DE4308932A1

DE4308932A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufladen einer Brennkraftmaschine der Kolbenbauart

Info

Publication number: DE4308932A1
Application number: DE4308932A
Authority: DE
Inventors: Oskar Dr Ing Schatz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-03-19
Filing date: 1993-03-19
Publication date: 1994-09-22
Anticipated expiration: 2013-03-20
Also published as: DE4308932C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufladen einer Brennkraftmaschine der Kolbenbauart mit einem zu mindestens einem Verbrennungsraum führenden Einlaßkanal und einem zwischen dem Einlaßkanal und dem Verbrennungsraum angeordneten Einlaßventil bei welchem Verfahren ein unbehindertes Einströmen des Brenngases in den Verbrennungsraum verzögert gegenüber dem Beginn des Saughubes des Kolbens erfolgt, um einen dynamischen Aufladungseffekt zu erzielen.

Ein derartiger Stand der Technik ist aus der DE 37 37 827 bekannt. Wie dort beschrieben, wird die Zufuhr des Brenn gases zum Verbrennungsraum (Zylinder) gegenüber dem Beginn des Saughubes dadurch verzögert, daß ein dem Einlaßventil vorgeschaltetes Zusatzventil eine vorgegebene Zeit nach dem Einlaßventil geöffnet wird. Dadurch entsteht im Verbren nungsraum ein Unterdruck, der nach Öffnen des Zusatzventiles das durch den Einlaßkanal zuströmende Brenngas entsprechend beschleunigt. Das mit erhöhter Geschwindigkeit strömende Brenngas wird im Verbrennungsraum abgebremst, was zu einer entsprechenden Verdichtung des Brenngases und somit zu einer dynamischen Aufladung der Brennkraftmaschine führt.

Hierbei soll das Öffnen des Zusatzventiles auf das Einlaßende so abgestimmt werden, daß die Drucküberhöhung im Verbrennungsraum mit dem Schließen des Einlaßventiles eingefangen wird. Die Folge ist, daß insbesondere bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine das Zusatzventil sehr lange geschlossen bleiben muß. Dies wiederum führt zu einem entsprechend großen Unterdruck im Verbrennungsraum und einer entsprechend hohen Strömungsgeschwindigkeit des Brenngases nach Öffnen des Zusatzventils. Die durch die hohe Strömungs geschwindigkeit bedingten Strömungsverluste verringern den dynamischen Aufladungseffekt.

Man könnte daran denken, das Zusatzventil vor Schließen des Einlaßventils zu schließen, um dadurch den Öffnungszeitpunkt des Zusatzventiles vorzuverlegen und somit einen optimalen Unterdruck im Verbrennungsraum einstellen zu können. Wenn jedoch das Zusatzventil vor dem Einlaßventil geschlossen wird, verringert sich der bis zum Schließzeitpunkt des Zusatzventiles aufgebaute Druck im Verbrennungsraum wieder. Auch in diesem Fall ist somit eine optimale Aufladung nicht gegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Gattung so weiter zubilden, daß sich in einfacher Weise ein gewünschter Unter druck zu einem optimalen Zeitpunkt im Verbrennungsraum erzielen läßt.

Dies wird bei dem Verfahren der eingangs angegebenen Gattung erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß vor dem Beginn des ungehinderten Einströmvorganges eine Teilbehinderungsphase vorgesehen ist, während der in gesteuerter Weise ein teil behindertes Einströmen des Brenngases in den Verbrennungs raum erfolgt.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Teilbehinderungsphase, während der das Einströmen des Brenngases in den Verbren nungsraum im Gegensatz zum Stand der Technik nur teilweise behindert wird, läßt sich der Zeitpunkt, zu dem ein gewünschter Unterdruck im Verbrennungsraum erreicht wird, beliebig steuern. Insbesondere kann hierbei der Zeitpunkt, zu dem der gewünschte Unterdruck im Verbrennungsraum erreicht ist, auf das Einlaßende so abgestimmt werden, daß sich das Maximum der dynamischen Druckerhöhung unmittelbar vor dem Einlaßende im Verbrennungsraum einstellt. Die Teilbehinderungsphase schließt sich vorteilhafterweise unmittelbar an die Phase an, in der das Einlaßventil noch geschlossen und somit das Einströmen des Brenngases in den Verbrennungsraum gesperrt ist.

Erfindungsgemäß können die Dauer der Teilbehinderungsphase und/oder das Ausmaß der Teilbehinderung steuerbar sein.

Die Teilbehinderung kann durch das Einlaßventil selbst oder durch ein dem Einlaßventil vorgeschaltetes Zusatzventil erzielt werden.

Hierbei können das Einlaßventil bzw. das Zusatzventil während der Teilbehinderungsphase in einer festen Teil öffnungsstellung gehalten werden, in der der Öffnungsquer schnitt beispielsweise ein Viertel, ein Drittel oder die Hälfte des Gesamtöffnungsquerschnittes beträgt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Einlaßventil bzw. Zusatz ventil während der Teilbehinderungsphase in einem oszillie renden Teilöffnungszustand zu halten.

Zusätzlich zu der dynamischen Aufladung kann eine Vorver dichtung des Brenngases durch eine herkömmliche Aufladung erfolgen.

Eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil oder ein dem Einlaßventil vorgeschaltetes Zusatzventil hinsichtlich seines Öffnungs- und Schließvorganges durch eine Steuereinrichtung so steuerbar ist, daß es während einer Teilbehinderungsphase zwischen den Phasen vollstän diger Öffnung und vollständiger Schließung das Einströmen. - des Brenngases in den Verbrennungsraum teilweise behindert.

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 bei 4-Takt-Brennkraftmaschinen der Otto- und Dieselbauart anwendbar.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung des Einlaß traktes einer Brennkraftmaschine;

Fig. 2 ein Diagramm, in dem der Ventilhub H des Einlaß ventiles über dem Kurbelwinkel K des Kolbens auf getragen 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 einen Luftfilter 24 mit Brenngas (Luft oder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch) versorgt, das vom Kolben 12 nach Öffnung des Einlaßventiles 16 ange saugt wird. In der Zeichnung ist dem Luftfilter 24 eine Ladevorrichtung 26 zur Vorverdichtung des Brenngases nachgeschaltet; die Ladevorrichtung 26 kann jedoch auch weggelassen werden.

Stromauf vom Einlaßventil 16 ist bei dem in Fig. 1 dar gestellten Ausführungsbeispiel im Einlaßkanal 14 ein Zusatzventil 28 angeordnet, das geeignet ist, den Ein laßkanal 14 ganz oder teilweise zu sperren. Dem Zusatzventil 28 ist eine nur schematisch dargestellte Steuereinrichtung 30 zugeordnet. Sie erhält über eine Leitung 32 Informationen über den Betriebszustand der Brennkraftmaschine und gege benenfalls, z. B. abgeleitet vom Fahrpedal, Informationen über den Fahrwunsch des Fahrers eines mit der Brennkraft maschine ausgestatteten Kraftfahrzeuges.

Die Betriebsweise der beschriebenen Vorrichtung ist wie folgt. Bei Beginn des Saughubes des Kolbens 12 wird das Einlaßventil 16 geöffnet. Das Zusatzventil 28 wird in eine Teilöffnungsstellung bewegt, in der es während einer sich an den Einlaßbeginn anschließenden Teilbehinderungsphase gehal ten wird. Hierdurch bedingt, baut sich im Verbrennungsraum 18 ein Unterdruck auf. Am Ende der Teilbehinderungsphase wird das Zusatzventil 28 ganz geöffnet. Das Brenngas strömt dann mit erhöhter Geschwindigkeit in den Verbrennungsraum und wird dort abgebremst, was zu einem entsprechenden Druck anstieg des Brenngases und somit zu einer dynamischen Aufladung der Brennkraftmaschine führt.

Der Zeitpunkt, zu dem das Zusatzventil 28 vollständig geöffnet wird, wird durch die Steuereinrichtung 30 in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine (z. B. der Drehzahl) so festgelegt, daß sich das Optimum der dynamischen Druckerhöhung unmittelbar vor dem Einlaßende im Verbrennungsraum 18 einstellt, um zu verhindern, daß sich der Druck im Verbrennungsraum 18 durch Rückströmen des Brenngases in den Einlaßkanal 14 wieder abbauen kann. Das Ausmaß der Teilbehinderung der Brenngaszufuhr während der Teilbehinderungsperiode wird hierbei so eingestellt, daß zu dem Zeitpunkt, zu dem das Zusatzventil 28 vollständig geöffnet wird und somit das Brenngas ungehindert in den Verbrennungsraum 18 einströmen kann, der optimale Unterdruck im Brennraum 18 erreicht ist, bei dem sich die größtmögliche Zylinderfüllung (der maximale Liefergrad) ergibt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel bewirkt das Zusatzventil 28 die teilweise Behinderung der Brenn gaszufuhr während der Teilbehinderungsphase. Diese Funktion kann statt dessen jedoch auch von dem entsprechend steuer baren Einlaßventil 16 selbst übernommen werden, so daß dann auf das Zusatzventil 28 verzichtet werden kann. Dieser Fall ist in dem Diagramm der Fig. 2 veranschaulicht, in dem H den Hub des Einlaßventils 16, K den Kurbelwinkel, OT und UT den oberen bzw. unteren Totpunkt und T die mit dem Einlaßbeginn einsetzende Teilbehinderungsphase bezeichnen. Die Teilbehin derung wird hierbei durch eine konstante Teilöffnungsstel lung des Einlaßventiles 16 erreicht, was in Fig. 2 durch einen horizontalen Kurvenabschnitt T dargestellt ist. Statt dessen kann die Teilbehinderung auch durch einen oszillie renden Verlauf oder einen allmählichen - treppenförmigen oder glatten - Anstieg des Öffnungsquerschnittes des Ventiles 16 bzw. 28 erzielt werden.

Claims

1. Verfahren zum Aufladen einer Brennkraftmaschine der Kolbenbauart mit einem zu mindestens einem Verbrennungs raum führenden Einlaßkanal und einem zwischen dem Einlaß kanal und dem Verbrennungsraum angeordneten Einlaßventil, bei welchem Verfahren ein unbehindertes Einströmen des Brenngases in den Verbrennungsraum verzögert gegenüber dem Beginn des Saughubes des Kolbens erfolgt, um einen dynami schen Aufladungseffekt zu erzielen, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Beginn des ungehinderten Einströmvorganges eine Teilbehinderungsphase vorgesehen ist, während der in gesteuerter Weise ein teilbehindertes Einströmen des Brenngases in den Verbrennungsraum erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Ende der Teilbehinderungsphase so gelegt wird, daß sich das Maximum der durch die dynamische Aufladung erzeugten Druckerhöhung im Verbrennungsraum unmittelbar vor Schließen des Einlaßventiles ergibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Teilbehinderungsphase und/oder das Ausmaß der Teilbehinderung steuerbar sind.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilbehinderung durch das Einlaßventil oder durch ein dem Einlaßventil vorgeschaltetes Zusatzventil erzielt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das Einlaßventil bzw. das Zusatzventil während der Teilbehinderungsphase in einer festen Teilöffnungs stellung gehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das Einlaßventil bzw. das Zusatzventil während der Teilbehinderungsphase in einem oszillierenden Teilöff nungszustand gehalten wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der dynamischen Aufladung eine Vorverdichtung des Brenngases durch eine Aufladevorrichtung erfolgt.

8. 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 und einer Steuereinrichtung zum Verzögern der Brenngaszufuhr gegenüber dem Beginn des Saughubes des Kolbens, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil (16) oder ein dem Einlaßventil (16) vorgeschaltetes Zusatzventil (28) hinsichtlich seines Öffnungs- und Schließvorganges durch die Steuereinrichtung (30) so steuerbar ist, daß es während einer Teilbehinderungsphase (T) zwischen den Phasen vollständiger Öffnung und vollständiger Schließung das Einströmen des Brenngases in den Verbrennungsraum (18) teilweise behindert.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß das Einlaßventil (16) bzw. das Zusatzventil (28) während der Teilbehinderungsphase (T) in einer Teilöff nungsstellung festlegbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß das Einlaßventil (16) bzw. das Zusatzventil (28) während der Teilbehinderungsphase (T) einen oszillie renden Teilöffnungszustand einnimmt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Einlaßkanal (14) eine Auf ladevorrichtung (26) zugeordnet ist.