kolbenbewegung im Bereich des unteren Totpunkts von einem Lader verdichtete Ladung aus einer Druckleitung über ein Druckventil in einen zum Verbrennungsraum führenden, über ein Saugventil mit der Saugleitung verbundenen Einlaßkanal einge­ bracht wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Beim Betrieb von Verbrennungsmotoren in Verbindung mit einem als Lader zur Verdichtung der in den Ver­ brennungsraum einzubringenden Ladeluft bzw. des Brennstoff-Luft-Gemisches, ist neben der sogenannten Aufladung, bei der die verdichtete Ladung während der gesamten Öffnungsdauer des Einlaßventils in den zu ladenden Verbrennungsraum einströmt, auch die sogenannte Nachladung bekannt, bei welcher zunächst unverdichtete Ladung angesaugt und erst gegen den Einlaßschluß zusätzlich verdichtete Ladung in den Verbrennungsraum eingebracht wird.

Zur Verbesserung des Wirkungsgrades besteht Interesse daran, für einen gewünschten Ladungsenddruck möglichst wenig Antriebsenergie aufbringen zu müssen. Dies wird bei der Nachladung dadurch bewerkstelligt, daß möglichst viel Luft vom Motor angesaugt wird, was ein möglichst langes Fließen des Saugstroms voraus­ setzt, und daß eine Energieabgabe der Druckluft an den Motorkolben möglichst weitgehend vermieden wird, was wiederum voraussetzt, daß die Druckluft möglichst spät einströmt. Es ist deshalb wünschenswert, daß die Saugluft bei Öffnung der Druckluftzufuhr möglichst bis zur vollen Ausbildung des Druckluftstroms fließt.

Abgesehen von dem Fall der direkten Nachladung, bei welcher die verdichtete Ladung von einem mechanisch in Abhängigkeit von der Kolbenbewegung des Verbren­ nungsraums angetriebenen Lader vor Einlaßschluß in den Verbrennungsraum ausgeschoben wird, wird die verdichtete Ladung durch ein in Abhängigkeit von der Zündfrequenz des Motors gesteuertes Steuerventil vor Einlaßschluß in den Verbrennungsraum abgegeben, wobei zugleich ein Entweichen der verdichteten Ladung über die Saugleitung verhindert werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß eine möglichst vorteilhafte Drehmomentcharakte­ ristik und insbesondere eine möglichst optimale Nach­ ladung, d.h., ein vorgegebener Ladungsenddruck bei möglichst geringem Energieaufwand erreicht wird. Zu diesem Zweck soll insbesondere die Möglichkeit beste­ hen, die Strömung möglichst störungsfrei zu gestal­ ten und Druckverluste gering zu halten. Zu Beginn der Nachladung soll der Saugstrom noch so lange fließen, bis der Druckstrom sich voll ausgebildet hat. Außer­ dem soll die Möglichkeit bestehen, den Druckanstieg aufgrund von Staueffekten bei der Abbremsung des Saug- und des Druckstroms im Verbrennungsraum mög­ lichst optimal zu nutzen. Schließlich soll durch eine geeignete Konstruktion einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens die Reduzierung der Schadräume zwischen Steuerventil und Motoreinlaßven­ til auf ein Minimum und die Nutzung von Resonanzer­ scheinungen im Leitungssystem vor dem Steuerventil zur Ladungsverbesserung im Verbrennungsraum ermög­ licht werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird das eingangs genannte Verfahren so ausgestaltet, daß sich die Öffnungsphase des Druckventils und die Schließphase des Saugventils überlappen und dabei ein Impulsaustausch in Richtung auf den Verbrennungsraum zwischen Saug- und Druck­ strom stattfindet.

Durch diese Maßnahme wird der bei Öffnung des Druck­ ventils noch fließende Saugstrom beschleunigend auf den einsetzenden Druckstrom einwirken, der seiner­ seits, sobald seine Geschwindigkeit entsprechend an­ gestiegen ist, vor dem Schließen des Saugventils noch einen Impulsstrom an den Saugstrom abgibt. Dadurch ist gewährleistet, daß der Saugstrom möglichst lang fließt und die Druckluft im Bereich des unteren Tot­ punkts kurz vor dem Einlaßschluß in den Verbrennungs­ raum einfließt.

Zur Durchführung des Verfahrens ist der Bereich, in dem sich eine durch ein Saugventil abschließbare Saugleitung und eine durch ein Druckventil abschließ­ bare Druckleitung zu einem zu mindestens einem Ver­ brennungsraum eines Verbrennungsmotors der Kolbenbau­ art führenden Einlaßkanal vereinigen, erfindungsgemäß nach Art einer Saugstrahlpumpe ausgebildet.

Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung kann das Saug­ ventil als auf Druckunterschiede ansprechendes Ventil ausgebildet sein, so daß es sich selbst steuert.

Dabei besteht eine Ausführungsform darin, daß das Saugventil als Ventilklappe ausgebildet ist, die un­ ter der Wirkung einer Rückstellkraft ihre Ruhestel­ lung einnimmt, in der sie die Saugleitung sperrt.

Eine andere, sehr vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß das Saugventil als Ventilzunge ausgebildet ist, die mit ihrem stromauf gelegenen Ende im Verbin­ dungsbereich von Saug- und Druckleitung umschwenkbar derart befestigt ist, daß sie in einer Endstellung die Saugleitung schließt und in der anderen Endstel­ lung deren Querschnitt vollständig freigibt, wobei eine zweckmäßige Weiterbildung darin besteht, daß die Ventilzunge unter der Wirkung einer Rückstellkraft in ihrer als Ruhestellung dienenden anderen Endstellung die Druckleitung schließt.

Vorzugsweise ist dieser Bereich zu einer Vorrichtung in Form einer in Abhängigkeit von der Kolbenbewegung des Motors betätigbaren Steuerventileinheit gestal­ tet.

Dabei besteht eine zweckmäßige Ausgestaltung darin, daß sich bei einer Vorrichtung mit einem drei Lei­ tungsanschlüsse aufweisenden Ventilgehäuse, in dem um eine Achse drehbar ein als Sperrkörper dienender, zylindrischer, von einer Ventilöffnung durchquerter Rotor angeordnet ist, ein Saug- und ein Druckkanal von jeweils einem der Leitungsanschlüsse ausgehend unter spitzem Winkel zu einem zum dritten Leitungs­ anschluß führenden Auslaßkanal vereinigen, und daß der Rotor Saug- und Druckkanal durchdringt und der Querschnitt der Ventilöffnung derart gewählt ist, daß die Ventilöffnung während der Drehung des Rotors nacheinander mit dem Saugkanal, dann zugleich mit dem Saug- und Druckkanal und schließlich mit dem Druckka­ nal in Verbindung steht.

Bei dieser Ausbildung wird entsprechend der Rotor­ drehung zunächst der Saugkanal mit dem Einlaßkanal verbunden, worauf bei weiterhin geöffnetem Saugkanal auch der Druckkanal mit dem Einlaßkanal in Verbindung tritt und dabei die die Ventilöffnung im Rotor durchströmende, unter Druck zugeführte Ladung eine Saugwirkung auf die im Saugkanal befindliche Ladung ausübt, so daß beim übergang von der Saugphase in die Nachladephase ein Impulsaustausch zwischen angesaug­ ter und unter Druck zugeführter Ladung stattfindet, d.h., der jeweils schnellere Teil der Ladung den langsameren Teil mitreißt, bis schließlich zunächst der Saugkanal und dann auch der Druckkanal geschlos­ sen wird. Hierdurch kann eine Verlängerung der Saug­ phase erreicht werden, die gegebenenfalls sogar zu einer Überlappung mit der Nachladephase führt.

Durch die spitzwinkelige Zusammenführung von Saug­ und Druckkanal, bei der der Winkel so klein gehalten werden kann, wie dies aufgrund konstruktiver Verhält­ nisse möglich ist, wird ein möglichst geradliniger Durchfluß durch das Steuerventil gewährleistet, wo­ durch nicht nur ein Minimum an Durchflußwiderstand bewirkt, sondern auch die Möglichkeit der Nutzung von Staueffekten in den Kanälen beim Abbremsen der Gas­ säule und von Resonanzeffekten verbessert wird. Da der Einlaßkanal zwischen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem Einlaßventil des zu ladenden Verbrennungsraums sehr kurz gehalten werden kann, ergibt sich weiterhin die Möglichkeit, den Schadraum vor dem Verbrennungsraum sehr klein zu halten.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß der Rotor zylindrisch ausgebildet ist und seine Achse quer zur Durchströmrichtung des Ventils verläuft, daß der Rotor den Vereinigungsbereich von Saug- und Druckkanal durchdringt und der Einströmquerschnitt der Ventilöffnung so groß ist, daß die Ventilöffnung während der Verbindung ihres Ausströmquerschnitts mit dem Auslaßkanal nacheinander mit dem Saugkanal, dann zugleich mit Saug- und Druckkanal und schließlich mit dem Druckkanal in Verbindung steht.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß der Rotor mit einem exzentrischen Querschnittsbe­ reich den Vereinigungsbereich von Saug- und Druckka­ nal durchdringt und die Ventilöffnung als exzentri­ sche Durchbrechung den Rotorquerschnitt in zwei un­ gleiche Segmente unterteilt, wobei sich die Ventil­ öffnung in Durchflußrichtung verjüngt und in Umlauf­ richtung des Rotors ihr Einströmquerschnitt größer, ihr Ausströmquerschnitt dagegen kleiner ist, als die Stegbreite zwischen Saug- und Druckkanal an der Aus­ mündung von Saug- und Druckkanal in den Rotor.

Durch die exzentrische Anordnung der Ventilöffnung im Rotor wird die Verbindung zwischen dem Saugkanal und dem Druckkanal einerseits und dem zum Verbrennungs­ raum des Motors führenden Einlaßkanal andererseits nur einmal pro Rotorumdrehung geöffnet, so daß sich die Rotordrehzahl verdoppelt und damit der volle Öff­ nungsquerschnitt entsprechend schneller erreicht wird.

Noch eine andere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß sich ein Saug- und ein Druckkanal von je­ weils einem der Leitungsanschlüsse ausgehend zu einem zum dritten Leitungsanschluß führenden Auslaßkanal vereinigen und daß der Druckkanal unmittelbar vor der Vereinigung von Saug- und Druckkanal durch den Rotor absperrbar ist, und daß im Saugkanal unmit­ telbar vor der Vereinigung von Saug- und Druckkanal ein zeitweilig den Saugkanal sperrendes Ventil an­ geordnet ist.

Bei dieser Konstruktion öffnet sich das Saugventil selbsttätig, wenn im Einlaßkanal ein Unterdruck ent­ steht. Dies ist z.B. bei Beginn der Saugphase der Verbrennungsräume der Fall. Die Nachladephase wird eingeleitet, wenn der Rotor die Verbindung des Druckkanals mit dem Einlaßkanal freigibt. Dabei fin­ det zunächst ein Impulsaustausch zwischen dem Strom der angesaugten Ladung und dem Strom der unter Druck zugeführten Ladung statt, solange beide Ströme neben­ einander in den Einlaßkanal strömen. Durch die lamel­ lenartige Anordnung des Rückschlagventils wird dieses durch den Venturi-Effekt so lange geöffnet gehalten, wie der Druckstrom in der Lage ist, im Verbindungs­ bereich einen Unterdruck zu erzeugen, der den Saug­ strom aufrecht erhält.

Der Impulsaustausch ist umso günstiger, je kleiner der Winkel zwischen Saugstrom und Druckstrom gehalten wird. Vorzugsweise vereinigen sich deshalb der Saug­ und der Druckkanal unter spitzem Winkel.

Vorzugsweise ist der Rotor zylindrisch ausgebildet und die Rotorachse verläuft quer zur Durchströmrich­ tung des Ventils, wobei zweckmäßigerweise die Ventil­ öffnung als in Sehnenrichtung verlaufender Kanal aus­ gebildet ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß der Rotor mit einem exzentrischen Querschnittsbereich den Druckkanal durchdringt und die Ventilöffnung als, bezogen auf den Rotorquerschnitt, segmentförmiger Rotorausschnitt ausgebildet ist.

Durch die exzentrische Anordnung der Ventilöffnung im Rotor kann der Druckkanal sehr nahe an der Vereini­ gungsstelle von Druck- und Saugkanal gesperrt und damit der Schadraum möglichst gering gehalten und zugleich ein sehr spitzer Winkel zwischen den beiden sich vereinigenden Kanälen verwirklicht werden. Au­ ßerdem wird, wie bereits erläutert, die Verbindung zwischen dem Saugkanal und dem Druckkanal einerseits und dem zum Verbrennungsraum des Motors führenden Einlaßkanal andererseits nur einmal pro Rotorumdre­ hung geöffnet, so daß sich die Rotordrehzahl verdop­ pelt, und damit der volle Öffnungsquerschnitt ent­ sprechend schneller erreicht wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß der Auslaßkanal zumindest annähernd in der Richtung des Druckkanals verläuft, um den Strömungswiderstand möglichst gering zu halten.

Wie bereits erwähnt, eignet sich die Erfindung insbe­ sondere auch dazu, dynamische Effekte zur Erreichung des gewünschten Ladungsenddruckes nutzbar zu machen. Es stellt deshalb eine weitere zweckmäßige Ausgestal­ tung der Erfindung dar, daß die Saugleitung stromauf vom Saugventil und/oder die Druckleitung stromauf vom Druckventil als Schwingrohr- oder Resonanzanlage ge­ staltet ist.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung besteht da­ bei darin, daß bei Schwingrohr- oder Resonanzanlagen in Saug- und Druckleitung die Abstimmdrehzahlen die­ ser Anlagen in Saug- und Druckleitung unterschiedlich sind. Dadurch kann eine besonders füllige Drehmoment­ kurve erreicht werden.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung besteht darin, daß der Rotor in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Motors gegenüber der Motorkurbelwelle phasenver­ stellbar ist. Damit besteht beispielsweise die Mög­ lichkeit, den Rotor bei hohen Motordrehzahlen so zu verstellen, daß während der Öffnung des Motoreinlaß­ ventils nur der Druckkanal mit dem Einlaßkanal in Verbindung ist, um von der Nachladung zur Aufladung überzugehen.

Anhand der nun folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele der Er­ findung wird diese näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Lufteinlaßkanals einer Verbrennungs­ kraftmaschine mit einem Schnitt durch eine erste Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung mit einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung,

Fig. 3 eine Variante der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung,

Fig. 4 eine ähnliche Variante der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung,

Fig. 5 eine weitere Variante der in Fig. 2 ge­ zeigten Vorrichtung und

Fig. 6 eine schematische, perspektivische Dar­ stellung des Einlaßsystems eines erfin­ dungsgemäß ausgebildeten Mehrzylinder­ motors.

Das in Fig. 1 gezeigte Steuerventil besteht aus einem Ventilgehäuse 10 mit drei Leitungsanschlüssen 12, 14 und 16, von welchen der Leitungsanschluß 12 zur Verbindung mit einer Saugleitung 17, der Lei­ tungsanschluß 14 zur Verbindung mit einer Drucklei­ tung 19 und der Leitungsanschluß 16 zur Verbindung mit einem zum Einlaßventil 11 eines Verbrennungsraums 13 eines Verbrennungsmotors führenden Einlaßkanal 21 bestimmt ist. Die Leitungsanschlüsse 14 bis 16 ste­ hen über Kanäle 18, 20 und 22 mit einer im Ventilge­ häuse 10 ausgebildeten, zylindrischen Kammer 24 in Verbindung, in welcher ein als Sperrkörper dienender, zylindrischer Rotor 28 um eine Achse 26 drehantreib­ bar gelagert ist, der von einem als Ventilöffnung dienenden Kanal 30 in Sehnenrichtung durchzogen wird.

Die Kanäle 18 bis 22 sind derart im Ventilgehäuse 10 angeordnet, daß der Saugkanal 18 und der Druckkanal 20 unter Einschluß eines spitzen Winkels auf die Kammer 24 zu verlaufen, von der aus sich der zum Leitungsanschluß 16 führende Auslaßkanal 22 etwa in Verlängerung des Druckkanals 20 erstreckt, so daß bei geeigneter Stellung des Rotors 28 über den Kanal 30 eine im wesentlichen geradlinige Verbindung zwischen dem Druckkanal 20 und dem Auslaßkanal 22 hergestellt werden kann, und dadurch der Durchflußwiderstand auf ein Minimum reduziert wird.

Die Kammer 24 befindet sich im Vereinigungsbereich der drei Kanäle 18 bis 22, wobei der Schnittpunkt der drei Kanäle 18 bis 22 exzentrisch zur Achse 26 der Kammer 24 angeordnet ist. Dieser exzentrischen Anord­ nung entsprechend ist der als Ventilöffnung dienende Kanal 30 im Rotor 28 exzentrisch angeordnet, so daß er den Querschnitt des Rotors 28 in ein großes Seg­ ment 32 und ein kleines Segment 34 unterteilt. Diese exzentrische Anordnung hat den Vorteil, daß eine Ventilöffnung nur nach jeder vollen Umdrehung von 360° stattfindet, wodurch sich gegenüber einem Rotor mit einer nach jeweils 180° stattfindenden Öffnung die doppelte Rotorgeschwindigkeit ergibt und somit entsprechend schneller der volle Öffnungsquerschnitt erreicht wird.

Aufgrund der nur jeweils nach 360° stattfindenden Ventilöffnung besitzt der Kanal 30 eine Einströmöff­ nung mit einem Einströmquerschnitt 36 und eine Aus­ strömöffnung mit einem Ausströmquerschnitt 38, wobei der Querschnitt des Kanals 30 vom Einströmquerschnitt 36 bis zum Ausströmquerschnitt 38 abnimmt.

Bei der gezeigten Stellung des Rotors 28 strömt Druckluft aus dem Druckkanal 20 über den Kanal 30 im Rotor 28 in den Auslaßkanal 22, wobei der Kanal 30 und damit auch der Auslaßkanal 22 zugleich mit dem Saugkanal 18 in Verbindung steht, so daß der jeweils schnellere Ladungsteil den langsameren Teil mitreißen kann. Bei der angenommenen Drehrichtung des Rotors 28 im Uhrzeigersinn findet zunächst eine Verbindung des Saugkanals 18 mit dem Auslaßkanal 22 statt, bevor eine gemeinsame Verbindung des Saugkanals 18 und des Druckkanals 20 mit dem Auslaßkanal 22 hergestellt wird. Bei Fortsetzung der Rotordrehung wird schließ­ lich die Verbindung zum Saugkanal 18 unterbrochen und es steht nur noch der Druckkanals 20 mit dem Auslaß­ kanal 22 in Verbindung. Wie aus der Fig. 1 ersicht­ lich ist, muß der Einströmquerschnitt 36 des Kanals 30 in Umlaufrichtung des Rotors 28 ausreichend größer gewählt werden als die in Rotorumlaufrichtung gemes­ sene Breite des Steges 40 zwischen Saugkanal und Druckkanal 20.

Wenn der Rotor 28 nach dem Schließen des Druckkanals 20 seine Drehung fortsetzt, gelangt schließlich der Ausströmquerschnitt 38 in den Bereich des Saugkanals 18, des Steges 40 und des Druckkanals 20. Beim Durchlaufen dieses Sektors steht der Einströmquer­ schnitt 36 nicht in Verbindung mit dem Auslaßkanal 22, so daß das Ventil seine Sperrwirkung beibehält. Es muß jedoch sichergestellt werden, daß nicht über den Ausströmquerschnitt 38 eine Verbindung zwischen dem Saugkanal 18 und dem Druckkanal 20 herbeigeführt wird, welche zu einem Druckverlust im Druckkanal führen könnte. Aus diesem Grunde ist der Ausström­ querschnitt 38 schmäler gehalten als die Breite des Steges 40.

Auch die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung besteht aus einem Ventilgehäuse 10 mit drei Leitungsanschlüssen 12, 14 und 16, von welchen der Leitungsanschluß 12 zur Verbindung mit der Saugleitung 17, der Leitungs­ anschluß 14 zur Verbindung mit der Druckleitung 19 und der Leitungsanschluß 16 zur Verbindung mit dem zum Einlaßventil 11 eines Verbrennungsraums 13 des Verbrennungsmotors führenden Einlaßkanal 21 dient. Vom Leitungsanschluß 14 führt ein Druckkanal 20 zu einer im Ventilgehäuse 10 ausgebildeten zylindrischen Kammer 124, in der ein als Sperrkörper dienender, zylindrischer Rotor 128 drehantreibbar gelagert ist, der von einem als Ventilöffnung dienenden Kanal 130 durchquert wird. An die Kammer 124 schließt sich in Strömungsrichtung ein zum Leitungsanschluß 16 führen­ der Auslaßkanal 22 an, in welchem unmittelbar hinter der Kammer 124 ein mit dem Leitungsanschluß 12 in Verbindung stehender Saugkanal 18 einmündet. Der Druckkanal 20 und der Auslaßkanal 22 sind derart angeordnet, daß sich in Öffnungsstellung des Rotors 128 ein möglichst geradliniger Durchfluß der unter Druck stehenden Ladung ergibt, so daß Druckverluste weitgehend vermieden werden können. Aus dem gleichen Grund mündet auch der Saugkanal 18 unter einem mög­ lichst spitzen Winkel in den Auslaßkanal 22 ein. Dies wird dadurch erleichtert, daß die Achse 126 der Kam­ mer 124 und des Rotors 128 seitlich nach der vom Saugkanal 18 abgewandten Seite gegenüber dem Druckka­ nal 20 versetzt ist. Dieser exzentrischen Anordnung der Kammer 124 in Bezug auf den Druckkanal 20 hat zugleich eine exzentrische Anordnung des Kanals 130 im Rotor 128 zur Folge, der als segmentförmiger Aus­ schnitt ausgebildet ist.

Die Öffnung des Druckkanals 20 findet aufgrund der exzentrischen Anordnung des Kanals 130 nur einmal je voller Rotorumdrehung statt, so daß eine rasche Öffnung auf den vollen Durchströmquerschnitt erreicht wird.

Die Ausmündung des Saugkanals 18 in den Auslaßkanal 22 ist mit einem Saugventil 42 versehen, das einen lamellenartigen Schließkörper 44 besitzt. Der Schließkörper des Saugventils 42 öffnet sich selbst­ tätig, wenn ein Unterdruck im Auslaßkanal 22 entsteht. Dies ist z.B. beim Beginn der Saugphase der Fall, aber auch zu Beginn der Nachladephase, wenn der Rotor 128 über den Kanal 130 die Verbindung zwischen Druckkanal 20 und Auslaßkanal 22 freigibt und die unter Druck stehende Ladung mit hoher Geschwindigkeit an der Einmündung des Saugkanals 18 vorbei in den Auslaßkanal 22 strömt. Dabei findet zunächst ein Impulsaustausch zwischen Saugstrom und Druckstrom statt, solange beide Ströme nebeneinander den Auslaß­ kanal 22 durchströmen.

Die gezeigte Ventilbauform ermöglicht es, den Sperr­ bereich des Ventils mit sehr geringem Abstand zu den Motoreinlaßventilen anzuordnen, so daß die Schadräume sehr gering gehalten werden können. Außerdem ist eine Durchströmung des Ventils mit relativ geringen Druckverlusten möglich, so daß keine Behinderung bei der Nutzung von Resonanz- und Staueffekten zur Er­ höhung des Ladungsenddrucks erfolgt.

Bei den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ventilbauarten verläuft die Achse 26 bzw. 126 des Rotors 28 bzw. 128 jeweils quer zur Durchströmrichtung des Ventils und der Rotor 28 bzw. 128 ist zylindrisch bzw. walzenför­ mig ausgebildet. In den Fig. 3 und 4 sind Varianten hierzu gezeigt, bei welchen in Form von Sperrscheiben 28′ bzw. 128′ ausgebildete Rotoren vorgesehen sind, die um etwa in Durchströmrichtung der Ventile verlau­ fende Achsen 26′ bzw. 126′ drehbar sind. Die Ventil­ öffnungen 30′ bzw. 130′ sind als Durchbrechungen in den Sperrscheiben 28′ bzw. 128′ ausgebildet, die sich über einen der beabsichtigten Steuerungscharakteris­ tik entsprechenden Sektor erstrecken.

In Fig. 5 ist eine Variante zur Ausführungsform nach Fig. 2 dargestellt, die entsprechend auch bei der Ausführungsform nach Fig. 4 verwirklicht werden kann. Es ist dabei die position des Saugventils 43 geänd­ dert, das eine Ventilzunge 45 umfaßt, die mit ihrem bezogen auf die Durchströmrichtung in Saug- und Druckleitung 17 bzw. 19 stromauf gelegenen Ende 47 am Scheitelpunkt zwischen den sich unter spitzem Winkel vereinigenden Kanälen 18 und 20 derart angelenkt ist, daß sie zwischen einer den Druckkanal 20 sperrenden Ruhestellung, die sie unter der Wirkung einer Feder 49 einnimmt, und einer den Saugkanal 18 sperrenden Endstellung umgeschwenkt werden kann.

In ihrer Ruhestellung gibt die Ventilzunge 47 den vollen Querschnitt für den Saugstrom und in ihrer an­ deren Endstellung den vollen Querschnitt für den Druckstrom frei, so daß keine Drosselwirkungen ein­ treten. Die Umschwenkung in die den Saugkanal schließende Endstellung erfolgt durch den Druckstrom nach Öffnung des Druckkanals 20 durch den Rotor 128.

In Fig. 6 ist schematisch ein drei Zylinder umfassen­ der Teil beispielsweise eines Sechszylindermotors 50 dargestellt, dem unter Atmosphärendruck stehende Ladung über eine Saugleitung 52 und unter Druck ste­ hende Ladung von einem nicht gezeigten Lader über eine Druckleitung 54 zugeführt wird. Den einzelnen Motorzylindern sind Einlaßkanäle 21 a, 21 b, 21 c und 21 d zugeordnet, die über Steuerventile nach einer der vorstehend erläuterten Bauarten mit Ladung aus der Saugleitung 52 bzw. der Druckleitung 54 versorgt werden. Diese Steuerventile sind zu einem in Fig. 5 mit 56 bezeichneten Block zusammengefaßt, wobei die den einzelnen Motorzylindern zugeordneten Rotoren entsprechend der Zündfolge im Winkel gegeneinander versetzt angeordnet sind.

Von der Saugleitung 52 führen Zweigleitungen 17 a, 17 b, 17 c und 17 d und von der Druckleitung 54 Zweig­ leitungen 19 a, 19 b, 19 c und 19 d zu den im Block 56 zusammengefaßten Steuerventilen. Die Saugleitung 52 wird von einem Ausgleichsbehälter 58 über ein Reso­ nanzrohr 60 und die Druckleitung 54 von einem Aus­ gleichsbehälter 62 aus über ein Resonanzrohr 64 ver­ sorgt. Die Länge der Resonanzrohre 60 und 64 ist auf zwei unterschiedliche Resonanzdrehzahlen derart abge­ stimmt, daß die Resonanz im Saugsystem und die Reso­ nanz im Drucksystem bei unterschiedlichen Drehzahlen zur Anhebung des Ladungsenddruckes beitragen und da­ durch die Drehmomentkurve des Motors insgesamt fülli­ ger wird.

Claims (20)

1. Verfahren zur Nachladung eines Verbrennungs­ motors der Kolbenbauart, bei dem vor dem Einlaßschluß des zu ladenden Verbrennungsraums zusätzlich zur über eine Saugleitung angesaugten Ladung während der Kol­ benbewegung im Bereich des unteren Totpunkts von einem Lader verdichtete Ladung aus einer Druckleitung über ein Druckventil in einen zum Verbrennungsraum führenden, über ein Saugventil mit der Saugleitung verbundenen Einlaßkanal eingebracht wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich die Öffnungsphase des Druck­ ventils und die Schließphase des Saugventils überlap­ pen und dabei ein Impulsaustausch in Richtung auf den Verbrennungsraum zwischen Saug- und Druckstrom statt­ findet.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der sich eine durch ein Saugven­ til abschließbare Saugleitung und eine durch ein Druckventil abschließbare Druckleitung zu einem zu mindestens einem Verbrennungsraum eines Verbrennungs­ motors der Kolbenbauart führenden Einlaßkanal verei­ nigen, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbin­ dungsbereich von Saug- (17) und Druckleitung (19) und Einlaßkanal (21) nach Art einer zum Verbrennungsraum fördernden Saugstrahlpumpe ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Saugventil (42, 43) als auf Druck­ unterschiede ansprechendes Ventil ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Saugventil (42) als Ventilklappe ausgebildet ist, die unter der Wirkung einer Rück­ stellkraft ihre Ruhestellung einnimmt, in der sie die Saugleitung (18) sperrt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Saugventil (43) als Ventilzunge ausgebildet ist, die mit ihrem stromauf gelegenen Ende (45) im Verbindungsbereich von Saug- (18) und Druckleitung (20) umschwenkbar derart befestigt ist, daß sie in einer Endstellung die Saugleitung (18) schließt und in der anderen Endstellung deren Quer­ schnitt vollständig freigibt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ventilzunge (43) unter der Wirkung einer Rückstellkraft (47) in ihrer als Ruhestellung dienenden anderen Endstellung die Druckleitung (20) schließt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie als in Abhän­ gigkeit von der Kolbenbewegung des Motors betätigba­ re Steuerventileinheit ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7 in Verbindung mit Anspruch 2, mit einem drei Leitungsanschlüsse (14, 16, 18) aufweisenden Ventilgehäuse (10), in dem um eine Achse drehbar ein als Sperrkörper dienender, von einer Ventilöffnung (30) durchquerter Rotor (28, 28′) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Saug- (18) und ein Druckkanal (20) von jeweils einem der Leitungsanschlüsse (12, 14) ausgehend unter spit­ zem Winkel zu einem zum dritten Leitungsanschluß (16) führenden Auslaßkanal (22) vereinigen, und daß der Rotor (28, 28′) Saug- (18) und Druckkanal (20) durchdringt und der Querschnitt (36) der Ventilöff­ nung (30, 30′) derart gewählt ist, daß die Ventil­ öffnung während der Drehung des Rotors (28, 28′) nacheinander mit dem Saugkanal (18), dann zugleich mit Saug- (18) und Druckkanal (20) und schließlich mit dem Druckkanal (20) in Verbindung steht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rotor (28) zylindrisch ausgebildet ist und seine Achse (26) quer zur Durchströmrichtung des Ventils verläuft, daß der Rotor (28) den Vereini­ gungsbereich von Saug- (18) und Druckkanal (20) durchdringt und der Einströmquerschnitt der Ventil­ öffnung (30) so groß ist, daß die Ventilöffnung wäh­ rend der Verbindung ihres Auströmquerschnitts mit dem Auslaßkanal (22) nacheinander mit dem Saugkanal (18), dann zugleich mit dem Saug- (18) und dem Druckkanal (20) und schließlich mit dem Druckkanal (20) in Ver­ bindung steht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rotor (28) mit einem extzentrischen Querschnittbereich den Vereinigungsbereich (24) von Saug- (18) und Druckkanal (20) durchdringt und die Ventilöffnung (30) als exzentrische Durchbrechung den Rotorquerschnitt in zwei ungleiche Segmente unter­ teilt, wobei sich die Ventilöffnung (30) in Durch­ flußrichtung verjüngt und in Umlaufrichtung des Ro­ tors (28) ihr Einströmquerschnitt größer, ihr Aus­ strömquerschnitt dagegen kleiner ist, als die Steg­ breite zwischen Saug- (18) und Druckkanal (20) an der Ausmündung von Saug- und Druckkanal in den Rotor (28).

11. Vorrichtung nach Anspruch 7 mit einem drei Leitungsanschlüsse (12, 14, 16) aufweisenden Ventil­ gehäuse (10), in dem um eine Achse drehbar ein als Sperrkörper dienender, von einer Ventilöffnung (30) durchquerter Rotor (128) angeordnet ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich ein Saug- (18) und ein Druckkanal (18) von jeweils einem der Leitungsan­ schlüsse (12, 14) ausgehend zu einem zum dritten Leitungsanschluß (16) führenden Auslaßkanal (22) vereinigen und daß der Druckkanal (20) unmittelbar vor der Vereinigung von Saug- (18) und Druckkanal (20) durch den Rotor (128) absperrbar ist, und daß im Saugkanal (18) unmittelbar vor der Vereinigung von Saug- und Druckkanal (20) ein zeitweilig den Saugka­ nal sperrendes Ventil (42) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der Saug- (18) und der Druckkanal (20) unter spitzem Winkel vereinigen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rotor (128) zylindrisch ausgebildet ist und die Rotorachse (126) quer zur Durchströmrich­ tung des Ventils verläuft.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ventilöffnung (130) als in Sehnen­ richtung verlaufender Kanal ausgegebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (128′) mit einem exzentrischen Querschnittsbereich den Druckka­ kanal (20) durchdringt und die Ventilöffnung (30′) als, bezogen auf den Rotorquerschnitt, segmentförmi­ ger Rotorausschnitt ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorachse (26′, 126′) etwa quer zur Durchströmrichtung des Ventils verläuft und der Rotor (28′, 128′) als von der Ven­ tilöffnung (30′, 130′) durchbrochene Sperrscheibe ausgebildet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßkanal (22) zumindest annähernd in der Richtung des Druckkanals (20) verläuft.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugleitung stromauf vom Saugventil und/oder die Druckleitung stromauf vom Druckventil als Schwingrohr- oder Reso­ nanzanlage (60, 64) gestaltet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekenn­ gekennzeichnet, daß bei Schwingrohr- oder Resonanz­ anlagen (60, 64) in Saug- und Druckleitung die Ab­ stimmdrehzahlen dieser Anlagen in Saug- und Druck­ leitung unterschiedlich sind.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (28, 28′, 128′) in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Motors ge­ genüber der Motorkurbelwelle phasenverstellbar ist.