DE4021204A1 - Verfahren zur aufladung - Google Patents
Verfahren zur aufladungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auf
ladung von Viertaktbrennkraftmaschinen, bei dem die
Druck- und Strömungsenergie (Enthalpie) des Abgasstroms
zur Beschleunigung und Verdichtung der Ansaugluft vor dem
Brennraum ausgenutzt wird. Darüber hinaus hat die Er
findung eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens
zum Gegenstand.
Die Nutzung der Strömungsenergie des Abgases einer Vier
taktbrennkraftmaschine zur Verbesserung der Zylinderladung
ist seit langem bekannt und hat sich sowohl in der Kraft
fahrzeugtechnik als auch bei Stationärmotoren durch
gesetzt. Dies trifft für gemischansaugende und luft
ansaugende Brennkraftmaschinen zu, die hiermit beide ange
sprochen sind, auch wenn im folgenden ausschließlich von
Ansaug oder Ladeluft die Rede ist.
vorherrschend ist die Aufladung mit Strömungsmaschinen in
Form von Abgasturboladern (Büchi), daneben hat auch die
Stoßwellenaufladung (Comprex) bereits in die Serie Eingang
gefunden.
Die hiermit bezeichneten Lösungen erfordern einen nennens
werten apparativen Aufwand in Form einer zusätzlichen
Strömungsmaschine bzw. Impulstauschereinheit.
Aus der DE-OS 24 52 219 ist es bekannt, eine Luftansaug
leitung strömungsmäßig parallel zu einem vor dem
Schalldämpfertopf liegenden Teilstück einer Abgasleitung
parallel zu führen, wobei in einer Trennwand zwischen
beiden in die Abgasleitung mündende Injektoröffnungen
vorgesehen sind. Hierdurch soll die Luftsäule in der An
saugleitung beschleunigt werden, so daß eine verbesserte
Zylinderladung möglich wird.
Das hiermit beschriebene Verfahren setzt bei ungesteuerten
Verbindung zwischen Ansaugleitung und Abgasleitung eine
mehrzylindrige Brennkraftmaschine voraus. Um den Nachteil
einer möglichen Reflexion der beschleunigten Luftsäule an
einem geschlossenen Einlaßventil zu vermeiden, sind in
besonderer Ausgestaltung Rückschlagklappen in den
einzelnen Ansaugkrümmern hinter der Injektoranordnung
vorgesehen.
Aus der DE-OS 21 35 368 und der DE-PS 22 05 573 ist es
bekannt, den in der Abgasleitung eines Zylinders nach dem
Öffnen des Auslaßventils dem ersten Druckstoß folgenden
Unterdruck auf die Ansaugluftsäule eines zweiten
Zylinders, der gegenüber dem ersten um eine Halbperiode
des Arbeitsspiels phasenverschoben ist, einwirken zu las
sen. In der Verbindungsleitung sind Rückschlagmittel sowie
vom Ventiltrieb angetriebene Steuermittel in weiterer
Ausgestaltung vorgesehen. Auch diese Anordnung setzt eine
mehrzylindrige Brennkraftmaschine voraus.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art
und eine zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtung
vorzuschlagen, das bei geringem technischen Aufwand eine
gute Wirkung vermittelt und auch an Einzylindermotoren zur
Anwendung kommen kann.
Die Lösung besteht darin, daß der Ansaugluftstrom eines
Zylinders durch zeitweilige Überleitung in den Abgasstrom
desselben Zylinders unter Anwendung des Injektorprinzips
vor dem Eintritt in den Brennraum beschleunigt wird. In
weiterer Ausgestaltung dieser Lösung wird etwa beim Öffnen
des Einlaßventils die Überleitung des beschleunigten An
saugluftstroms in den Abgasstrom unterbrochen. Es wird
demgemäß beim Öffnen des Auslaßventils und dem damit ver
bundenen hochenergetischen Druckstoß in der Abgasleitung
die Luftsäule vor dem Einlaßventil über eine Überleitungs
strecke am noch geschlossenen Einlaßventil vorbei nach dem
Injektorprinzip beschleunigt, wobei die Überleitung etwa
beim folgenden Öffnen des Einlaßventiles beendet wird und
die kinetische Energie aufweisende Luftsäule dem Zylinder
im Ansaugtakt zugeführt wird, wodurch der Füllungsgrad
verbessert werden kann.
Eine weitere Verbesserung des hiermit angegebenen Ver
fahrens läßt sich dadurch erzielen, daß vor dem Schließen
des Einlaßventils eine Reflexion im Abgasstrom bewirkt
wird und eine rücklaufende Druckwelle durch die offen
stehende oder wieder zu öffnende Uberleitung in die An
saugleitung geleitet wird, so daß sich der Zylinderdruck
vor Schließen des Einlaßventils nochmals wirksam erhöht.
Hierzu kann auch das Auslaßventil nochmals geöffnet
werden, so daß die Druckwelle unmittelbar über dieses
zurückläuft um den Zylinderdruck wirksam zu erhöhen. Es
ist auch möglich, ausschließlich diesen Verfahrensschritt
anzuwenden.
Die erforderlichen Kanallängen und die Steuerzeiten für
die entweder selbstätig druckabhängigen oder ggfs. zu
betätigenden Steuerorgane sind sorgfältig abzustimmen.
Hierbei kann es erforderlich sein, die Steuerzeiten dreh
zahlabhängig zu variieren.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem
Zylinderkopf für eine luft- oder gemischansaugende Vier
taktbrennkraftmaschine ist im wesentlichen dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Überströmkanal zur unmittelbaren Ver
bindung eines Abgaskanals mit einem Ansaugkanal desselben
Zylinders vorgesehen ist, wobei die Einmündung des Über
strömkanals in den Abgaskanal nach Art einer Injektordüse
ausgebildet ist. Das an sich bekannt Prinzip wird hierbei
mit kürzestmöglichen Überströmkanälen zur Ausführung ge
bracht, während bei Verbindungen zwischen unterschied
lichen Zylindern nach dem Stand der Technik die Druckver
luste in den langen Leitungen sowie an der Mehrzahl von
Steuerelementen die zu erzielende Wirkung vermindert bzw.
übertrifft.
In besonderer Ausgestaltung ist vorzusehen, daß der Über
strömkanal von einem Ansaugkanal mit drallerzeugender Form
tangential im Sinne des Luftdralls zum Abgaskanal hin
abzweigt. Hiermit wird zugleich ein erhöhter Drall er
zeugt, so daß die Kanalform in geringerem Maße spiralig
sein kann.
Der Überströmkanal kann in einfacher Form und bei genauer
Strömungabstimmung ständig offen sein, wobei das Ende des
Überströmvorgangs zum einen durch das Öffnen des Einlaß
ventils und zum anderen ggfs. durch ein Steuerelement in
der Abgasleitung hinter der Einmündungsstelle erreicht
werden kann. Ein Steuerorgan in dieser Position kann zu
gleich zur Reflexion einer Druckwelle in der Abgasleitung
dienen, wobei die rücklaufende Druckwelle bei dann ge
schlossenem Auslaßventil den Druck im Ansaugkanal erhöht.
Hierbei ist gleichzeitig in geringem Umfang eine
Abgasrückführung
möglich. Das Auslaßventil kann auch nochmals hierzu ge
öffnet werden.
Ein derartiges in der Regel außerhalb des Zylinderkopfes
liegendes Steuerorgan wird bevorzugt elektromagnetisch
oder druckmittelbetätigt sein.
Die Injektordüse kann hierbei bevorzugt so ausgestaltet
werden, daß sie an einer Außenwand des Zylinderkopfes
ausgeführt ist, wobei Überströmkanal und Abgaskanal dort
offene Querschnitte haben und in einem einwandigen an
flanschbaren Abgasrohr weitergeführt werden.
Alternativ oder ergänzend zum vorstehend genannten Steuer
organ kann im Überströmkanal ein steuerbares Absperrorgan
vorgesehen sein, um den Überströmvorgang zum geeigneten
Zeitpunkt, d. h. etwa beim Öffnen des Einlaßventils zu
beenden. Ein derartiges Absperrorgan, z. B. in Form eines
Tellerventils kann in günstiger Weise vom Ventiltrieb über
Kipp- , Schlepp- oder Umlenkhebel betätigt werden. Das
Absperrorgan im Überströmkanal kann jedoch auch als plat
tenförmiger Drehschieber ausgeführt sein, der ebenfalls
problemlos vom Ventiltrieb antreibbar ist.
Eine weitere mögliche Ausführungsform liegt in Dreh
schiebern, die walzenförmig mit Innenausnehmungen und
Umfangsöffnungen ausgebildet sind und durch die das
Strömungsmedium hindurchgeführt wird. Derartige Dreh
schieber können ebenfalls vom Ventiltrieb mit angetrieben
werden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den
Zeichnungen dargestellt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, Prinzipdarstellungen
und ein Diagramm zum Ladungswechsel sind in der Zeichnung
dargestellt.
Fig. 1a zeigt einen Zylinder mit erfindungsgemäßen
Zylinderkopf im Axialschnitt nach Auslaßöffnen im
Ausschiebetakt;
Fig. 1b zeigt einen Zylinder mit erfindungsgemäßen
Zylinderkopf im Axialschnitt nach Einlaßöffnen bei
Ventilüberschneidung im Ansaugtakt;
Fig. 2a zeigt einen Zylinder nach Fig. 1a in Prinzip
darstellung;
Fig. 2b zeigt einen Zylinder nach Fig. 1b in Prinzipdar
stellung;
Fig. 3 zeigt den Überströmkanal als Verbindung zwischen
Einlaßkanal und Auslaßkanal in systematischer
Darstellung im Querschnitt;
In den Fig. 1a, 1b ist jeweils ein Zylinderrohr 1, in
dem ein Kolben 2 in der Nähe des unteren Totpunktes steht,
und ein Zylinderkopf 3 mit Einlaßkanal 4 und Auslaßkanal 5
prinzipiell dargestellt. Im Zylinderkopf sind ein Einlaß
ventil 20 und ein Auslaßventil 21 angeordnet. Als Einzel
heiten sind die Ventilführungen 6, 7 und Ventilsitzringe
8, 9 erkennbar. An den Zylinderkopf ist ein Auspuffkrümmer
10 mit einem nicht näher dargestellten steuerbaren Klap
penelement 11 mittels eines Flansches 12 angeschraubt. Vom
Einlaßkanal 4 geht ein Überströmkanal 13 mit einer Ein
trittsöffnung 14 ab, der mit einer
Austrittsöffnung 15 im Auslaßkanal 5 mündet. Der Auslaß
kanal 16 endet innerhalb des Zylinderkopfes 3 in einer
Injektordüse 16, die von einem Ringkanal 17 umgeben ist,
die mit der Austrittsöffnung 15 des Überströmkanals 13
verbunden ist. Im Überströmkanal 13 ist ein weiteres
systematisch dargestelltes steuerbares Klappenelement 18
vorgesehen. Die unterschiedlichen Stellungen der Gas
wechselventile 20, 21 und der Klappenelemente 11 im Auslaß
kanal und im Überströmkanal sind anhand der entsprechenden
Fig. 2a, 2b beschrieben.
In den Fig. 2a, 2b sind ebenfalls Zylinder 1, Kolben 2,
Zylinderkopf 3, Einlaßkanal 4, Auslaßkanal 5,
Überströmkanal 13 und Zylinderraum 19 prinzipiell
dargestellt. Das Einlaßventil 20 und das Auslaßventil 21
sind ebenfalls in unterschiedlichen Stellungen gezeigt.
Der an den Überströmkanal 13 anschließende Ringkanal 17
und die Injektordüse 16 sind deutlich zu erkennen.
In Fig. 2a ist der Zylinder im Ausschiebetakt unmittelbar
nach Auslaßöffnen dargestellt, wobei das Auslaßventil 21
und das Klappenelement 11 im Auslaßkanal 5 und das Klap
penelement 14 im Überströmkanal jeweils geöffnet sind.
Über die Injektordüse 16,17 wird Ansauglauft im
Einlaßkanal 4 in Richtung auf das Einlaßventil 20
beschleunigt, jedoch über den Überströmkanal 13 an diesem
in Richtung Auslaßkanal 5 vorbeigeführt.
In Fig. 2b ist der Zylinder im Ansaugtakt während einer
Ventilüberschneidung dargestellt, wobei beide Ventile
geöffnet sind, das Klappenelement 11 im Auslaßkanal 5
geschlossen ist, und das Klappenelement 18, nachdem es
zwischenzeitlich geschlossen gewesen sein kann, geöffnet
ist. Ein Teil des Abgases wird an der geschlossenen Klappe
11 reflektiert und führt als zurücklaufende Druckwelle
über das Einlaßventil 20 und das Auslaßventil 21 zu einer
Ladungserhöhung im Zylinderraum.
In Fig. 3 ist erkennbar, wie der Überströmkanal 13
jeweils tangential an den Einlaßkanal 4 und den
Auslaßkanal 5 anschließt, um auf diese Weise einen
Einlaßdrall zu unterstützen. Die Ventile 20, 21 sind in
Draufsicht erkennbar.
Bezugszeichenliste
1 Zylinderrohr
2 Kolben
3 Zylinderkopf
4 Einlaßkanal
5 Auslaßkanal
6 Ventilführung
7 Ventilführung
8 Ventilsitz
9 Ventilsitz
10 Auslaßkrümmer
11 Absperrelement
12 Flansch
13 Überströmkanal
14 Eintrittsöffnung
15 Austrittsöffnung
16 Injektordüse
17 Ringkanal
18 Sperrelement
19 Brennraum
20 Einlaßventil
21 Auslaßventil
2 Kolben
3 Zylinderkopf
4 Einlaßkanal
5 Auslaßkanal
6 Ventilführung
7 Ventilführung
8 Ventilsitz
9 Ventilsitz
10 Auslaßkrümmer
11 Absperrelement
12 Flansch
13 Überströmkanal
14 Eintrittsöffnung
15 Austrittsöffnung
16 Injektordüse
17 Ringkanal
18 Sperrelement
19 Brennraum
20 Einlaßventil
21 Auslaßventil
Claims (12)
1. Verfahren zur Aufladung von Vier
taktbrennkraftmaschinen, bei dem die Druck- und
Strömungsenergie des Abgasstroms zur Beschleunigung
und Verdichtung der Ansaugluft vor dem Brennraum aus
genutzt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ansaugstrom eines Zylinders durch zeitweilige
Überleitung in den Abgasstrom des selben Zylinders
unter Anwendung des Injektorprinzips vor dem Eintritt
in den Brennraum beschleunigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß etwa beim Öffnen des oder der Einlaßventile die
Überleitung der beschleunigten Ansaugluft in den Ab
gasstrom unterbrochen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Schließen des Einlaßventils eine Reflexion
im Abgasstrom bewirkt und eine rücklaufende Druckwelle
in den Ansaugstrom und über das Einlaßventil und ggfs.
über das noch geöffnete oder nochmals zu öffenende
Auslaßventil in den Brennraum übergeleitet wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Zylinderkopf (3)
einer luft- oder gemischansaugenden Vier
taktbrennkraftmaschine, bei der die Druck- und
Strömungsenergie der Abgase zur Beschleunigung und
Verdichtung des Ansaugluftvolumens verwendet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Überströmkanal (13) zur unmittelbaren Ver
bindung eines Auslaßkanals (5) mit einem Ansaugkanal
(4) des selben Zylinders (1) vorgesehen ist, wobei die
Einmündung des Überströmkanals (13) in den Auslaßkanal
(5) nach Art einer Injektordüse (16, 17) ausgebildet
ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Überströmkanal (13) von einem Ansaugkanal (5)
mit drallerzeugender Form tangential im Sinne des
Luftdralls in Richtung zum Auslaßkanal (5) abzweigt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Auslaßkanal (5) stromab von der Injektordüse
(16, 17) ein steuerbares Absperrorgan (11) vorgesehen
ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Absperrorgan (11) im Auslaßkanal (5) druck
mittelbetätigt oder elektromagnetisch betätigt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Injektordüse (16, 17) an einer Außenwand des
Zylinderkopfes (3) derart ausgeführt ist, daß Über
strömkanal (13) und Auslaßkanal (5) offene Quer
schnitte zeigen und in einem einwandigen an
flanschbaren Abgasrohr (10) vereint weitergeführt
werden.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Überströmkanal (13) ein steuerbares Ab
sperrorgan (18) vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Absperrorgan ein vom Ventiltrieb steuerbares,
insbesondere über Kipp- oder Schlepp- oder Umlenkhebel
betätigtes Tellerventil ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Absperrorgan ein vom Ventiltrieb antreibbarer
Plattendrehschieber ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Absperrorgan ein vom Ventiltrieb antreibbarer
Walzendrehschieber ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4021204A DE4021204C2 (de) | 1990-07-04 | 1990-07-04 | Vorrichtung und Verfahren zur Aufladung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4021204A DE4021204C2 (de) | 1990-07-04 | 1990-07-04 | Vorrichtung und Verfahren zur Aufladung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4021204A1 true DE4021204A1 (de) | 1992-01-16 |
DE4021204C2 DE4021204C2 (de) | 1994-03-17 |
Family
ID=6409593
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4021204A Expired - Fee Related DE4021204C2 (de) | 1990-07-04 | 1990-07-04 | Vorrichtung und Verfahren zur Aufladung |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4021204C2 (de) |
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- 1990-07-04 DE DE4021204A patent/DE4021204C2/de not_active Expired - Fee Related
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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