DE3874101T2

DE3874101T2 - Einlassvorrichtung fuer mehrzylinderbrennkraftmaschinen.

Info

Publication number: DE3874101T2
Application number: DE8888202829T
Authority: DE
Inventors: Emilio Oldani; Riccardo Rosa; Sergio Truzzi
Original assignee: Fiat Auto SpA
Current assignee: Fiat Auto SpA
Priority date: 1987-12-18
Filing date: 1988-12-09
Publication date: 1993-01-21
Anticipated expiration: 2008-12-10
Also published as: EP0321033B1; IT1223543B; ES2034174T3; IT8723102A0; US4938191A; DE3874101D1; EP0321033A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einlaßvorrichtung für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit mehreren Einlaßventilen und wenigstens einem Auslaßventil pro Zylinder, insbesondere zwei Einlaßventilen pro Zylinder, und mit einer Antriebseinrichtung für die Ventile, wobei die Einlaßvorrichtung individuelle Einlaßleitungen, eine Einlaßleitung pro Zylinder und wenigstens zwei Einlaßkanäle umfaßt, welche von jeder einzelnen Einlaßleitung abzweigen und über Einlaßventile zu den entsprechenden Zylindern führen, und wobei die wenigstens zwei Einlaßventile pro Zylinder nach Mub-Gesetzmäßigkeiten angetrieben sind, welche jeweils für niedrige Drehzahlbedingungen und hohe Drehzahlbedingungen optimiert sind.
Motoren, die mit mehreren Einlaßventilen pro Zylinder ausgerüstet sind und möglicherweise mit mehr als einem Auslaßventil pro Zylinder, haben im Vergleich mit Motoren mit nur einem Einlaßventil und einem Auslaßventil pro Zylinder einen größeren, tatsächlichen Flächenbereich für den Durchlaß durch die Ventile. Diese Tatsache begünstigt den Austausch der Gase innerhalb der Verbrennungskammer, wobei eine größere Menge von Luft und demzufolge auch von Gas eingeführt und eine größere Menge von Abgas pro Zeiteinheit ausgeblasen werden kann.
Aus dem obigen geht hervor, daß eine bessere Füllung der Zylinder und eine höhere volumetrische Wirksamkeit zu einem Anstieg der spezifischen Leistung des Motors führt.
Bei diesen Motoren kann es jedoch vorkommen, daß die Überschneidung von Einlaß- und Auslaßventilen, die bei bestimmten Motordrehzahlen bei der Zylinderfüllung, bei Trägheitserscheinungen und bei Resonanzwellen vorteilhaft ist, bei anderen Betriebsbedingungen, insbesondere bei niedrigen Motordrehzahlen, jedoch unvorteilhaft ist, weil ein Teil des frischen Luft-Gas-Gemisches unverbrannt direkt in die Abgasleitung fließen kann oder weil ein Teil des Abgases zurück in die Einlaßleitung fließen kann; dies ist davon abhängig, ob während der Überschneidung zwischen der Einlaßleitung und der Auslaßleitung entweder eine positive oder eine negative Druckdifferenz besteht.
Ein solches Entstehen einer unregelmäßigen Verbrennung führt zu einem höheren Brennstoffverbrauch und zu einem Anstieg von umweltschäidigenden Substanzen in den Abgasen.
Um den Betrieb solcher Motoren, insbesondere unter Niedriglast-Bedingungen, zu verbessern, ist bereits vorgeschlagen worden, zwei Einlaßventile pro Zylinder mit Hilfe von zwei verschiedenen Nocken anzutreiben, wobei einer dieser Nocken gemäß einer Hub-Gesetzmäßigkeit angetrieben wird, die für niedrige Motordrehzahlen optimiert ist und die andere gemäß einer Hub-Gesetzmäßigkeit betrieben wird, die für hohe Motordrehzahlen optimiert ist; dies ist beispielsweise in der FR-A-1 511 586 beschrieben. Gemäß diesem Patent ist für den jeweiligen Einlaßkanal eine Drosselklappe vorgesehen, die innerhalb des Einlaßkanals angeordnet ist, wobei eine dieser Drosselklappen mit Hilfe des Gaspedals betätigt wird und wobei die andere mit einem geeigneten Stellglied so betätigt wird, daß sie bei niedrigen Motordrehzahl-Bedingungen geschlossen bleibt.
Mit Hilfe einer solchen Anordnung werden die Negativwirkungen der Überschneidung bei niedrigen Motordrehzahlen vermindert, weil jeder Zylinder nur durch einen Einlaßkanal und durch ein Einlaßventil beliefert wird, die beide genau auf den betreffenden Drehzahlbereich ausgelegt sind. Eine solche Anordnung ist jedoch relativ komplex und teuer.
Die DE-A-35 11 382 offenbart eine Einlaßvorrichtung, bei der zwei Einlaßventile pro Zylinder nach verschiedenen Hub-Gesetzmäßigkeiten gesteuert werden und bei der in demjenigen Einlaßkanal, der zu dem Einlaßventil mit der Hubgesetzmaßigkeit führt, die an die geringen Motordrehzahlen des Motors angepaßt ist, eine Brennstoff-Einspritzdüse angeordnet ist, wohingegen in dem Einlaßkanal, der zu dem Einlaßventil führt, das nach den Hub-Gesetzmäßigkeiten für die hohe Motordrehzahl ausgelegt ist, eine Drosselklappe angeordnet ist. Dieses Ventil ist so gesteuert, daß der jeweilige Kanal bei geringer Motordrehzahl geschlossen wird und daß derselbe Kanal bei hoher Motordrehzahl geöffnet wird. Die beiden Einlaßkanäle zweigen von der Einlaßleitung ab, die für alle Zylinder des Motors dieselbe ist und die durch eine Drosselklappe gesteuert wird, die vom Gaspedal her betätigt wird.
Auch diese bekannte Vorrichtung arbeitet demzufolge nur bei niedrigen Motordrehzahlen mit einem Einlaßkanal und bei höheren Motordrehzahlen mit beiden Einlaßkanälen. Dies schafft ungünstige Betriebsbedingungen bei niedrigen Motordrehzahlen und ferner Konstruktionsprobleme aufgrund der Anordnung der Einspritzdüsen und der Drosselklappen in den Einlaßkanälen.
Der vorliegenden Erfindung liegt mithin hauptsächlich die Aufgabe zugrunde, eine einfachere und billigere Lösung anzugeben, die dennoch eine zufriedenstellende Wirkung hat. Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, sowohl ein hohes Motordrehmoment zu erreichen als auch einen verminderten Brennstoffverbrauch und einen minimalen Abgasausstoß dann, wenn der Motor bei niedrigen Motordrehzahlen betrieben wird; gleichzeitig soll aber ein Ansteigen der Spitzenleistung bei hohen Motordrehzahlen erreicht werden. Diese Aufgabe wird durch die Einlaßvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
Durch Anordnung einer Drosselklappe innerhalb jeder Einlaßleitung wird eine höhere Freiheit für die Auswahl der Ventilzeiten über alle Überschneidungen hinweg erreicht, weil mögliche Rückflüsse von Abgasen in die Einlaßleitung eines Zylinders, die unter Niedriglast-Bedingungen möglich ist, die Brennstoffzufuhr zu den anderen Zylindern nicht berührt.
Mit der außermittigen Anordnung der Brennstoff-Einspritzdüsen tritt durch das Einlaßventil, das einen geringeren Öffnungs-Hub und eine minimale Überschneidung relativ zum entsprechenden Auslaßventil, Luft ein, die insgesamt mit der gesamten, oder fast der gesamten Brennstoffmenge, die durch die Einspritzdüse zugeführt worden ist, vermischt ist; währenddem fließt durch das Eingangsventil, das einen größeren Öffnungs-Hub und eine weitere Überschneidung relativ zum entsprechenden Ausgangsventil hat, Luft oder nur leicht mit Brennstoff vermischte Luft ein.
Auf diese Weise wird verhindert, daß unter Niedriglast-Bedingungen ein Teil des Luft-Gasgemisches aus dem Brennraum des Motors in die Abgase ausgetrieben wird; darüber hinaus wird zusätzlich unter allen Betriebsbedingungen aufgrund des Turbulenzeffektes und des nachfolgenden Verwirbelns des Gas-Luft-Gemisches innerhalb des Verbrennungsraumes eine bessere Verbrennung erreicht. Dies folgt daraus, daß der Luftstrom, der im voraus durch ein Einlaßventil eintritt und der eine gewisse Geschwindigkeit hat, ein Verwirbelungs-Verhalten aufweist, wenn er mit dem Luftstrom zusammentrifft, der in höherem Maße mit Brennstoff vermischt ist und der durch das andere Einlaßventil danach eintritt.
Die Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden nun anhand der beigefügten Figuren 1 bis 3 dargestellt, in denen eine beispielsweise, jedoch nicht begrenzende Ausführungsform der Erfindung abgebildet ist. Es zeigen:
Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Draufsicht auf eine Einlaß- bzw. Einspritzvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt eine teilweise geschnittene Ansicht längs der Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung der Hub-Verläufe der Ventile des Motors nach der Erfindung.
In den Fig. 1 und 2 ist schematisch ein Verbrennungsmotor mit vier Ventilen pro Zylinder dargestellt, wobei zwei Zylinder 10 dargestellt sind, von denen jeder zwei Einlaßventile 11 und 12 und zwei Auslaßventile 13 und 14 hat. Die Zündkerzen sind bei 15 angedeutet.
Jedem Zylinder ist eine eigene Einlaßleitung 16 zugeordnet, die sich in zwei Einlaßkanäle 18 und 20 verzweigt, die durch Einlaßventile 11 und 12 zur Verbrennungskammer desselben Zylinders führen und eine ständig offene Fließverbindung zwischen den Ventilen 11, 12 und der zugeordneten Einlaßleitung 15 bilden.
Mit den Bezugsziffern 17, 19 und 21 sind die jeweiligen Längsachsen der Einlaßleitung 16 und der Einlaßkanäle 18 und 20 bezeichnet.
Innerhalb jeder Einlaßleitung 16 ist jeweils eine Drosselklappe 22 angeordnet; die Drosselklappen 22 sind untereinander mit einer schematisch angedeuteten Welle 23 verbunden und sie sind wirkungsmäßig mit dem in den Figuren nicht dargestellten Gaspedal verbunden, wie dies üblich ist.
Innerhalb der Eingangsleitung 16 ist stromabwärts der jeweiligen Drosselklappe 22, aber stromaufwärts der Stelle, an der sich die Eingangsleitung 16 in die Einlaßkanäle 18 und 20 verteilt, ist wenigstens ein Elektro-Injektor 24 angebracht.
Jeder Elektro-Injektor 24 ist relativ zu Längsachse 17 der jeweiligen Einlaßleitung außermittig angeordnet, das heißt er ist zur Seite des Einlaßkanals 18 hin verschoben.
Der Elektro-Injektor 24 kann auch koaxial mit der Achse 19 des Einlaßkanals 18 sein.
Wie dies aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, hat der Einlaßkanal 18, auf den hin der Elektroinjektor 24 verschoben ist, einen ersten Abschnitt 18', dessen Achse in einer vertikalen Ebene im wesentlichen parallel zur vertikalen Ebene liegt, die die Achse der Einlaßleitung 16 enthält, von der der Einlaßkanal 18 abzweigt sowie einen zweiten Abschnitt, dessen Achse in einer vertikalen Ebene liegt, die mit der vertikalen Ebene, die die Achse der Einlaßleitugn 16 enthält, einen Winkel bildet; die Achse des Elektroinjektors 24 und die Achse des ersten Abschnittes 18' des Einlaßkanals 18 können in derselben, vertikalen Ebene liegen und der Elektroinjektor 24 kann mit seiner Achse relativ zur Achse 19 des zweiten Abschnittes des Einlaßkanals 18 schräg angeordnet sein.
Die Einlaßventile 11 und 12 und die Auslaßventile 13 und 14 sind wirkungsmäßig jeweils mit Nockenwellen verbunden, die in den Figuren nicht dargestellt sind und die die Antriebsmittel für diese Ventile darstellen.
In dem besonderen, hier dargestellten Fall ist es für die Einlaßventile 11 vorgesehen, daß sie von den Nocken mit einer Hub-Gesetzmäßigkeit a angetrieben werden, die so berechnet ist, daß ein hohes Drehmoment, ein niedriger Kraftstoffverbrauch und verminderte Emission von Abgasen unter Teillastbedingungen erzielt werden, z.B. nach so einer Gesetzmäßigkeit, wie sie in Fig. 3 durch die Kurve 311 bezeichnet ist.
In bezug auf die Einlaßventile 12 werden diese mit Hilfe der Nocken mit einer Hub-Gesetzmäßigkeit betrieben, die so berechnet ist, daß die Spitzenleistung des Motors ansteigt und die z.B. so verläuft, wie dies in Fig. 3 durch die Kurve 312 dargestellt ist.
In Fig. 3 sind auch die Kurven 312 und 314 dargestellt, welche die Hub-Gesetzmäßigkeiten a der Auslaßventile 13 und 14 darstellen.
Wie dies aus Fig. 3 hervorgeht, ist der Öffnungshub des Einlaßventiles 11 geringer als der des Einlaßventiles 12, wobei der Beginn der Öffnung des Einlaßventils 11 relativ zu der des Einlaßventiles 12 verzögert ist und zwar relativ zum oberen Totpunkt (TDC) und die Überschneidung (d.h. die gleichzeitig Öffnung beider Ventile am oberen Totpunkt) des Einlaßventiles 11 und des Auslaßventiles 13 minimal ist, während die Überschneidung des Einlaßventiles 12 mit dem Auslaßventil 14 breit ist.
Der Ansaughub eines Zylinders 10 beginnt mit der Öffnung des betreffenden Ventils 12. Durch dieses Ventil tritt ein Strom von reiner Luft oder von nur leicht mit Kraftstoff gemischter Luft ein, die eine wirbelnde Bewegung mit ziemlich hoher Geschwindigkeit auslöst und ein niedrigeres spezifisches Gewicht hat als das Luft-Gas-Gemisch.
Danach öffnet das Einlaßventil 11 und durch dieses Ventil strömt ein Strom von stark mit Kraftstoffnebel vermischter Luft ein, da der gesamte Brennstoff oder das meiste von ihm durch den Elektroinjektor während des Einspritzhubes zugeführt wird und dieses Luft-Gas-Gemisch fließt durch den Einlaßkanal 18.
Das Zusammentreffen der beiden Ströme, von denen der eine bereits eine wirbelnde Bewegung durchführt und eine gewisse Geschwindigkeit hat, hat die Wirkung einer Turbulenz und eines Aufwirbelns des zugeführten Gemisches, die dieses Gemisch aufgrund der besseren Treibstoff-Verteilung in der Luft homogener macht und dessen vollständige Verbrennung unter allen Motor-Betriebsbedingungen begünstigt. Bei Luft-Gas-Gemischen, die einen hohen Gasanteil haben, wird darüber hinaus das Hindurchgehen von unverbranntem Gas zur Auslaßleitung verhindert, da das Überschneiden zwischen den Einlaßventilen 11 und den Auslaßventilen 13 gering ist, während die Überschneidung zwischen dem Einlaßventil 12, das dazu bestimmt ist, lediglich reine Luft oder wenig mit Gas vermischte Luft zuzuführen, und dem Auslaßventil 14 breit ist.

Claims

1. Einlaßvorrichtung für Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen mit einer Mehrzahl von Einlaßventilen und wenigstens einem Auslaßventil pro Zylinder, insbesondere zwei Einlaßventilen (11,12) pro Zylinder, und mit einer Antriebseinrichtung fur die Ventile, wobei die Einlaßvorrichtung individuelle Einlaßleitungen (16), eine Einlaßleitung pro Zylinder (10) und wenigstens zwei Einlaßkanäle (18,20) umfaßt, welche von jeder einzelnen Leitung (16) abzweigen und zu dem entsprechenden Zylinder (10) über die Einlaßventile (11,12) führen, und wobei die wenigstens zwei Einlaßventile pro Zylinder gemäß Hubsteuerungen angetrieben sind, welche jeweils für niedrige Drehzahlbedingungen und hohe Drehzahlbedingungen optimiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drosselventil (22) in jeder Einlaßleitung (16) angeordnet ist und die Einlaßkanäle (18,20) jedes Zylinders (10) eine konstant offene Fluidverbindung zwischen den Einlaßventilen (11,12) und der zugehörigen Leitung (16) definieren, und daß in jeder individuellen Einlaßleitung (16) stromabwärts des entsprechenden Drosselventils (22) und stromaufwärts der Position, an welcher die Verzweigung der Einlaßleitung (16) in die Einlaßkanäle (18,20) erfolgt, wenigstens eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (24) angeordnet ist, wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (24) außermittig relativ zur Längsachse (17) der Leitung (16) und in Richtung zur Seite des Einlaßkanals (18) jenes Einlaßventils (11) verschoben angeordnet ist, welches eine für niedrige Drehzahlbedingungen optimierte Hubsteuerung aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal (18), zu welchem die Einspritzvorrichtung (24) verschoben ist, einen ersten Teilbereich (18') mit einer Achse in einer Vertikalebene, welche im wesentlichen parallel zu der die Achse der Leitung (16), von welcher der Kanal (18) abzweigt, enthaltenden Vertikalebene liegt, und einen zweiten Teilbereich mit einer Achse (19) in einer Vertikalebene aufweist, welche mit der die Achse der Leitung (16) enthaltenden Vertikalebene einen Winkel einschließt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Einspritzvorrichtung (24) und die Achse des ersten Teilbereiches (18') des Einlaßkanals (18) in der gleichen Vertikalebene liegen.

4 Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzvorrichtung (24) mit ihrer Achse geneigt zur Achse (19) des zweiten Teilbereiches des Einlaßkanals (18) angeordnet ist.