DE4240835A1 - Verfahren und Vorrichtung für die Gaswechselsteuerung bei einem Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kontrollverfahren zur Steuerung des Gaswechsels bei einem Verbrennungsmotor mit Drehschieber gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Drehschiebersteuerungen sind bekannt beispielsweise aus dem Fachbach "Schnelle Motoren, seziert und frisiert" von H. Hütten, 4. Auflage 1963, wo die wichtigsten Motorbauarten mit Drehschiebersteuerung beschrieben werden. Obwohl dort eigentlich der Mißerfolg dieser Bauweise anschaulich aufgezeigt wird, ist es nicht ausgeschlossen, dieses Gaswechselsteuerprinzip für bestimmte Anwendungen mit geringer thermischer Belastung und niedrigen Lebensdaueranforderungen anzuwenden. Wenn Verbrennungsmotoren in der Nähe von Menschen laufen, wird geringstmöglicher Verbrauch und hohe Abgasqualität verlangt. Voraussetzung hierfür ist saubere Verbrennung in allen Last- und Drehzahlbereichen, wobei als besonders kritisch die extremen Teillastbereiche sowie der Leerlauf im unteren Drehzahlbereich gelten. Besonders ist die Aussetzerfreiheit ein Kriterium für eine gute Verbrennung. Schließlich spielt der ROZ-Bedarf noch eine gewisse Rolle, der bei Drehschiebermotoren besonders niedrig ist und weder Benzol- noch Bleiadditives als Klopfbremse verlangt.

Ferner ist mit der EP 238 584 ein Verfahren für eine Auspuffgasleitung von Viertaktmotoren mit Drehsteuerung bekannt geworden, mit Hilfe dessen sich der Auslaß über einen seitlich angeordneten Übertragungskanal vollzieht, wobei ein Sekundärauslaßkanal eine Steuerzeitenkorrektur bewirkt und die Aufladung durch Umgehung der Reflexionswelle im Auspuff bewirkt. Dieser Vorschlag ist auf Maximierung der Leistung ausgelegt und legt in dieser Ausführung ein Verfahren zur Steuerung der Kanalquerschnitte nicht nahe.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, in Verbindung mit einer Walzendrehschiebersteuerung eine Vorrichtung zu schaffen, die ein Verfahren ermöglicht, welches für alle Drehzahl- und Lastverhältnisse die für den Gaswechsel günstigsten Durchlaßquerschnitte für Ein- und Auslaß einstellt.

Die Lösung der Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschrieben.

Als vorteilhafte Ausgestaltung wird vorgeschlagen, eine Verschiebeeinrichtung mit dem als Walzendrehschieber ausgebildeten Gaswechselsteuersystem zu verbinden, das allen Betriebszuständen durch Einstellung der jeweils günstigsten Durchlaßquerschnitte gerecht wird. Eine solche Verschiebeeinrichtung wird primär in Abhängigkeit von Drehzahl und Last gesteuert, was aber nicht ausschließt, daß nicht auch die Warmlaufphase, die Auslaßtemperaturen und ähnliche Parameter Berücksichtigung finden können.

Ferner ist bekannt, daß die Steuerzeiten die Aussetzerfreiheit des Verbrennungsmotors im Teil- und Leerlastbetrieb beeinflussen. Aus diesem Grunde ist eine Winkelverdreheinrichtung vorgesehen, die die Rotation des Drehschiebers innerhalb des Antriebs mit seiner starren Übersetzung der Kurbelwelle entweder nach- oder voreilen läßt. Als Parameter für diese Verstellung wird hier die Last und die Drehzahl vorgeschlagen.

Anhand von System-Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel einer Walzendrehschiebersteuerung erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch die Zylinderebene eines Verbrennungsmotors mit einem Drehschieber

Fig. 2 einen gegenüber Fig. 1 um 90° in der Zylinderebene gedrehten Schnitt, mit der Darstellung der Drehschieberanordnung.

Wird mit 1 ein Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder bezeichnet, so besteht dieser aus einem Gehäuse 3 und einem mit diesem verbundenen Zylinderkopfteil 6. Im Gehäuse 1 ist die Kurbelwelle 2 gelagert, die über ein Pleuel 5 mit einem Kolben 4 in gelenkiger Verbindung steht und zusammen mit diesen Elementen einen Kurbeltrieb bildet. Kolben 4 ist im Gehäuse 3 zylindrisch geführt und bildet zusammen mit dem Zylinderkopfteil 6 einen Verbrennungsraum 8, in welchem Gasgemisch zur Verbrennung gelangt, welches in bestimmtem Rhythmus ein- und wieder ausgeschoben wird, nachdem es über eine Zündkerze 22 zur Explosion gebracht wurde.

Der Zylinderkopfteil 6 bildet einen mit der Achse quer zur Achse des Kolbens 4 liegenden Zylinder, in welchem ein Drehschieber 7 angeordnet ist, dessen Welle 9 jeweils stirnseitig im allseits geschlossenen Zylinderkopfteil 6 gelagert ist.

Der Drehschieber 7 steht mit der Kurbelwelle 2 über einen Antrieb 11 in permanenter Wirkverbindung, wobei der Antrieb 11 ein feststehendes Übersetzungsverhältnis besitzt und wie im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einer Kette oder einem Zahnriemen 11a bestehen kann. Ein erstes Antriebsrad 10, drehfest verbunden mit der Kurbelwelle 2, treibt über den Zahnriemen 11a ein zweites Antriebsrad 12 an, das drehfest mit der Welle 9 des Drehschiebers 7 verbunden ist.

Für besondere Anwendungsfälle kann zwischen das zweite Antriebsrad 12 und die Welle 9 eine Winkelverstelleinrichtung 20 geschaltet sein, welche während dem Betrieb des Verbrennungsmotors 1 die Welle 9 relativ zum zweiten Antriebsrad 12 um mehrere Winkelgrade abhängig von der jeweiligen Drehzahl verdrehen kann.

Der Drehschieber 7 ist im Zylinderkopfteil 6 drehbar angeordnet, wobei zwischen diesem und seiner Zylinderlauffläche 7a ein nur geringes Lauf spiel vorgesehen ist, das im Falle hoher Kompression im Verbrennungsraum 8 ausreichend gegen den Zylinderraum im Zylinderkopfteil 6 abdichtet. Der Drehschieber 7 ist von mindestens zwei Leitungen quer zu seiner Achse durchzogen, nämlich einer Einlaßleitung 14 und einer Auslaßleitung 16. Im Zylinderkopfteil 6 ist vom gemischbildenden Vergaser kommend ein Einlaßkanal 13 und ein diesem Einlaßkanal 13 gegenüber liegendes Einlaßfenster 14a in der Weise angeordnet, daß es pro Umdrehung des Drehschiebers 7 eine einzige Stellung des Drehschiebers 7 gibt, in der die Einlaßleitung 14 den Einlaßkanal 13 mit dem Einlaßfenster 14a zu einer zusammenhängenden Leitung verbindet, so daß der Vergaser direkt mit dem Verbrennungsraum 8 in Verbindung steht.

Desgleichen ist im Zylinderkopfteil 6 zum Auspuff- Schalldämpfer hinleitend ein Auslaßkanal 15 und ein diesem Auslaßkanal 15 gegenüber liegendes Auslaßfenster 16a in der Weise angeordnet, daß es pro Umdrehung des Drehschiebers 7 eine einzige Stellung des Drehschiebers 7 gibt, in der die Auslaßleitung 16 den Auslaßkanal 15 mit dem Auslaßfenster 16a zu einer zusammenhängenden Leitung verbindet, so daß der Verbrennungsraum 8 mit dem Auspuff-Schalldämpfer direkt in Verbindung steht. Die Einlaßleitung 14 und die Auslaßleitung 16 liegen in ihrem Verlauf durch den Drehschieber 7 nicht senkrecht zur Achse des Drehschiebers 7, sondern davon im Winkel abweichend, um sicherzustellen, daß jedes der beiden Fenster 14a und 16a und jeder Kanal 13 und 15 von der zugehörigen Leitung 14 und 16 nur einmal pro Umdrehung des Drehschiebers 7 überstrichen wird.

Mit der Welle 9 ferner verbunden ist eine Verschiebeeinrichtung 19, die von einem Wegregler 21 gesteuert den Drehschieber 7 in seiner Lage im Zylinderkopfteil 6 axial hin- und her verschieben kann. Eine solche Verschiebung beeinflußt die Durchlaßquerschnitte, die bei hoher Last und hohen Drehzahlen - wie in Fig. 2 dargestellt - dadurch maximiert sind, daß es beim Ansaugen eine axiale Lage des Drehschiebers 7 gibt, wo Kanal 13, Leitung 14 und Fenster 14a direkt übereinander liegen. Gleiches gilt für eine bestimmte Lage des Drehschiebers 7 für den Auslaß, wo Kanal 15, Leitung 16 und Fenster 16a zur Deckung gebracht werden. Wird durch Rücknahme von Last und/oder Drehzahl der Drehschieber 7 aus der maximierten Gaswechselstellung verschoben, so ergeben sich bei der Bildung der zusammenhängenden Leitungen für Ein- und Auslaß Verengungen durch Versatz der Öffnungen, gebildet durch die Fenster 14a und 16a und die verschobenen Leitungen 14 und 16 ebenso wie durch die Kanäle 13 und 15 und die verschobenen Leitungen 14 und 16. Die so gebildeten Engstellen erhöhen örtlich die Gasgeschwindigkeiten und die Durchmischung des Brennstoffs mit der Luft zu einem gasähnlichen Gemisch auf der Ansaugseite, wo durch sich verbrauchsarmer Betrieb durch Abmagerung des Gemisches ohne Einbuße an Laufkultur erreichen läßt. Der Verschiebeweg des Drehschiebers 7 liegt maximal in der Größenordnung von etwas weniger als der Breite des Einlaßfensters 14a.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung wird durch eine Dekompressionsleitung 18 erreicht, die im Drehschieber 7 angeordnet ist und auf ihrer einen Seite mit der Auslaßleitung 16 verbunden ist und auf ihrer anderen Seite an der Zylinderlauffläche 7a mündet, wo eine Verbindung mit dem Verbrennungsraum 8 über eine Dekompressionsöffnung 17 in der axialen Startstellung des Drehschiebers 7 und damit gleichzeitig im letzten Abschnitt des Kompressionshubes bis zur oberen Totpunktstellung des Kolbens 4 zustandekommt. Für handgestartete Motoren ist dies eine Starterleichterung, da der Motor bei richtiger Auslegung der Dekompressionsleitung 18 leicht durchzudrehen ist und dabei trotzdem seinen zum Start notwendigen Gaswechsel mit der Bildung zündfähigen Gemisches erzeugt.

Claims (10)

1. Kontrollverfahren zur Steuerung des Gaswechsel bei einem Verbrennungsmotor (1) mit einem Drehschieber (7), der von einer Einlaßleitung (13) und einer Auslaßleitung (16) quer zu seiner Drehachse durchzogen ist, bestehend aus einem Gehäuse (3) mit einem Zylinderkopfteil (6), einer Kurbelwelle (2), einem auf ihr gelagerten Pleuel (5) und einem hieran kippbeweglich gelagerten Kolben (4), dem in einem Zylinderkopfteil (6) drehbar gelagerten Drehschieber (7), einem im Zylinderkopfteil (6) zum Kolben (5) hin gerichteten Einlaßfenster (14a) sowie einem eben dahin gerichteten Auslaßfenster (16a), mit einer an das Einlaßfenster (14a) anschließenden, den Drehschieber (7) durchdringenden Einlaßleitung (14) und einer an das Auslaßfenster (16a) anschließenden, den Drehschieber durchdringenden Auslaßleitung (16), sowie einem an die Einlaßleitung (14) anschließenden im Zylinderkopfteil (6) angeordneten Einlaßkanal (13) und einem an die Auslaßleitung (16) anschließenden ebenfalls im Zylinderkopfteil (6) angeordneten Auslaßkanal (15), wobei in der Einlaßstellung des Drehschiebers (7) die Einlaßleitung (14) den Einlaßkanal (13) mit dem Einlaßfenster (14a) zur einem freien Durchgang verbindet, wobei in einer anderen um einen bestimmten Drehwinkel zur Einlaßstellung versetzten Auslaßstellung des Drehschiebers (7) die Auslaßleitung (16) den Auslaßkanal (15) mit dem Auslaßfenster (16a) zu einem freien Durchgang verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (7) im Zylinderkopfteil (6) axial verschiebbar angeordnet ist, wobei sich zur Veränderung der Durchgangsquerschnitte und der Gasgeschwindigkeiten die Mündungen der Einlaßleitung (14) am Einlaßkanal (13) und am Einlaßfenster (14a) sowie die Mündungen der Auslaßleitung (16) am Auslaßkanal (15) und am Auslaßfenster (16a) axial verschieben.

2. Verfahren und Vorrichtung zur Gaswechselsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Weg der axialen Verschiebbarkeit für den Drehschieber (7) maximal der Breite der Ein- und Auslaßfenster (14a, 16a) entspricht.

3. Verfahren und Vorrichtung zur Gaswechselsteuerung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (7) mit einer Welle (9) im Zylinderkopfteil (6) gelagert ist, wobei diese Welle (9) mit einer Verschiebeeinrichtung (19) verbunden ist, mit Hilfe derer der Drehschieber (7) axial verschoben werden kann.

4. Verfahren und Vorrichtung zur Gaswechselsteuerung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verschiebeeinrichtung (19) mit einem von der Kurbelwelle (2) drehzahlabhängig gesteuerten Wegregler (21) zusammenwirkt, der die am Einlaßfenster (14a) und am Auslaßfenster (16a) durch die Ein- und Auslaßleitungen (14, 16) im Drehschieber (7) bewirkten Durchlaßquerschnitte für den Gaswechsel im Sinne von Verbrauchs- und Abgasoptimierung vergrößert oder verkleinert.

5. Verfahren und Vorrichtung zur Gaswechselsteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegregler (21) drehzahl- und lastabhängig gesteuert ist.

6. Verfahren und Vorrichtung zur Gaswechselsteuerung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebeeinrichtung (19) Elektromotoren betätigt und elektronisch gesteuert ist.

7. Verfahren und Vorrichtung zur Gaswechselsteuerung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Welle (9) eine Winkelverstelleinrichtung (20) angeordnet ist, die die starre Winkelzuordnung zwischen Kurbelwelle (2) und Welle (9) zum Zwecke der Verstellung der Gaswechselsteuerzeiten, die sich zwischen den Leitungen (14, 16) im Drehschieber (7) und den Fenstern (14a, 16a) im Zylinderkopfteil (6) ergeben, um einen Betrag von wenigen Winkelgraden verändert.

8. Verfahren und Vorrichtung zur Gaswechselsteuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (7) gegenüber der Kurbelwelle (2) innerhalb seines vorgegebenen Übersetzungsverhältnisses durch den Antrieb (10, 11, 12) abhängig von der Drehzahl vor- oder nacheilt.

9. Verfahren und Vorrichtung zur Gaswechselsteuerung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dekompressionsleitung (18) im Drehschieber (7) angeordnet ist, welche eine Dekompressionsöffnung (17) mit der Auslaßleitung (16) verbindet, wobei diese Verbindung im Verdichtungshub kurz vor der oberen Totpunktstellung des Kolbens (4) zustandekommt.

10. Verfahren und Vorrichtung zur Gaswechselsteuerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Dekompressionsöffnung (17) an einer Stelle im Zylinderkopfteil (6) befindet, die der Mündung der Dekompressionsleitung (18) während der Startstellung des Drehschiebers (7) entspricht.