DE6750405U

DE6750405U - Anordnung fuer die luft- bzw. gemischzufuhr von verbrennungsmaschinen

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Publication number: DE6750405U
Application number: DE6750405U
Authority: DE
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1967-07-18
Filing date: 1968-07-18
Publication date: 1969-01-09
Also published as: DE1751726A1; FR1574439A; GB1184525A; US3534716A

Description

F.A.41872M8.7.68

Patentanwalt DJpl.-Phys, Gerhard Lledl 8 München 22 Steinsdorfstr. 21-22 Tel. 29 84 62

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Kubota Tekko Kabushiki Kaisha No. 22, Funade-cho 2-chome, Naniwa-ku, Osaka-shi, Japan

Anordnung für die Luft-bzw. Gemischzufuhr von Verbrennungs-

masehinen

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für die Zuführung von Luft oder Gemisch für Verbrennungsmaschinen mit einem oder mehreren Zylindern mit jeweils mindestens einer Einlaß- und einer Auslaßöffnung.

Ni/Ft

Im allgemeinen wird die maximale Auegangsleistung einer Verbrennungsmaschjlne entscheidend von folgenden Faktoren beeinflußt:

1. die pro Zeiteinheit zugeführte Luft- bzw. Gemischmenge,*

2. die mechanische Beanspruchung;

3. die Wärmebeanspruchung.

Es ist bekannt, daß der Hauptfaktor bei der Verminderung oder Begrenzung der Ausgangsleistung der Verbrennungsmaschine in den meiste?» Fällen die ungenügende Luftversorgung der Maschine ist.

Bei eimer üblichen Verbrennungsmaschine sind ein oder mehrere Einlaß- oder Auslaßventile getrennt in dem Zylinderkopf vorgesehen und arbeiten auch getrennt. Bei einer 4erartigen Anordnung ist es oft schwierig, die Einlaßventile mit einem ausreichend großen Einlaßquersclinitt zu versehen, was dazu führt, daß die Menge der ansaugbaren Luft beschränkt ist und damit gleichzeitig die maximale Ausgangsleistung der Maschine.

Um solche Schwierigkeiten zu umgehen, wurde vorgeschlagen, die Abmessungen des Einlaßventils zu vergrößern oder die Anzalil der Einlaßventile zu erhöhen.

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Diese Vorschläge stoßen jedoch auf konstruktive Schwierigkeiten.

Es ist ferner bekannt, einen Auflader zu verwenden, der die faschine mit Luft auflädt, insbesondere um überschüssige LuftKisngsn in die Maschine zu fördern, wodurch die obengenannten Schwierigkeiten vermieden werden. Von dieser Methode wird bei Dieselmotoren bereits in weitem Umfang Gebrauch gemacht.

Gemäß der Erfindung soll nun eine Anordnung vorgeschlagen werden, mit deren Hilfe die Luft- bzw. Gemischversorgung für eine Verbrennungsmaschine gesteigert und deren Ausgangsleistung erhöht werden kann.

Die Anordnung gepflfäß der Erfindung ist dabei sowohl bei Verbrennungsmaschinen mit Auflader als auch bei solchen ohne Auflader einsetzbar.

Die oben gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einer Verbrennungsmaschine der eingangs beschriebenen Art ein Ein- und Auslaß-Steuerventil vorgesehen wird, das die Auslaßöffnung nach dem Auslaßtakt als Einlaßöffnung für Luft oder Luftgemisch freigibt.

Bei einer VerbrennungsmascMne gemäß der Erfindung dient also die Einlaßöffnung wie bei den bekannten Verbrennungsmaschinen der Zufuhr von Luft oder Gemisch, während die Auslaßöffnung, die bei den bekannten Verbrennungsmaschinen nur dem Auslaß der Abgase dient, als sogenannte

Ein- und Auslaßöffnung konstruiert ist, die beiden Vorgängen, nämlich dem Auslassen der Abgase und dem Ansaugen der Luft bzw. des Gemisches dient.

Um flies zu erreichen, ist die Auslaßöffnung mit einem Ein- und Auslaß-Steuerventil versehen, das die Ein- und Auslaßvorgänge in dieser Öffnung steuert.

Durch die Konstruktion der üblichen Auslaßöffnung als Ein- und Auslaßöffnung, wie dies oben beschrieben wurde, wird außer der eigentlichen Einlaßöffnung zusätzlich die Ein- und Auslaßöffnung für das Ansaugen von Luft oder Gemisch freigegeben, wodurch die angesaugte Luft- bzw. Gemischmenge entsprechend erhöht wird.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsforns gemäß der Erfindung ist das Ein- und Auslaß-Steuerventil als Drehventil ausgeführt, das sich mit einer Geschwindigkeit dreht, die auf die Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle abgestimmt ist.

Besonders bevorzugt wird dabei ein Ein- und Auslaß-Steuerventil, bei dem ein Auslaßventilblech und mindestens ein Einlaßventilblech vorgesehen sind, die durch Bereichstrennplatten voneinander getrennt sind, wobei das Auslaßventilblech der Schließung und Öffnung des Auslaßberei-

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ches dient, der den Zylinder der Verbrennungsmaschine mit der Auslaßsammelleitung verbindet und wobei das bzw. die Einlaßbleche der Öffnung bzw. Schließung des Einlaßbereiches dienen, der den Zylinder der Verbrennungsmaschine mit der Einlaßsammelleitung verbindet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Zylinderkopf einer Verbrennungsmaschine mit einer Anordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 in der Draufsicht ein Detail der Anordnung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 in perspektiver Darstellung Einzelheiten eines Ein- und Auslaß-Steuerventils gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Ventil gemäß Fig. 3;

Fig. 5 eine Darstellung der zeitlichen Abläufe in einer Verbrennungsmaschine mit einer Anordnung gemäß der Erfindung;

^' verdeutlichen den Bewegungsablauf wichtiger Teile bei einer bis 8

Verbrennungsmaschine mit einer Anordnung gemäß der Erfindung.

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Li Fig. 1 ist mit 1 das Gehäuse einer Verbrennungsmaschine bezeichnet, an dem eine Zyliinderwandung 2 befestigt ist. Ein Kolben 3 ist hin- und herbewegbar innerhalb der Zylinder wandung 2 angeordnet.

In Fig. 1 ist der Kolben 3 in der Position eingezeichnet, die er ^¹Qi oberen Totpunkt einnimmt. Über der Zylinder wandung und dem Kolben 3 ist ein Zylinderkopf 4. montiert, der mit einem Einlaßventil 13 und mit einen Ein- und Auslaßventil 14 versehen ist und eine Einlaßöffnung 5 und eine Ein- und Auslaßöffnung 6 aufweist.

Die Ein- und Auslaßöffnung 6 ist mit einem Ein- und Auslaß-Steuerventil 7 versehen, das nachstehend beschrieben wird. Das Ventil ist drehbar auf einer Achse gelagert, die senkrecht zu dem Gasstrom liegt, das entweder abgelassen oder angesaugt wird.

Das Ansaugventill weist eine pilzförmige Gestalt auf und wird durch eine Nocke über einen Stößelschuh und eine Stößelstange sowie einen Kipphebel betätigt. Die Nockenscheibe 8 dreht sich mit verminderter Geschwindigkeit entsprechend der halben Rotationsgeschwindigkeit der in der Zeichnung nicfc* dargestellten Kurbelwelle. Das Ein- und Auslaßventil 14 weist ebenfalls eine pilzförmige Gestalt aiii und wird durch einen Mechanismus betätigt, der eine Nockenscheibe 8' und einen Kipphebel 11' aufweist, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.

Das Bezugszeichen 20 bezeichnet eine Einiaßsammelleitung. Die Frischluft bzw. das Treibstoff- Luftgemisch, die bzw. das durch die Einiaßsammelleitung in die Einlaßöffnung 5 in der durch einen Pfeil angedeuteten Richtung fließt, gelangt über das Einlaßventil 13 in den Zylinder.

Wie Fig. 3 zeigt, ist die Ein- und Auslaßöffnung 6 in einem Auslaßbereich und in seitlich davon liegende Einlaßbereiche geteilt.

Die Teilung erfolgt innerhalb des Ein- und Auslgß-Steuerventiles 7. Der Auslaßbereicli 21 i^id die Einlaßbereiche 22 sind jeweils mit getrennten Auslaßbereichsstutzen 23 bzw. Einlaßbereichsstutzen 24 verbunden, die sich außen am Zylinderkopf 4 befinden und mit der Auäaßsammelleltung bzw. der Einiaßsammelleitung 26 verbunden sind. Bei Verbrennungsmaschinen, die mit einem Auflader arbeiten, stellen die Einlaßsammeileitungen 20 und 26 die beiden Zweige der Ausgangsleitung des Aufladers dar.

Wie die Figuren 3 und 4 zeigen, ist das Ein- und Auslaß-Steuerventil 7 als Drehventil ausgeführt, das auf dem Zylinderkopf 4 mit Hilfe einer Achse 15 befestigt ist, die von einem Getriebe 19 angetrieben wird, das ebenfalls auf der Achse 15 befestigt ist und sich in dem durch einen Pfeil in Fig. 1 angedeuteten Sinn dreht.

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Das Ein- und Auslaß-Steuerventil 7 enthält ein Auslaßventilblech 16,

zu

Einlcßventilbleche 17, dit/beiden Seiten des Auslaßventilblechs 16 angeordnet sind und ein Paar von Bereichstrennplatten 18, die jeweils zwischen den Einlaßventilblechen und dem Auslaßventilblech liegen. Die Bleche 16 und 17 sowie die Bereichstrennplatten 18 sind fest mit der Achse 15 verbunden. Wie man der Zeichnung entnimmt, sind die Einlaß- und Auslaßventilbleche 16 und 17 senkrecht zu der Achse 15 und in der Weise angeordnet, daß sie miteinander einen bestimmten Winkel einschließen. Insbesondere wird in Fig. 3 deutlich, daß das Auslaßventilblech des Steuerventils 7 geeignet ist, die Verbindung zwischen dem Auslaßbereich 21 und der Ein- und Auslaßöffnung 6 zu kontrollieren, während die Einlaßventilbleche 17 die Verbindung zwischen den Einlaßbereichen 22 und der Ein- und Auslaßöffnung 6 kontrollieren.

Die Arbeitsweise dor oben beschriebenen Anordnung soll nun anhand der Figuren 5 bis 8 beschriebeniwerden:

Ih Fig. 5a zeigt die Kurve C-16 den Öffnungsgrad des Auslaßventübleches 16, des Ein- und Auslaß-Steuerventils 7 an, während die Kurve C-17 den Öffnungsgrad des Einlaßventilblechs 17 andeutet. Der Öffnungsgrad des Ein- und Auslaßventils 14 und des Einlaßventils 13 sind durch die Kurven C-14 und C-13 in Fig. 5b dargestellt.

Fig. 5c zeigt die vier Taktzeiten I bis IV für eine VerbrennungsmaschinQ und die Symbole T.D. P und B.D. T. bezeichnen Jeweils den oberen und unteren Totpunkt des Kolbens.

In den Figuren 5 A, B und C zeigt die Abszisse die Position des Kolbens bzw. die wahrend des Arbeitszyklus verstrichene Zeit an,und die Ordinate der Figuren 5 A und B zeigt den Öffnungsgrad der jeweiligen Ventilbleche bzw. Ventile. In Fig. 1 ist die Vorbrennungsmaschine in einer Position dargestellt, die den Ausgangspunkt für unsere Betrachtungen anhand der Fig. 5 bilden soll. Die Maschine befindet sich am Anfang des ersten Taktes Ί, in dem die Verbrennung erfolgt. Der Kolben befindet sich auf dem oberen Totpunkt T. D. P. ,und die Ventilbleche 16 und 17 des Ein- und Auslaß-Steuerventils 7 sind ebenso wie die Ventile 13 und 14 geschlossen.

Wenn sich der Kolben 3 von dieser Ausgangsposition nach unten bewegt, beginnt das Auslaßventilblech 16 die Verbindung zwischen dem Zylinder und der Auslaßsammelleitung zu öffnen. Dies ist zu dem Zeitpunlrt (a) in Fig. 5a der Fall.

Fig. 6 zeigt die Lage des Verbrennungsmotors in diesem Augenblick VI. Man erkennt, daß das Einlaßventil 13 und das Ein- und Auslaßventil 14 noch geschlossen sind und daß auch der Auslaßbereich 22 durch das Aus-

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laßventilbleeh 17 geschlossen ist. Nunmehr beginnt jedoch das Auslaßventilblech 16. den Auslaßbereich 21 zu öffnen. Wenn der Kolben 3 den Punkt (b) in Fig. bfo erreicht, beginnt sich das Ein- und Auslaßventil zu öffnen. Fig. 7 zeigt den Zustand der Maschine in der Position VII, der einem Zeitpunkt entspricht, der ein wenig später als der Zeitpunkt (b) in Fig. obliegt.

Die Verbrennung und Ausdehnung geht in dem Zylinder 2 noch immer vor sich und der Kolben 3 bewegt sich weiterhin nach unten. Das Einlaßventil 13 ist geschlossen.

Das Ein- und Auslaßventil 14 und das Auslaßventilblech 16 sind jedoch schon zu einem gewissen Grade geöffnet, d. h, es beginnt allmählich der Auslaßtakt Ή, und das verbrannte Gasgemisch wird aus dein Zylinder durch das Ein- und Auslaßventil 14 freigegeben. Es erreicht über die Ein- und Auslaßöffnung 6 das Auslaßventilblech 16 des Ein- und Auslaß-Steuerventils 7, den Auslaßbereich £1 und den Auslaßbereichsstutzen 23, die Auslaßsammelleitung 25.

Das Einlaßventilblech 17 des Ein- und Auslaß-Steuerventils 7 schließt noch immer die Einlaßbereiche 22 gegen die Ein- und Auslaßöffnung 6. Wenn der Kolben 3 den unteren Totpunkt B.D. P. erreicht und sich anschließend wieder nach oben bewegt, beginnt der Auslaßtakt Π. Das Ein=

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laßventil 13 beginnt sich zu öffnen, wie in Fig. 5b an Punkt (c) dargeil stellt is^ und ee folgt der Zeitraum, in dem sich der Auslaßprozeß und

der Einlaßproseß überlappen. Wenn also, um diesen Sachverhalt noch einmal mit linderen Worten auszudrücken, die Maschine mit einem Äuflader versehen ist, wird eine große Menge Luft durch das Einlaßventil^ zu dem Ein- und Auslaßventil 14 fließen, wodurch der Zylinderkopf 4 gekühlt wird.

Wenn der Kolben wiederum den/foerepfTotpunkt erreicht, ist der Auslaßtakt Π beendet und der Einlaßtakt HI beginnt. Sobald der Kolben 3 eine Position erreicht hat, die dem Punkt (d) in Fig. Sa entspricht, beginnt das Einlaßventilblech des Ein- und Auslaß-Steuerventils 7 die Ein-Iaßb8mdie£2 zu öffnen, während das Auslaßventilblech 16 in zunehmendem Maße dee Auslaßbereich 21 schließt.

Fig. 8 zeigt den Zustand der Maschine in der Position VHI, in der sich der Kolben 3 nach unten bewegt.

Wenn der Kolben eine Stellung passiert, die dem Punkt (e) in Fig. 5a entspricht, ist der Auslaßbereich 21 völlig geschlossen, was durch das

Auslaßventilblech IS des Ein- und Auslaß-Steuerventils7 bewirkt wird und die Ein- und Auslaßörfnung 6 ist nur noch mit den Einlaßbereichen

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verbunden. In dieser Position erfolgt die Zuführung des Lufttreibstoffgeraisches in den Zylinder nicht nur durch die Einlaßöffnung 5 und über das Einlaßventil 13, sondern auch über den Weg, der sich von der Einlaßsammelleitung 26 über den Einlaßhereichsstiitzen 2A. die Einlaßbereiche 22, das Einlaßventilblech 17, die' Ein- und Auslaß-Steuerventile 7, die Ein- und Auslaßöffnung 6 und das Ein- und Auslaßventil erstreckt. Dieser Zustand wird aufrecht erhalten bis der Kolben 3 eine Position erreicht hat, die dem Punkt (f) in Fig. 5b entspricht.

Das Einlaßventil 13 und das Ein- und Auslaßventil 14 sind dann geschlossen und der Ansaugvorgang wird beendet. Danach beginnt die Maschine mit dem Koimpressionstakt IV. Wie aus dem Vorangegangenen deutlich wird, erfolgt das Ansaugen der Luft oder des Lufttreifcstoffgemisches während des Ansaugtaktes der Mabchine nicht nur über die eigentliche Ansaugöffnung, sondern auch über die Auslaßöffnung und

s das Auslaßventil, die bei den bisherigen Maschinen nur für den Auslaß

vorgang betätigt wurden= Folglich kann bei einer Verbrennungsmaschine gemäß der Erfindung die doppelte Luft- bzw. Gemischmenge wie bei einer herkömmlichen Maschine angesaugt werden, wodurch die f uS-gangsleistung der Maschine entsprechend erhöht werden kann.

Da darüber hinaus die kalte Luft bzw. das kalte Gemisch durch die Auslaßöffnuig und an dem Auslaßventil vorbeigesaugt werden, wird das Aus-

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laßventü dadurch gekühlt und seine Lebensdauer kann verlängert werden.

Vorstehend wurde die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispieles erläutert. Es soll jedoch an dieser Stelle aus^ücklich darauf hingewiesen werden, daß die Anwendung der Erfindung keineswegs auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt ist, und daß Abwandlungen und Änderungen möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

RA.418 724*18.7.68 Schutz •PateaEansprüche

1. Anordnüiig fur die Zuführung von Luft oder Gemisch für Verbrennuagsmaschinen mit einem oder mehreren Zylindern, mit jeweils mindestens einer Einlaß- und einer Auslaßöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ein- und Auslaß-Steuerventil (7) vorgesehen ist, das die Auslaßöffnung (6) nach dem Auslassen der Abgase als Einlaßöffnung (6) für Luft oder Gemisch freigibt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ein- und Auslaß-Steuerventil (7) als Drehventil ausgeführt ist und sich mit einer Geschwindigkeit dreht, die gleich der halben Rotationsgeschwindligkeit

f der Kurbelwelle ist.

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3, Anordnung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auslaßventilblech (16) und mindestens ein Einlaßventilblech (17) vorgesehen sind, die durch Bereichstrennplatten (18) voneinander getrennt sind, -wobei das Auslaßventilblecfr (16) der Schließung und Öffnung des Auslaßbereiches (21) dient, der den Zylinder (2) der Verbrennungsmaschine mit einer Auslaßsammelleitung (25) verbindet und ■wobei das bzw. die Einlaßventilbleche (17) der Öffnung bzw. Schließung des Einlaßbereiches (22) dienen, der den Zylinder (2) der Verbrennungsmaschine mit der Einlaßsammelleitung (26) verbindet.

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