DE4308931C2 - Vorrichtung zum Aufladen einer Brennkraftmaschine der Kolbenbauart - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufladen einer Brennkraftmaschine der Kolbenbauart nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Stand der Technik ist aus der DE 37 37 824 bekannt. Wie dort beschrieben, wird während des Saughubes die Zufuhr des Brenngases zum Verbrennungsraum durch ein dem Einlaßventil vorgeschaltetes Zusatzventil unterbrochen. Dadurch entsteht im Verbrennungsraum (Zylinder) ein Unter­ druck, der nach Öffnen des Zusatzventiles das durch den Einlaßkanal zuströmende Brenngas entsprechend beschleunigt. Die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des Brenngases führt zu einer Verdichtung des Brenngases im Verbrennungsraum und somit zu einer dynamischen Aufladung der Brennkraftmaschine. Die Verwendung des Zusatzventiles erfordert allerdings nicht nur einen zusätzlichen konstruktiven und steuerungstech­ nischen Aufwand, sondern führt auch zu erhöhten Drosselungs- und Strömungsverlusten, was die maximal erzielbare Aufladung verringert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der angegebenen Gattung so weiterzubilden, daß die dynamische Aufladung in möglichst einfacher und verlustarmer Weise erfolgt.

Dies wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.

In der älteren, nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 41 41 482 ist bereits der Gedanke beschrieben, die Zufuhr des Brenngases zum Verbrennungsraum während einer bestimmten Periode durch eine entsprechende Steuerung des Einlaßventiles zu behindern. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um ein Aufladeverfahren, sondern um ein Verfahren zum gezielten Erhöhen der Temperatur im Verbrennungsraum bei Betriebszuständen mit Wärmebedarf.

Gemäß der Erfindung ist somit ein Zusatzventil überflüssig, was den konstruktiven und steuerungstechnischen Aufwand erheblich verringert. Außerdem werden die durch die Drosselung am Zusatzventil bedingten Strömungsverluste vermieden, was insbesondere bei hohen Drehzahlen eine merkliche Verbesserung des Liefergrades (der Aufladung) ermöglicht.

Wenn in der Beschreibung und in den Patentansprüchen von Brenngas die Rede ist, so soll hierunter reine Luft oder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch oder ein anderes Brenngas wie z. B. Wasserstoff verstanden werden. Die Erfindung ist sowohl bei 2-Takt- wie auch 4-Takt-Brennkraftmaschinen der Otto- und Dieselbauart anwendbar.

Die Behinderung der Brenngaszufuhr kann in der Weise erfolgen, daß das Einlaßventil während der Behinderungs­ periode nur teilweise geschlossen wird. Vorzugsweise wird jedoch das Einlaßventil während der Behinderungsperiode vollständig geschlossen.

Vorzugsweise hat die Behinderungsperiode einen solchen Abstand vom Einlaßende, daß sich das Maximum der nach der Behinderungsperiode eintretenden dynamischen Druckerhöhung unmittelbar vor dem Einlaßende im Verbrennungsraum einstellt.

Ferner kann vorgesehen werden, daß die Behinderungsperiode hinsichtlich Dauer, Abstand zum Einlaßende und/oder Ausmaß der Behinderung in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine gesteuert wird.

Die dynamische Aufladung kann zusätzlich zu einer Aufladung durch eine herkömmliche Aufladevorrichtung erfolgen.

Vorzugsweise ist das Einlaßventil ein elektromagnetisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigbares Ventil mit extrem hoher Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit. Durch die hohe Schließ- und Öffnungsgeschwindigkeit des Einlaßventils kann die Behinderungsperiode sehr kurz gehalten und während des Ansaughubes so spät angeordnet werden, wie es das dynamische Timing erlaubt. Dadurch ergibt sich eine große frei angesaugte Brenngasmenge und eine geringe Drosselung des während des dynamischen Aufladung zuströmenden Brenn­ gases. Aus der hohen Schließ- und Öffnungsgeschwindigkeit resultiert ferner der minimal mögliche Ladungswechsel­ mehraufwand zur Erzielung des angestrebten Unterdrucks im Verbrennungsraum.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das hinsichtlich Öffnungs- und Schließvorganges willkürlich steuerbare Einlaßventil auch andere Funktionen, etwa im Teillast- oder Leerlaufbetrieb, übernehmen kann. Hierzu bedarf es lediglich einer entsprechenden Auslegung (Programmierung) der dem Einlaßventil zugeordneten Steuereinrichtung.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch die schematische Darstellung des Einlaßtraktes einer Brennkraftmaschine.

Fig. 2 ein Diagramm, in dem der Ventilhub H des Einlaß­ ventiles über dem Kurbelwinkel K aufgetragen ist.

In Fig. 1 ist nur ein Zylinder 10 einer Brennkraftmaschine dargestellt, der einen Kolben 12 enthält. Ein Einlaßkanal 14 mündet über ein Einlaßventil 16 in den Verbrennungsraum 18 innerhalb des Zylinders 10. Eine Abgasleitung 20 ist über ein Auslaßventil 22 am Verbrennungsraum 18 angeschlossen.

Der Einlaßkanal 14 wird über ein Luftfilter 24 mit Brenngas (Luft oder einem Kraftstoff-Luft-Gemisch) versorgt, das vom Kolben 12 nach Öffnung des Einlaßventils 16 angesaugt wird. In der Zeichnung ist dem Luftfilter 24 eine Ladevorrichtung 26 zur Vorverdichtung des Brenngases nachgeschaltet; die Ladevorrichtung 26 kann jedoch auch weggelassen werden.

Bei dem nur schematisch angedeuteten Einlaßventil 16 handelt es sich um ein elektromagnetisch, pneumatisch oder hydrau­ lisch betätigtes Ventil, das hinsichtlich seines Öffnungs- und Schließvorganges willkürlich steuerbar ist. Insbesondere handelt es sich um ein Ventil mit extrem hoher Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit. Zur Steuerung des Einlaßventiles 16 ist eine nur schematisch dargestellte Steuereinrichtung 30 vorgesehen, die über eine Leitung 32 Informationen über den Betriebszustand der Brennkraftmaschine und gegebenenfalls, z. B. abgeleitet vom Fahrpedal, Informationen über den Fahr­ wunsch des Fahrers eines mit der Brennkraftmaschine ausge­ statteten Kraftfahrzeuges erhält.

Die Betriebsweise der beschriebenen Anordnung ist wie folgt. Der Beginn und das Ende des Einlasses von Brenngas in die Verbrennungskammer 18 während des Saughubes des Kolbens 12 wird durch Öffnen und Schließen des Einlaßventiles 16 in üblicher Weise bestimmt. Während des Saughubes des Kolbens 12 wird das Einlaßventil 16 durch die Steuereinrichtung 30 während einer vorgegebenen Behinderungsperiode B ganz oder teilweise geschlossen.

Dies ist in dem Diagramm der Fig. 2 veranschaulicht, in dem der Hub H des Einlaßventils 16 über dem Kurbelwinkel K des Kolbens 12 aufgetragen ist. Der Einlaßbeginn und das Einlaß­ ende liegen in Nähe des oberen Totpunktes OT bzw. des unte­ ren Totpunktes UT des Kolbens 12, während die Behinderungs­ periode B einen zeitlichen Abstand zu Einlaßbeginn und Einlaßende hat.

Während der Behinderungsperiode B wird das Brenngas im Einlaßkanal 14 stromauf des Einlaßventils 16 abgebremst, wodurch vor dem Einlaßventil 16 ein Staueffekt mit Druck­ anstieg auftritt. Zugleich wird der Druck im Verbrennungs­ raum 18 abgesenkt. Der Druckanstieg vor dem Einlaßventil 16 und die Druckabsenkung im Verbrennungsraum 18 wirken in der Weise zusammen, daß beim erneuten Öffnen des Einlaßventils 16 das Brenngas mit erhöhter Geschwindigkeit in den Ver­ brennungsraum 18 einströmt. Dort wird das Brenngas abge­ bremst, was zu einem entsprechenden Druckanstieg des Brenn­ gases und somit zu einer dynamischen Aufladung der Brenn­ kraftmaschine führt.

Die Steuerung des Einlaßventiles 16 über die Steuereinrich­ tung 30 erfolgt hierbei in der Weise, daß die Beendigung der Behinderungsperiode in einem solchen Abstand zum Einlaßende erfolgt, daß sich das Maximum der dynamischen Druckerhöhung unmittelbar vor dem Einlaßende im Verbrennungsraum 18 ein­ stellt. Hierdurch wird verhindert, daß sich der Druck im Verbrennungsraum 18 durch Rückströmen des Brenngases in den Einlaßkanal 14 wieder verringern kann.

Es versteht sich, daß bei Betriebszuständen, bei denen eine dynamische Aufladung nicht erforderlich bzw. zweckmäßig ist (z. B. bei hohen Drehzahlen), die Behinderung der Brenngas­ zufuhr aufgehoben wird.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Aufladen einer Brennkraft­ maschine der Kolbenbauart mit einem zu mindestens einem Verbrennungsraum führenden Einlaßkanal, einem zwischen dem Einlaßkanal und dem Verbrennungsraum angeordneten Einlaß­ ventil, das durch Öffnen und Schließen Einlaßbeginn und Einlaßende der Brenngaszufuhr zum Verbrennungsraum bestimmt, und einer Steuereinrichtung zum Behindern der Brenngaszufuhr während einer einen zeitlichen Abstand vom Einlaßbeginn und Einlaßende einhaltenden Periode, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil (16) als hinsichtlich seines Öffnungs- und Schließvorganges willkürlich steuerbares Ventil ausgebildet ist, das durch die Steuereinrichtung (30) zusätzlich zum Bestimmen des Einlaßbeginns und -endes der Brenngaszufuhr so gesteuert wird, daß es während der Behinderungsperiode (B) ganz oder teilweise geschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Einlaßventil (16) ein elektromagnetisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigbares Ventil mit extrem hoher Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Einlaßkanal (14) eine Auflade­ vorrichtung (26) zugeordnet ist.