DE69507748T2

DE69507748T2 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69507748T2
Application number: DE69507748T
Authority: DE
Inventors: Kunihiko C/O Yamaha Hatsudoki K.K. Iwata-Shi Shizuoka-Ken Nakajima; Seiji C/O Yamaha Hatsudoki K.K. Iwata-Shi Shizuoka-Ken Sawai; Jiro C/O Yamaha Hatsudoki K.K. Iwata-Shi Shizuoka-Ken Watase
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1995-05-31
Publication date: 1999-06-10
Anticipated expiration: 2015-06-01
Also published as: EP0690214B1; DE69507748D1; US5775283A; JP3421731B2; EP0690214A3; EP0690214A2; JPH0849551A

Description

Diese Erfindung betrifft eine Viertakt-Brennkraftmaschine mit einem Zylinder mit einer Zylinderbohrung, in der ein Kolben gleitbar aufgenommen ist, um darin eine Brennkammer zu bestimmen, mit einer Einlasskanal-Anordnung zum Zuführen von Luft in die Brennkammer und einer Auslasskanal-Anordnung zum Entlassen von Verbrennungsgas aus der Brennkammer, mindestens einem Einlassventil und einem Auslassventil zum Öffnen und Schließen der Verbindung der Einlass- und der Auslasskanal-Anordnungen mit der Brennkammer, wobei die Einlasskanal-Anordnung mit einem zweiten, zustromseitig von dem Einlassventil angeordneten Steuerventilmittel versehen ist, um die Einlasskanal-Anordnung zumindest teilweise zu öffnen und zu schließen, welches zweite Steuerventilmittel im wesentlichen antizyklisch mit Bezug auf das Einlassventil geöffnet und geschlossen wird, d. h. das zweite Steuerventilmittel geöffnet wird, wenn das Einlassventil geschlossen wird, und geschlossen wird, wenn das Einlassventil geöffnet wird, und ein erstes Steuerventilmittel vorgesehen ist, um das Volumen eines Abschnittes der Einlasskanal-Anordnung zustromseitig von dem Einlassventil und abstromseitig von dem zweiten Steuerventilmittel zu verändern.
Bei der Viertaktmaschine ist es unvermeidbar, dass die zum Austauschen des Verbrennungsgases gegen eine neue Beladung (Arbeit zum Auslassen und Einlassen) geleistete Arbeit als sogenannter Pumpverlust an dem Ende jedes Zyklus auftritt. Der Pumpverlust setzt den thermischen Wirkungsgrad der Maschine herab und verhindert eine Verbesserung der Treibstoff-Ersparnis. Insbesondere im Niedriglast-Betriebsbereich wird die Auslassarbeit reduziert, da die Einlassmenge durch Drosseln herabgesetzt wird. Andererseits steigt der Pumpverlust wegen des verringerten Druckes in dem Einlasskanal an.
Um den Pumpverlust durch den negativen Druck im Niedriglast- Betriebsbereich zu reduzieren, wird der sog. Miller-Zyklus vor geschlagen.
Die Miller-Zyklus-Maschine ist die Maschine mit verringertem Pumpverlust und vergrößertem thermischen Wirkungsgrad, bei der der Einlassanschluss in der Mitte des Einlasshubes geschlossen wird (wodurch eine frühe Beendigung des Einlasses realisiert wird), um den Einlasshub abzukürzen, und die Luft, die in den Zylinder eingezogen wurde, bevor der Kolben den unteren Totpunkt (UTP) erreicht, dazu gebracht wird, zu expandieren, um einen Abkühlzyklus durchzuführen. Dadurch wird der Pumpverlust zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades herabgesetzt.
Verschiedene Verbesserungen dieser Art von Miller-Zyklus-Maschinen sind bisher vorgeschlagen worden.
In einer derartigen Verbesserung (siehe Tokkai Hei 63-45490) werden ein erster Einlasskanal und ein zweiter Einlasskanal parallel zueinander an einem Einlassanschluss angeordnet und der erste Einlasskanal wird mit einem ersten Steuerventil (einem zweiten Drosselventil) und der zweite Einlasskanal mit einem zweiten Steuerventil (einem Zeitgabeventil) versehen. Das erste Steuerventil wird bei Niedriglast geschlossen und bei Last-Erhöhung geöffnet. Das zweite Steuerventil wird geöffnet, bevor das Einlassventil geöffnet wird, und geschlossen, bevor das Einlassventil geschlossen wird.
Mit dem Einlass-System nach dem genannten Vorschlag steigt jedoch der Pumpverlust an, da ein negativer Einlassdruck erzeugt wird, wenn der Einlasskanal durch das zweite Steuerventil, das in der Mitte des Einlasshubes bei Niedriglast geschlossen wird, verengt wird.
Im Hinblick auf das Genannte wurde ein anderer Vorschlag gemacht (Tokkai Hei 1-305125), der die Luftmenge nicht durch Schließen des zweiten Steuerventils in der Mitte des Einlasshubes steuert, sondern an der Zustromseite des Einlassventils eine entsprechende Luftmenge zuführt, bevor das Einlassventil öffnet.
Bei dem hier beschriebenen Einlass-Steuersystem ist jedoch, wie in dem Druckanzeige-Schaubild der Fig. 48 gezeigt, der Druck an der Zustromseite des Einlassventils vor dem Öffnen des Einlassventils negativ. Damit ergibt sich das Problem, dass der in dem gestrichelten Bereich der Fig. 48 gezeigte Pumpverlust W&sub2;' dazu neigt, bei Niedriglast anzuwachsen.
Eine Brennkraftmaschine, wie sie vorstehend angezeigt wurde, ist aus FR-A-2 439 300 bekannt. Diese weitere bekannte Brennkraftmaschine hat jedoch die gleichen Probleme, wie sie in Fig. 48 angezeigt sind.
Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine der genannten Gattung mit einem verringerten Pumpverlust zumindest unter Niedriglast-Maschinenlaufzuständen zu schaffen, die fähig ist, immer eine angemessene Luftmenge zuzuführen, um den thermischen Wirkungsgrad und die Kraftstoff-Einsparung der Maschine zu verbessern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Ziel bei einer Brennkraftmaschine der genannten Gattung dadurch erreicht, dass die Einlasskanal-Anordnung einen mit der Brennkammer über das Einlassventil verbundenen ersten Einlasskanal und einen mit dem ersten Einlasskanal zustromseitig von dem Einlassventil verbundenen zweiten Einlasskanal umfasst, das zweite Steuerventilmittel zum Öffnen und Schließen des in den ersten Einlasskanal mündenden zweiten Einlasskanals vorgesehen ist, das erste Steuerventilmittel vorgesehen ist, um das Volumen des Abschnittes des ersten Einlasskanals, der die Verbindung desselben mit dem zweiten Einlasskanal enthält, in Reaktion auf eine Gaspedalbetätigung zum Steuern der Maschine zu verändern, das erste Steuerventilmittel zwischen Positionen zum Bestimmen eines niedrigen Volumens des Abschnittes des ersten Einlasskanals für Niedrig-Last-Bedingungen der Maschine, Positionen zum Bestimmen eines großen Volumens des Einlasskanal-Abschnittes für Zwischen-Last-Bedingungen der Maschine, und einer Position zum Verbinden des ersten Einlasskanals mit der Umgebung parallel zu dem zweiten Einlasskanal oder zum Verbinden des ersten Einlasskanals mit einer ersten Einlasskammer verstellbar ist, während der zweite Einlasskanal sich mit einer separaten zweiten Einlasskammer verbindet, für Hoch-Last-Bedingungen der Maschine.
Zumindest unter Niedriglastbedingungen wird Außenluft mit etwa Umgebungsluftdruck durch das Steuerventilmittel in den Einlasskanalabschnitt zwischen dem Steuermittel und dem Einlassventil zugeführt. Dadurch wird, wenn das Einlassventil während des Einlasshubes geöffnet wird, von außen zugeführte Luft mit etwa Umgebungsluftdruck in den Zylinder der Maschine eingezogen. Da der Druck an der Zustromseite des Einlassventils etwa beim Umgebungsluftdruck gehalten wird, bevor das Einlassventil geöffnet wird, wird der Pumpverlust minimiert und der thermische Wirkungsgrad und die Kraftstoff-Einsparung der Maschine verbessert. Darüberhinaus ermöglicht die Veränderung des Volumens des Einlasskanalabschnittes, die genaue notwendige Luftmenge zuzuführen, so dass die Maschine in einer stabilisierten Weise mit einem hohen thermischen Wirkungsgrad und hoher Kraftstoff-Einsparung läuft.
Weiter erlaubt es die Erfindung, die der Brennkammer zugeführte Luftmenge in Abhängigkeit von der Gaspedalbetätigung zum Steuern der Maschine einzustellen.
Zusätzlich stellt die Erfindung sicher, dass der Brennkammer unter Hochlastbedingungen ausreichend Luft zugeführt werden kann, um so das Maximalverhalten der Maschine zu erhöhen.
Dadurch ist zumindest unter Niedriglastbetriebsbedingungen das zweite Steuerventilmittel in seiner Schließstellung, wenn das Einlassventil geöffnet ist, und entweder konstant oder während eines Zeitraumes in seiner geöffneten Stellung, der einem vorgegebenen Kurbelwellen-Drehwinkel entspricht, wenn das Einlassventil geschlossen ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein drittes Steuerventil in dem zweiten Einlasskanal zustromseitig von dem zweiten Steuerventilmittel zum Steuern der Luftströmung durch den zweiten Einlasskanal in Reaktion auf die Gaspedalbetätigung zum Steuern der Maschine vorgesehen. Ins verhindert werden, dass die durch den Einlasskanalabschnitt zwischen dem Einlassventil und dem ersten und dem zweiten Steuerventilmittel zugeführte Luftmenge ausserordentlich groß wird, und die der Brennkammer zugeführte Luftmenge wird auch dann optimiert, wenn das Minimalvolumen des Einlasskanalabschnittes aus strukturellen Gründen nicht klein genug gemacht werden kann.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das zweite Steuerventil geschlossen, wenn der Druck der von außen dem zweiten Einlasskanalabschnitt durch das zweite Steuerventil zugeführten Luft seinen maximalen positiven Wert erreicht. Dementsprechend wird der Einlassdruck am Beginn des Einlasshubes erhöht und die Pumpverluste werden weiter minimiert.
Gemäß noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Kraftstoff-Einspritzgerät vorgesehen, um Kraftstoff vorzugsweise in den ersten Einlasskanal abstromseitig von dem ersten Steuerventilmittel einzuspritzen und vorzugsweise, mindestens während der Niedriglastbetriebsbedingungen, dann, wenn sich das Einlassventil und das zweite Steuerventilmittel in ihren Schließstellungen befinden. Wenn nach einem vorhergehenden Einlasszyklus beide Ventile geschlossen sind, wird der Kraftstoff in das in dem Einlasskanalabschnitt zwischen dem Einlassventil und dem Steuerventilmittel bleibende restliche Niederdruckgemisch eingespritzt. Nachdem der eingespritzte Kraftstoff und das restliche Gemisch miteinander vermischt sind und ein fettes Gemisch erzeugt ist, wird das zweite Steuerventil geöffnet und Außenluft mit etwa Umgebungsdruck in den Einlasskanalabschnitt eingeführt, so dass die Luft in dem Einlasskanalabschnitt einer raschen adiabatischen Komprimierung unterworfen wird, so dass die Temperatur des Gemisches ansteigt, um die Verdampfung des Kraftstoffs in dem Gemisch zu beschleunigen und den thermischen Wirkungsgrad zu verbessern.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein dritter Einlasskanal zum Zuführen von Einlassluft zu einem Kraftstoff-Einspritzabschnitt des Kraft stoff-Einspritzgerätes vorgesehen. Vorzugsweise ist ein viertes Steuerventil in dem dritten Einlasskanal vorgesehen, um den Luftstrom dort hindurch zu steuern. Das erlaubt es, einen hohen thermischen Wirkungsgrad der Maschine aufrecht zu erhalten durch Minimieren ihres Pumpverlustes, während die Kraftstoff- Verdampfung beschleunigt und verbessert werden kann.
Weitere bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung sind in den weiteren abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Anschließend wird die vorliegende Erfindung erklärt und mit mehr Einzelheiten dargestellt anhand von bevorzugten Ausführungsformen derselben in Verbindung mit beigefügten Zeichnungen, in welchen:
Fig. 1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Grundstruktur eines Einlass-Steuersystems einer Brennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 2 ein Schaubild ist, das die Änderung bei einem ersten Steuerventilweg relativ zur Gaspedalöffnung zeigt,
Fig. 3 ein Druckanzeige-Schaubild für den Niederlastbereich einer mit einem Einlass-Steuersystem gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung versehenen Maschine ist,
Fig. 4 eine Schnitt-Seitenansicht eines Einlass-Steuerventilsystems einer Brennkraftmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung ist,
Fig. 5 eine Schnitt-Draufsicht auf die Einlass-Struktur gemäß der in Fig. 4 gezeigten zweiten Ausführungsform der Erfindung ist,
Fig. 6 eine Schnitt-Draufsicht ist, die eine Ansteueranordnung eines dritten Steuerventils des in Fig. 5 gezeigten Einlass-Steuersystems zeigt,
Fig. 7 eine längs der Linie X-X in Fig. 6 genommene Schnittansicht ist,
Fig. 8 ein Schaubild ist, das die Änderungen beim ersten Steuerventilweg und der Öffnung des dritten Steuerventils relativ zu der Gaspedalbetätigung zeigt,
Fig. 9 ein Schnitt-Seitenansicht eines Einlass-Steuersystems einer Brennkraftmaschine nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 10 eine Schnitt-Seitenansicht eines Einlass-Steuersystems einer Brennkraftmaschine nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, bei der ein erster und ein zweiter Einlasskanal mit einer gemeinsamen Einlasskammer verbunden sind,
Fig. 11 ein Schaubild ist, das die Änderungen der Öffnung des ersten Steuerventils und des dritten Steuerventils des Einlass-Steuersystems gemäß der in Fig. 10 gezeigten vierten Ausführungsform relativ zur Gasklappenöffnung zeigt,
Fig. 12 eine Schnitt-Seitenansicht eines Einlass-Steuersystems einer Brennkraftmaschine gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 13 eine Schnitt-Seitenansicht eines Einlass-Steuersystems einer Brennkraftmaschine gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 14 ein Schaubild ist, das die Änderungen der Öffnungswege des ersten und des dritten Steuerventils und des Kolbenlaufes eines Kolben-Mechanismus zum Verändern des Volumens der in Fig. 13 gezeigten Einlasskanalanordnung relativ zur Gaspedalbetätigung gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
Fig. 15 eine Schnitt-Seitenansicht eines Einlass-Steuersystems einer Brennkraftmaschine gemäß der siebenten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 16 eine Schnitt-Seitenansicht eines Einlass-Steuersystems einer Brennkraftmaschine gemäß der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, bei der ein Drehventil zum Verändern des Volumens eines Anteils der Einlasskanalanordnung vorgesehen ist,
Fig. 17 ein Schaubild ist, das die Änderungen der Öffnungsgrößen des ersten Steuerventils und des dritten Steuerventils relativ zu der Gaspedalbetätigung zeigt,
Fig. 18 ein Druckanzeige-Schaubild für den Niederlastbereich einer mit einem variablen Kompressions-Mechanismus versehenen Maschine ist,
Fig. 19 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Grundstruktur eines Einlass-Steuersystems einer Brennkraftmaschine gemäß der neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, bei der ein einem zweiten Einlasskanal zugeordnetes Steuerventil durch einen Elektromagneten betätigt wird,
Fig. 20 ein die Beziehung zwischen dem Weg des ersten Steuerventils und der Öffnungsbetätigung des zweiten Steuerventils relativ zu der Gaspedalbetätigung zeigendes Schaubild ist,
Fig. 21 ein Schaubild ist, das die Änderungen in den Öffnungsflächen des Einlassventils und des zweiten Steuerventils relativ zu dem Kurbelwellen-Drehwinkel zeigt,
Fig. 22 ein Druckanzeige-Schaubild für den Niederlastbereich einer mit einem Einlass-Steuersystem gemäß der neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehenen Maschine ist,
Fig. 23 eine schematische Schnittansicht einer Grundstruktur eines Einlass-Steuersystems einer Brennkraftmaschine gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, allgemein ähnlich Fig. 1, bei der ein besonderes Steuersystem für die Kraftstoffeinspritzung vorgesehen ist,
Fig. 24 eine vergrößerte Teilschnittansicht eines Einlass- Steuersystems für eine Viertakt-Maschine gemäß der Ausführungsform der Fig. 23 ist,
Fig. 25 eine vergrößerte Teilschnittansicht eines Kraftstoff-Einspritzgerätes für eine Viertakt-Maschine gemäß der Ausführungsform der Fig. 24 ist,
Fig. 26 eine Grafik ist, die Ventilöffnungs- und Einlassdruck-Kenngrößen relativ zu einem Kurbelwellen-Drehwinkel zeigt,
Fig. 27 ein Schaubild ist, das die Änderungen bei dem Weg des ersten Steuerventils relativ zur Gaspedalbetätigung gemäß der zehnten Ausführungsform der vorangehenden Fig. 23 bis 26 zeigt,
Fig. 28 ein Druckanzeige-Schaubild für den Niederlastbereich einer Maschine ist, die mit dem Einlass-Steuersystem gemäß der zehnten Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 23 bis einschließlich 27 versehen ist,
Fig. 29 eine Schnitt-Seitenansicht eines Einlass-Steuersystems einer Brennkraftmaschine nach einer elften Ausführungsform dieser Erfindung ist,
Fig. 30 eine Schnitt-Draufsicht auf die Einlass-Struktur der Maschine gemäß der Ausführungsform der Fig. 29 ist,
Fig. 31 eine Schnitt-Draufsicht ist, welche die Ansteuer- Anordnung für ein drittes Steuerventil gemäß der elften Ausführungsform der Erfindung zeigt,
Fig. 32 eine Schnittansicht längs Linie X-X in Fig. 28 ist,
Fig. 33 ein Schaubild ist, das die Änderungen der Laufgrö ße des ersten Steuerventils und der Öffnung des dritten Steuerventils relativ zu der Gaspedalbetätigung gemäß der elften Ausführungsform der vorangehenden Fig. 29 bis einschließlich 32 zeigt,
Fig. 34 eine Schnitt-Seitenansicht eines Einlass-Steuersystems einer Brennkraftmaschine gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 35 eine Schnitt-Seitenansicht eines Einlass-Steuersystems einer Brennkraftmaschine gemäß einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 36 ein Schaubild ist, welches die Änderungen bei dem Öffnungsverhalten des ersten Steuerventils und eines dritten Steuerventils relativ zu der Gaspedalbetätigung gemäß der Ausführungsform der Fig. 35 zeigt,
Fig. 37 eine Schnitt-Seitenansicht eines Einlass-Steuersystems einer Brennkraftmaschine gemäß einer vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 38 eine Schnitt-Seitenansicht eines Einlass-Steuersystems einer Brennkraftmaschine gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 39 ein Schaubild ist, das die Änderungen beim Öffnungsverhalten des ersten und des dritten Steuerventils und die Kolbenlaufgröße eines Kolben-Mechanismus zum Verändern des Volumens eines Einlasskanalabschnittes relativ zu der Gaspedalbetätigung gemäß der Ausführungsform der Fig. 38 zeigt,
Fig. 40 eine Schnitt-Seitenansicht eines Einlass-Steuersystems einer Brennkraftmaschine gemäß einer sechzehnten Ausführungsform dieser Erfindung ist,
Fig. 41 eine Schnitt-Seitenansicht eines Einlass-Steuersystems einer Brennkraftmaschine gemäß einer siebzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 42 ein Schaubild ist, das die Änderungen beim Öffnungsverhalten des ersten Steuerventils und des dritten Steuerventils der Brennkraftmaschine gemäß der Ausführungsform nach Fig. 41 relativ zu der Gaspedalbetätigung zeigt,
Fig. 43 ein Druckanzeige-Schaubild für den Niederlastbereich einer mit einem variablen Kompressions-Mechanismus versehenen Maschine zeigt,
Fig. 44 eine schematische Schnittansicht einer Grundstruktur eines Einlass-Steuersystems einer Brennkraftmaschine gemäß einer achtzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 45 ein Schaubild ist, das die Beziehung zwischen dem Weg des ersten Steuerventils und der Öffnungsdauer des zweiten Steuerventils relativ zu der Gaspedalbetätigung gemäß der Ausführungsform der vorangehenden Figuren zeigt,
Fig. 46 ein Schaubild ist, das die Änderungen der Öffnungsflächen des Einlassventils und des zweiten Steuerventils relativ zu einem Kurbelwellen-Drehwinkel zeigt,
Fig. 47 ein Druckanzeige-Schaubild im Niederlastbereich der Brennkraftmaschine mit dem Einlass-Steuersystem nach der achtzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 44 bis einschließlich 47 ist, und
Fig. 48 ein Druckanzeige-Schaubild für den Niederlastbereich einer Brennkraftmaschine mit einem herkömmlichen Einlass- Steuersystem ist.
Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer Grundstruktur eines Einlass-Steuersystems gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung. Fig. 2 ist eine Grafik, die die Änderungen des Hubs des ersten Steuerventils relativ zu der Gaspedalbetätigung zeigt. Fig. 3 ist ein Druckanzeige-Schaubild einer Maschine bei Niedriglast.
In Fig. 1 umfasst eine Viertakt-Maschine 1 einen Zylinder 2, einen in den Zylinder 2 zur vertikalen Gleithubbewegung eingepaßten Kolben 3 und eine Pleuelstange 4, die den Kolben 3 mit einer Kurbelwelle 5 verbindet.
Ein erster Einlasskanal 11 zum Einführen von Umgebungsluft in eine Brennkammer S und ein Ablasskanal 12 zum Ablassen von Brenngas (Abgas), das durch die Verbrennung eines Gemisches in der Brennkammer S erzeugt wurde, sind mit einem Zylinderkopf 6 verbunden, der oben an dem Zylinder 2 der Maschine 1 angebracht ist. Der Einlasskanal 11 und der Auslasskanal 12 sind jeweils durch den Einlassanschluss 11a bzw. den Auslassanschluss 12a mit der Brennkammer S verbunden. Der erste Einlassanschluss 11a und der Auslassanschluss 12a werden jeweils durch ein Einlassventil 13 bzw. ein Auslassventil 14 geöffnet und geschlossen, das jeweils zu den entsprechenden Zeiten durch einen (nicht gezeigten) Ventilbetätigungsmechanismus betätigt wird.
Ein weiterer zweiter Einlasskanal 15 zum Einführen von Außenluft ist an einer Zwischenposition (in der Nähe des Einlassventils 13) an den ersten Einlasskanal 11 angeschlossen.
Der erste Einlasskanal 11 ist mit einem ersten Steuerventil 16 versehen, das innerhalb des ersten Einlasskanals 11 in einer mit dem Betätigungsmaß des (nicht dargestellten) Gaspedals verbundenen Bewegung gleitet. Ein zweites Steuerventil 17 ist in dem Verbindungsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Einlasskanal 11 und 15 vorgesehen. Ein Kraftstoff-Einspritzgerät 18 ist an dem ersten Einlasskanal 11 vorgesehen.
Das erste Steuerventil 16 dient zum Ändern des Volumens eines geschlossenen Raumes in dem ersten Einlasskanal 11 zwischen dem ersten Steuerventil 16 und dem Einlassventil 13. Das Volumen V wird gemäß dem Anstieg der Gaspedal-Betätigungsgröße (der Gaspedalbetätigung oder der Maschinenlast) durch Gleiten des Ventils 16 nach links gemäß Fig. 1 erhöht. Das zweite Steuerventil 17 ist, wie später beschrieben wird, mindestens bei geringer Last dauernd geschlossen, wenn das Einlassventil 13 geöffnet ist, und dauernd geöffnet, oder während einer einem bestimmten Kurbelwellen-Drehwinkel entsprechenden Öffnungszeit geöffnet, wenn das Einlassventil 13 geschlossen ist.
Damit umfasst das Einlass-Steuergerät dieser Erfindung den ersten Einlasskanal 11, das Einlassventil 13, den zweiten Einlasskanal 15, das erste und das zweite Steuerventil 16 und 17. Seine Funktion wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 2 und 3 beschrieben.
Eine Viertakt-Maschine nach dieser Erfindung vollendet ihren einen Zyklus, wie in dem Druckanzeige-Schaubild der Fig. 3 gezeigt ist, durch den Einlasshub von (1) bis (2), einen Kompressionshub von (2) bis (3), einen Verbrennungs-(Explosions-)Hub von (3) bis (4), einen Expansionshub von (4) bis (5) und einen Auslasshub von (5) bis (1). Wenn das Auslassventil 14 sich bei (5) öffnet, um den Auslasshub von (5) bis (1) zu beginnen, bläst Abgas während des Hubes von (5) bis (6) aus, in welchem der Druck in der Brennkammer S auf den Umgebungsdruck absinkt.
Nach Fig. 2 ist der Betriebsbereich (der Bereich von Leerlauf bis zum Volllastbetrieb) der Maschine 1 in einen Niedriglastbereich, einen Mittellastbereich und einen Hochlastbereich unterteilt mit Bezug auf die Gaspedalbetätigung α. Wenn die Gaspedalbetätigung α den Wert α&sub0; (Leerlauf) hat, wird das erste Steuerventil 16 unwirksam gehalten. Dieser Zustand entspricht der in Fig. 1 strichpunktiert eingezeichneten Position (a), und der Raum des geschlossenen Volumens V im ersten Einlasskanal 11 wird minimal gehalten.
Bei der Maschine 1 nach dieser Erfindung öffnet sich das zweite Steuerventil 17, wie vorstehend beschrieben, wenn das Einlassventil 13 am Ende des vorangehenden Zyklus geschlossen und der Kompressionshub begonnen wird, und Außenluft von etwa Umgebungsdruck wird in den geschlossenen Raum V in dem ersten Einlasskanal 11 eingeführt. Deshalb wird, wenn der Einlasshub des aktuellen Zyklus mit gleichzeitigem Öffnen des Einlassventils 13 und Schließen des Auslassventils 14 begonnen wird (dem Zustand (1) in Fig. 3), das zweite Steuerventil 17, wie vorher beschrieben, geschlossen, und Außenluft mit etwa dem Umgebungs druck ist in dem geschlossenen Raum V enthalten. Wenn ein Gemisch mit einem erforderlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch Einspritzen einer entsprechenden Kraftstoffmenge in die wie vorstehend beschrieben enthaltene Luft erzeugt wird, wird die Kraftstoffeinspritzbeginn-Zeitgabe entweder vor oder nach der Beginnzeitgabe der Öffnung des Einlassventils 13 gesetzt (das trifft auch bei den anderen Ausführungen zu, die später beschrieben werden).
Wenn der Kolben 3 sich im Zylinder 2 abwärts bewegt, wird das Gemisch aus dem geschlossenen Raum V in dem ersten Einlasskanal 11 mit Hilfe des im Zylinder 2 erzeugten Unterdruckes durch das Einlassventil 13 in den Zylinder 2 eingezogen.
Der Einlasshub ist vorbei, wenn der Kolben 3 den unteren Totpunkt (UTP) erreicht, beim Zustand (2) in Fig. 3, und der Kompressionshub wird begonnen, wenn der Kolben 3 sich in dem Zylinder 2 nach oben bewegt. Bei dem Kompressionshub ist das vorher geöffnete Einlassventil 13 geschlossen. Das in den Zylinder 2 eingezogene Gemisch wird durch den aufsteigenden Kolben 3 auf einen hohen Druck komprimiert, wie in Fig. 3 gezeigt, durch eine (nicht gezeigte) Zündkerze gezündet, unmittelbar, bevor der Kolben den oberen Totpunkt (OTP) erreicht, und das Verfahren geht weiter zum Verbrennungshub (von (3) bis (4) in Fig. 3). Wenn das Einlassventil, wie vorher beschrieben, zu Beginn des Kompressionshubs (bei (2) in Fig. 3) geschlossen wird, wird das zweite Steuerventil 17 geöffnet, und Außenluft wird von dem zweiten Einlasskanal 15 zu dem geschlossenen Raum V in dem ersten Einlasskanal 11 geliefert und in den Zylinder 2 während des Einlasshubs des nächsten Zyklus eingezogen.
Das durch die Verbrennung des Gemisches während des Verbrennungshubs erzeugte, unter hohem Druck stehende Verbrennungsgas in der Brennkammer S drückt den Kolben 3, während es expandiert (Expansionshub von (4) bis (5) in Fig. 3), nach unten und bläst durch seinen eigenen Druck aus (Ausblasen des Abgases während des Hubs von (5) bis (6) in Fig. 3), wenn das Abgasventil 14 sich öffnet (Punkt (5) in Fig. 3)
Wenn der Kolben 3 nach Erreichen des UTP sich wieder nach oben zu bewegen beginnt, wird das etwa bei Umgebungsdruck befindliche im Zylinder zurückgebliebene verbrannte Gas durch den aufsteigenden Kolben 3 in den Abgaskanal 12 ausgestoßen und entlassen (Abgashub von (6) bis (1 in Fig. 3).
Danach werden die gleichen Hübe wiederholt, wie sie vorstehend beschrieben wurden, so dass die Maschine 1 kontinuierlich betrieben wird.
Die in Fig. 3 gezeigte Arbeit W&sub1; wird während eines Zyklus aus Kompressions-, Verbrennungs-, Expansions- und Abgashub ((2), (3), (4), (5), (6) und (1) in Fig. 3) der Maschine 1 erhalten, und die schraffiert gezeigte Arbeit W&sub2; geht als Pumpverlust verloren. Deshalb wird die indizierte Arbeit Wi durch die nachstehende Gleichung ausgedrückt:
(Gleichung 1)
Wi = W&sub1; - W&sub2; ..... (1)
Wie aus der vorstehenden Gleichung hervorgeht, erhöht sich die indizierte Arbeit Wi, wenn der Pumpverlust W&sub2; abnimmt. Damit wächst der thermische Wirkungsgrad η der Maschine 1, der durch die nachfolgende Gleichung (2) ausgedrückt wird, und die Kraftstoff-Einsparung wird verbessert.
(Gleichung 2)
η = A · W&sub1;/Q, ..... (2)
wobei A das thermische Äquivalent der Arbeit und Q die zugeführte Wärme ist.
Da bei dieser Ausführungsform der Druck in dem αn der Zustromseite des Einlassventils 13 vor dessen Öffnung gebildeten geschlossenen Raum V etwa beim Umgebungsdruck gehalten wird, wie in Fig. 3 gezeigt, wird der Einlasshub etwa beim Umgebungsdruck ((1) in Fig. 3) begonnen. Demnach wird bei dieser Ausführungsform der Pumpverlust W&sub2; im Vergleich zu dem Pumpverlust W&sub2;' (Fig. 48) bei dem herkömmlichen, vom Unterdruck aus beginnenden Einlasshub verkleinert. Als Ergebnis wächst die aus der Gleichung (1) erhaltene indizierte Arbeit W&sub1; an, der aus Gleichung (2) erhaltene thermische Wirkungsgrad η wird vergrößert und die Kraftstoff-Einsparung verbessert.
Wenn beabsichtigt ist, eine Hochleistungs-Maschine zu erhalten durch Festsetzen eines langen Zeitraumes, während dem sowohl das Einlassventil 13 als auch das Auslassventil 14 offen sind, ist es, da der Druck in dem geschlossenen Raum V etwa auf Umgebungsdruck gehalten wird, weniger wahrscheinlich, dass Abgas in den ersten Einlasskanal 11 zurückströmt, auch wenn beide Ventile, das Einlassventil 13 und das Auslassventil 14, offenstehen. Als Ergebnis wird Abgas nicht zurück in die Brennkammer S gezogen und destabilisiert nicht den Leerlaufbetrieb.
Wie vorher beschrieben, gleitet das erste Steuerventil 16 in dieser Ausführungsform gemäß Fig. 1 nach links, wenn die Gaspedalbetätigung α ansteigt. D. h., wenn die Gaspedalbetätigung α über α&sub0; in Fig. 2 hinaus anwächst (α > α&sub0;), gleitet das erste Steuerventil 16 proportional zu der Gaspedalbetätigung α (längs der Linie C in Fig. 2) innerhalb des ersten Einlasskanals 11. Als Ergebnis wird bei der Beschleunigeröffnung αb in einem Mittellastbereich z. B. das erste Steuerventil 16 sich in der durchgezogen gezeichneten Position (b) befinden, und bei Voll- Last bei der strichpunktierten Position (c), so dass das Volumen des geschlossenen Raumes V weiter erhöht wird. Da das Volumen des geschlossenen Raumes V (d. h. die Menge von Außenluft, die dem geschlossenen Raum V zugeführt wird) entsprechend der Maschinenlast erhöht bzw. verringert wird, wird eine exakte Luftmenge entsprechend der Größe der Gaspedalbetätigung in stabilisierter Weise von dem geschlossenen Raum V in die Brennkammer S im Zylinder 2 geliefert.
Bei dieser Ausführungsform ist im Hochlastbereich (speziell unter Voll-Last) das erste Steuerventil 16 aus dem ersten Einlasskanal 11 ausgetreten, wie in Fig. 1 gezeigt. Unter diesen Umständen wird kein geschlossener Raum V mehr in dem ersten Einlasskanal 11 gebildet, und die Außenluft wird direkt in den Zylinder 2 eingeführt.
Als nächstes werden besondere Beispiele des Einlass-Steuersystems dieser Erfindung mit dem vorstehend mit Bezug auf die erste Ausführungsform beschriebenen Grundprinzip nachfolgend mit Bezug auf die zweite bis einschließlich neunte Ausführungsform beschrieben.
Fig. 4 ist eine Schnitt-Seitenansicht eines Einlass-Steuersystems der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung. Fig. 5 ist eine Schnitt-Draufsicht auf das gleiche System. Fig. 6 ist eine Teilschnitt-Draufsicht einer Ausbildung eines Ansteuersystems eines dritten Steuerventils. Fig. 7 ist ein nach Linie X-X in Fig. 6 genommene Schnittansicht. Fig. 8 ist eine Grafik, die die Änderungen beim Weg des ersten Steuerventils und der Öffnung des dritten Steuerventils relativ zur Gaspedalbetätigung zeigt.
Die Maschine 1 dieser Ausführungsform ist von der Bauart eine Vierzylinder-Reihenmaschine mit vier Ventilen pro Zylinder, wobei jeder Zylinder mit dem Kolben 3 zur freien vertikalen Gleitbewegung versehen und dieser über die Pleuelstange 4 mit der (nicht gezeigten) Kurbelwelle verbunden ist.
Fig. 4 zeigt auch den ersten Einlasskanal 11 und den Auslasskanal 12, die in gleichartiger Weise wie bei der ersten Ausführungsform für jeden Zylinder vorgesehen sind. Diese Kanäle öffnen sich zu der Brennkammer S an einem Einlassanschluss 11a bzw. einem Auslassanschluss 12a, die jeweils durch das Einlassventil 13 bzw. das Auslassventil 14 geöffnet und geschlossen werden, welche durch Nockenwellen 7 und 8 zu angemessenen Zeitpunkten betätigt werden.
In gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform ist ein weiterer zweiter Einlasskanal 15 zum Einführen von Aussenluft über eine Verbindungsöffnung Z an einer Zwischenposition (in der Nähe des Einlassventils 13) des ersten Einlasskanals (11) angeschlossen. Ein Brennstoff-Einspritzgerät 18 ist an dem ersten Einlasskanal 11 (Zylinderkopf 6) vorgesehen.
Wie in Fig. 4 gezeigt, sind die für jeden Zylinder vorgesehenen ersten und zweiten Einlasskanäle 11 bzw. 15 mit einer gemeinsamen Einlasskammer 19 verbunden, die über ein Luftströmungs- Meßgerät 20 mit einem Luftfilter 21 verbunden ist.
Ein stabförmiges erstes Steuerventil 16 ist frei gleitend in den ersten Einlasskanal 11 eingesetzt. Ein Ende des ersten Steuerventils 16 ist als schrägverlaufende Fläche 16a ausgebildet und sein anderes Ende erstreckt sich durch die Einlasskammer 19 nach außen. Für jeden Zylinder ist ein geschlossener Raum V in dem ersten Einlasskanal 11 zwischen dem ersten Steuerventil 16 und dem Einlassventil 13 gebildet. Wie in Fig. 5 gezeigt, ist jedes vorderes Ende 16a des ersten Steuerventils 16 in konkaver Form ausgebildet, um das Volumen des geschlossenen Raumes V klein zu halten. Wie auch in Fig. 5 gezeigt, ist jeder erste Einlasskanal 11 (Zylinderkopf 6) an seiner Seite mit einem Einstellmechanismus 22 zur vorherigen Feineinstellung des Volumens des geschlossenen Raumes versehen.
Fig. 4 zeigt auch ein Gaspedalgerät 23 mit einem Hebel 25, der sich um eine Welle 24 drehen kann, wobei das obere Ende des Hebels 25 über einen Stab 26 mit dem Ende des ersten Steuerventils 16 verbunden ist, das von der Einlasskammer 19 nach außen vorsteht.
Der Hebel 25 ist an seinem unteren Ende über einen Stift 27 mit einem (nicht gezeigten) Gaspedal verbunden und wird durch eine Rückholfeder 28 zur Schließseite des Gaspedals gedrängt. Das Bezugszeichen 29 bezeichnet in Fig. 4 einen Anschlag, um die Drehung des Hebels 29 zu begrenzen. In gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform ist ein zweites Steuerventil 17 in dem Verbindungsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Einlasskanal 11 und 15 vorgesehen. Das zweite Steuerventil 17 wird durch die Nockenwelle 7 angetrieben und ist, zumindest bei niedriger Last, bei geöffnetem Einlassventil 13 konstant geschlossen, und bei geschlossenem Einlassventil 13 konstant oder während einer einem bestimmten Kurbelwellen-Drehwinkel entsprechenden Öffnungszeit geöffnet.
Ein drittes Steuerventil 30 ist in der Mitte des zweiten Ein lasskanals 15 (an der Zustromseite des zweiten Steuerventils 17) so vorgesehen, dass es in dem Niedriglastbereich einschließlich Leerlauf angetrieben wird (dem Bereich, bevor das erste Steuerventil 16 angetrieben wird), so dass seine Öffnung entsprechend dem Ausmaß der Gaspedalbetätigung geändert wird.
Der Aufbau des dritten Steuerventils 30 wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 6 und 7 beschrieben.
Ein Ende der Ventilwelle 31 des dritten Steuerventils 30 ist mit einem Hebel 32 verbunden, der durch eine Rückholfeder 33 zu der Schließseite des dritten Steuerventils 30 hin gedrängt wird.
Eine gemeinsame Drehwelle 35 ist frei drehbar an vier Einlassrohren 35 abgestützt, die jeweils den zweiten Einlasskanal 15 bilden. Ein Ende der Drehwelle 35 ist mit einem Hebel 36 verbunden, der über ein Seil 37 mit dem (nicht gezeigten) Gaspedal verbunden ist.
Ein Hebel 38 ist an einer Stelle zwischen zwei der vier Einlassrohre 34 angeschlossen, wie in Fig. 6 gezeigt, und ein weiterer Hebel 38 ist in gleicher Weise an einer Stelle zwischen den restlichen beiden Einlassrohren 34 angeschlossen. Jeder dieser Hebel 38 ist mit zwei einander gegenüberliegenden Hebeln 32 über einstellbare Stäbe 39 verbunden.
Damit umfasst das Einlass-Steuergerät dieser Erfindung den ersten Einlasskanal 11, das Einlassventil 13, den zweiten Einlasskanal 15, das erste und das zweite Steuerventil 16 und 17, und das dritte Steuerventil 30. Seine Funktion wird mit Bezug auf Fig. 8 nachfolgend beschrieben.
Nach Fig. 8 ist der Betriebsbereich der Maschine 1 unterteilt in einen Niedriglastbereich, einen Mittellastbereich und einen Hochlastbereich, bezogen auf die Gaspedalbetätigung α. Wenn die Gaspedalbetätigung α ≤ α&sub0; ist (α ≤ α&sub0;), wird im Niedriglast-Bereich das erste Steuerventil 16 entsprechend der durchgezogenen Position (a) in Fig. 4 unwirksam gehalten, und das geschlossene Raumvolumen V in dem ersten Einlasskanal 11 wird minimal gehalten. Ebenfalls wird in diesem Betriebsbereich die Öffnung des dritten Steuerventils 30 durch die Gaspedalbetätigung α (Maschinenlast) gesteuert (längs der Linie D in Fig. 8). Das dritte Steuerventil 30 ist, wie in Fig. 8 gezeigt, auch während des Leerlaufs in einem gewissen Maße offen.
Da das zweite Steuerventil 17 sich, wie vorstehend beschrieben, auch bei der Maschine 1 dieser Ausführungsform öffnet, wenn der Kompressionshub bei geschlossenem Einlassventil 13 gestartet wird, wird die Aussenluft mit etwa Umgebungsdruck, die über das Luftfilter 21 und das Luftströmungs-Messgerät 20 in die Einlasskammer 19 eingeführt wird, durch den zweiten Einlasskanal 15 zu dem geschlossenen Raum V in dem ersten Einlasskanal 11 geführt. Zwar wird bei dieser Ausführungsform das zweite Steuerventil 17 durch eine Nockenwelle 7 angesteuert, die auch das Einlassventil 13 steuert, doch kann es auch durch eine getrennt angeordnete Nockenwelle angesteuert werden.
In dem Betriebsbereich, in dem α nicht größer als α&sub0; ist (α ≤ α&sub0;), wird die Öffnung des dritten Steuerventils 30, wie vorstehend beschrieben, in einer mit dem Gaspedalbetrieb verbundenen Bewegung längs der Linie D in Fig. 8 gesteuert. Mit anderen Worten, wenn das Seil 37 in Richtung des Pfeils in Fig. 7 gezogen wird, werden der Hebel 36, die Drehwelle 35 und der Hebel 38 insgesamt in Richtung des Pfeiles in Fig. 7 (im Gegenuhrzeigersinn) gedreht, und diese Drehung wird durch den Stab 39 an den Hebel 32 und die Ventilwelle 31 übertragen, und das dritte Steuervetil wird entsprechend der Gaspedalbetätigung α geöffnet. Da das Öffnen des dritten Steuerventils 30 in der beschriebenen Weise gesteuert wird, wird die Menge der dem geschlossenen Raum V zugeführten Außenluft in dem Niedriglast- Betriebsbereich mit einer der Gaspedalbetätigung α, die nicht größer als α&sub0; ist (α ≤ α&sub0;), gemäß der Maschinenlast gesteuert. Da die Länge des Stabes 39 einstellbar ist, werden Unterschiede beim Öffnen des dritten Steuerventils 30 von Zylinder zu Zylinder beseitigt.
Wenn der Einlasshub des aktuellen Zyklus mit dem Öffnen des Einlassventils 13 und Schließen des Auslassventils 14 begonnen wird, wird das zweite Steuerventil 17, wie vorher beschrieben, geschlossen, und Außenluft mit etwa dem Umgebungsdruck ist in dem geschlossenen Raum V enthalten. Eine entsprechende Kraftstoffmenge wird durch das Kraftstoff-Einspritzgerät 18 in die darin enthaltene Luft eingespritzt, um ein Gemisch mit einem erforderlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erzeugen. Das Gemisch wird während des Einlasshubes in die Brennkammer S eingezogen und erfährt in der Brennkammer S einen Kompressionshub und einen Verbrennungshub. Zwar ist ein Luftströmungs-Messgerät 20 vorgesehen, um ein erforderliches Luft/Kraftstoff- Verhältnis des Gemisches zu erzeugen, doch kann auch eine Anordnung getroffen werden, um das erforderliche Luft/Kraftstoff- Verhältnis des Gemisches dadurch erzeugen, dass ein Erfassungsmittel zum Erfassen des Drucks in dem geschlossenen Raum V vorgesehen und entsprechend dem erfassten Ergebnis verfahren wird.
Da, wie vorstehend beschrieben wurde, der Druck in dem zustromseitig von dem Einlassventil 13 gebildeten geschlossenen Raum V, bevor dieser Raum geöffnet wird, mindestens bei dem Niedriglastbereich dieser Ausführungsform etwa beim Atmosphärendruck gehalten wird, wird der Einlasshub, wie in Fig. 3 gezeigt, von etwa dem Umgebungsdruck aus begonnen. Als Ergebnis wird auch in dieser Ausführung der Pumpverlust W&sub2; im Vergleich zu dem Pumpverlust W&sub2;' (Fig. 48) des üblichen Einlasshubes, der vom Unterdruck aus begonnen wird, verringert. Als Ergebnis werden gleichartig zur ersten Ausführungsform der thermische Wirkungsgrad und die Kraftstoff-Einsparung der Maschine 1 verbessert.
Wenn es beabsichtigt ist, eine Hochleistungsmaschine zu erhalten, durch Festsetzen eines langen Zeitraumes, während dessen sowohl das Einlassventil 13 als auch das Auslassventil 14 geöffnet sind, wird, da der Druck in dem geschlossenen Raum V über dem Umgebungsdruck gehalten wird, das Abgas weniger wahrscheinlich in den ersten Einlasskanal 11 zurückströmen, wenn sowohl Einlassventil 13 wie Auslassventil 14 geöffnet sind. Als Ergebnis wird kein Abgas in die Brennkammer S zurückgezogen, und es entsteht kein instabiler Leerlaufbetrieb.
Wie vorher beschrieben, gleitet das erste Steuerventil 16 dieser Ausführungsform gemäß Fig. 4 nach links, solange die Gaspedalbetätigung α anwächst. Wenn die Gaspedalbetätigung α über α&sub0; in Fig. 8 ansteigt (α > α&sub0;), wird die Bewegung des Stabes 27 des Gaspedalgerätes nach Fig. 4 in Öffnungsrichtung in eine Drehung des Hebels 27 im Gegenuhrzeigersinn um die Welle 24 gewandelt, und das erste Steuerventil 16 gleitet innerhalb des ersten Einlasskanals 11 gemäß Fig. 4 nach links, proportional zu der Gaspedalbetätigung α (längs der Linie C in Fig. 8). Als Ergebnis ist bei der Gaspedalbetätigung αb in einem Mittellastbereich z. B. das erste Steuerventil 16 in der strichpunktiert eingezeichneten Position (b), wenn die Gaspedalbetätigung αb im Mittellastbereich ist, wie es z. B. in Fig. 8 gezeigt ist, und in der strichpunktiert eingezeichneten Position (c) in Fig. 4, wenn die Gaspedalbetätigung αc im Hochlastbereich ist, so dass das geschlossene Raumvolumen V weiter erhöht wird. Damit wird, da das geschlossene Raumvolumen (nämlich die in das geschlossene Raumvolumen V gelieferte Außenluftmenge) gemäß der Maschinenlast erhöht oder vermindert wird, eine der Gaspedalbetätigungsgröße genau entsprechende Luftmenge in stabilisierter Weise von dem geschlossenen Raum V in die Brennkammer S im Zylinder 2 eingeführt.
Wenn bei dieser Ausführungsform die Gaspedalbetätigung im Hochlastbereich αc überschreitet (α > αc), befindet sich das Steuerventil 16 außerhalb des ersten Einlasskanals 11. Beispielsweise ist das erste Steuerventil 16 bei Voll-Last in der strichpunktiert gezeichneten Position (d) in Fig. 4 gelegen, so dass der erste Einlasskanal 11 mit der Einlasskammer 19 in Verbindung steht und die Außenluft während des Einlasshubes direkt in den Zylinder 2 eingeführt wird. Hier ist, wie in Fig. 4 gezeigt, das vordere Ende des ersten Steuerventils 16 als eine schräge Fläche 16a ausgebildet, und die innere Verbindungswand 19a des ersten Einlasskanals 11 der Einlasskammer 19 ist abgerundet, um eine plötzliche Änderung der in den ersten Einlasskanal 11 eingeführten Außenluftmenge zu vermeiden, wenn das erste Steuerventil 16 aus dem ersten Einlasskanal 11 herausgeht.
Zwar ist das dritte Steuerventil 30 in der Mitte des zweiten Einlasskanals 15 eingezeichnet, es kann jedoch auch an der Abstromseite des Luftströmungs-Meßgerätes 20 liegen (man vergleiche Fig. 10).
Falls das Volumen des geschlossenen Raumes V dadurch genügend klein gemacht werden kann, dass das erste Steuerventil 16 genügend nahe am Einlassventil 13 angeordnet wird, kann auch die in den geschlossenen Raum V eingeführte Luftmenge klein genug gemacht und deshalb das dritte Steuerventil 30 weggelassen werden.
Als nächstes ist eine Abwandlung der zweiten Ausführungsform in Fig. 9 gezeigt, die eine Seitenschnittansicht eines Einlass- Steuersystems als dritte Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. In der Figur bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile wie die in Fig. 4 gezeigten, und ihre Beschreibung wird weggelassen.
In dem Einlass-Steuersystem der Mehrzylinder-Maschine 1 dieser Ausführungsform sind der erste und der zweite Einlasskanal 11 und 15 voneinander unabhängig gemacht, wobei einerseits die ersten Einlasskanäle 11 durch eine Einlasskammer 19A miteinander verbunden sind und andererseits die zweiten Einlasskanäle 15 durch eine andere Einlasskammer 19B miteinander verbunden sind. Nur die Einlasskammer 19B ist durch das Luftströmungs- Messgerät 20 mit dem Luftfilter 21 verbunden, durch welches die Außenluft eingeführt wird.
Da das Grundprinzip des Einlass-Steuersystems dieser Ausführungsform das gleiche wie das der zweiten Ausführungsform ist, wird die gleiche Auswirkung mit dieser Ausführungsform erreicht wie mit der zweiten Ausführung. Jedoch wird auch ein zusätzlicher Effekt von Trägheits-Überladung mit dieser Ausführungsform erreicht, und dieser wird nachfolgend beschrieben.
Da das Volumen des geschlossenen Raumes V unmittelbar nach dem Öffnen des zweiten Steuerventils 17 im Hochlastbereich groß ist, strömt die durch das zweite Steuerventil 17 in den ge schlossenen Raum V zugeführte Außenluft von dem Einlassventil 13 weg. Als Ergebnis ist der Druck um das Einlassventil 13 zeitweilig niedriger als der Druck in dem von dem Einlassventil 13 abgelegenen Bereich.
Als nächstes wird, wenn das zweite Steuerventil 17 geschlossen wird, das Einlassventil 13 geöffnet, und der Kolben 3 gleitet im Zylinder 2 nach unten, um einen Unterdruck im Zylinder 2 zu erzeugen, und die dem geschlossenen Raum V zugelieferte Außenluft wird nun zu dem Einlassventil 13 und in den Zylinder hinein gezogen. Da hier der Druck um das Einlassventil 13 niedriger als der Druck in dem von dem Einlassventil 13 abgelegenen Bereich ist, wird die Außenluft mit einem hohen Druck in den Zylinder 2 eingeführt, was einen Trägheits-Überladungseffekt zum Erzielen eines hohen Beladungswirkungsgrades darstellt.
Da der beschriebene Überladungseffekt nicht nur bei Mehrzylinder-Maschinen, sondern auch bei Einzylinder-Maschinen erhalten wird, wird wegen der Verbindung der einzelnen ersten Einlasskanäle 11 dieser Ausführungsform durch die Einlasskammer 19B der Überladungseffekt dementsprechend verbessert. Das geschieht, weil unmittelbar nach dem Öffnen des zweiten Steuerventils 17 die Außenluft in dem geschlossenen Raum rasch von dem Einlassventil 13 weg fließt, durch das zweite Steuerventil 17 mit Hilfe des Unterdruck-Effektes des Einlasshubes der Kolben der anderen Zylinder, und deswegen der Druck um das Einlassventil 13 noch niedriger als der Druck in dem von dem Einlassventil 13 abgelegenen Bereich wird.
Als nächstes wird die vierte Ausführungsform dieser Erfindung mit Bezug auf Fig. 10 und 11 beschrieben. Fig. 10 ist eine Schnitt-Seitenansicht des Einlass-Steuersystems der vierten Ausführungsform dieser Erfindung. Fig. 11 ist eine Grafik, welche die Änderungen der Öffnung des ersten und des dritten Steuerventils relativ zu der Gaspedalbetätigung zeigt. In Fig. 10 sind gleiche Teile wie solche in Fig. 4 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ihre Beschreibung ist weggelassen.
In dem Einlass-Steuersystem dieser Ausführungsform sind die ersten Steuerventile 1 GA, 16B und 16C mit entsprechenden Abständen in dem ersten Einlasskanal 11 Vorgesehen, und das dritte Steuerventil 30 ist an der Abstromseite des Luftströmungs- Meßgerätes 20 vorgesehen.
Wie in Fig. 11 gezeigt ist, wird, wenn der Betriebsbereich der Maschine 1 entsprechend der Gaspedalbetätigung α in den Niedrig-, Mittel- und Hochlastbereich unterteilt wird, die Gaspedalbetätigung α im Niedriglastereich gleich α&sub0; oder kleiner sein (α ≤ α&sub0;), und alle ersten Steuerventile 16A, 16B und 16C werden unwirksam (im voll geschlossenen Zustand) gehalten. Hier wird das Volumen des geschlossenen Raumes V im ersten Einlasskanal 11 minimal gehalten. Auch wird in diesem Betriebsbereich die Öffnung des dritten Steuerventils 30 (längs der Linie D in Fig. 11) durch die Gaspedalbetätigung α (Maschinenlast) gesteuert. Das dritte Steuerventil 30 ist in Fig. 11 auch während des Leerlaufs in einem gewissen Ausmaß offen gezeigt.
Auch bei der Maschine 1 dieser Ausführungsform öffnet sich das zweite Steuerventil 17, wenn das Einlassventil 13 am Ende des vorhergehenden Zyklus geschlossen und der Kompressionshub begonnen wird, und Außenluft, die durch das Luftfilter 21, das Luftströmüngs-Messgerät 20 und das dritte Steuerventil 30 in die Einlasskammer 19 eingeführt ist, wird durch den zweiten Einlasskanal 15 dem geschlossenen Raum V (dem Raum zwischen dem ersten Steuerventil 16A und dem Einlassventil 13) im ersten Einlasskanal 11 zugeführt.
In dem Betriebsbereich, bei dem die Gaspedalöffnung α gleich α&sub0; oder kleiner ist (α ≤ α&sub0;), wird der Öffnungsgrad des dritten Steuerventils 30 entsprechend der Gaspedalbetätigung längs der Linie D in Fig. 11 gesteuert, wie nachfolgend beschrieben wird.
Da bei dieser Ausführungsform das erste Steuerventil 16A nicht dicht genug an dem Einlassventil 13 gelegen ist, kann das Volumen des geschlossenen Raumes V nicht sehr klein gemacht werden. Als Ergebnis wird, wenn der Druck in dem geschlossenen Raum V beim Öffnen des Einlassventils 13 etwa gleich dem Außendruck ist, die Menge der in den Zylinder 2 eingezogenen Außenluft, insbesondere während des Leerlaufs, außerordentlich groß, und es ist eine größere Kraftstoffmenge erforderlich, um ein geeignetes Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches aufrecht zu erhalten. Als Ergebnis wird die Abgabeleistung der Maschine 1 außerordentlich groß, die Leerlauf-Drehzahl steigt an und der Geräuschpegel erhöht sich, wobei die Kraftstoff-Einsparung sinkt.
Aus diesem Grunde ist das dritte Steuerventil 30 so vorgesehen, dass es während des Leerlaufs, wie vorher beschrieben, in einem gewissen Ausmaß geöffnet wird, um die dem geschlossenen Raum zugeführte Luftmenge zu begrenzen.
Das dritte Steuerventil 30 kann auch in jedem zweiten Einlasskanal 15 für jeden Zylinder vorgesehen sein, wie bei der zweiten Ausführungsform (siehe Fig. 4). Wenn das Volumen des geschlossenen Raumes V durch Anbringen des ersten Steuerventils 16A genügend nahe an dem Einlassventil 13 klein gehalten werden kann, kann das dritte Steuerventil 30 weggelassen werden.
Wenn bei diesem Zyklus der Einlasshub mit dem Öffnen des Einlassventils 13 und gleichzeitigem Schließen des Abgasventils 14 begonnen wird, wird das zweite Steuerventil 17 geschlossen, und die Außenluft ist in dem geschlossenen Raum V enthalten. Eine entsprechende Kraftstoffmenge wird durch das Kraftstoff-Einspritzgerät 18 in die enthaltene Luft eingespritzt, um ein Gemisch mit dem erforderlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erzeugen. Nachdem dieses Gemisch dem Kompressionshub unterworfen wurde, erfährt es in der Brennkammer S eine Verbrennung.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform beginnt der Einlasshub von etwa dem Umgebungsdruck aus, da der Druck in dem geschlossenen Raum V vor dem Öffnen des Einlassventils 13 mindestens im Niedriglastbereich der Gaspedalbetätigung α gleich oder größer α&sub0; ist und in der Gegend des Umgebungsdrucks gehalten wird, wie in Fig. 3 gezeigt. Als Ergebnis wird der Pumpverlust W&sub2; (vgl. Fig. 3) niedrig gehalten, der Maschinenwirkungsgrad wird erhöht und die Kraftstoff-Einsparung verbessert.
Wenn die Gaspedalbetätigung α die Größe α&sub0; überschreitet (α > α&sub0;), nimmt die Öffnung des ersten Steuerventils 16A proportional der Gaspedalbetätigung α zu (längs Linie CA in Fig. 11). Wenn die Gaspedalbetätigung α die Größe αA im Mittellastbereich erreicht, wie in Fig. 11 gezeigt, ist das erste Steuerventil 16A weit geöffnet, und das nächste erste Steuerventil 16B beginnt sich zu öffnen. Das Öffnen des ersten Steuerventils 16B nimmt mit der Zunahme des Gaspedalbetätigungswinkels α zu, längs der Linie CB in Fig. 11, und wenn αB im Hochlastbereich erreicht wird, ist das erste Steuerventil 16B weit geöffnet und das nächste erste Steuerventil 16C beginnt sich zu öffnen. Die Öffnung des ersten Steuerventils 16C nimmt mit dem Anstieg der Gaspedalbetätigung α längs der Linie Cc in Fig. 11 zu, und es wird bei Voll-Last weit geöffnet. Deshalb sind bei Voll-Last alle ersten Steuerventile 16A, 16B und 16C weit geöffnet, der erste Einlasskanal 11 ist mit der Einlasskammer 19 verbunden und Außenluft wird während des Einlasshubes direkt durch den ersten Einlasskanal 11 in den Zylinder eingeleitet.
Diese Ausführungsform kann auch bei einer Maschine mit einem Einlass-Systemüberlader 40 angewendet werden, wie in Fig. 10 gezeigt, um so einen Überladungseffekt im Mittel- und Hochlastbereich zu bewirken. In diesem Fall wird das Auftreten von Klopfen wirksam verhindert, da der Temperaturanstieg im Gemisch infolge der Überladungseffektes am Ende des Kompressionshubes durch den Kühleffekt des Miller-Zyklus begrenzt werden kann.
Als nächstes wird eine Abwandlung der vierten Ausführungsform in Fig. 12 gezeigt. Fig. 12 ist eine Schnitt-Seitenansicht des Einlass-Steuersystems der vierten Ausführungsform dieser Erfindung. In Fig. 12 sind gleiche Teile wie solche in Fig. 10 mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und ihre Beschreibung wird weggelassen.
Das Einlass-Steuersystem dieser Ausführungsform ist eine Abwandlung der in Fig. 10 gezeigten vierten Ausführung, bei der die ersten und zweiten Einlasskanäle 11 und 15 voneinander unabhängig gemacht sind, wobei einerseits die ersten Einlasskanäle 11 durch eine Einlasskammer 19A miteinander verbunden sind und andererseits die zweiten Einlasskanäle 15 durch eine andere Einlasskammer 19B miteinander verbunden sind.
Da das Grundprinzip des Einlass-Steuersystems dieser Ausführungsform das gleiche wie das der vierten Ausführungsform ist, wird mit dieser Ausführungsform die gleiche Wirkung wie mit der vierten Ausführungsform erreicht. Jedoch wird auch mit dieser Ausführungsform als zusätzlicher Effekt die Trägheitsüberladung erreicht, wie es bei der dritten Ausführungsform beschrieben wurde.
Als nächstes wird die sechste Ausführungsform mit Bezug auf Fig. 13 und 14 beschrieben. Fig. 13 ist eine Schnitt-Seitenansicht des Einlass-Steuersystems der sechsten Ausführungsform dieser Erfindung. Fig. 14 ist eine Grafik, die die Änderungen der Öffnungsgrößen der ersten und zweiten Steuerventile und die Änderungen des Kolbenweges des variablen Volumen-Mechanismus bezogen auf die Gaspedalbetätigung zeigt. In Fig. 13 sind gleiche Teile wie solche in Fig. 4 mit gleichen Bezugszeichen versehen, und ihre Beschreibung ist weggelassen.
Bei dieser Ausführungsform des Einlass-Steuersystems ist, wie in Fig. 13 gezeigt, ein variabler Volumen-Mechanismus 50 an der Abstromseite des ersten Steuerventils 16 des ersten Einlasskanals 11 für jeden Zylinder vorgesehen.
Der variable Volumen-Mechanismus 50 dient zum Erhöhen und Vermindern des Volumens des geschlossenen Raumes V, der entsprechend der Gaspedalbetätigung im ersten Einlasskanal 11 erzeugt wird, und umfasst einen Kolben 52, der zur freien vertikalen Gleitbewegung innerhalb eines Zylinders 51 angeordnet ist, der mit dem ersten Einlasskanal 11 verbunden und über einen Stab 13 mit dem (nicht gezeigten) Gaspedalgerät gekoppelt ist.
Wie in Fig. 14 gezeigt, wird, wenn der Betriebsbereich der Maschine 1 entsprechend der Gaspedalbetätigung α in den Niedrig-, Mittel- und Hochlastbereich unterteilt wird, im Niedriglastbereich die Gaspedalbetätigung α die Größe α&sub0; oder weniger haben (α ≤ α&sub0;), das erste Steuerventil 16 und der variable Vo lumen-Mechanismus werden unbetätigt gehalten, wobei das erste Steuerventil 16 vollständig geschlossen und der Kolben 52 des variablen Volumen-Mechanismus 50 in der unteren Position im Zylinder 51 ist. Hier wird das Volumen des geschlossenen Raumes V minimal gehalten. Auch in diesem Betriebsbereich wird die Öffnung des dritten Steuerventils 30 durch die Gaspedalbetätigung α (Maschinenlast) gesteuert (längs der Linie D in Fig. 14). Das dritte Steuerventil 30 ist in Fig. 14 in einem gewissen Ausmaß auch während des Leerlaufbetriebs geöffnet gezeigt.
Auch bei dieser Ausführungsform öffnet sich das zweite Steuerventil 17, wenn das Einlassventil 13 am Ende des vorhergehenden Zyklus geschlossen und der Kompressionshub begonnen wird, und durch das Luftfilter 21 und das Luftströmungs-Messgerät 20 eingeführte Außenluft wird durch den zweiten Einlasskanal 15 dem geschlossenen Raum V in dem ersten Einlasskanal 11 zugeführt.
Wenn der Einlasshub des aktuellen Zyklus mit gleichzeitigem Öffnen des Einlassventils 13 und Schließen des Auslassventils 14 begonnen wird, wird das zweite Steuerventil 17 geschlossen und die Luft von außen ist in dem geschlossenen Raum V enthalten. Eine entsprechende Kraftstoffmenge wird durch das Kraftstoff-Einspritzgerät 18 in die enthaltene Luft eingespritzt, um ein Gemisch mit dem erforderlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erzeugen. Das Gemisch untergeht dann, nachdem es dem Kompressionshub unterworfen wurde, in der Brennkammer S einer Verbrennung.
Bei dieser vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird, da der Druck im geschlossenen Raum V um den Umgebungsdruck gehalten ist, bevor das Einlassventil 13 sich öffnet, mindestens im Niederlastbereich mit der Gaspedalbetätigung α, die gleich oder größer α&sub0; ist, wie in Fig. 3 gezeigt, der Einlasshub etwa vom Umgebungsdruck aus begonnen. Als Ergebnis wird der Pumpverlust W&sub2; (man vergleiche Fig. 3) niedrig gehalten, der Maschinenwirkungsgrad erhöht und die Kraftstoff-Ersparnis verbessert.
Wenn die Gaspedalbetätigung α den Wert α&sub0; übersteigt (α > α&sub0;) wird der variable Volumen-Mechanismus 50 betätigt, und der Kolben 52 des variablen Volumen-Mechanismus 50 gleitet im Zylinder 51 (längs der Linie E in Fig. 14) proportional zu der Gaspedalbetätigung α nach oben. Als Ergebnis nimmt das Volumen des geschlossenen Raumes V allmählich zu. Wenn die Gaspedalbetätigung α im Hochlastbereich die Größe α&sub1; erreicht, wie in Fig. 14 gezeigt, und der Kolben 52 an die obere Begrenzung kommt, beginnt sich das erste Steuerventil 16 zu öffnen. Das Öffnen des ersten Steuerventils 16 nimmt mit der Vergrößerung der Gaspedalbetätigung α längs der Linie C in Fig. 14 zu, und ist bei Voll-Last weit geöffnet. Deswegen ist bei Voll-Last der erste Einlasskanal 11 mit der Einlasskammer 19 verbunden, und die Außenluft wird während des Einlasshubs durch den ersten Einlasskanal 11 direkt in den Zylinder 2 eingeführt.
Eine Abwandlung der sechsten Ausführungsform ist in Fig. 15 gezeigt. Fig. 15 ist eine Schnitt-Seitenansicht des Einlass-Steuersystems der siebten Ausführungsform dieser Erfindung. In Fig. 15 sind gleiche Teile wie solche in Fig. 13 mit gleichen Bezugszeichen versehen, und ihre Beschreibung ist weggelassen.
Das Einlass-Steuersystem dieser Ausführungsform ist eine Abwandlung der in Fig. 13 gezeigten sechsten Ausführungsform, bei der die ersten und zweiten Einlasskanäle 11 und 15 voneinander unabhängig gemacht sind, wobei einerseits die ersten Einlasskanäle 11 durch eine Einlasskammer 19A miteinander verbunden sind, und andererseits die zweiten Einlasskanäle 15 durch eine andere Einlasskammer 19B miteinander verbunden sind.
Da das Grundprinzip des Einlass-Steuersystems dieser Ausführungsform das gleiche wie das der sechsten Ausführungsform ist, wird der gleiche Effekt mit dieser Ausführungsform wie mit der sechsten Ausführungsform erhalten. Ein zusätzlicher Effekt der Trägheitsüberladungs-Wirkung wird auch mit dieser Ausführungsform erreicht, wie es bei der dritten Ausführungsform beschrieben wurde.
Als nächstes wird die achte Ausführungsform dieser Erfindung mit Bezug auf Fig. 16 und 17 beschrieben. Fig. 16 ist eine Schnitt-Seitenansicht des Einlass-Steuersystems der achten Ausführungsform dieser Erfindung. Fig. 17 ist eine Grafik, welche die Änderungen im Öffnungsverhalten des ersten und des dritten Steuerventils relativ zu der Gaspedalbetätigung zeigt. In Fig. 16 sind gleiche Teile wie solche in Fig. 15 mit gleichen Bezugszeichen versehen und ihre Beschreibung ist weggelassen.
Bei dem Einlass-Steuersystem in dieser Ausführung, wie es in Fig. 16 gezeigt ist, sind die ersten und zweiten Einlasskanäle 11 und 15 voneinander unabhängig gemacht, wobei einerseits die ersten Einlasskanäle 11 durch eine Einlasskammer 19A miteinander verbunden sind und andererseits die zweiten Einlasskanäle durch eine andere Einlasskammer 19B miteinander verbunden sind.
Ein erstes Steuerventil 16 vom Dreh-Typ ist in der Mitte des ersten Einlasskanals 11 vorgesehen. Ein geschlossener Raum V in dem ersten Einlasskanal 11 ist zwischen dem ersten Steuerventil 16 und dem Einlassventil 13 vorgesehen.
Wie in Fig. 17 gezeigt, wird, wenn der Betriebsbereich der Maschine 1 entsprechend der Gaspedalbetätigung α in Niedrig-, Mittel- und Hochlastbereich unterteilt wird und im Niedriglastbereich die Gaspedalbetätigung α die Größe α&sub0; oder darunter hat (α ≤ α&sub0;), das erste Steuerventil 16 unwirksam (in dem voll geschlossenen Zustand) gehalten, entsprechend der durchgezeichneten Position (a) in Fig. 16. Hier ist das Volumen des geschlossenen Raumes V im ersten Einlasskanal 11 minimal gehalten. Auch in diesem Betriebsbereich wird die Öffnung des dritten Steuerventils 30 (längs der Linie D in Fig. 17) durch die Gaspedalbetätigung α gesteuert. Das dritte Steuerventil 30 ist, wie in Fig. 17 gezeigt, auch zum Zeitpunkt des Leerlaufs in einem gewissen Ausmaß geöffnet.
Auch bei der Maschine 1 nach dieser Ausführungsform öffnet sich, wenn das Einlassventil 13 am Ende des vorhergehenden Zyklus geschlossen und der Kompressionshub begonnen wird, das zweite Steuerventil 17, und dem geschlossenen Raum V im ersten Einlasskanal 11 wird durch das Luftfilter 21 und das Luftströ mungs-Messgerät 20 durch den zweiten Einlasskanal 15 Außenluft zugeführt.
Wenn der Einlasshub des aktuellen Zyklus mit Öffnen des Einlassventils 13 und Schließen des Auslassventils 16 begonnen wird, wird das zweite Steuerventil 17 geschlossen und im geschlossenen Raum V ist Luft vom Außenraum enthalten. Eine entsprechende Kraftstoffmenge wird durch das Kraftstoff-Einspritzgerät 18 in die enthaltene Luft eingespritzt, um ein Gemisch mit dem erforderlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erzeugen. Das Gemisch wird, nachdem es dem Kompressionshub unterworfen wurde, der Verbrennung in der Brennkammer S unterzogen.
Bei dieser Ausführungsform wird der Einlasshub zumindest im Niedriglastbereich, wo, wie vorher beschrieben, die Gaspedalbetätigung α gleich oder größer als α&sub0; ist, nach Fig. 3 etwa vom Umgebungsdruck aus begonnen, da der Druck in dem geschlossenen Raum V etwa beim Umgebungsdruck gehalten wird, bevor sich das Einlassventil 13 öffnet. Als Ergebnis wird der Pumpverlust W&sub2; (siehe Fig. 3) niedrig gehalten, der Maschinenwirkungsgard erhöht und die Kraftstoff-Einsparung verbessert.
Wenn die Gaspedalbetätigung α den Wert α&sub0; überschreitet (α > a&sub0;), beginnt das erste Steuerventil 16 sich zu öffnen, wobei sich der Öffnungsgrad längs der Linie C in Fig. 17 proportional zur Gaspedalbetätigung α verändert. Mit anderen Worten, das erste Steuerventil 16 ist beispielsweise bei einer Gaspedalbetätigutg αb im Mittellastbereich nach Fig. 17 in der strichpunktiert gezeichneten Position (b), und bei Voll-Last ist das Ventil 16 weit geöffnet in der strichpunktiert gezeichneten Position (c) in Fig. 16. Deswegen ist bei Voll-Last der erste Einlasskanal 11 mit der Einlasskammer 19A verbunden, und die Außenluft wird während des Einlasshubes direkt durch den ersten Einlasskanal 11 in den Zylinder 2 eingeführt.
Wenn ein variabler Kompressions-Mechanismus (hier nicht gezeigt. Für Details vergleiche man Tokkai Hei 4-241740) mit irgendeiner der vorstehend beschriebenen acht Ausführungen kombiniert wird, wird ein Druckanzeige-Schaubild erhalten, wie es in Fig. 18 gezeigt ist. Demgemäß wird, während der Pumpverlust W&sub2; infolge der Erhöhung des Brennkammer-Volumens ΔV um einen kleinen Zuwachs ΔW&sub2; ansteigt, die Arbeit W&sub1; um einen Zuwachs ΔW&sub1; mit einem Zunahmeverhältnis anwachsen, das höher als das des Zuwachses ΔW&sub2; ist. Als Ergebnis steigt die Arbeit W&sub1; in dem durch die Gleichung (1) ausgedrückten Schaubild an, und der der durch die Gleichung (2) errechnete thermische Wirkungsgrad η wächst an, wodurch die Kraftstoff-Einsparung weiter verbessert wird.
Die neunte Ausführungsform dieser Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 19 bis 22 beschrieben. Fig. 19 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer Grundstruktur eines Einlass-Steuersystems der neunten Ausführungsform dieser Erfindung. Fig. 20 ist eine grafische Darstellung, die die Änderungen der Laufwege der ersten Steuerventile und der Öffnungsdauer des zweiten Steuerventiles, bezogen auf die Gaspedalbetätigung, zeigt. Fig. 21 ist ein Schaubild, das die Änderungen in den Öffnungsflächen des Einlassventils, des Auslassventils und des zweiten Steuerventils, bezogen auf den Kurbelwellen-Drehwinkel, zeigt. Fig. 22 ist ein Druckanzeige- Schaubild der Maschine bei Niedriglast.
Das Einlass-Steuersystem dieser Ausführungsform ist eine Abwandlung der ersten Ausführungsform, bei der die Öffnungsdauer des zweiten Steuerventils 17 zumindest bei Niedriglast entsprechend der Gaspedalbetätigungsgröße (Betätigungsöffnung) erhöht oder erniedrigt wird. Deshalb sind in Fig. 19 Teile, die solchen in Fig. 1 gleichen, mit gleichen Bezugszeichen versehen und sie werden nachfolgend beschrieben.
In Fig. 19 sind eine Steuerung 60, ein Gaspedalbetätigungs- Erfassungsmittel 61 und ein Kurbelwellen-Drehwinkel-Erfassungsmittel 62 gezeigt. Das zweite Steuerventil 17 wird bei dieser Ausführungsform durch einen Elektromagneten 63 geöffnet bzw. geschlossen.
Der thermische Wirkungsgrad der Maschine 1 wird auch in dieser Ausführungsform durch den gleichen Effekt verbessert, wie der der ersten Ausführung, die Öffnungsdauer des zweiten Steuerventils 17 wird bezüglich der Gaspedalbetätigung α so gesteuert, dass sie der Linie F in Fig. 20 folgt, insbesondere im Niedriglastbereich (dem Betriebsbereich vor der Öffnung des ersten Steuerventils 16), wobei die Gaspedalbetätigung α gleich oder kleiner als α&sub0; ist (α ≤ α&sub0;).
Mit anderen Worten: Signale einer durch das Gaspedalbetätigungs-Erfassungsmittel 61 erfassten Gaspedalbetätigung α, und ein durch das Kurbelwellen-Drehwinkel-Erfassungsmittel 62 erfasster Kurbelwellen-Drehwinkel Θ werden der Steuerung 60 eingegeben. Die Steuerung 60 sendet, nachdem das Einlassventil 13 gemäß Fig. 21 geschlossen ist, ein Steuersignal an das Magnetventil 63 zum Öffnen des zweiten Steuerventils 17 während einer Zeitlänge (die Zeitlänge, die dem Kurbelwellen-Drehwinkel ΔΘ in Fig. 21 entspricht) entsprechend der aktuellen Gaspedalbetätigung α. In Fig. 21 zeigt der Linienzug G die durch den Elektromagneten 63 angesteuerte Änderung der Öffnungsfläche des zweiten Steuerventils 17 bei dieser Ausführungsform.
Fig. 21 zeigt die Änderung des Druckes P in dem geschlossenen Raum V nach Öffnen des zweiten Steuerventils 17, wenn die Gaspedalbetätigung α den Wert α&sub0; hat. Hier ist die Öffnungszeitlänge des zweiten Steuerventils 17 so festgesetzt, dass das zweite Steuerventil 17 geschlossen wird, wenn der Druck P in dem geschlossenen Raum V den Maximalwert Vmax erreicht.
Durch Steuern der Öffnungszeit des zweiten Steuerventils 17 in der eben beschriebenen Form kann der Druck zu Beginn des Einlasshubes positiv gehalten werden, wie in Fig. 22 gezeigt, wenn die Beschleunigerbetätigung α den Wert α&sub0; hat. Dadurch kann der Pumpverlust W&sub2; weiter verringert, der Wirkungsgrad der Maschine 1 weiter verbessert und auch die Kraftstoff-Einsparung weiter verbessert werden.
Es kann auch in den Mittel- und Hochlastbereichen, wo die Beschleunigerbetätigung α den Wert α&sub0; übersteigt (α > α&sub0;), so eingerichtet werden, dass die Öffnungszeitlänge des zweiten Steuerventils 17 entweder konstant auf dem Wert gehalten wird, wo die Gaspedalbetätigung α den Wert α&sub0; hat, oder sich längs der gestrichelten Linie F' in Fig. 20 ändert.
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich, wird der Druck an der Zustromseite des Einlassventils, bevor es geöffnet wird, etwa auf dem Umgebungsdruck gehalten, und der Einlasshub wird etwa mit dem Umgebungsdruck begonnen. Dadurch wird der Pumpverlust verringert, der thermische Wirkungsgrad der Maschine erhöht, sowie die Kraftstoff-Einsparung verbessert.
Darüberhinaus wird in dem Niedriglastbereich und vor dem Ansteuern des ersten Steuerventils die Menge der dem ersten Einlasskanal zugeführten Außenluft gemäß der Gaspedalbetätigungsgröße (Maschinenlast) erhöht oder vermindert. Dadurch wird verhindert, dass die dem geschlossenen Raum vor dem Ansteuern des ersten Steuerventils zugeführte Luftmenge außerordentlich groß wird, auch wenn das Minimalvolumen des geschlossenen Raumes im Niedriglastbereich einschließlich dem Leerlauf aus baulichen Gründen nicht klein genug werden kann, und es wird erreicht, dass die Menge der der Brennkammer zugeführten Luft für die Maschine optimal wird.
Weiter ist es möglich, das zweite Steuerventil zu dem Zeitpunkt zu schließen, wo der Druck der von außen durch die Öffnung des zweiten Steuerventils in den geschlossenen Raum im ersten Einlasskanal eingeführten Luft den maximalen (positiven) Wert erreicht. Das ermöglicht es, den Einlassdruck zu Beginn des Einlasshubs zu erhöhen und als Auswirkung eine weitere Minimierung des Pumpverlustes zu erhalten.
Nachfolgend werden weitere bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung beschrieben, um so die Brennstoff-Einspritzung gemäß den bevorzugten Ausführungsformen mit mehr Einzelheiten darzustellen und zu erklären. Zwar sind gewisse Aspekte der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen gleichartig den vorstehend beschriebenen vorangehenden Ausführungsformen, jedoch ist besondere Aufmerksamkeit auf den Ladungsbildungs-Vorgang der nachfolgenden Ausführungen zu richten. Einige Facetten des Kraftstoff-Einspritzsystems können selbstverständlich auch bei Brennkraftmaschinen angewendet werden, die nicht alle in Anspruch 1 beanspruchten Merkmale besitzen.
Fig. 23 ist eine schematische Schnittdarstellung der Grundstruktur eines Einlass-Steuersystems der zehnten Ausführungsform dieser Ausführung. Fig. 24 ist ein vergrößerter Querschnitt eines Einlass-Steuergeräte-Abschnittes der Maschine. Fig. 25 ist ein vergrößerter Querschnitt des Kraftstoff-Einspritzgeräte-Abschnittes der Maschine. Fig. 26 ist eine grafische Darstellung, die die Öffnungsgrößen der Ventile und die Kennwerte des Einlass-Unterdruckes zeigt. Fig. 27 ist eine grafische Darstellung, die eine Änderung im Hub des ersten Steuerventils bezogen, auf die Gaspedalbetätigung, zeigt. Fig. 28 ist ein Druckindikator-Schaubild einer Maschine während Niedriglastbetrieb.
In Fig. 23 umfasst eine Viertaktmaschine 1 einen Zylinder 2, einen in den Zylinder 2 zur vertikalen Hubbewegung eingepaßten Kolben 3, und eine Pleuelstange 4, die den Kolben 3 mit einer Kurbelwelle 5 verbindet.
Ein erster Einlasskanal 11 zum Einführen von Außenluft in eine Brennkammer S und ein Auslasskanal 12 zum Entlassen von Verbrennungsgas (Abgas), das durch das Verbrennen des Gemisches in der Brennkammer S erzeugt wurde, sind mit einem oben an dem Zylinder 2 der Maschine 1 angebrachten Zylinderkopf 6 verbunden. Der erste Einlasskanal 11 und der Auslasskanal 12 sind durch einen jeweiligen Einlassanschluss 11a bzw. Auslassanschluss 12a mit der Brennkammer S verbunden.
Der erste Einlassanschluss 11a und der Auslassanschluss 12a werden jeweils durch ein Einlassventil 13 bzw. ein Auslassventil 14 geöffnet und geschlossen, welche Ventile durch einen (nicht dargestellten) Ventilbetätigungs-Mechanismus zu entsprechenden Zeitpunkten betrieben werden.
Ein anderer, zweiter Einlasskanal 15 zum Einführen von Außenluft ist an einer Zwischenposition (in der Nähe des Einlassventils 13) mit dem ersten Einlasskanal 11 verbunden.
Der erste Einlasskanal 11 ist mit einem ersten Steuerventil 16 versehen, das in dem ersten Einlasskanal 11 in einem mit der Betätigungsgröße des (nicht gezeigten) Gaspedalbetätigungsgerätes verbundenen Weise gleitet. Ein zweites Steuerventil 17 ist in dem Verbindungsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Einlasskanal 11 und 15 vorgesehen. Ein Kraftstoff-Einspritzgerät 18 ist an dem ersten Einlasskanal 11 vorgesehen.
Das erste Steuerventil 16 dient zum Ändern des Volumens des geschlossenen Raumes in dem ersten Einlasskanal 11 zwischen dem ersten Steuerventil 16 und dem Einlassventil 13. Das Volumen V wird entsprechend der Erhöhung der Gaspedalbetätigungsgröße (der Gaspedalöffnung oder der Maschinenlast) erhöht, indem das Ventil 16 gemäß Fig. 23 nach links gleitet. Das zweite Steuerventil 17 ist, wie später beschrieben wird, zumindest bei Niedriglast konstant geschlossen, wenn das Einlassventil 13 geöffnet ist, und konstant geöffnet oder während eines bestimmten Kurbelwellen-Drehwinkels geöffnet, wenn das Einlassventil 13 geschlossen ist.
Bei dieser Ausführungsform wird, wie in Fig. 24 im einzelnen dargestellt, ein dritter Einlasskanal 70 benutzt, um dem Kraftstoff-Einspritzabschnitt des Kraftstoff-Einspritzgerätes 18 Außenluft zuzuführen, wobei ein viertes Steuerventil 71 vom Dreh-Typ in der Mitte des Einlasskanals 70 (in dieser Ausführungsform beim Zylinderkopf 6) angebracht ist. Bei dem Außenluft-Auslassabschnitt des dritten Einlasskanals 70 ist, wie in Fig. 25 im einzelnen dargestellt, ein eingeschnürter Abschnitt 70a ausgebildet, um die jeweiligen gegabelten Düsenöffnungen 18a des Kraftstoff-Einspritzgerätes 18 zu öffnen. In Fig. 25 bezeichnet Bezugszeichen 18 ein Kraftstoff-Einspritzventil, das zu entsprechenden Zeitpunkten geöffnet und geschlossen wird.
Wie in Fig. 24 gezeigt, werden das Einlassventil 13 und das zweite Steuerventil 17 jeweils über an einer Nockenwelle 7 ausgebildete Nocken 7a bzw. 7b zu entsprechenden Zeitpunkten angesteuert. Die Drehung der Nockenwelle 7 wird durch ein Ritzel 41, eine Kette 42 und ein Ritzel 43 zu dem vierten Steuerventil 71 übertragen, damit auch dieses zu entsprechenden Zeitpunkten geöffnet bzw. geschlossen wird.
Damit umfasst das Einlass-Steuerventil dieser Erfindung den ersten Einlasskanal 11, das Einlassventil 13, den zweiten Einlasskanal 15, das erste und das zweite Steuerventil 16 und 17, den dritten Einlasskanal 70 und das vierte Steuerventil 71. Die Funktion wird mit Bezug auf Fig. 24 und 25 nachfolgend beschrieben.
Ein Viertaktmotor nach dieser Erfindung vollendet einen Zyklus, wie in einem Indikator-Schaubild der Fig. 28 gezeigt, durch einen Einlasshub von (1) bis (2), einen Kompressionshub von (2) bis (3), einen Verbrennungs-(Explosions-)Hub von (3) bis (4), einen Expansionshub von (4) bis (5) und einen Auslasshub von (5) bis (1). Wenn das Auslassventil 14 bei (5) öffnet, um den Auslasshub von (5) bis (1) zu beginnen, bläst das Abgas während des Hubs von (5) bis (6) aus, während welcher Zeit der Druck in der Brennkammer S auf Umgebungsdruck absinkt.
Nach Fig. 27 ist der Betriebsbereich (der Bereich vom Leerlauf bis zum Voll-Lästbetrieb) der Maschine 1 mit Bezug auf die Gaspedalbetätigung α in einen Niedriglastbereich, einen Mittellastbereich und einen Hochlastbereich unterteilt. Wenn die Gaspedalbetätigung α den Wert α&sub0; (Leerlauf) hat, wird das erste Steuerventil 16 unbetätigt gehalten. Dieser Zustand entspricht der strichpunktiert gezeichneten Position (a) in Fig. 23, und das Volumen des geschlossenen Raumes V im ersten Einlasskanal 11 wird minimal gehalten.
In der Maschine 1 dieser Erfindung wird, wie in Fig. 26 zu sehen, das vierte Steuerventil 71 geöffnet, wenn das Einlassventil 13 am Ende des vorangehenden Zyklus geschlossen wird und der Kompressionshub beginnt, und unmittelbar danach wird Kraftstoff von dem Kraftstoff-Einspritzgerät 18 in den geschlossenen Raum V eingespritzt, wo das Gemisch mit niedrigem Druck vorhanden ist, bevor das zweite Steuerventil 17 geöffnet wird. Der eingespritzte Kraftstoff und das verhandene Gemisch mischen sich miteinander, um ein fettes Gemisch zu erzeugen. Wenn dann das zweite Steuerventil 17 geöffnet wird, wird Außenluft etwa mit Umgebungsdruck in den geschlossenen Raum eingeführt. Ein Teil der Außenluft, die zuerst eingeführt wird, mischt sich mit dem verhandenen Gemisch, und das sich ergebende Gemisch wird durch die der zuerst eingeführten Luft folgende Außenluft einer raschen adiabatischen Kompression unterworfen. Als Ergebnis steigt die Temperatur des Gemisches, und die Verdampfung des Kraftstoffs wird beschleunigt, wodurch sich der thermische Wirkungsgrad verbessert. Hier wird Außenluft durch den dritten Einlasskanal 17 eingeführt, während Kraftstoff von dem Kraftstoff-Einspritzgerät 18 eingespritzt wird. In dem geschlossenen Raum V herrscht ein starker Unterdruck. Wegen des in dem Außenluft-Auslassabschnitt des dritten Einlasskanals 70 vorgesehenen eingeschnürten Abschnittes 70a wird Außenluft mit hoher Geschwindigkeit zu dem Kraftstoff-Einspritzabschnitt geblasen und beschleunigt das Vernebeln des aus den Düsenanschlüssen 18a ausgesprühten Kraftstoffs. Die Kraftstoff-Verdampfung wird weiter beschleunigt durch den vorher beschriebenen raschen Temperaturanstieg, und dadurch wird der Verbrennungswirkungsgrad weiter verbessert.
Wenn das Einlassventil 13 geöffnet und der Einlasshub begonnen wird, bleibt das zweite Steuerventil 17 geschlossen. Für diesen Zeitpunkt ist in Fig. 26 die Veränderung des Unterdrucks (Einlass-Unterdruck) in dem geschlossenen Raum V nach dem Beginn des Einlasshubs mit der Last als Parameter dargestellt. Wenn das vierte Steuerventil 71 so, wie es vorstehend beschrieben ist, geöffnet und Außenluft in den geschlossenen Raum V eingeführt wird, nimmt der Unterdruck im geschlossenen Raum allmählich ab. Zusammen damit nimmt die Strömungsgeschwindigkeit der in den geschlossenen Raum durch das vierte Steuerventil 71 eingeführten Außenluft ab, und demgemäß verschlechtert sich die vollständige Vernebelung. In Hinsicht darauf ist es in dieser Ausführungsform so ausgelegt, dass die Kraftstoff-Einspritzung durch das Kraftstoff-Einspritzgerät 18 zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach dem Öffnungsbeginn des vierten Steuerventils 71 begonnen wird, wenn der Unterdruck in dem geschlossenen Raum V noch groß ist.
Da das vierte Steuerventil 71 in einem Maße geöffnet wird, das einem bestimmten Kurbelwellen-Drehwinkel entspricht, und, wie in Fig. 26 gezeigt, während einer vorgegebenen Zeitlänge anhält, die innerhalb der Schließzeitlänge A des Einlassventils 13 liegt, und die Schließzeitlänge B vom Schließen des Einlassventils 13 bis zum Öffnen des zweiten Steuerventils 17 enthält, wird die Auswirkung des Einführens von Außenluft durch den dritten Einlasskanal zu dem Kraftstoff-Einspritzabschnitt (das Verbessern des thermischen Wirkungsgrads durch Beschleunigen der Kraftstoff-Verdampfung) aufrecht erhalten bei Erzielen der Auswirkung des Verbesserns des thermischen Wirkungsgrades der Maschine durch Minimieren des Pumpverlustes. Hier kann auch die Öffnungszeitlänge des vierten Steuerventils 71 so festgesetzt werden, dass sie einen Teil der Zeitlänge B einschließt.
Wenn der Kolben 3 sich im Zylinder 2 nach unten bewegt, wird das Gemisch durch den im Zylinder 2 erzeugten Unterdruck von dem geschlossenen Raum V im ersten Einlasskanal 11 durch das Einlassventil 13 in den Zylinder 2 eingezogen.
Der Einlasshub ist vorüber, wenn der Kolben 3 den unteren Totpunkt (UTP) im Zustand (2) in Fig. 28 erreicht, und der Kompressionshub wird begonnen, wenn der Kolben 3 sich im Zylinder 2 nach oben bewegt. Bei dem Kompressionshub wird das Einlassventil 13, das gerade offen war, geschlossen. Das in den Zylinder 2 eingezogene Gemisch wird durch den aufsteigenden Kolben 3 zu einem hohen Druck komprimiert, wie in Fig. 28 gezeigt, durch eine (nicht gezeigte) Zündkerze unmittelbar, bevor der Kolben den oberen Totpunkt (OTP) erreicht, entzündet, und der Vorgang geht weiter zu dem Verbrennungshub (von (3) bis (4) in Fig. 28). Wenn das Einlassventil 13, wie vorher beschrieben, zu Beginn des Kompressionshubs ((2) in Fig. 28), geschlossen wird, wird das zweite Steuerventil 17 in der Zwischenzeit geöffnet, und Außenluft, die etwa Umgebungsdruck besitzt, wird von dem zweiten Einlasskanal durch das zweite Steuerventil 17 dem geschlossenen Raum V im ersten Einlasskanal 11 zugeführt. Ein zuerst eingeführter Teil der Außenluft mischt sich mit dem restlichen Gemisch, und das sich ergebende Gemisch wird durch die der zuerst eingezogenen Luft folgende Außenluft einer raschen adiabatischen Komprimierung unterworfen. Als Ergebnis steigt die Temperatur des Gemisches an, und die Verdampfung des Kraftstoffs wird zum Verbessern des thermischen Wirkungsgrades beschleunigt. Dann wird während des Einlasshubs des nächsten Zyklus ausreichend verdampftes Gemisch in den Zylinder 2 eingezogen und einer Verbrennung unterworfen.
Das unter hohem Druck stehende Verbrennungsgas in der Brennkammer S, das durch die Verbrennung des Gemisches während des Verbrennungshubes erzeugt wird, stößt den Kolben nach unten, wenn es sich ausdehnt (der Expansionshub von (4) bis (5) in Fig. 28), und strömt dann durch seinen eigenen Druck aus (ausströmendes Abgas während des Hubes von (5) bis (6) in Fig. 28), wenn das Abgasventil 14 sich öffnet (Punkt (5) in Fig. 28). Da bei dieser Ausführungsform das vierte Steuerventil 71 unmittelbar vor dem Beginn der Kraftstoff-Einspritzung durch das Kraftstoff-Einspritzgerät 18 geöffnet wird, um die durch den dritten Einlasskanal 70 eingezogene Außenluft mit hoher Geschwindigkeit zu dem Kraftstoff-Einspritzabschnitt zu richten, wird die Vernebelung des aus den Düsenauslässen 18a ausgesprühten Kraftstoffes beschleunigt, die Kraftstoff-Verdampfung wird weiter durch den darauffolgenden raschen Temperaturanstieg beschleunigt, und der Verbrennungs-Wirkungsgrad des Gemisches in der Brennkammer S wird verbessert.
Wenn der Kolben 3 sich nach Erreichen des UTP wieder nach oben zu bewegen beginnt, wird das im Zylinder zurückgebliebene etwa bei Umgebungsdruck befindliche verbrannte Gas durch den aufsteigenden Kolben 3 in den Abgaskanal 12 ausgestoßen und entlassen (Abgashub von (6) bis (1) in Fig. 3).
Danach werden die gleichen Hübe wiederholt, wie sie vorstehend beschrieben wurden, so dass die Maschine 1 kontinuierlich betrieben wird.
Die in Fig. 28 gezeigte Arbeit W&sub1; wird während eines Zyklus aus Kompressions-, Verbrennungs-, Expansions- und Abgashub ((2), (3), (4), (5), (6) und (1) in Fig. 28) der Maschine 1 erhalten, und die schraffiert gezeigte Arbeit W&sub2; geht als Pumpverlust verloren. Deshalb wird die indizierte Arbeit Wi durch die nach stehende Gleichung ausgedrückt:
(Gleichung 1)
Wi = W&sub1; - W&sub2; (1)
Wie aus der vorstehenden Gleichung hervorgeht, erhöht sich die indizierte Arbeit Wi, wenn der Pumpverlust W&sub2; abnimmt. Damit wächst der durch die nachfolgende Gleichung (2) ausgedrückte thermische Wirkungsgrad η der Maschine 1 an und die Kraftstoff- Einsparung wird verbessert.
(Gleichung 2)
η = A · W&sub1;/Q, (2)
wobei A das thermische Äquivalent der Arbeit und Q die zugeführte Wärme ist.
Da bei dieser Ausführungsform der Druck in dem an der Zustromseite des Einlassventils 13 vor dessen Öffnung gebildeten geschlossenen Raum V etwa beim Umgebungsdruck gehalten wird, wie in Fig. 28 gezeigt, wird der Einlasshub etwa bei Umgebungsdruck ((1) in Fig. 28) begonnen. Dadurch wird bei dieser Ausführungsform der Pumpverlust W&sub2; im Vergleich zu dem Pumpverlust W&sub2;' (Fig. 48) bei dem herkömmlichen, von Unterdruck aus beginnenden Einlasshub verkleinert. Als Ergebnis wächst die aus der Gleichung (1) erhaltene indizierte Arbeit Wi an, der aus Gleichung (2) erhaltene thermische Wirkungsgrad η wird vergrößert und die Kraftstoff-Einsparung verbessert.
Wenn beabsichtigt ist, durch Festsetzen eines langen Zeitraumes, während dem sowohl das Einlassventil 13 als auch das Auslassventil 14 offen ist, eine Hochleistungs-Maschine zu erhalten, ist es, da der Druck in dem geschlossenen Raum V etwa auf Umgebungsdruck gehalten wird, weniger wahrscheinlich, dass Abgas in den ersten Einlasskanal 11 zurückströmt, auch wenn beide Ventile, das Einlassventil 13 und das Auslassventil 14, offen stehen. Als Ergebnis wird Abgas nicht in die Brennkammer S zurückgezogen und destabilisiert den Leerlaufbetrieb nicht.
Wie vorher beschrieben, gleitet das erste Steuerventil 16 in dieser Ausführungsform gemäß Fig. 1 nach links, wenn die Gaspedalbetätigung α ansteigt. D. h. wenn die Gaspedalbetätigung α über α&sub0; in Fig. 2 hinaus anwächst (α > α&sub0;), gleitet das erste Steuerventil 16 proportional zur Gaspedalbetätigung α (längs der Linie C in Fig. 2) innerhalb des ersten Einlasskanals 11. Als Ergebnis wird sich bei der Beschleunigerbetätigung αb in einem Mittellastbereich z. B. das erste Steuerventil 16 in der durchgezogen gezeichneten Position (b) befinden, und bei Voll- Last bei der strichpunktierten Position (c), so dass das Volumen des geschlossenen Raumes V weiter erhöht wird. Da das Volumen des geschlossenen Raumes V (d. h. die Menge von Außenluft, die dem geschlossenen Raum V zugeführt wird) entsprechend der Maschinenlast erhöht bzw. verringert wird, wird eine exakte der Größe der Drosselklappenbetätigung entsprechende Luftmenge in stabilisierter Weise von dem geschlossenen Raum V in die Brennkammer S im Zylinder 2 geliefert.
Bei dieser Ausführungsform befindet sich im Hochlastbereich (speziell unter Voll-Last) das erste Steuerventil 16 außerhalb des ersten Einlasskanals 11, wie in Fig. 23 gezeigt. Unter diesen Umständen wird in dem ersten Einlasskanal 11 kein geschlossener Raum V mehr gebildet, und die Außenluft wird direkt in den Zylinder 2 eingeführt.
Fig. 26 zeigt die Dauer der Kraftstoff-Einspritzung durch das Kraftstoff-Einspritzgerät 18 (Öffnungszeitlänge des Kraftstoff- Einspritzventils 18b) mit Bezug auf die Last als Parameter. Wie in dieser Figur gezeigt, erhöht sich die Dauer der Kraftstoff- Einspritzung (die Menge des eingespritzten Kraftstoffs) entsprechend dem Lastanstieg, so dass Gemisch mit dem angemessenen Luft/Kraftstoff-Verhältnis erhalten wird. Hier wird die Menge der in die Brennkammer S gelieferten Außenluft aus Werten bestimmt, die durch ein (nicht gezeigtes) Luftströmungs-Messgerät erfasst werden.
Zwar wird bei dieser Ausführungsform das vierte Steuerventil durch die Nockenwelle 7, die Ritzel 41, 43 und die Kette 42 mechanisch geöffnet und geschlossen, doch kann auch eine Anord nung hergestellt werden, wie sie in Fig. 23 gezeigt ist, mit der das vierte Steuerventil 71 nur während der Dauer der Kraftstoff-Einspritzung durch eine Steuerung 60 geöffnet wird, welche die Öffnungs- und Schließzeiten mit denen der Kraftstoff- Einspritzung zusammenfallen läßt. Auf diese Weise wird die vorher beschriebene Auswirkung des erhöhten thermischen Wirkungsgrades nicht behindert.
Es ist auch möglich, es so einzurichten, dass erfasste Signale von einem (nicht gezeigten) Kühlmittel-Temperaturfühler in die Steuerung 60 geliefert werden, so dass das vierte Steuerventil 71 konstant geöffnet bleibt, wenn die Maschinen-Kühlmitteltemperatur unter einem vorgegebenen Wert liegt, und konstant geschlossen bleibt, wenn die Maschinen-Kühlmitteltemperatur höher als der voreingestellte Wert ist. Auf diese Weise kann eine schlechte Kraftstoff-Vernebelung bei niedrigen Maschinentemperaturen verhindert, das Starten der Maschine 1 bei kalter Umgebung verbessert und das Reinigen der Abgas-Emission beim Kaltstart verbessert werden.
Hier wird der Ausdruck "Öffnungszeitlänge", wie er bei dieser und bei anderen Ausführungen benutzt wurde, als die Zeitlänge definiert, in der das Einlassventil 13 oder das zweite Steuerventil 17 angehoben (geöffnet) ist.
Als nächstes werden bestimmte Beispiele des Einlass-Steuersystems dieser Erfindung mit dem vorstehend beschriebenen Grundprinzip mit Bezug auf die zehnte Ausführungsform anhand der elften bis achtzehnten Ausführungsform beschrieben.
Als nächstes wird die elfte Ausführungsform dieser Erfindung mit Bezug auf Fig. 29 bis 33 beschrieben. Fig. 29 ist eine Seiten-Schnittansicht eines Einlass-Steuersystems der elften Ausführungsform dieser Erfindung. Fig. 30 ist eine Schnitt- Draufsicht auf das gleiche System. Fig. 31 ist eine teilweise aufgeschnittene Draufsicht auf eine Ausbildung eines Ansteuersystems eines dritten Steuerventils. Fig. 32 ist ein Schnitt längs Linie X-X in Fig. 31. Fig. 33 ist eine Grafik, die die Änderungen im Lauf des ersten Steuerventils und der Öffnung des dritten Steuerventils mit Bezug auf die Gaspedalbetätigung zeigt.
Die Maschine 1 dieser Ausführungsform ist ein Vierzylinder-Reihenmaschinentyp mit vier Ventilen pro Zylinder, wobei jeder Zylinder mit dem Kolben 3 zur freien vertikalen Gleitbewegung versehen und dieser über die Pleuelstange 4 mit der (nicht gezeigten) Kurbelwelle verbunden ist.
Fig. 29 zeigt auch den ersten Einlasskanal 11 und den Auslasskanal 12, die in der gleichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform für jeden Zylinder vorgesehen sind. Diese Kanäle öffnen sich zu der Brennkammer S an einem Einlassanschluss 11a bzw. Auslassanschluss 12a, die jeweils durch das Einlassventil 13 bzw. das Auslassventil 14 geöffnet und geschlossen werden, welche zu angemessenen Zeitpunkten durch Nockenwellen 7 und 8 betätigt werden.
In gleicher Weise wie bei der zehnten Ausführungsform ist ein weiterer, zweiter Einlasskanal 15 zum Einführen von Aussenluft über eine Verbindungsöffnung Z an einer Zwischenposition (in der Nähe des Einlassventils 13) mit dem ersten Einlasskanal (11) verbunden. Ein Brennstoff-Einspritzgerät 18 ist an dem ersten Einlasskanal 11 (Zylinderkopf 6) vorgesehen.
Wie in Fig. 29 gezeigt, sind die für jeden Zylinder vorgesehenen ersten und zweiten Einlasskanäle 11 bzw. 15 mit einer gemeinsamen Einlasskammer 19 verbunden, die über ein Luftströmungs-Messgerät 20 mit einem Luftfilter 21 verbunden ist.
Ein stabförmiges erstes Steuerventil 16 ist frei gleitbar in dem ersten Einlasskanal 11 installiert. Ein Ende des ersten Steuerventils 16 ist als Schrägfläche 16a ausgebildet, und ihr anderes Ende erstreckt sich durch die Einlasskammer 19 nach außen. Für jeden Zylinder ist in dem ersten Einlasskanal 11 zwischen dem ersten Steuerventil 16 und dem Einlassventil 13 ein geschlossener Raum V gebildet. Wie in Fig. 30 gezeigt, ist jedes vorderes Ende 16a des ersten Steuerventils 16 in konkaver Form ausgebildet, um das Volumen des geschlossenen Raumes V klein zu halten. Wie auch in Fig. 30 gezeigt, ist jeder erste Einlasskanal 11 (Zylinderkopf 6) an seiner Seite mit einem Einstellmechanismus 22 zur vorherigen Feineinstellung des Volumens des geschlossenen Raumes V versehen.
Fig. 29 zeigt auch ein Gaspedalgerät 23 mit einem Hebel 25, der sich um eine Welle 24 drehen kann, wobei das obere Ende des Hebels 25 über einen Stab 26 mit dem Ende des ersten Steuerventils 16 verbunden ist, das von der Einlasskammer 19 nach außen vorsteht.
Der Hebel 25 ist an seinem unteren Ende über einen Stift 27 mit einem (nicht gezeigten) Gaspedal verbunden und wird durch eine Rückholfeder 28 zur Schließseite des Gaspedals gedrängt. Das Bezugszeichen 29 in Fig. 26 bezeichnet einen Anschlag zum Begrenzen der Drehung des Hebels 29.
In gleicher Weise wie bei der zehnten Ausführungsform ist ein zweites Steuerventil 17 in dem Verbindungsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Einlasskanal 11 und 15 vorgesehen. Das zweite Steuerventil 17 wird durch die Nockenwelle 7 angetrieben und ist, zumindest bei Niedriglast, bei geöffnetem Einlassventil 13 konstant geschlossen, und bei geschlossenem Einlassventil 13 konstant geöffnet oder während einer einem bestimmten Kurbelwellen-Drehwinkel entsprechenden Öffnungszeit geöffnet.
Ein drittes Steuerventil 30 ist in der Mitte des zweiten Einlasskanals 15 (an der Zustromseite des zweiten Steuerventils 17) so vorgesehen, dass es in dem Niedriglastbereich einschließlich Leerlauf (dem Bereich, bevor, das erste Steuerventil 16 angetrieben wird), so angesteuert wird, dass seine Öffnung entsprechend dem Ausmaß des Gaspedalbetriebs (der Gaspedalbetätigung) geändert wird.
Der Aufbau des dritten Steuerventils 30 wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 31 und 32 beschrieben.
Ein Ende der Ventilwelle 31 des dritten Steuerventils 30 ist mit einem Hebel 32 verbunden, der durch eine Rückholfeder 33 zu der Schließseite des dritten Steuerventils 30 hin gedrängt wird.
Eine gemeinsame Drehwelle 35 ist frei drehbar an vier Einlassrohren 35 abgestützt, die jeweils den zweiten Einlasskanal 15 bilden. Ein Ende der Drehwelle 35 ist mit einem Hebel 36 verbunden, der über ein Seil 37 mit dem (nicht gezeigten) Gaspedal verbunden ist.
Ein Hebel 38 ist an einer Stelle zwischen zwei der vier Einlassrohre 34 angeschlossen, wie in Fig. 28 gezeigt, und ein weiterer Hebel 38 ist in gleicher Weise an einer Stelle zwischen den restlichen beiden Einlassrohren 34 angeschlossen. Jeder dieser Hebel 38 ist mit jedem gegenüberliegenden Hebel 32 über einen einstellbaren Stab 39 verbunden.
Damit umfasst das Einlass-Steuergerät dieser Erfindung den ersten Einlasskanal 11, das Einlassventil 13, den zweiten Einlasskanal 15, das erste und das zweite Steuerventil 16 und 17 und das dritte Steuerventil 30. Seine Funktion wird mit Bezug auf Fig. 33 nachfolgend beschrieben.
Nach Fig. 33 ist der Betriebsbereich der Maschine 1 mit Bezug auf die Gaspedalbetätigung α unterteilt in einen Niedriglastbereich, einen Mittellastbereich und einen Hochlastbereich. Wenn die Gaspedalbetätigung α nicht größer als α&sub0; ist (α ≤ α&sub0;), wird im Niedriglastbereich das erste Steuerventil 16 entsprechend der durchgezogenen Position (a) in Fig. 29 unwirksam gehalten, und das geschlossene Raumvolumen V im ersten Einlasskanal 11 wird minimal gehalten. Ebenfalls wird in diesem Betriebsbereich die Öffnung des dritten Steuerventils 30 durch die Gaspedalbetätigung α (Maschinenlast) gesteuert (längs Linie D in Fig. 8). Das dritte Steuerventil 30 ist, wie in Fig. 33 gezeigt, auch während des Leerlaufs in einem gewissen Maße offen.
Da das zweite Steuerventil 17 sich, wie vorstehend beschrieben, auch bei der Maschine 1 dieser Ausführungsform öffnet, wenn der Kompressionshub bei geschlossenem Einlassventil 13 gestartet wird, wird die Aussenluft mit etwa Umgebungsdruck, die über das Luftfilter 21 und den Luftströmungsmesser 20 in die Einlasskammer 19 eingeführt wird, durch den zweiten Einlasskanal 15 zu dem geschlossenen Raum V in dem ersten Einlasskanal 11 geführt. Zwar wird bei dieser Ausführungsform das zweite Steuerventil 17 durch eine Nockenwelle 7 angesteuert, die auch das Einlassventil 13 steuert, doch kann es auch durch eine getrennt angeordnete Nockenwelle angesteuert werden.
In dem Betriebsbereich, in dem α nicht größer als α&sub0; ist (α ≤ α&sub0;), wird die Öffnung des dritten Steuerventils 30, wie vorstehend beschrieben, in einer mit dem Gaspedalbetrieb verbundenen Bewegung längs der Linie D in Fig. 33 gesteuert. Mit anderen Worten, wenn das Seil 37 in Richtung des Pfeils in Fig. 29 gezogen wird, werden der Hebel 36, die Drehwelle 35 und der Hebel 38 insgesamt in Richtung des Pfeiles in Fig. 29 (im Gegenuhrzeigersinn) gedreht, und diese Drehung wird durch den Stab 39 auf den Hebel 32 und die Ventilwelle 31 übertragen und das dritte Steuervetil wird entsprechend der Gaspedalbetätigung α geöffnet. Da das Öffnen des dritten Steuerventils 30 in der beschriebenen Weise gesteuert wird, wird die Menge der dem geschlossenen Raum V zugeführten Außenluft in dem Niedriglast- Betriebsbereich mit einer Gaspedalbetätigung α, die nicht größer als α&sub0;, ist (α ≤ α&sub0;), gemäß der Maschinenlast gesteuert. Da die Länge des Stabes 39 einstellbar ist, werden Unterschiede von Zylinder zu Zylinder beim Öffnen des dritten Steuerventils 30 beseitigt.
Wenn der Einlasshub des aktuellen Zyklus mit dem Öffnen des Einlassventils 13 und Schließen des Auslassventils 14 begonnen wird, wird das zweite Steuerventil 17, wie vorher beschrieben, geschlossen, und in dem geschlossenen Raum V ist Außenluft mit etwa dem Umgebungsdruck enthalten. Eine entsprechende Kraftstoffmenge wird durch das Kraftstoff-Einspritzgerät 18 in die darin enthaltene Luft eingespritzt, um ein Gemisch mit einem erforderlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erzeugen. Das Gemisch wird während des Einlasshubes in die Brennkammer S eingezogen, und erfährt in der Brennkammer S einen Kompressionshub und einen Verbrennungshub. Zwar ist ein Luftströmungs- Messgerät 20 vorgesehen, um das erforderliche Luft/Kraftstoff- Verhältnis des Gemisches zu erzeugen, doch kann auch eine Anordnung getroffen werden, um das erforderliche Luft/Kraftstoff- Verhältnis des Gemisches dadurch erzeugen, dass ein Erfassungsmittel zum Erfassen des Druckes in dem geschlossenen Raum V vorgesehen und entsprechend dem erfassten Resultat verfahren wird.
Da der Druck in dem zustromseitig von dem Einlassventil 13 gebildeten geschlossenen Raum V bei dieser Ausführungsform mindestens im Niedriglastbereich etwa beim Atmosphärendruck gehalten wird, bevor dieses (Einlassventil) geöffnet wird, wie vorstehend beschrieben wurde, wird der Einlasshub, wie in Fig. 3 gezeigt, etwa von dem Umgebungsdruck aus begonnen. Als Ergebnis wird auch in dieser Ausführungsform der Pumpverlust W&sub2; im Vergleich zu dem Pumpverlust W&sub2;' (Fig. 48) des vom Unterdruck aus begonnenen üblichen Einlasshubes verringert. Als Ergebnis werden gleichartig wie bei der ersten Ausführungsform der thermische Wirkungsgrad und die Kraftstoff-Einsparung der Maschine 1 verbessert.
Wenn es beabsichtigt ist, durch Festsetzen eines langen Zeitraumes, während dessen sowohl das Einlassventil 13 als auch das Auslassventil 14 geöffnet sind, eine Hochleistungsmaschine zu erhalten, wird, da der Druck in dem geschlossenen Raum V über dem Umgebungsdruck gehalten wird, das Abgas weniger wahrscheinlich in den ersten Einlasskanal 11 zurückströmen, wenn die beiden Einlassventile 13 und Auslassventil 14 geöffnet sind. Als Ergebnis wird kein Abgas in die Brennkammer S zurückgezogen, so dass kein instabiler Leerlaufbetrieb entsteht.
Wie vorher beschrieben, gleitet das erste Steuerventil 16 dieser Ausführung gemäß Fig. 29 nach links, solange die Gaspedalbetätigung α anwächst. Wenn die Gaspedalbetätigung α über α&sub0; in Fig. 11 ansteigt (α > α&sub0;), wird die Bewegung des Stabes 27 des Beschleunigergerätes nach Fig. 29 in Öffnungsrichtung in eine Drehung des Hebels 27 um die Welle 24 im Gegenuhrzeigersinn gewandelt, und das erste Steuerventil 16 gleitet nach Fig. 29 in dem ersten Einlasskanal 11 proportional zu der Gaspedalbetätigung α nach links (längs Linie C in Fig. 33). Als Ergebnis ist bei der Gaspedalöffnung αb in einem Mittellastbereich z. B. das erste Steuerventil 16 in der strichpunktiert gezeichneten Position (b), wenn die Gaspedalbetätigung αb im Mittellastbereich ist, wie es z. B. in Fig. 33 gezeigt ist, und in der strichpunktiert gezeichnete Position (c) in Fig. 29, wenn die Gaspedalöffnung αc im Hochlastbereich ist, so dass das geschlossene Raumvolumen V weiter erhöht ist. Damit wird, da das geschlossene Raumvolumen (nämlich die in das geschlossene Raumvolumen V gelieferte Außenluftmenge) gemäß der Maschinenlast erhöht oder vermindert wird, eine genau der Gaspedalbetätigungsgröße entsprechende Luftmenge in stabilisierter Weise von dem geschlossenen Raum V in die Brennkammer S im Zylinder 2 eingeführt.
Wenn bei dieser Ausführungsform die Gaspedalbetätigung in dem Hochlastbereich αc überschreitet (α > αc), befindet sich das Steuerventil 16 außerhalb des ersten Einlasskanals 11. Beispielsweise ist das erste Steuerventil 16 bei Voll-Last in der strichpunktiert gezeichneten Position (d) in Fig. 29 gelegen, wobei der erste Einlasskanal 11 mit der Einlasskammer 19 in Verbindung steht und die Außenluft während des Einlasshubes direkt in den Zylinder 2 eingeführt wird. Hier ist, wie in Fig. 29 gezeigt, das vordere Ende des ersten Steuerventils 16 als eine schräge Fläche 16a ausgebildet, und die innere Verbindungswand 19a des ersten Einlasskanals 11 mit der Einlasskammer 19 ist abgerundet, um eine plötzliche Änderung der in den ersten Einlasskanal 11 eingeführten Außenluftmenge zu vermeiden, wenn das erste Steuerventil 16 aus dem ersten Einlasskanal 11 herausgeht.
Zwar ist das dritte Steuerventil 30 in der Mitte des zweiten Einlasskanals 15 gezeichnet, es kann jedoch auch an der Abstromseite des Luftströmungs-Meßgerätes 20 liegen (man vergleiche Fig. 35).
Falls das Volumen des geschlossenen Raumes V durch die Anordnung des ersten Steuerventils 16 genügend nahe am Einlassventil 13 klein genug gemacht werden kann, kann auch die in den geschlossenen Raum V zugeführte Luftmenge klein genug gemacht werden, und deswegen kann das dritte Steuerventil 30 weggelassen werden.
Da auch in dieser Ausführungsform ein dritter Einlasskanal 70 vorgesehen ist, wie in Fig. 29 gezeigt, und durch den dritten Einlasskanal 70 eingeführte Außenluft mit hoher Geschwindigkeit dem Kraftstoff-Einspritzabschnitt zugeführt wird, wird eine Verneblung des aus den Düsenanschlüssen 18a ausgesprühten Kraftstoffs beschleunigt, wie im Falle der ersten Ausführung, und es wird weiter die Kraftstoff-Verdampfung dadurch beschleunigt, dass ein rascher Temperaturanstieg infolge der adiabatischen Komprimierung des Gemisches sichergestellt wird, und der Verbrennungs-Wirkungsgrad des Gemisches in der Brennkammer S wird verbessert. Deswegen ist es notwendig, das dritte Steuerventil 30 und das erste Steuerventil 60, wie mit strichpunktierten Linien in Fig. 33 gezeigt, zu kontrahieren, um eine übermäßige Zufuhr von Außenluft zu verhindern, da auch durch den dritten Einlasskanal 70 Außenluft zugeführt wird.
Bei dieser Ausführungsform und anderen, später beschriebenen Ausführungen kann der dritte Einlasskanal entweder für jeden Zylinder der Maschine 1 einzeln angeordnet werden, oder es kann ein einziger Einlasskanal bis zur Mitte geführt und danach für die jeweiligen Zylinder verzweigt werden.
Als nächstes ist eine Abwandlung der elften Ausführungsform in Fig. 34 gezeigt, die eine Seiten-Schnittansicht eines Einlass- Steuersystems als zwölfte Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. In der Figur bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile wie die in Fig. 29 gezeigten, und ihre Beschreibung wird weggelassen.
In dem Einlass-Steuersystem der Mehrzylinder-Maschine 1 dieser Ausführungsform sind der erste und der zweite Einlasskanal 11 und 15 voneinander unabhängig gemacht, wobei die ersten Einlasskanäle 11 einerseits durch eine Einlasskammer 19A und die zweiten Einlasskanäle 15 durch eine andere Einlasskammer 19B miteinander verbunden sind. Nur die Einlasskammer 19B ist durch das Luftströmungs-Messgerät 20 mit dem Luftfilter 21 verbunden, durch welches die Außenluft eingeführt wird.
Da das Grundprinzip des Einlass-Steuersystems dieser Ausführungsform das gleiche wie das der elften Ausführungsform ist, wird die gleiche Auswirkung mit dieser Ausführungsform erreicht, wie mit der elften Ausführung. Jedoch wird auch mit dieser Ausführungsform ein zusätzlicher Effekt von Trägheitsüberladung erreicht, der nachfolgend beschrieben wird.
Da das Volumen des geschlossenen Raumes V, unmittelbar nachdem das zweite Steuerventil 17 im Hochlastbereich geöffnet wird, groß ist, strömt die durch das zweite Steuerventil 17 in den geschlossenen Raum V zugeführte Außenluft von dem Einlassventil 13 weg. Als Ergebnis ist der Druck um das Einlassventil 13 zeitweilig niedriger als der Druck in dem von dem Einlassventil 13 abgelegenen Bereich.
Als nächstes wird, wenn das zweite Steuerventil 17 geschlossen ist, das Einlassventil 13 geöffnet, und der Kolben 3 gleitet im Zylinder 2 nach unten, um einen Unterdruck im Zylinder 2 zu erzeugen, und die dem geschlossenen Raum V zugelieferte Außenluft wird nun zu dem Einlassventil 13 und in den Zylinder hinein gezogen. Da hier der Druck um das Einlassventil 13 niedriger als der Druck in dem von dem Einlassventil 13 abgelegenen Bereich ist, wird die Außenluft mit einem hohen Druck in den Zylinder 2 eingeführt, was einen Trägheitsüberladungs-Effekt zum Erzielen einer hohen Beladungswirksamkeit darstellt.
Der beschriebene Überladungseffekt wird nicht nur mit Mehrzylinder-Maschinen, sondern auch mit Einzylinder-Maschinen erhalten, und da die einzelnen ersten Einlasskanäle 11 dieser Ausführungsform durch die Einlasskammer 19B miteinander verbunden sind, wird der Überladungseffekt dementsprechend verbessert. Das geschieht, weil unmittelbar nach dem Öffnen des zweiten Steuerventils 17 die Außenluft in den von dem Einlassventil 13 abgelegenen geschlossenen Raum rasch durch das zweite Steuerventil 17 infolge der Unterdruck-Wirkung des Einlasshubes der Kolben in den anderen Zylindern fließt, und deswegen wird der Druck um das Einlassventil 13 noch niedriger als der Druck in dem von dem Einlassventil 13 abgelegenen Bereich.
Als nächstes wird die dreizehnte Ausführungsform dieser Erfindung mit Bezug auf Fig. 35 und 36 beschrieben. Fig. 35 ist eine Schnitt-Seitenansicht des Einlass-Steuersystems der dreizehnten Ausführungsform dieser Erfindung. Fig. 36 ist eine Grafik, welche die Änderungen in den Öffnungen des ersten und des dritten Steuerventils relativ zu der Gaspedalbetätigung zeigen. In Fig. 35 sind mit solchen in Fig. 29 gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ihre Beschreibungen sind weggelassen.
In dem Einlass-Steuersystem dieser Ausführungsform sind die ersten Steuerventile 16A, 16B und 16C mit entsprechenden Abständen in dem ersten Einlasskanal 11 vorgesehen, und das dritte Steuerventil 30 ist an der Abstromseite des Luftströmungs- Meßgerätes 20 vorgesehen.
Wie in Fig. 36 gezeigt, wird, wenn der Betriebsbereich der Maschine 1 entsprechend der Gaspedalbetätigung α in den Niedrig-, Mittel- und Hochlastbereich unterteilt wird, die Gaspedalbetätigung α im Niedriglastbereich gleich α&sub0; oder kleiner sein (α ≤ α&sub0;), und alle ersten Steuerventile 16A, 16B und 16C werden unwirksam (im voll geschlossenen Zustand) gehalten. Hier wird das Volumen des geschlossenen Raumes V im ersten Einlasskanal 11 minimal gehalten. Auch die Öffnung des dritten Steuerventils 30 wird in diesem Betriebsbereich (längs Linie D in Fig. 36) durch die Gaspedalbetätigung α (Maschinenlast) gesteuert. Das dritte Steuerventil 30 ist, wie in Fig. 36 gezeigt, auch während des Leerlaufs in einem gewissen Ausmaß offen.
Auch bei der Maschine 1 dieser Ausführungsform öffnet sich das zweite Steuerventil 17, wenn das Einlassventil 13 am Ende des vorhergehenden Zyklus geschlossen und der Kompressionshub begonnen wird, und Außenluft, die durch das Luftfilter 21, das Luftströmungs-Messgerät 20 und das dritte Steuerventil 30 in die Einlasskammer 19 eingeführt wird, wird durch den zweiten Einlasskanal 15 dem geschlossenen Raum V (dem Raum zwischen dem ersten Steuerventil 16A und dem Einlassventil 13) im ersten Einlasskanal 11 zugeführt.
In dem Betriebsbereich, bei dem die Gaspedalbetätiguhg α gleich α&sub0; oder kleiner ist (α ≤ α&sub0;), wird der Öffnungsgrad des dritten Steuerventils 30 entsprechend der Gaspedalbetätigung längs der Linie D in Fig. 11 gesteuert, wie nachfolgend beschrieben wird.
Da bei dieser Ausführungsform das erste Steuerventil 16A nicht dicht genug an dem Einlassventil 13 gelegen ist, kann das Volumen des geschlossenen Raumes V nicht sehr klein gemacht werden. Als Ergebnis wird, wenn der Druck in dem geschlossenen Raum V beim Öffnen des Einlassventils 13 etwa gleich dem Außendruck ist, die Menge der in den Zylinder 2 eingezogenen Außenluft, insbesondere während des Leerlaufs, außerordentlich groß, und es ist eine größere Kraftstoffmenge erforderlich, um ein geeignetes Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches aufrecht zu erhalten. Als Ergebnis wird die Abgabeleistung der Maschine 1 außerordentlich groß, die Leerlauf-Drehzahl steigt an und der Geräuschpegel erhöht sich, so dass die Kraftstoff-Einsparung abgesenkt wird.
Aus diesem Grunde ist das dritte Steuerventil 30 so vorgesehen, dass es während des Leerlaufs, wie vorher beschrieben, in einem gewissen Ausmaß geöffnet wird, um die dem geschlossenen Raum zugeführte Luftmenge zu begrenzen.
Das dritte Steuerventil kann auch in jedem der zweiten Einlasskanäle 15 für jeden Zylinder vorgesehen sein, wie bei der elften Ausführungsform (siehe Fig. 29). Wenn das Volumen des geschlossenen Raumes V durch den nahe genug an dem Einlassventil 13 gelegenen Anbringungsort des ersten Steuerventils 16A klein gehalten werden kann, kann das dritte Steuerventil 30 weggelassen werden.
Wenn bei diesem Zyklus der Einlasshub mit dem Öffnen des Einlassventils 13 und dem gleichzeitigen Schließen des Abgasventils 14 begonnen wird, wird das zweite Steuerventil 17 geschlossen, und die Außenluft ist in dem geschlossenen Raum V enthalten. Eine angemessene Kraftstoffmenge wird durch das Kraftstoff-Einspritzgerät 18 in die enthaltene Luft eingespritzt, um ein Gemisch mit einem erforderlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erzeugen. Nachdem dieses Gemisch dem Kompressionshub unterworfen wurde, erfährt es in der Brennkammer S eine Verbrennung.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform beginnt der Einlasshub von etwa dem Umgebungsdruck, da der Druck in dem geschlossenen Raum V vor dem Öffnen des Einlassventils 13 mindestens im Niedriglastbereich mit der Gaspedalbetätigung α gleich oder größer als α&sub0; in der Gegend des Umgebungsdrucks gehalten wird, wie in Fig. 28 gezeigt. Als Ergebnis wird der Pumpverlust W&sub2; (vgl. Fig. 28) niedrig gehalten, der Maschinenwirkungsgrad wird erhöht und die Kraftstoff-Einsparung verbessert.
Wenn die Gaspedalbetätigung α die Größe α&sub0; überschreitet (α > α&sub0;), nimmt die Öffnung des ersten Steuerventils 16A proportional zu der Gaspedalbetätigung α zu (längs Linie CA in Fig. 11). Wenn die Gaspedalbetätigung α im Mittellastbereich die Größe αA erreicht, wie in Fig. 36 gezeigt, ist das erste Steuerventil 16A weit geöffnet, und das nächste erste Steuerventil 16B beginnt sich zu öffnen. Das Öffnen des ersten Steuerventils 16B nimmt mit der Zunahme der Gaspedalbetätigung α längs der Linie CB in Fig. 11 zu, und wenn αB im Hochlastbereich erreicht wird, ist das erste Steuerventil 16B weit geöffnet und das nächste erste Steuerventil 16C beginnt sich zu öffnen. Die Öffnung des ersten Steuerventils 16C nimmt mit dem Anstieg der Gaspedalbetätigung α längs der Linie Cc in Fig. 36 zu, und wird bei Voll- Last weit geöffnet. Deshalb sind bei Voll-Last alle ersten Steuerventile 16A, 16B und 16C weit geöffnet, der erste Einlasskanal 11 ist mit der Einlasskammer 19 verbunden, und Außenluft wird während des Einlasshubes direkt durch den ersten Einlasskanal 11 in den Zylinder 2 eingeleitet.
Diese Ausführungsform kann auch bei einer Maschine mit einem Einlass-System-Überlader 40 angewendet werden, wie in Fig. 35 gezeigt ist, um so einen Überladungseffekt im Mittel- und Hochlastbereich zu bewirken. In diesem Fall wird das Auftreten von Klopfen wirksam verhindert, da der Temperaturanstieg im Gemisch infolge des Überladungseffektes am Ende des Kompressionshubes durch den Kühleffekt des Miller-Zyklus begrenzt werden kann.
Auch in dieser Ausführungsform kann zwar der dritte Einlasskanal 70 so angeordnet werden, wie in Fig. 35 gezeigt, um die Kraftstoff-Verneblung zu beschleunigen, es ist jedoch notwendig, das dritte Steuerventil 30 und das erste Steuerventil 16 zusammenzuziehen, wie gestrichelt in Fig. 36 gezeigt ist, um eine außerordentliche Zufuhr von Außenluft zu verhindern, da Außenluft auch durch den dritten Einlasskanal 70 zugeführt wird.
Als nächstes wird eine Abwandlung der dreizehnten Ausführungsform in Fig. 37 gezeigt. Fig. 37 ist eine Schnitt-Seitenansicht des Einlass-Steuersystems der vierzehnten Ausführungsform dieser Erfindung. In Fig. 37 sind gleiche Teile wie die in Fig. 35 mit den gleichen Bezugszeichen versehen und ihre Beschreibung wird weggelassen.
Das Einlass-Steuersystem dieser Ausführungsform ist eine Abwandlung der in Fig. 35 gezeigten dreizehnten Ausführung, bei der die ersten und zweiten Einlasskanäle 11 und 15 voneinander unabhängig gemacht sind, wobei einerseits die ersten Einlasskanäle 11 durch eine Einlasskammer 19A miteinander verbunden sind und andererseits die zweiten Einlasskanäle 15 durch eine andere Einlasskammer 19B miteinander verbunden sind.
Da das Grundprinzip des Einlass-Steuersystems dieser Ausführungsform das gleiche wie das der dreizehnten Ausführungsform ist, wird die mit dieser Ausführungsform gleiche Wirkung wie mit der dreizehnten Ausführungsform erreicht. Jedoch wird mit dieser Ausführungsform ebenfalls ein zusätzlicher Effekt der Trägheitsüberladung erreicht, wie es bei der zwölften Ausführungsform beschrieben wurde.
Als nächstes wird die fünfzehnte Ausführungsform mit Bezug auf Fig. 38 und 39 beschrieben. Fig. 38 ist eine Schnitt-Seitenansicht des Einlass-Steuersystems der fünfzehnten Ausführungsform dieser Erfindung. Fig. 39 ist eine Grafik, die die Ände rungen der Öffnungsgrößen des ersten und des zweiten Steuerventils und die Änderungen des Kolbenweges des variablen Volumen- Mechanismus zeigt, jeweils auf die Gaspedalbetätigung bezogen. In Fig. 38 sind gleiche Teile wie solche in Fig. 29 mit gleichen Bezugszeichen versehen, und ihre Beschreibungen sind weggelassen.
Bei dieser Ausführungsform des Einlass-Steuersystems ist, wie in Fig. 38 gezeigt, ein variabler Volumen-Mechanismus 50 an der Abstromseite des ersten Steuerventils 16 des ersten Einlasskanals 11 für jeden Zylinder vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform bilden das Öffnugs/Schließ-Ventil 16 und der varable Volumen-Mechanismus 50 (die dem ersten Steuerventil (16A bis einschließlich 16C) in der zehnten bis vierzehnten Ausführungsform entsprechen) das erste Steuermittel.
Der variable Volumen-Mechanismus 50 dient zum Erhöhen und Vermindern des Volumens des geschlossenen Raumes V, der entsprechend der Gaspedalbetätigung im ersten Einlasskanal 11 erzeugt wird, und umfasst einen Kolben 52, der zur freien vertikalen Gleitbewegung innerhalb eines Zylinders 51 angeordnet ist, der mit dem ersten Einlasskanal 11 verbunden ist, und ist über einen Stab 13 mit dem (nicht gezeigten) Beschleunigergerät (Gaspedal) gekoppelt.
Wie in Fig. 39 gezeigt ist, werden, wenn der Betriebsbereich der Maschine 1 entsprechend der Gaspedalbetätigung α in den niedrigen, mittleren und Hochlastbereich unterteilt wird, und im Niederlastbereich die Gaspedalbetätigung α die Größe α&sub0; oder weniger hat (α ≤ α&sub0;), das erste Steuerventil 16 und der variable Volumen-Mechanismus bei vollständig geschlossenem ersten Steuerventil 16 und in der unteren Position im Zylinder 51 befindlichem Kolben 52 des variablen Volumen-Mechanismus 50 unwirksam gehalten. Hier wird das Volumen des geschlossenen Raumes V minimal gehalten. Auch wird in diesem Betriebsbereich die Öffnung des dritten Steuerventils 30 durch die Gaspedalbetätigung α (Maschinenlast) gesteuert (längs der Linie D in Fig. 39). Das dritte Steuerventil 30 ist, wie in Fig. 39 gezeigt, auch während des Leerlaufbetriebs in einem gewissen Ausmaß geöffnet gezeigt.
Auch bei dieser Ausführungsform öffnet sich das zweite Steuerventil 17, wenn das Einlassventil 13 am Ende des vorhergehenden Zyklus geschlossen und der Kompressionshub begonnen wird, und durch das Luftfilter 21 und das Luftströmungs-Messgerät 20 eingeführte Außenluft wird durch den zweiten Einlasskanal 15 dem geschlossenen Raum V in dem ersten Einlasskanal 11 zugeführt.
Wenn der Einlasshub des aktuellen Zyklus mit gleichzeitigem Öffnen des Einlassventils 13 und Schließen des Auslassventils 14 begonnen wird, wird das zweite Steuerventil 17 geschlossen und die Luft von außen ist in dem geschlossenen Raum V enthalten. Eine entsprechende Kraftstoffmenge wird durch das Kraftstoff-Einspritzgerät 18 in die enthaltene Luft eingespritzt, um ein Gemisch mit dem erforderlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erzeugen. Das Gemisch wird dann, nachdem es dem Kompressionshub unterworfen wurde, einer Verbrennung in der Brennkammer S unterzogen.
Bei dieser vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird, da der Druck im geschlossenen Raum V um den Umgebungsdruck gehalten ist, bevor das Einlassventil 13 sich öffnet, mindestens im Niederlastbereich bei der Gaspedalbetätigung α, die gleich oder größer α&sub0; ist, wie in Fig. 6 gezeigt, der Einlasshub etwa vom Umgebungsdruck aus begonnen. Als Ergebnis wird der Pumpverlust W&sub2; (man vergleiche Fig. 6) niedrig gehalten, der Maschinenwirkungsgrad erhöht und die Kraftstoff-Ökonomie verbessert.
Wenn die Gaspedalbetätigung α den Wert α&sub0; übersteigt (α > α&sub0;), wird der variable Volumen-Mechanismus 50 betätigt und der Kolben 52 des variablen Volumen-Mechanismus 50 gleitet im Zylinder 51 (längs der Linie E in Fig. 39) proportional zu der Gaspedalbetätigung α nach oben. Als Ergebnis nimmt das Volumen des geschlossenen Raumes V allmählich zu. Wenn die Gaspedalbetätigung α die Größe α&sub1; im Hochlastbereich, wie in Fig. 39 gezeigt, und der Kolben 52 die obere Begrenzung erreicht, beginnt das erste Steuerventil 16, sich zu öffnen. Das Öffnen des ersten Steuerventils 16 nimmt mit der Vergrößerung der Gaspedalbetätigung α längs der Linie C in Fig. 39 zu, und es ist bei Voll- Last weit geöffnet. Deswegen ist bei Voll-Last der erste Einlasskanal 11 mit der Einlasskammer 19 verbunden und die Außenluft wird während des Einlasshubes direkt durch den ersten Einlasskanal 11 in den Zylinder 2 eingeführt.
Der dritte Einlasskanal 70 kann bei dieser Ausführungsform auch in der in Fig. 38 gezeigten Weise angeordnet werden, um die Kraftstoff-Verneblung zu beschleunigen. In diesem Falle werden die Öffnungen des dritten Steuerventils 30 und des Öffnungs/ Schließ-Ventils 16 und der Kolbenweg des variablen Volumen-Mechanismus 50 mit Bezug auf die Gaspedalbetätigung α so gesteuert, wie in Fig. 39 strichpunktiert dargestellt.
Eine Abwandlung der fünfzehnten Ausführungsform ist in Fig. 40 gezeigt. Fig. 40 ist eine Schnitt-Seitenansicht des Einlass- Steuersystems der sechzehnten Ausführungsform dieser Erfindung. In Fig. 40 sind gleiche Teile wie solche in Fig. 38 mit gleichen Bezugszeichen versehen und ihre Beschreibungen sind weggelassen.
Das Einlass-Steuersystem dieser Ausführungsform ist eine Abwandlung der in Fig. 38 gezeigten fünfzehnten Ausführung, bei der die ersten und zweiten Einlasskanäle 11 und 15 voneinander unabhängig gemacht sind, wobei einerseits die ersten Einlasskanäle 11 miteinander durch eine Einlasskammer 19A verbunden sind und andererseits die zweiten Einlasskanäle 15 durch eine andere Einlasskammer 19B miteinander verbunden sind.
Da das Grundprinzip des Einlass-Steuersystems dieser Ausführungsform das gleiche wie das der fünfzehnten Ausführungsform ist, wird mit dieser Ausführungsform der gleiche Effekt wie mit der fünfzehnten Ausführungsform erhalten. Ein zusätzlicher Effekt der Trägheitsüberladungs-Wirkung wird ebenfalls mit dieser Ausführungsform erreicht, wie es bei der dritten Ausführungsform beschrieben wurde.
Als nächstes wird die siebzehnte Ausführungsform dieser Erfin dung mit Bezug auf Fig. 41 und 42 beschrieben. Fig. 41 ist eine Schnitt-Seitenansicht des Einlass-Steuersystems der siebzehnten Ausführungsform dieser Erfindung. Fig. 42 ist eine Grafik, welche die Änderungen im Öffnungsverhalten der ersten und dritten Steuerventile relativ zu der Gaspedalbetätigung zeigt. In Fig. 41 sind gleiche Teile wie solche in Fig. 40 mit gleichen Bezugszeichen versehen und ihre Beschreibungen sind weggelassen.
Bei dem Einlass-Steuersystem in dieser Ausführung, wie in Fig. 41 gezeigt, sind die ersten und zweiten Einlasskanäle 11 und 15 voneinander unabhängig gemacht, wobei einerseits die ersten Einlasskanäle 11 durch eine Einlasskammer 19A miteinander verbunden sind und andererseits die zweiten Einlasskanäle 15 durch eine andere Einlasskammer 19B miteinander verbunden sind.
Das erste Steuerventil 16 ist vom Dreh-Typ und in der Mitte des ersten Einlasskanals 11 vorgesehen. Ein geschlossener Raum V in dem ersten Einlasskanal 11 ist zwischen dem ersten Steuerventil 16 und dem Einlassventil 13 vorgesehen.
Wie in Fig. 39 gezeigt wird, wird, wenn der Betriebsbereich der Maschine 1 entsprechend der Gaspedalbetätigung α in Niedrig-, Mittel- und Hochlastbereich unterteilt ist und im Niedriglastbereich die Gaspedalbetätigung α die Größe α&sub0; oder darunter hat (α ≤ α&sub0;), das erste Steuerventil 16 unwirksam (in dem voll geschlossenen Zustand) gehalten, entsprechend der durchgezeichneten Position (a) in Fig. 38. Hier ist das Volumen des geschlossenen Raumes V im ersten Einlasskanal 11 minimal gehalten. Auch wird in diesem Betriebsbereich die Öffnung des dritten Steuerventils 30 (längs der Linie D in Fig. 39) durch die Gaspedalbetätigung α gesteuert. Das dritte Steuerventil 30 ist, wie in Fig. 39 gezeigt, auch während des Leerlaufs in einem gewissen Ausmaß geöffnet.
Auch bei der Maschine 1 nach dieser Ausführungsform öffnet sich, wenn das Einlassventil 13 am Ende des vorhergehenden Zyklus geschlossen und der Kompressionshub begonnen wird, das zweite Steuerventil 17, und Außenluft wird durch das Luftfilter 21 und das Luftströmungs-Messgerät 20 durch den zweiten Einlasskanal 15 dem geschlossenen Raum V im ersten Einlasskanal 11 zugeführt.
Wenn der Einlasshub des aktuellen Zyklus mit Öffnen des Einlassventils 13 und Schließen des Auslassventils 16 begonnen wird, wird das zweite Steuerventil 17 geschlossen, und Luft mit einem bestimmten Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist in dem geschlossenen Raum V enthalten. Das Gemisch wird, nachdem es dem Kompressionshub unterworfen wurde, in der Brennkammer S der Verbrennung unterzogen.
Bei dieser Ausführungsform wird, wie vorher beschrieben, da der Druck in dem geschlossenen Raum V etwa beim Atmosphärendruck gehalten wird, bevor das Einlassventil 13 sich öffnet, mindestens im Niedriglastbereich bei der Gaspedalbetätigung α, die gleich groß wie oder größer als α&sub0; ist, wie in Fig. 6 gezeigt, der Einlasshub etwa vom Umgebungsdruck aus begonnen. Als Ergebnis wird der Pumpverlust W&sub2; (man vergleiche Fig. 28) niedrig gehalten, der Maschinenwirkungsgrad erhöht und die Kraftstoff- Einsparung verbessert.
Wenn die Gaspedalbetätigung α den Wert α&sub0; überschreitet (α > a&sub0;), beginnt das erste Steuerventil 16 sich zu öffnen, wobei sich der Öffnungsgrad längs der Linie C in Fig. 17 proportional zur Gaspedalbetätigung α verändert. Mit anderen Worten, das erste Steuerventil 16 ist beispielsweise bei einer Gaspedalbetätigung αb im Mittel-Lastbereich nach Fig. 17 in der strichpunktiert gezeichneten Position (b), und bei Voll-Last ist das Ventil 16 weit geöffnet in der strichpunktiert gezeichneten Position (c) in Fig. 16. Deswegen ist bei Voll-Last der erste Einlasskanal 11 mit der Einlasskammer 19A verbunden, und die Außenluft wird während des Einlasshubes durch den ersten Einlasskanal 11 direkt in den Zylinder 2 eingeführt.
Auch kann bei dieser Ausführungsform der dritte Einlasskanal 70 so ausgelegt werden, wie es in Fig. 41 zur Beschleunigung der Kraftstoff-Verneblung gezeigt ist. In diesem Falle werden die Öffnungen des dritten Steuerventils 30 und des ersten Steuer ventils 16 und der Kolbenweg des variablen Volumen-Mechanismus 50 so mit Bezug auf die Gaspedalbetätigung gesteuert, wie es in Fig. 42 mit strichpunktierten Linien gezeigt ist.
Wenn ein variabler Kompressions-Mechanismus (hier nicht gezeigt. Für Details vergleiche man Tokkai Hei 4-241740) mit irgendeiner der vorstehend beschriebenen acht Ausführungen kombiniert wird, wird ein Druckanzeige-Schaubild erhalten, wie es in Fig. 40 gezeigt ist. Demgemäß wächst, während der Pumpverlust W&sub2; infolge der Erhöhung des Brennkammer-Volumens ΔV um einen kleinen Zuwachs ΔW&sub2; ansteigt, die Arbeit W&sub1; um einen Zuwachs ΔW&sub1; an, mit einem Zunahmeverhältnis, das höher als das des Zuwachses ΔW&sub2; ist. Als Ergebnis steigt die Arbeit W&sub1; in dem durch die Gleichung (1) ausgedrückten Schaubild an, und der thermische Wirkungsgrad η, der durch die Gleichung (2) errechnet wird, wächst an, so dass die Kraftstoff-Einsparung weiter verbessert wird.
Die achtzehnte Ausführungsform dieser Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 44 bis 47 beschrieben. Fig. 44 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer Grundstruktur eines Einlass-Steuersystems der achtzehnten Ausführungsform dieser Erfindung. Fig. 45 ist eine grafische Darstellung, die die Änderungen der Laufwege der ersten Steuerventile und der Öffnungsdauer des zweiten Steuerventils zeigt, jeweils auf die Gaspedalbetätigung bezogen. Fig. 46 ist ein Schaubild, das die Änderungen in den Öffnungsflächen des Einlassventils, des Auslassventils und des zweiten Steuerventils zeigt, bezogen auf die Gaspedalbetätigung. Fig. 47 ist ein Druckanzeige-Schaubild der Maschine bei Niedriglast.
Das Einlass-Steuersystem dieser Ausführungsform ist eine Abwandlung der ersten (zehnten ?) Ausführungsform, bei der die Öffnungsdauer des zweiten Steuerventils 17 zumindest bei Niedriglast entsprechend der Gaspedalbetätigungsgröße erhöht oder erniedrigt wird. Deshalb sind in Fig. 44 Teile, die denen in Fig. 23 gleichen, mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nachfolgend beschrieben.
In Fig. 44 sind eine Steuerung 60, ein Gaspedalbetätigungs-Erfassungsmittel 61 und ein Kurbelwellendrehwinkel-Erfassungsmittel 62 gezeigt. Das zweite Steuerventil 17 wird bei dieser Ausführungsform durch einen Elektromagneten 63 geöffnet bzw. geschlossen.
Während der thermische Wirkungsgrad der Maschine 1 auch in dieser Ausführungsform mit dem gleichen Effekt verbessert wird, wie bei der ersten Ausführung, wird die Öffnungsdauer des zweiten Steuerventils 17 bezüglich der Gaspedalbetätigung α so gesteuert, dass sie der Linie F in Fig. 45 folgt, insbesondere im Niedriglastbereich (dem Betriebsbereich vor der Öffnung des ersten Steuerventils 16), wo die Gaspedalbetätigung α gleich oder kleiner als α&sub0; ist (α ≤ α&sub0;).
Mit anderen Worten: Signale einer Gaspedalbetätigung α, die durch das Gaspedalbetätigungs-Erfassungsmittel 61 erfasst werden, und ein Kurbelwellen-Drehwinkel Θ, der durch das Kurbelwellendrehwinkel-Erfassungsmittel 62 erfasst wird, werden der Steuerung 60 eingegeben. Die Steuerung 60 sendet, nachdem das Einlassventil 13 gemäß Fig. 46 geschlossen ist, ein Steuersignal an das Magnetventil 63 zum Öffnen des zweiten Steuerventils 17 während einer Zeitlänge (der dem Kurbelwellen-Drehwinkel ΔΘ in Fig. 46 entsprechenden Zeitlänge), die der gegenwärtigen Gaspedalbetätigung α entspricht. In Fig. 46 zeigt der Linienzug G die Änderung der Öffnungsfläche des zweiten Steuerventils 17 mit Antrieb durch den Elektromagneten 63 bei dieser Ausführungsform.
Fig. 46 zeigt die Änderung des Druckes P in dem geschlossenen Raum V nach Öffnen des zweiten Steuerventils 17, wenn die Gaspedalbetätigung α den Wert α&sub0; hat. Hier ist die Öffnungszeitlänge des zweiten Steuerventils 17 so festgesetzt, dass das zweite Steuerventil 17 geschlossen wird, wenn der Druck P in dem geschlossenen Raum V den Maximalwert Vmax erreicht.
Durch Steuern der Öffnungszeitlänge des zweiten Steuerventils 17 in der eben beschriebenen Form kann der Druck zu Beginn des Einlasshubes positiv gehalten werden, wie in Fig. 47 gezeigt, wenn die Gaspedalbetätigung α den Wert α&sub0; hat. Das führt dazu, dass der Pumpverlust W&sub2; weiter verringert, der Wirkungsgrad der Maschine 1 weiter verbessert und die Kraftstoff-Einsparung ebenfalls weiter verbessert werden kann.
Es kann auch in den Mittel- und Hochlastbereichen, wo die Beschleunigerbetätigung α den Wert α&sub0; übersteigt (α > α&sub0;), so eingerichtet werden, dass die Öffnungszeitlänge des zweiten Steuerventils 17 konstant an dem Wert gehalten wird, wo die Gaspedalbetätigung α den Wert α&sub0;, hat, oder längs der gestrichelten Linie F' in Fig. 45 geändert wird.
Auch in dieser Ausführungsform kann der dritte Einlasskanal 70 so angeordnet werden, wie es Fig. 44 zeigt, um die Kraftstoffverneblung zu beschleunigen. In diesem Falle werden die Öffnungen des dritten Steuerventils 30 und des ersten Steuerventils 16 und der Kolbenweg des variablen Volumen-Mechanismus 50, bezogen auf die Gaspedalbetätigung α, so gesteuert, wie es in Fig. 45 strichpunktiert gezeigt ist.
Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, wird zumindest bei Niedriglast der Druck an der Zustromseite des Einlassventils ungefähr auf Umgebungsdruck gehalten, bevor das Einlassventil geöffnet wird, da das zweite Steuerventil geöffnet ist, während das Einlassventil geschlossen wird, und Außenluft mit etwa Umgebungsdruck durch den zweiten Einlasskanal in den geschlossenen Raum zwischen dem ersten Steuermittel und dem Einlassventil zugeführt wird. Als Ergebnis wird der Pumpverlust verringert, der thermische Wirkungsgrad der Maschine erhöht und die Kraftstoff-Einsparung verbessert.
Die dem ersten Einlasskanal in einem Niedriglastzustand vor der Ansteuerung des ersten Steuerventils zugeführte Außenluftmenge wird mittels des dritten Steuerventils gemäß der Gaspedalbetätigung erhöht oder vermindert. Daraus ergibt sich, dass auch dann, wenn der Minimalwert des geschlossenen Raumes aus strukturellen Gründen nicht klein genug gehalten werden kann, bevor das erste Steuerventil in dem Niedriglastbereich einschließlich Leerlauf angesteuert wird, verhindert wird, dass die Menge der dem geschlossenen Raum zugeführten Luft außerordentlich groß wird, und die Menge der der Brennkammer zugeführten Luft wird optimiert.
Darüberhinaus wird zusätzlich zu dem wie vorher beschrieben erzielten Effekt ein Effekt des weiteren Herabsetzens des Pumpverlustes erreicht durch Erhöhen des Einlassdrucks zum Beginn des Einlasshubes, da es möglich ist, es so einzurichten, dass das zweite Steuerventil geschlossen ist, wenn der Druck der zugeführten Außenluft beim Öffnen des zweiten Steuerventils zu dem geschlossenen Raum in dem ersten Einlasskanal einen maximalen (positiven) Wert erreicht.
Nachdem das zweite Steuerventil geschlossen ist, wird das Einlassventil geöffnet, und das Gemisch in dem geschlossenen Raum wird in den Zylinder eingezogen, Kraftstoff wird von dem Kraftstoff-Einspritzgerät in den geschlossenen Raum eingespritzt, wo Niederdruckgemisch vor dem Öffnen des zweiten Steuerventils verbleibt. Nachdem der eingespritzte Kraftstoff und das verbleibende Gemisch miteinander gemischt werden und ein fettes Gemisch erzeugt wird, wird das zweite Steuerventil geöffnet und Außenluft von etwa Umgebungsdruck in den geschlossenen Raum eingeführt. Als Ergebnis werden die zuerst eingeführte Luft und das Gemisch miteinander vermischt und einer raschen adiabatischen Komprimierung durch die aufeinanderfolgend eingeführte Luft unterworfen. Als Ergebnis steigt die Temperatur des Gemisches an, um den Effekt zu vollbringen, dass die Verdampfung des Kraftstoffs in dem Gemisch beschleunigt und der thermische Wirkungsgrad verbessert wird.
Weiter wird Außenluft durch den dritten Einlasskanal eingeführt, während Kraftstoff von dem Kraftstoff-Einspritzgerät eingespritzt wird. Hier herrscht ein großer Unterdruck in dem geschlossenen Raum vor. Da in dem Außenluft-Auslassabschnitt des dritten Einlasskanals der eingezogene Abschnitt vorgesehen ist, wird Außenluft mit hoher Geschwindigkeit zu dem Kraftstoff-Einspritzabschnitt geblasen und beschleunigt die Kraftstoff-Verneblung. Dadurch wird bewirkt, dass die Kraftstoff- Verdampfung durch den eben beschriebenen raschen Temperatur anstieg weiter beschleunigt und der Verbrennungs-Wirkungsgrad weiter erhöht wird.
Da das vierte Steuerventil in einem Ausmaß geöffnet wird, das einem bestimmten Kurbelwellen-Drehwinkel entspricht, wird der erfindungsgemäße Effekt nach Anspruch 1 (das Verbessern des thermischen Wirkungsgrades der Maschine durch Minimieren des Pumpverlusts) aufrecht erhalten, während zusätzlich der Effekt des Verbesserns des thermischen Wirkungsgrades durch Beschleunigen der Kraftstoff-Verdampfung erreicht wird.
Schließlich wird ein Effekt erhalten, dass verhindert wird, dass sich die vollständige Verneblung bei niedriger Maschinentemperatur verschlechtert, dass das Starten der Maschine bei kalter Umgebung erleichtert und das Reinigen von Abgas-Emissionen bei einem Kaltstart verbessert wird.

Claims

1. Viertakt-Brennkraftmaschine, die umfasst:

einen Zylinder (2) mit einer Zylinderbohrung, in der ein Kolben (3) zur Bestimmung einer Brennkammer gleitbar aufgenommen ist,

eine Einlasskanal-Anordnung (11, 15) zum Zuführen von Luft in die Brennkammer und eine Auslasskanal-Anordnung (12) zum Entlassen von Verbrennungsgas von der Brennkammer,

mindestens ein Einlassventil (13) und ein Auslassventil (14) zum Öffnen und Verschließen der Verbindung der Einlass- und der Auslasskanal-Anordnungen (11, 15; 12) mit der Brennkammer,

wobei die Einlasskanal-Anordnung (11, 15) mit einem zweiten, zustromseitig von dem Einlassventil (13) angeordneten Steuerventilmittel (17) versehen ist, um die Einlasskanal- Anordnung (11, 15) zumindest teilweise zu öffnen und zu schließen,

welches zweite Steuerventilmittel (17) im wesentlichen antizyklisch mit Bezug auf das Einlassventil (13) geöffnet und geschlossen wird, d. h. das zweite Steuerventilmittel (17) geöffnet wird, wenn das Einlassventil (13) geschlossen wird, und geschlossen wird, wenn das Einlassventil (13) geöffnet wird,

ein erstes Steuerventilmittel (16, 50) vorgesehen ist, um das Volumen eines Abschnittes (V) der Einlasskanal-Anordnung (11, 15) zustromseitig von dem Einlassventil (13) und abstromseitig von dem zweiten Steuerventilmittel (17) zu verändern,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Einlasskanal-Anordnung einen ersten Einlasskanal (11), der mit der Brennkammer über das Einlassventil (13) verbunden ist, und einen zweiten Einlasskanal (15) umfasst, der mit dem ersten Einlasskanal (11) zustromseitig von dem Einlassventil (13) verbunden ist,

das zweite Steuerventilmittel (17) zum Öffnen und Schließen des in den ersten Einlasskanal (11) mündenden zweiten Einlasskanals (15) vorgesehen ist,

das erste Steuerventilmittel (16) vorgesehen ist, um das Volumen des Abschnittes (V) des ersten Einlasskanals (11), der die Verbindung desselben mit dem zweiten Einlasskanal (15) enthält, in Reaktion auf eine Gaspedalbetätigung zum Steuern der Maschine zu verändern,

das erste Steuerventilmittel (16) zwischen Positionen (a) zum Bestimmen eines niedrigen Volumens des Abschnittes (V) des ersten Einlasskanals (11) für Niedrig-Last-Bedingungen der Maschine, Positionen (b) zum Bestimmen eines großen Volumens des Einlasskanal-Abschnittes (V) für Zwischen- Last-Bedingungen der Maschine, und einer Position (c) zum Verbinden des ersten Einlasskanals (11) mit der Umgebung parallel zu dem zweiten Einlasskanal (15) oder für das Verbinden des ersten Einlasskanals (11) mit einer ersten Einlasskammer (19A) verstellbar ist, während der zweite Einlasskanal (15) sich mit einer separaten zweiten Einlasskammer (19B) verbindet, für Hoch-Last-Bedingungen der Maschine.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens unter Niedrig-Last-Betriebsbedingungen das zweite Steuerventilmittel (17) in seiner geschlossenen Position ist, wenn das Einlassventil (13) offen ist, und entweder konstant oder während eines einem vorgegebenen Kurbelwellen-Drehwinkel (Δθ) entsprechenden Zeitabschnittes in seiner geöffneten Position ist, wenn das Einlassventil (13) geschlossen ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Steuerventilmittel ein durch eine Einlass- Nockenwelle (7) betätigtes Tellerventil (17) enthält.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Steuerventil ein durch einen Elektromagneten (63) in Reaktion auf eine Gaspedalbetätigung zum Steuern der Maschine betätigtes Steuerventil (17) enthält.

5. Brennkraftmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung (60) vorgesehen ist zum Einstellen der Öffnungszeitlänge des zweiten Steuerventilmittels (17) mindestens unter Niedrig-Last- Bedingungen der Maschine in Reaktion auf die Gaspedalbetätigung.

6. Brennkraftmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Steuerventilmittel ein Kolbenventilmittel (16) enthält, das in dem ersten Einlasskanal (11) zwischen Positionen (a, b) gleitbar ist, die unerschiedlichen Volumen des Einlasskanal-Abschnitts (V) zwischen dem Einlassventil (13) und dem Kolbenventilmittel (16) entsprechen, und einer Position (c), die den ersten Einlasskanal (11) mit der Umgebung parallel zu dem zweiten Einlasskanal (15) verbindet.

7. Brennkraftmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Steuerventilmittel (16) ein Vielzahl von Drosselventilen (16A, 16B, 16C) enthält, die in Reihe in dem ersten Einlasskanal (11) zustromseitig von der Verbindung desselben mit dem zweiten Einlasskanal (15) angeordnet sind, wobei jedes Drosselventil (16a, 16b, 16c) ausgelegt ist, den ersten Einlasskanal (11) in Reaktion auf eine Gaspedalbetätigung zum Steuern der Maschine zu öffnen und zu schließen.

8. Brennkraftmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Steuerventilmittel einen Kolbenmechanismus (50) zum Verändern des Volumens des Einlasskanal-Abschnitts (V), in welchem der erste Einlasskanal (11) mit dem zweiten Einlasskanal (15) verbunden ist, und ein in dem ersten Einlasskanal (11) zustromseitig von dem Kolbenmechanismus (50) angeordnetes Drosselventil (16) enthält.

9. Brennkraftmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Steuerventilmittel ein Dreh-Steuerventil (16) enthält.

10. Brennkraftmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes Steuerventil (30) in dem zweiten Einlasskanal (15) zustromseitig von dem zweiten Steuerventilmittel (17) zum Steuern der Luftströmung durch den zweiten Einlasskanal (15) in Reaktion auf die Gaspedalbetätigung zum Steuern der Maschine vorgesehen ist.

11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Steuerventil (30) in den Niedrig-Last- Bereich der Maschine in Abhängigkeit von der Gaspedalbetätigung zwischen einer dem Leerlauf-Zustand der Maschine entsprechenden teilweise geöffneten Position und einer dem Übergang vom Niedrig-Last-Bereich zu dem Zwischen-Last- Bereich der Maschine entsprechenden voll geöffneten Position einstellbar ist.

12. Brennkraftmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kraftstoff-Einspritzgerät (18) vorgesehen ist, um Kraftstoff zustromseitig von dem Einlassventil (13) in die Einlasskanal-Anordnung (11, 15) einzuspritzen.

13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoff-Einspritzgerät (18) dem ersten Einlasskanal (11) zugeordnet ist, um Kraftstoff abstromseitig von dem ersten Steuerventilmittel (17) in denselben einzuspritzen.

14. Brennkraftmaschine nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung (60) vorgesehen ist, um das Kraftstoff-Einspritzgerät (18) mindestens während Niedrig-Last-Betriebsbedingungen zum Einspritzen von Kraftstoff zu steuern, wenn das Einlassventil (13) und das zweite Steuerventilmittel (17) in ihren Schließpositionen sind.

15. Brennkraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kraftstoff-Einspritzzeitlänge des Kraft stoff-Einspritzgeräts in Reaktion auf die Maschinenlast eingestellt wird.

16. Brennkraftmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Einlasskanal (70) vorgesehen ist, um Einlassluft zu einem Kraftstoff-Einspritzabschnitt (18) des Kraftstoff-Einspritzgeräts (18) zuzuführen.

17. Brennkraftmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Einlasskanal (70) an seinem Ende an dem Kraftstoff-Einspritzgerät (18) mit einer Düse versehen ist.

18. Brennkraftmaschine nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein viertes Steuerventil (71) in dem dritten Einlasskanal (70) vorgesehen ist, um den Luftstroms dort hindurch zu steuern.

19. Brennkraftmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Steuerventil (71) durch die Einlass- Nockenwelle (7) betätigt wird.

20. Brennkraftmaschine nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Steuerventil (71) während einen Zeitraum geöffnet wird, der einem vorgegebenen Kurbelwellen-Drehwinkel entspricht, wenn das Einlassventil (13) sich in seiner geschlossenen Position befindet und bevor das zweite Steuerventilmittel (17) in seiner geöffneten Position ist.

21. Brennkraftmaschine nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine an einem Elektromagneten zum Betätigen des vierten Steuerventils (71) angeschlossene Steuereinheit vorgesehen ist, um die Öffnungszeitlänge und die Zeitgabe des vierten Steuerventils (71) entsprechend dem Betrieb des Kraftstoff-Einspritzgeräts (18) zu steuern.

22. Brennkraftmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperatur-Steuereinheit vorgesehen ist, um das vierte Steuerventil (71) zu öffnen, wenn eine Maschinenkühlmittel-Temperatur sich unter einem vorgegebenen Wert befindet, und das vierte Steuerventil (71) zu schließen, wenn die Kühlmittel-Temperatur höher als der vorgegebene Wert ist.