DE3737827C2 - Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors und Verbrennungsmotor zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors sowie einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 3.

Die Aufladung von Verbrennungsmotoren hat zum Ziel, vorver­ dichtete Ladung in den Verbrennungsraum des Motors zu bringen. Hierbei wird der Motorkolben auf seinem Weg vom oberen zum unteren Totpunkt mit dem Ladedruck beaufschlagt und nimmt dadurch Energie aus der verdichteten Ladung, die vom Lader als Ausschubarbeit zugeführt werden muß. Diese Ausschubarbeit beträgt ein Mehrfaches der reinen Verdich­ tungsarbeit, weshalb die Antriebsleistung für den Lader ein Mehrfaches dessen beträgt, was für das Aufbringen der reinen Verdichtungsarbeit erforderlich ist.

Ein Verfahren und ein Verbrennungsmotor der eingangs genannten Gattung sind aus der DE 33 18 094 bekannt. Wie dort beschrieben, erfolgt dort die Aufladung des Ver­ brennungsmotors in der Weise, daß während des Saughubes des Kolbens in herkömmlicher Weise atmosphärische Luft angesaugt wird und erst kurz vor Ende des Saughubes die vom Lader erzeugte verdichtete Luft in den Verbrennungsraum einge­ lassen wird. Durch diese "Nachladung" wird die Ausschub­ arbeit des Kolbens verringert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors sowie einen Verbrennungs­ motor der eingangs genannten Gattung so weiterzubilden, daß die Abgabe von Arbeit von der verdichteten Ladung an den Motorkolben weiter reduziert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen 1 und 3 gekennzeichnet.

Da der Motorkolben bereits einen Teil seines Weges vom oberen zum unteren Totpunkt zurückgelegt hat, wenn die Ladung mit der gewählten Verzögerung in den Verbrennungsraum einströmt, wird weniger Arbeit von der Ladung an den Motor­ kolben abgegeben. Die beabsichtigte Wirkung der Erfindung stellt sich hauptsächlich bei niedrigen Drehzahlen ein. Die so eingesparte Antriebsleistung für den Lader kann zur Erzielung eines höheren Drehmoments bei niedrigen Drehzahlen genutzt werden, ohne daß dies durch eine Drehmomenteinbuße bei höheren Drehzahlen erkauft werden muß. Außerdem kann durch das erfindungsgemäße Verfahren die Lastannahme des Motors verbessert werden, indem beispielsweise bei Teillast das Steuerventil etwa gleichzeitig mit dem Einlaßventil öffnet und bei Lasterhöhung über die verzögerte Öffnung des Steuerventils sofort ein höheres Drehmoment verfügbar wird.

Wenn das Einlaßventil geöffnet wird, während das Steuer­ ventil noch geschlossen ist, expandiert zunächst die im Einlaßkanal zwischen Einlaßventil und Steuerventil befind­ liche, nach dem Schließen von Einlaß- und Steuerventil eingeschlossene, unter Druck stehende Ladung in den Verbrennungsraum. Bei entsprechend spätem Öffnen des Steuerventils entsteht ein Unterdruck im Verbrennungsraum, so daß der im Verbrennungsraum beim Beginn des Einströmens der verdichteten Ladung herrschende Druck wesentlich niedriger ist als bei der konventionellen Aufladung. Damit wird aber nicht nur weniger Energie von der verdichteten Ladung an den Motorkolben abgegeben, sondern aufgrund des beim verzögerten Öffnen des Steuerventils vorhandenen, vom Ausmaß der Verzögerung abhängigen Unterschieds der Drücke stromauf und stromab vom Steuerventil wird eine entsprechend hohe Fließgeschwindigkeit der in den Verbrennungsraum einströmenden Ladung verursacht. Diese Fließgeschwindigkeit wird gegen Ende des Kolbenhubs abgebremst, was in einer von Saugmotoren her bereits bekannten Weise zu einer dynamischen Druckerhöhung führt, noch bevor das Einlaßventil schließt.

Um den von dieser Druckerhöhung verursachten Rückfluß der Ladung aus dem Verbrennungsraum zu verhindern, besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin, daß das Steuerventil automatisch geschlossen wird, sobald die Drücke stromauf und stromab vom Steuerventil einen vorgegebenen Druckunterschied unterschreiten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüche angegeben.

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

Die Zeichnung zeigt schematisch den Ein- und Auslaß­ bereich eines Zylinders eines aufgeladenen Verbren­ nungsmotors der Kolbenbauart mit einem erfindungsge­ mäß ausgebildeten, stromauf vom Einlaßventil angeord­ neten Steuerventil.

Im Verbrennungsraum 10 des dargestellten Motorzylin­ ders ist ein Kolben 12 beweglich angeordnet. Der Verbrennungsraum 10 wird über einen Einlaßkanal 14 mit von einem Lader 15 verdichteter Brennluft oder Brennluft-Kraftstoff-Mischung versorgt, wobei der Verbrennungsraum 10 durch ein in Abhängigkeit vom Mo­ torkurbelwinkel gesteuertes Motoreinlaßventil 16 ge­ genüber dem Einlaßkanal 14 geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Die Abgase werden über einen Auslaßkanal 18 abgeführt, der über ein Auslaßventil 20 mit dem Verbrennungsraum in Verbindung steht.

Stromauf vom Einlaßventil 16 ist im Einlaßkanal 14 ein insgesamt mit 22 bezeichnetes Steuerventil ange­ ordnet, dessen Schließkörper als eine um eine Achse 24 drehbeweglich gelagerte Rückschlagklappe 26 ausge­ bildet ist. Die Rückschlagklappe 26 ist durch eine Torsionsfeder 28 in ihre in der Zeichnung dargestell­ te Schließstellung vorgespannt, deren Kraft so bemes­ sen ist, daß sie die Rückschlagklappe 26 in die ge­ zeigte Schließstellung verschwenkt, sobald der Druck auf der dem Einlaßventil 16 zugewandten Seite des Steuerventils 22 nahezu auf den Druck angestiegen ist, der stromauf vom Steuerventil 22 herrscht.

In der Schließstellung liegt die Rückschlagklappe 26 an einer Anschlagfläche 30 an, in welcher sich die Mündung 32 einer Unterdruckleitung 34 befindet. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß die Rückschlag­ klappe 26 in Schließstellung die Mündung 32 dichtend abdeckt. Das Steuerventil 22 wird sich deshalb erst öffnen, wenn der Druck stromauf vom Steuerventil 22 um soviel höher ist als der Druck stromab vom Steuer­ ventil 22, daß der Druckunterschied die vom Unterdruck in der Unterdruckleitung 34 und der Tor­ sionsfeder 28 ausgeübte Schließkraft überwinden kann. Sobald dieser Zustand eingetreten ist und sich die Rückschlagklappe 26 nur geringfügig in Öffnungsrich­ tung bewegt hat, bricht der Unterdruck zusammen und die Rückschlagklappe kann gegen den geringen Wider­ stand der Torsionsfeder 28 in die Öffnungsstellung verschwenkt werden.

Um die Losbrechkraft einstellen zu können, ist in der Unterdruckleitung 34 ein Einstellventil 36 angeord­ net, welches auf eine wünschenswert erscheinende Losbrechkraft fest eingestellt oder vorzugsweise in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors und der Stellung des Fahrpedals variabel sein kann.

Die Unterdruckleitung 34 mit ihrer Mündung 32 ist nur eine von verschiedenen Möglichkeiten, die durch die Losbrechkraft zu überwindende Rückhaltekraft aufzu­ bringen. So könnte z. B. das Unterdrucksystem durch einen Elektromagneten ersetzt werden, der anstelle der Mündung 32 im Bereich der Aufschlagfläche 30 an­ geordnet wird.

Da durch das Steuerventil 22 der Einlaßkanal 14 stets automatisch zum erforderlichen Zeitpunkt ge­ schlossen wird, kann der Einlaßschluß des Motorein­ laßventils 16 auf optimale Bedingungen bei hohen Dreh­ zahlen eingestellt werden, wobei dann das Steuerven­ til 22 die Aufgabe automatisch übernimmt, das Drehmo­ ment bei niederen Drehzahlen zu verbessern.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors der Kolbenbauart mit einem einen Lader mit mindestens einem Ver­ brennungsraum des Motors verbindenden Einlaßkanal und minde­ stens einem zwischen dem Einlaßkanal und jedem Verbrennungs­ raum angeordneten Einlaßventil, bei welchem Verfahren ein stromauf vom Einlaßventil angeordnetes Steuerventil gegen­ über dem Öffnungszeitpunkt des Einlaßventils verzögert ge­ öffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Öffnen des Ein­ laßventils und noch geschlossenem Steuerventil ausschließ­ lich die im Einlaßkanal zwischen Einlaßventil und Steuerven­ til befindliche, nach dem Schließen von Einlaß- und Steuer­ ventil eingeschlossene, unter Druck stehende Ladung in den Verbrennungsraum expandiert, und daß der Öffnungszeitpunkt des Steuerventils während des Betriebs in Abhängigkeit von ausgewählten Betriebsparametern des Motors beliebig ge­ steuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Steuerventil automatisch geschlossen wird, sobald die Drücke stromauf und stromab vom Steuerventil einen vorgegebenen Druckunterschied unterschreiten.

3. Verbrennungsmotor der Kolbenbauart mit einem einen Lader mit mindestens einem Verbrennungsraum des Motors verbindenden Einlaßkanal, mindestens einem zwischen dem Ein­ laßkanal und jedem Verbrennungsraum angeordneten Einlaß­ ventil, und einem stromauf vom Einlaßventil angeordneten Steuerventil, das gegenüber dem Öffnungszeitpunkt des Einlaßventils verzögert geöffnet wird, dadurch gekennzeich­ net, daß der Einlaßkanal (14), das Einlaßventil (16) und das Steuerventil (22) so ausgebildet sind, daß bei Öffnen des Einlaßventils und noch geschlossenem Steuerventil ausschließlich die im Einlaßkanal zwischen Einlaßventil und Steuerventil befindliche, nach dem Schließen von Einlaß- und Steuerventil eingeschlossene, unter Druck stehende Ladung in den Verbrennungsraum expandiert, und daß der Öffnungszeit­ punkt des Steuerventils während des Betriebs in Abhängigkeit von ausgewählten Betriebsparametern des Motors beliebig steuerbar ist.

4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (22) einen in Abhängig­ keit vom Unterschied der beiderseits des Steuerventils (22) herrschenden Drücke automatisch steuerbaren Schließmecha­ nismus (24, 26, 28, 30) enthält, der so ausgelegt ist, daß er bei Ausgleich des Druckunterschieds anspricht.

5. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (22) als Richtungsventil mit einstellbarer Öffnungsschwelle ausgebildet ist.

6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Richtungsventil als Rückschlagklappe (26) ausgebildet ist, der eine beim Schließen überwindbare, in Abhängigkeit vom Motorkurbelwinkel in Lösestellung überführbare Riegelsperre zugeordnet ist.

7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagklappe (26) in Schließ­ stellung die Mündung (32) einer Unterdruckleitung (34) dichtend abdeckt, und daß die Unterdruckleitung (34) ein Stellorgan (36) zur Einstellung des Unterdrucks enthält.

8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagklappe (26) in Schließ­ stellung an einem Elektromagneten anliegt und die Kraft des Elektromagneten einstellbar ist.

9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellorgan (36) in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors und der Stellung des Fahrpedals einstellbar ist.

10. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagklappe (26) unter Vorspannung in der Schließstellung anliegt.