DE4029033A1 - Verfahren und vorrichtung zum zwangsweisen zufuehren von luft in einen verbrennungsmotor nach der verbrennung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum zwangsweisen Zuführen von Luft in die Verbren­ nungskammer eines Zylinders eines Verbrennungsmotors nach der Verbrennung, die insbesondere dafür vorgese­ hen sind, den Arbeitshub des Kolbens voll und richtig zu nutzen.

Zahlreiche verschiedene bekannte Motoren werden nach dem Stand der Technik zur Umsetzung der aus der Ver­ brennung eines gasförmigen Kraftstoff-/Luftgemischs entstehenden thermischen Energie in mechanische Ener­ gie verwendet.

Ein gasförmiges Kraftstoff-/Luftgemisch dehnt sich bei der Verbrennung in der Verbrennungskammer eines Zylin­ ders aus (Volumenvergrößerung) und treibt den im Zylin­ der enthaltenen Kolben abwärts. Eine Verbindungsstan­ ge, welche mit dem Kolben und einer Kurbelwelle ver­ bunden ist, wandelt die Auf- und Abbewegung des Kol­ bens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle um.

Ein Kraftstoffzufuhrsystem ist mit jedem Zylinder ver­ bunden, wobei ein Einlaßventil vorgesehen ist, das den Einlaß des Kraftstoff-/Luftgemischs in die Verbren­ nungskammer jedes Zylinders zum richtigen Zeitpunkt steuert. In ähnlicher Weise ist jeder Zylinder mit einem Auslaßsystem zum Auslaß der durch die Verbren­ nung des gasförmigen Kraftstoff-/Luftgemischs entste­ henden verbrannten Gase verbunden, wobei ein Auslaß­ ventil vorgesehen ist, das den Auslaß der verbrannten Gase aus dem Zylinder zum richtigen Zeitpunkt steuert.

Die meisten gegenwärtig in Kraftfahrzeugen verwendeten Verbrennungsmotoren arbeiten im Viertaktzyklus, der im folgenden kurz beschrieben wird, obwohl auch Motoren verwendet werden, die im Zweitaktzyklus arbeiten. Die vorliegende Erfindung ist auf beide Arten von Verbren­ nungsmotoren anwendbar.

Während des ersten Taktes, dem Einlaßtakt, ist das Einlaßventil offen und das Auslaßventil wird geschlos­ sen gehalten, wodurch die Abwärtsbewegung des Kolbens ein Vakuum in der Verbrennungskammer erzeugt, welches das gasförmige Kraftstoff-/Luftgemisch aus dem Kraft­ stoffzufuhrsystem ansaugt.

Am Ende des ersten Taktes wird das Einlaßventil ge­ schlossen und der Kolben beginnt, bei ebenfalls ge­ schlossenem Auslaßventil, sich aufwärts zu bewegen. Diese Aufwärtsbewegung des Kolbens komprimiert das gasförmige Kraftstoff-/Luftgemisch in der Verbren­ nungskammer, um dieses durch die Wärme, welche bei der Kompression entsteht, zu verdampfen. Dieser zweite Takt ist der Verdichtungstakt.

Beim dritten Takt, dem Arbeitstakt, sind ebenfalls beide Ventile geschlossen. Ein von einer Zündkerze erzeugter Funke zündet das verdampfte Kraftstoff-/ Luftgemisch in der Verbrennungskammer, wodurch es sich ausdehnt und den Kolben abwärts treibt.

Am Ende dieses Taktes wird das Auslaßventil geöffnet und der vierte und letzte Takt beginnt. Während dieses Taktes, dem Auslaßtakt, verdrängt der sich aufwärts bewegende Zylinder die durch die Verbrennung des ver­ dampften Kraftstoff-/Luftgemischs entstandenen ver­ brannten Gase aus dem Zylinder.

Aus der vorhergehenden Beschreibung der vier Takte eines Viertakt-Verbrennungsmotors ist deutlich er­ sichtlich, daß der Kolben nur während eines dieser Takte thermische Energie in mechanische Energie um­ setzt, die über die Pleuelstange auf die Kurbelwelle übertragen wird. Während der übrigen Takte wird der Kolben von der Kurbelwelle auf und ab getrieben und verrichtet keine Arbeit.

Daher ist es von großer Wichtigkeit den Arbeitstakt des Kolbens richtig auszunutzen, um eine erhöhte Lei­ stung des Motors zu erzielen.

Bei der obigen Art von Verbrennungsmotor steht die Leistung, welche der Motor erzeugen kann, direkt in Verbindung mit zwei Hauptparametern: dem Volumen des in die Verbrennungskammer jedes Zylinders eingelas­ senen gasförmigen Kraftstoff-/Luftgemischs und dem Verdichtungsverhältnis, d.h., dem Verhältnis zwischen dem Volumen des gasförmigen Gemischs vor und nach des­ sen Verdichtung.

Wie hieraus ersichtlich, gibt es eine unbegrenzte Zahl von möglichen Kombinationen dieser beiden Parameter, d.h., des Volumens der Verbrennungskammer des Zylin­ ders und des Hubs des Kolbens, die zur Entwicklung von Motoren mit verschiedenen Charakteristiken verwendet werden können. In der vorliegenden Erfindung soll un­ ter dem "Hub des Kolbens" die Strecke verstanden wer­ den, die ein Punkt auf der oberen Fläche des Kolbens zurücklegt, wenn dieser sich von dem höchsten Punkt des Hubs (oberer Totpunkt) zum untersten Punkt des Hubs (unterer Totpunkt) bewegt.

Bei einem Viertakt-Verbrennungsmotor nach der oben genannten Beschreibung, ist es theoretisch zu erwar­ ten, daß die Einlaß- und die Auslaßventile nur dann öffnen und schließen, wenn die Kolben sich am oberen bzw. unteren Totpunkt befinden. In der praktischen Anwendung ist dies jedoch nicht so.

Aufgrund der Tatsache, daß die Ventile nicht unmittel­ bar geöffnet oder geschlossen werden können, öffnen und schließen die Ventile jeweils geringfügig zeit­ versetzt. Anders ausgedrückt öffnet jedes Ventil kurz vor dem "richtigen" Zeitpunkt (d.h.: verfrüht) und schließt kurz nach dem "richtigen" Zeitpunkt (d.h.: verzögert).

Jedoch verursacht dieses geringfügig zeitversetzte Öffnen und Schließen der Ventile erhebliche Einschrän­ kungen in der Auslegung des Kolbenhubs, der nicht ver­ größert werden kann, um das Verdichtungsverhältnis des Motors zu erhöhen und um die Leistung des Motors ent­ sprechend zu steigern.

Darüber hinaus wird der Arbeitshub des Kolbens bei bekannten Verbrennungsmotoren nicht vollständig ausge­ nutzt.

Wie zuvor beschrieben, treibt die Ausdehnung des gas­ förmigen Kraftstoff-/Luftgemischs bei der Verbrennung in der Verbrennungskammer den Kolben in einer plötzli­ chen Schubbewegung abwärts.

In der Praxis überträgt der Kolben nur in der Anfangs­ phase seiner Abwärtsbewegung während des Arbeitshubs effektiv eine Kraft auf die Kurbelwelle. Wie bereits dargelegt, wird die anfängliche, durch die Verbrennung und die Ausdehnung des gasförmigen Kraftstoff-/Luftge­ mischs erzeugte Antriebskraft während der Abwärtsbewe­ gung des Kolbens schwächer, bis die Wirkung der An­ triebskraft in der Endphase der Abwärtsbewegung voll­ ständig aufhört.

Diese graduelle Abnahme der Stärke der Antriebskraft, in Verbindung mit der Tatsache, daß Einlaß- und Aus­ laßventil noch geschlossen sind, führt schließlich dazu, daß in der Endphase der Abwärtsbewegung des Kol­ bens während des Arbeitshubs, der eigentlich ein Kraft erzeugender Hub sein soll, der Kolben von der Kurbel­ welle und der Pleuelstange gezogen wird, so daß der Kolben in der Endphase der Abwärtsbewegung tatsächlich eine Gegenkraft auf die Kurbelwelle ausübt.

Die brasilianische Patentanmeldung PI 88 07 016 offen­ bart eine Lösung dieses Problems durch das Vorsehen eines zusätzlichen, unabhängigen Luftzufuhrventils, das die Verbrennungskammer jedes Zylinders direkt mit der Umgebungsluft verbindet.

Nach der oben genannten Patentanmeldung wird, wenn die anfängliche, durch die Verbrennung und die Ausdehnung des gasförmigen Kraftstoff-/Luftgemischs erzeugte und auf den Kolben wirkende Antriebskraft schwächer wird, im Zylinder ein Vakuum erzeugt, welches das zusätzli­ che, unabhängige Luftzufuhrventil öffnet und eine den Zylinder vollständig ausfüllende und das darin beste­ hende Vakuum verdrängende Luftmenge einläßt, so daß der Kolben keine Gegenkraft auf die Kurbelwelle aus­ übt.

Zusätzlich zu der Eliminierung der zuvor dargelegten Einschränkungen der Auslegung des Kolbenhubs durch die Aufhebung der vom Kolben auf die Kurbelwelle ausgeüb­ ten Gegenkraft, wobei der Kolben weiterhin von der Kurbelwelle gezogen wird, wird die nach der Verbren­ nung in die Verbrennungskammer des Zylinders eingelas­ sene Luft auch dazu verwendet, die verbrannten Gase zu reinigen, um den Ausstoß an Kohlenmonoxid in die Umge­ bungsluft erheblich zu verringern oder vollständig zu eliminieren. Dies geschieht durch die Reaktion des Kohlenmonoxids mit der frischen Luft zu Kohlendioxid.

Aus diesem Grund wird durch die in der genannten Pa­ tentanmeldung offenbarte Erfindung die von einem Motor erzeugte Leistung erhöht, indem die durch das Ziehen der Kolben auf die Kurbelwelle einwirkende Gegenkraft eliminiert wird, ohne daß der Kolbenhub oder das Ver­ dichtungsverhältnis des Motors verändert wird, während gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch gesenkt und die Kühlung und Schmierung des Motors verbessert wird.

In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß die Verwen­ dung des zusätzlichen, unabhängigen Luftzufuhrventils, das die Zylinder mit der Umgebungsluft verbindet, bei einem Dieselmotor nicht die gleichen Vorteile zeitigt, die es in einem Ottomotor hat.

Diese unterschiedliche und schlechtere Leistung kann grundlegend auf die leicht feststellbaren Unterschiede zwischen den Arbeitszyklen der beiden Motorentypen zurückgeführt werden. Während bei einem Otto-Verbren­ nungsmotor das gasförmige Kraftstoff-/Luftgemisch in die Zylinder angesaugt wird, wird bei einem Dieselmo­ tor die Luft getrennt von dem Kraftstoff angesaugt, wobei der Kraftstoff unter Hochdruck durch eine Düse kurz vor dem Ende des Verdichtungstaktes eingespritzt wird und die Verbrennung erfolgt, wenn der Kraftstoff seine Verbrennungstemperatur erreicht hat.

Aus diesem Grunde sind die Verdichtungsverhältnisse in einem Dieselmotor erheblich größer als in einem Otto­ motor. Während das Verdichtungsverhältnis eines Otto­ motors üblicherweise 9:1 beträgt, kann das Verdich­ tungsverhältnis bei Dieselmotoren bis zu 22:1 betra­ gen.

Obwohl auch bei Dieselmotoren die anfängliche, durch die Verbrennung erzeugte Antriebskraft schwächer wird, wenn die Kolben während des Arbeitshubs die Endphase der Abwärtsbewegung erreichen, ermöglicht der Druck in der Verbrennungskammer der Zylinder jedoch nicht, daß ein zusätzliches, unabhängiges Luftzufuhrventil durch den Atmosphärendruck geöffnet wird.

Versuche an Ottomotoren mit Einspritzanlagen haben gezeigt, daß das jeweilige zusätzliche, unabhängige Luftzufuhrventil, das die jeweiligen Zylinder mit der Umgebungsluft verbindet, bei diesen Motoren ebenfalls nicht die gleichen Vorteile zeitigt, die es in einem Motor mit einem Kraftstoffzufuhrsystem hat, bei dem der Kraftstoff in den Zylinder angesaugt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren und eine Vorrichtung zum zwangsweisen Zuführen von Luft nach der Verbrennung in die Verbrennungskammer eines Zylinders eines Motors mit Einspritzanlage zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgmäß gelöst, indem ein Ver­ fahren zum zwangsweisen Zuführen von Luft in einen Verbrennungsmotor nach der Verbrennung geschaffen wird, welches die folgenden Schritte umfaßt: Bereit­ stellen einer Luftmenge mit einem Volumen, das wenig­ stens ausreicht einen Zylinder des Motors zu füllen; Komprimieren dieser Luftmenge bis zu einem Druck, der höher ist als der Druck in der Verbrennungskammer ei­ nes Zylinders und zwangsweises Zuführen der Luftmenge in die Verbrennungskammer nach der Verbrennung, wenn die durch die Verbrennung erzeugte anfängliche An­ triebskraft schwächer wird.

Die Erfindung sieht ebenfalls eine Vorrichtung zum zwangsweisen Zuführen von Luft in einen Verbrennungs­ motor nach der Verbrennung vor, die insbesondere zur Durchführung des oben genannten Verfahrens geeignet ist und die ein zusätzliches, unabhängiges Luftzufuhr­ ventil, das mit der Verbrennungskammer eines Zylinders des Motors und mit einer Druckluftquelle verbunden ist, und eine Einrichtung zum Öffnen und Schließen des Ventils aufweist, wodurch in der Endphase des Arbeits­ taktes ein Volumen komprimierter Luft in den Zylinder strömt, um zu verhindern daß der Kolben im Zylinder eine Gegenkraft auf die Kurbelwelle ausübt.

Die Merkmale vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfin­ dung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen detailliert beschrieben.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Verbren­ nungsmotors mit einer Kraftstoffeinspritzan­ lage;

Fig. 2 ist eine vergrößerte schematische Darstellung eines Zylinders des in Fig. 1 dargestellten Motors;

Fig. 3 ist eine vergrößerte schematische Draufsicht auf das Kopfteil des in Fig. 2 dargestellten Zylinders;

Fig. 4 ist ein vergrößerter Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 5 ist ein vergrößerter Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 6 ist eine vergrößerte schematische Darstellung des Luftkreislaufs des in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Im folgenden werden das Verfahren und die Vorrichtung zum zwangsweisen Zuführen von Luft in die Verbrennungs­ kammer eines Zylinders eines Verbrennungsmotors nach der Verbrennung des gasförmigen Kraftstoff-/Luftge­ mischs insbesondere in bezug auf einen Dieselmotor beschrieben. Die Erfindung ist jedoch ebenfalls auf einen Ottomotor mit einer Kraftstoffeinspritzanlage anwendbar.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Dieselmotor mit vier Zylindern 1, 2, 3, 4, die in an sich bekannter Weise über die Pleuelstangen 6, 7, 8, 9 mit einer Kurbelwelle 5 verbunden sind. Jeder Zylinder weist ein mit diesem verbundenes Einlaßventil 10 und ein ebensolches Auslaßventil 11 auf. Darüber hinaus ist jeder Zylinder mit einem damit verbundenen zusätz­ lichen, unabhängigen Luftzufuhrventil 12 versehen, wobei jedoch nur die Verbindungsrohre 13, welche die zusätzlichen, unabhängigen Luftzufuhrventile in jedem Zylinder verbinden, in der Figur dargestellt ist.

In den Fig. 2 und 3 ist die Anordnung der zusätz­ lichen, unabhängigen Luftzufuhrventile 12 bezüglich der Einlaß- und Auslaßventile 10, 11 genauer darge­ stellt. Wie im folgenden dargelegt, werden die Luft­ zufuhrventile 12 von einer Nockenwelle 14 betätigt.

Fig. 2 zeigt einen Zylinderkopf 16, der mittels Schrauben 17 fest an dem in Fig. 1 gezeigten Motor­ block 15 angebracht ist. Zwischen dem Kopf 16 und dem oberen Bereich des Motorblocks 15 ist ein Dichtring 18 angeordnet, der sowohl eine Abdichtung, darüber hinaus aber auch den erforderlichen Abstand zwischen dem Block und dem Kopf bildet.

Fig. 2 zeigt im Detail einen Zylinder 1 des Verbren­ nungsmotors. Der Zylinder weist einen Mantel auf, der zur Kühlung des Motors in an sich bekannter Weise mit Öffnungen 19 versehen ist, in denen ein Kühlmittel zirkuliert. Ein in dem Zylinder 1 angeordneter Kolben 20 ist mit einer Kurbelwelle 5 über eine Pleuelstange 6 verbunden, die an einer Welle 21 befestigt ist, wel­ che in einer in dem Kolben 20 ausgebildeten Bohrung 22 aufgenommen ist. Ein Anschlag 23 hält die Welle in ihrer Position. Darüber hinaus sind in Fig. 2 die Kolbenringe 24, 25, 26 dargestellt.

Der in Fig. 2 dargestellte Kopf 16 weist eine Ein­ spritzkammer 27 mit einer Form auf, die speziell zur Verwirbelung eines aus einer in der Einspritzkammer vorgesehenen Einspritzdüse 28 ausgespritzten Kraft­ stoffstrahls ausgebildet ist. In Fig. 2 ist ebenfalls ein Durchgang 29 für die aus der Verbrennung des Kraftstoff-/Luftgemischs entstehenden verbrannten Gase dargestellt, der in den Kopf 16 eingearbeitet ist, wobei der Auslaß der verbrannten Gase durch das Aus­ laßventil 11 gesteuert wird.

Das Auslaßventil 11 weist einen Ventilschaft 30 auf, der sich durch eine in dem Kopf ausgebildete Bohrung 31 erstreckt, wobei eine Dichtung 32 zur Reduzierung der Abnutzung der Teile durch Reibung vorgesehen ist. Der Schaft 30 weist eine um sein oberes Ende herum angeordnete Schraubenfeder 34 auf, wobei ein Stützteil 35 auf dem oberen Ende angebracht ist. Das Stützteil berührt einen Nocken 36 der Nockenwelle 14, so daß es von dieser betätigt wird. Der Nocken 36 und das Stütz­ teil 35 dienen der Umsetzung der Drehbewegung der Nockenwelle in eine Auf- und Abbewegung des Schafts 30, wodurch das Öffnen und das Schließen des Ventils 11 gesteuert wird.

Das in Zusammenhang mit den Fig. 4 und 5 näher zu beschreibende zusätzliche, unabhängige Ventil 12 weist einen Betätigungshebel 37 auf, dessen ventilabseitigen Ende mit einem Nockenfolger 38 versehen ist, so daß das Öffnen und das Schließen des Ventils über einen Nocken der Nockenwelle 14 gesteuert wird.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, weist die Nockenwelle 14 einen ersten Nocken 36, der zum Treiben des Auslaßven­ tils 11 das Stützteil 35 berührt, einen zweiten Nocken 39, der zum Treiben des Einlaßventils 10 ein Stützteil 40 berührt, und einen zwischen den vorgenannten Nocken angeordneten dritten Nocken 41 auf, der das zusätzli­ che, unabhängige Ventil 12 über den am ventilabseiti­ gen Ende des Betätigungshebels 37 vorgesehenen Nocken­ folger 38 betätigt.

Die Nockenwelle 14 ist an dem Kopf 16 durch gleich­ mäßig beabstandete Halterungen 42 befestigt. Zum Schutz vor Verschleiß durch Reibung zwischen den Hal­ terungen und der Nockenwelle ist eine Dichtung 43 vor­ gesehen. Die Welle 14 wird von einem (nicht darge­ stellten) Zahnriemen getrieben, der an einem Zahnrad 44 angreift, das an einem der Enden der Welle vorge­ sehen ist. Die Zahl der Zähne in dem Zahnriemen ist derart gewählt, daß das erforderliche Verhältnis von 2:1 zwischen den Drehzahlen der Kurbelwelle 5 und der Nockenwelle 14 aufrechterhalten wird.

In Fig. 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des zu­ sätzlichen, unabhängigen Luftzufuhrventils 12 im De­ tail dargestellt. Das Ventil 12 weist einen Ventil­ schaft 45 auf, dessen unteres Ende mit einem Ventil­ element 46 in Form eines Tellers versehen ist, während das obere Ende nach oben vorsteht, um ein Ende des Betätigungshebels 37 zu berühren.

Der Ventilteller 46 wirkt mit einer Ventilsitzöffnung 47 zusammen, die an der Unterseite 48 eines Ventilge­ häuses 49 ausgebildet ist. Eine mit mehreren Bohrungen 51 versehene Scheibe 50 ist als Sicherheitsvorrichtung ebenfalls in der Ventilsitzöffnung angeordnet, um zu verhindern, daß der Ventilschaft 45 unbeabsichtigt in den Zylinder fällt. Die äußere Umfangsfläche des Ven­ tilgehäuses 49 weist an ihrem unteren Ende 48 ein Außengewinde 52 zur Befestigung des Ventils an dem Kopf 16 auf.

Zwischen dem Ventilschaft 45 und der Innenwand des Ventilgehäuses 49 sind zwei Lager 53 angeordnet, die jeweils an Anschlägen 55 anliegen, die in der Wand zur Aufnahme der Lager ausgebildet sind. Die Lager 53 wei­ sen Öffnungen 54 auf, um das Strömen von Luft um den Ventilschaft 45 zu ermöglichen und den Schaft in dem Ventilgehäuse 49 auszurichten, wenn dieser axial ver­ schoben ist.

Das obere Ende des Ventilschafts 45 ist von einer Schraubenfeder 56 umgeben, deren eines Ende am Lager 53 gehalten ist, während das andere Ende an einem An­ schlagflansch 57 anliegt, der radial von zwei halb­ kreisförmigen Schalen 58 vorsteht, die in einer im oberen Ende des Ventilschafts 45 ausgebildeten Um­ fangsausnehmung aufgenommen sind. Mittels einer Feder 56 wird das zusätzliche, unabhängige Ventil 12 ohne äußere Einwirkung in geschlossenem Zustand gehalten.

Das obere Ende 59 des Ventilgehäuses 49 weist ein Außengewinde auf, das mit einem Innengewinde eines Armes eines T-förmigen Verbindungsstücks 60 zusammen­ wirkt. Zwischen dem Gehäuse und den Verbindungsstück ist ein zusammengepreßter Dichtungsring 61 aus geeig­ netem Material vorgesehen. Die zusammenwirkenden Ge­ winde sind derart ausgebildet, daß die Außenwände des Ventilgehäuses 49 und des Verbindungsstücks 60 im we­ sentlichen miteinander fluchten.

Der gegenüberliegende Arm des T-Verbindungsstücks 60 weist ebenfalls ein Innengewinde auf, um eine Befe­ stigungsverbindung 62 zu bilden, die ihrerseits als Sitz für das Verbindungsrohr 13 dient, welches die zusätzlichen, unabhängigen Ventile 12 miteinander ver­ bindet. Eine Mutter 63 und ein Dichtungsring 64 ge­ währleisten eine luftdichte Verbindung.

Der mittlere Arm des T-Verbindungsstücks 60 weist e­ benfalls eine bearbeitete Innenwand auf, in der ein Sitz 65 für eine einstückig mit dem Betätigungshebel 37 ausgebildete Gelenkkugel 66 vorgesehen ist. Eine Befestigungsverbindung 67 wirkt mit einem Innengewinde der Innenwand zusammen, um die richtige Positionierung der Gelenkkugel 66 zu ermöglichen, wobei jedoch eine ausreichende Toleranz vorgesehen ist, die eine Bewe­ gung der Gelenkkugel 66 in Reaktion auf die Bewegung des durch den Nocken 41 verschobenen Betätigungshebels 37 ermöglicht. Eine Mutter 68 und ein Dichtungsring 69 gewährleisten eine luftdichte Verbindung.

Der Nockenfolger 38 am ventilabseitigen Ende des Betä­ tigungshebels 37 weist einen von einer Mutter 70 gehal­ tenen und mit einem Gewinde versehenen Stift auf.

Der oben genannte Aufbau ermöglicht ein Öffnen des zusätzlichen, unabhängigen Luftzufuhrventils 12 entge­ gen der Schließkraft der Schließfeder 50, wenn der Nocken 41 den Nockenfolger 38 und das ventilabseitige Ende des Betätigungshebels 37 nach oben verschiebt, wodurch die Gelenkkugel 66 um seine Mittelachse ge­ dreht wird. Auf diese Weise wird eine abwärts gerich­ tete Kraft auf den Ventilschaft 45 ausgeübt, durch die der Ventilteller 46 von dem Ventilsitz 47 bewegt wird. Eine am inneren Ende des Betätigungshebels 37 ausge­ bildete, in Erstreckungsrichtung des Hebels verlau­ fende Nut 71 nimmt das obere Ende des Ventilschafts 45 auf, um dessen Abwärtsbewegung zu erleichtern.

Nach dem Verfahren zum zwangsweisen Zuführen von Luft in die Verbrennungskammer eines Zylinders, befinden sich die Nocken 36 und 39, welche die Einlaß- und die Auslaßventile betätigen, in ihren jeweiligen radialen Winkelpositionen, während der Nocken 41, der das zu­ sätzliche, unabhängige Luftzufuhrventil betätigt, sich in einer dazu unterschiedlichen radialen Winkelposi­ tion befindet.

Der Ablauf des Verfahrens wird im folgenden geschil­ dert. Wenn der Kolben in demjenigen Zylinder, in dem die letzte Verbrennung stattgefunden hat, die Endphase seiner Abwärtsbewegung erreicht und die durch die Ver­ brennung erzeugte anfängliche Antriebskraft schwächer zu werden beginnt, öffnet ein Nocken des in der Zünd­ folge des Motors nächsten Zylinders, dessen Kolben sich zur Verdichtung der durch das Einlaßventil in die Verbrennungskammer eingelassenen Luft nach oben be­ wegt, das zusätzliche, unabhängige Luftzufuhrventil dieses nächsten Zylinders, wodurch ein Volumen kompri­ mierter Luft aus diesem Zylinder zwangsweise in den ersten Zylinder geleitet wird. Diese Luftmenge füllt den ersten Zylinder vollständig aus und verhindert, daß der Kolben dieses Zylinders eine Gegenkraft auf die Kurbelwelle ausübt.

Versuche haben gezeigt, daß der Druck der aus einem Zylinder in den anderen verdrängten komprimierten Luft bei Leerlaufbedingungen etwa 0,703 kg/m² und bei Höchstdrehzahl etwa 2,812 kg/m² beträgt. Dieser Druck reicht aus, um den ersten Zylinder vollständig auszu­ füllen, dessen zusätzliches, unabhängiges Luftzufuhr­ ventil durch den Druck der Luft geöffnet wird.

Weitere Versuche ergaben, daß diese Menge der aus ei­ nem Zylinder in einen anderen verdrängten Luft keine nachteiligen Auswirkungen auf die Motorleistung hat, da diese Luftmenge relativ gering ist und das Verdich­ tungsverhältnis des Motors nicht wesentlich verändert.

Die besten Versuchsergebnisse wurden erzielt, wenn der Nocken, der das zusätzliche, unabhängige Luftzufuhr­ ventil betätigt, derart positioniert ist, daß das Ven­ til in einer Position von ungefähr 45° vor dem Zeit­ punkt des Einspritzens des Kraftstoffs geöffnet wird und das Ventil für nicht mehr als einen Winkelbereich von ungefähr 22,5° geöffnet bleibt. Die hier angegebe­ nen Winkelgrade beziehen sich auf die Drehung der Kur­ belwelle.

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung der Zirku­ lation der komprimierten Luft von einem Zylinder zum anderen in einem Vier-Zylinder-Dieselmotor mit der Zündfolge 1, 3, 4, 2.

Fig. 5 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, bei dem das zusätzliche, unabhängige Luftzufuhrventil 12 jedes Zylinders mit einem (nicht dargestellten) Drucklufttank zum Speichern von Druck­ luft verbunden ist.

Nach diesem Ausführungsbeispiel ist ein Arm des T-Ver­ bindungsstücks 60 mit dem oberen Ende 59 eines Ventil­ gehäuses 49 verbunden, während der gegenüberliegende Arm mit einem zweiten Ventil verbunden ist, das dem ersten ähnlich ist, jedoch gegensinnig arbeitet.

Das "umgekehrte" Ventil 72 weist einen Ventilschaft 73 auf, der von Lagern 74 geführt ist, die den Lagern 53 ähnlich sind und darin ausgebildete Luftdurchlässe 75 aufweisen, die ein Strömen von Luft um den Schaft er­ möglichen. Eine Schraubenfeder 76 schließt das Ventil 72, indem sie den Ventilteller 77 über den Schaft 73 gegen den Ventilsitz 78 zieht.

Wie bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbei­ spiel, weist das Ventil 72 an einem Ende des Ventil­ gehäuses 79 ein Gewinde 80 auf, um eine Verbindung zu einem (nicht dargestellten) Verbindungsleiungssystem zu bilden, welches das Ventil mit dem Drucklufttank verbindet.

Die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels ist der­ jenigen des in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiels ähnlich, mit der Ausnahme, daß der Ventil-Betätigungs­ nocken 41, zusätzlich zu seiner normalen exzentrischen Ausbildung, eine Ausnehmung zum Öffnen des Ventils 72 aufweist.

Bei diesem Aufbau wird beim Öffnen des zusätzlichen, unabhängigen Luftzufuhrventils 12 durch den Nocken 41, eine Luftmenge aus dem Zylinder verdrängt und in dem Drucklufttank gespeichert, wobei der Druck dieser Luftmenge ausreicht, das Ventil 72 zu öffnen.

Ist es jedoch erforderlich, die komprimierte Luft aus dem Drucklufttank in einen Zylinder zu überführen, so daß dieser vollständig gefüllt ist, um das Aufbringen einer Gegenkraft auf die Kurbelwelle durch den Kolben zu verhindern, erlaubt die Ausnehmung in dem Nocken 41 eine Abwärtsbewegung (Drehung im Uhrzeigersinn über die in der Fig. 5 gezeigte Position hinaus) des Betä­ tigungshebels 37, wodurch das Ventil 72 geöffnet wird. Der Druck der im Drucklufttank gespeicherten Luftmenge ist auch in diesem Fall ausreichend, um das Ventil 12 zu öffnen.

Zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbei­ spielen, bei denen der Motor die zum Füllen der Zylin­ der erforderliche Luftmenge liefert, ist es ebenfalls möglich, einen Kompressor zum Füllen des Druckluft­ tanks zu verwenden.

Claims (15)

1. Verfahren zum zwangsweisen Zuführen von Luft in einen Verbrennungsmotor nach der Verbrennung, insbe­ sondere für einen Motor mit Kraftstoffeinspritzung, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

• - Bereitstellen einer Luftmenge mit einem Volumen, das wenigstens gleich dem Volumen eines Zylinders (1, 2, 3, 4) des Motors ist;
• - Komprimieren der Luftmenge bis zu einem Druck, der höher ist als der Druck in einem Zylinder (1, 2, 3, 4); und
• - zwangsweises Zuführen der Luftmenge in die Verbren­ nungskammer (27) eines Zylinders (1, 2, 3, 4) nach der Verbrennung, wenn die durch die Verbrennung erzeugte anfängliche Antriebskraft ihre Wirkung verliert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bereitstellung und zum Komprimieren der Luft­ menge ein Volumen komprimierter Luft aus einem Zylin­ der (1, 2, 3, 4) des Motors, dessen Kolben (20) sich wäh­ rend des Verdichtungstaktes aufwärts bewegt, abgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (1, 2, 3, 4), dessen Kolben (20) sich während des Verdichtungstaktes aufwärts bewegt, der in der Zündfolge des Motors nächste Zylinder ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zylinder (1, 2, 3, 4) des Mo­ tors ein zusätzliches, unabhängiges Luftzufuhrventil (12) aufweist, das während des Bereitstellens des Volumens komprimierter Luft geöffnet und geschlossen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche, unabhängige Luftzufuhrventil (12) in einer Winkelposition der Kurbelwelle (5) des Motors öffnet, die einem Winkel zwischen 40° und 50° vor dem Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung entspricht.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche, unabhängige Luftzufuhrventil (12) in einer Winkelposition der Kurbelwelle (5) des Motors öffnet, die einem Winkel von ungefähr 45° vor dem Zeit­ punkt der Kraftstoffeinspritzung entspricht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche, unabhängige Luft­ zufuhrventil (12) über einen Zeitraum geöffnet bleibt, der einer Drehung der Kurbelwelle (5) von ungefähr 20° bis 25° entspricht.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche, unabhängige Luftzufuhrventil (12) über einen Zeitraum geöffnet bleibt, der einer Drehung der Kurbelwelle (5) von ungefähr 22,5° entspricht.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum zwangsweisen Zuführen der komprimierten Luft in den Zylinder das zusätzliche, unabhängige Luftzu­ fuhrventil (12) durch die komprimierte Luft geöffnet wird.

10. Vorrichtung zum zwangsweisen Zuführen von Luft in einen Verbrennungsmotor nach der Verbrennung, insbe­ sondere für einen Verbrennungsmotor mit Kraftstoffein­ spritzung, dadurch gekennzeichnet, daß

• - in jedem Zylinder (1, 2, 3, 4) des Motors ein zusätz­ liches, unabhängiges Luftzufuhrventil (12) vorgesehen ist, und
• - eine Einrichtung (37, 38, 41) zum Steuern des Öffnens und Schließens des Ventils (12) in zeitlicher Überein­ stimmung mit dem Verdichtungstakt des jeweiligen Zy­ linders (1, 2, 3, 4) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß das zusätzliche, unabhängige Luftzufuhrventil (12) einen Ventilschaft (45) aufweist, an dessen einem Ende ein Ventilelement (46) ausgebildet ist, das von einer Feder (34) gegen einen in dem Ventil ausgebilde­ ten Ventilsitz (47) gedrückt wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einrichtung (37, 38, 41) zum Steu­ ern des Öffnens und Schließens des Ventils (12) einen Betätigungshebel (37) mit einem an seinem ventilabsei­ tigen Ende vorgesehenen Nockenfolger (38) aufweist, der mit einem Nocken (41) einer Ventil-Betätigungswel­ le (14) zusammenwirkt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß der Betätigungshebel (37) um eine einstückig mit diesem ausgebildete Gelenkkugel (66) schwenkbar gelagert ist, welche in einem Verbindungsstück (60) aufgenommen ist, das mit dem Ventilkörper (49) verbun­ den ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die zusätzlichen, unabhängigen Luftzufuhr­ ventile (12) eines jeden Zylinders miteinander über ein Verbindungsleitungssystem (13) verbunden sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-14, da­ durch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen, unabhängi­ gen Luftzufuhrventile (12, 72) eines jeden Zylinders Doppelventile sind, die aus zwei Ventilen (12, 72) be­ stehen, welche von der jeweiligen Einrichtung für die Ventilsteuerung betätigt werden und mit einer Druck­ luftquelle verbunden sind.