DE10133942A1 - Verfahren zur Steuerung der Brennluftzufuhr eines Verbrennungsmotors und Zusatzventilanordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Bei einem Verbrennungsmotor mit zumindest einer Brennkammer mit mindestens einem Einlaßventil und einem diesen zugeordneten Einlaßkanal (14) für Brennluft wird durch ein Zusatzventil (10) im Einlaßkanal (14) während der Öffnungsdauer des Einlaßventils die Brennluftzufuhr zur Brennkammer während des Saughubs wahlweise vorzeitig abgebrochen oder erst gegen Ende des Saughubs ermöglicht oder in zwei Phasen derart freigegeben, daß eine erste Einströmphase in der ersten Hälfte der Öffnungsdauer des Einlaßventils und eine zweite Phase im letzten Viertel der Öffnungsdauer stattfindet. Dabei wird die Bewegung des Ventilkörpers (17) des Zusatzventils (10) von der jeweils vorherrschenden Gasströmung unterstützt. Der Ventilkörper ist entweder als außermittig gelagerte Drehkappe ausgebildet, die in einer einer Mittellage der Drehklappe (19) zugeordneten Schließposition (B) den Querschnitt des Einlaßkanals schließt und aus dieser Schließposition (B) in einem ersten Drehsinn in eine erste, den Einströmkanal freigebende Öffnungsposition (A) und im entgegengesetzten Drehsinn in eine zweite Öffnungsposition (C) bewegbar ist. Es können aber auch zwei jeweils zwischen einer Schließposition und einer Öffnungsposition bewegliche Drehklappen vorgesehen sein, deren jede jeweils durch eine ansteuerbare Rückhalteeinrichtung zeitweilig festhaltbar ist, wobei die Bewegung der Klappen zwischen Schließ- und Öffnungsposition in entgegengesetztem Drehsinn erfolgt. Vorzugsweise sind diese zwei ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Brennluftzufuhr eines Verbrennungs­ motors mit zumindest einer Brennkammer mit mindestens einem Einlaßventil und einem diesem zugeordneten Einlaßkanal für Brennluft, bei welchem durch eine stromauf vom Zusatzventil im Einlaßkanal befindliche Zusatzventilanordnung während der Öffnungsdauer des Einlaßventils die Brennluftzufuhr wahlweise derart gesteuert wird, daß die Brennluft­ zufuhr zur Brennkammer während des Saughubs vorzeitig abgebrochen oder erst gegen Ende des Saughubs ermöglicht oder in zwei Phasen derart freigegeben wird, daß eine erste Einströmphase etwa in der ersten Hälfte der Öffnungsdauer des Einlaßventils und eine zweite Phase etwa im letzten Viertel der Öffnungsdauer stattfindet, sowie ein Zusatzventil zur Durchführung dieses Verfahrens.

Entsprechende Verfahren zur Steuerung der Brennluftzufuhr sind bekannt. Die Steuerung der Brennluftzufuhr durch ein Zusatzventil ist aus der DE 37 37 824 C2, die Ausbildung des Ventilkörpers des Zusatzventils als drehbare Rückschlagklappe ist beispielsweise aus der DE 37 37 828 C2 bekannt. Eine außermittig gelagerte, verschwenkbare Ventilklappe zeigt die DE 196 00 501 A1.

Bei der sequentiellen Lufteinbringung wird die Luftzufuhr in den Brennraum im Bereich des unteren Totpunkts durch ein Taktventil kurz unterbrochen. Weil dabei die Flugzeit des Ventilkörpers kurz sein muß, sind Beschleunigung, Bremskräfte und Energieverbrauch des die Luftzufuhr unterbrechenden, meist elektrisch betätigten Ventils hoch und entsprechend hoch sind Kosten, Gewicht und Volumen des Antriebs. Insbesondere das Bauvolumen des Antriebs kann bei den meist beschränkten Platzverhältnissen ernsthafte Schwierigkeiten bei der Anwendung des Verfahrens verursachen. Der hohe Energieverbrauch führt außerdem zur Aufheizung der Bauteile und der Steuerungsaufwand ist erheblich. Bei Aufladung und Wärmeladung mit gesteuerten Rückschlagventilen ist der Aufwand wesentlich geringer, die Anwendungsbreite ist aber gegenüber der Sequentiellen Lufteinbringung deutlich einge­ schränkt.

Es besteht deshalb die Aufgabe, das eingangs beschriebene Verfahren, das das komplette, Spektrum der Sequentiellen Lufteinbringung ermöglicht, so auszugestalten, daß der bauliche Aufwand für den Antrieb des Zusatzventils und die Energiekosten drastisch reduziert werden und die Flugzeiten des Ventilkörpers zur weiteren Verbesserung der Effizienz und zur Erweiterung der Anwendung auch auf den Bereich hoher Motordrehzahlen verkürzt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 die Erfindung bei dem eingangs beschriebenen Verfahren darin, daß die Ventilkörperbewe­ gung des Zusatzventils von der jeweils vorherrschenden Gasströmung unterstützt wird.

Die Erfindung macht sich zunutze, daß im Einlaßkanal im Bereich des Zusatzventils Druckunterschiede auftreten, die sich entsprechend dem jeweiligen Verfahrensabschnitt verändern und die zur Beschleunigung der Öffnungs- und Schließbewegungen des Ventil­ körpers genutzt werden können und einen beachtlichen Energiebeitrag zur schnellen Bewegung des Ventilkörpers erbringen, so daß sich entsprechend die vom Ventilantrieb aufzubringende Bewegungsenergie reduziert, mit entsprechender Auswirkung auf Bauvolu­ men, Kosten und Ventilgeschwindigkeit. Da die Druckunterschiede je nach Verfahrens­ weise und/oder Verfahrensphase in unterschiedlicher Richtung wirksam werden können, kann die aus diesen Druckunterschieden resultierende Gasströmung dann nicht in allen Fällen unterstützend für die Bewegung des Ventilkörpers eingesetzt werden, wenn gemäß dem Stand der Technik nur ein als Rückschlagklappe ausgebildeter Ventilkörper vor­ gesehen ist, der sich nur in einer Richtung öffnen kann.

Zur Durchführung des Verfahrens wird deshalb erfindungsgemäß nach einer ersten Varian­ te eine Zusatzventilanordnung mit einer außermittig gelagerten, in einer Schließstellung den Querschnitt des Einlaßkanals schließenden Drehklappe derart ausgebildet, daß die Schließstellung einer Mittellage der Drehklappe zugeordnet ist und die Drehklappe jeweils aus dieser Schließstellung in einem ersten Drehsinn in eine erste, den Einströmkanal freigebende Öffnungsstellung und im entgegengesetzten Drehsinn in eine zweite Öffnungs­ stellung bewegbar ist. Diese Ventilanordnung kann sich in zwei entgegengesetzten Rich­ tungen öffnen und schließen und dabei jeweils durch die vorherrschende Gasströmung unterstützt werden. Diese Unterstützung wird somit bei allen denkbaren Anwendungsfällen wirksam.

Die Verwendung einer die Schließstellung nach beiden Seiten überschreitenden Dreh­ klappe kann gegebenenfalls Leistungsverluste infolge von Dichtungsproblemen verursa­ chen. Eine zweite erfindungsgemäße Variante der Zusatzventilanordnung vermeidet dieses Problem und ist trotzdem für alle denkbaren Verfahrensweisen bei der Lufteinbringung anwendbar, wobei die Bewegung des Ventilkörpers in Übereinstimmung mit dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren durch die jeweils vorherrschende Gasströmung unterstützt wird.

Diese zweite Variante geht aus von einer Zusatzventilanordnung mit einer ersten, zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsposition hin und her beweglichen, in der Schließposition einen Strömungsquerschnitt des Einlaßkanals schließenden Drehklappe, die in Schließpo­ sition an einer Anschlagfläche anliegt und durch eine ansteuerbare Rückhalteeinrichtung zeitweilig festhaltbar ist. Die gestellte Aufgabe löst sie dadurch, daß der Einlaßkanal in zwei parallele Zweige aufgeteilt ist, daß die erste Drehklappe im ersten Zweig und im zweiten Zweig eine zweite Drehklappe in gleicher Weise, jedoch mit entgegengesetztem Drehsinn zwischen Schließ- und Öffnungsposition, angeordnet ist. Dabei sind vorzugsweise die beiden Zweige in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.

Sind zur Brennluftzufuhr zu einer Brennkammer wenigstens zwei Einlaßventile und zwei diesen Einlaßventilen zugeordnete Einlaßkanäle vorgesehen, ist nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung jedem der Einlaßkanäle einer der Zweige zugeordnet. Es kann aber auch jeder der Einlaßkanäle mit zwei Zweigen versehen sein. Dabei können der jeweilige Ein­ satzzweck des Verbrennungsmotors und die vorzugsweise anzuwendenden Ladeverfahren berücksichtigt werden.

Wesentliche Vorteile der erfindungsgemäßen Ventilanordnung lassen sich auch bei einer weiteren Ausführungsvariante nutzen, die ebenfalls von einer Zusatzventilanordnung ausgeht, die eine erste, zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsposition hin und her bewegliche, in der Schließposition einen Strömungsquerschnitt des Einlaßkanals schließen­ de Drehklappe aufweist, die in Schließposition an einer Anschlagfläche anliegt und durch eine ansteuerbare Rückhalteeinrichtung zeitweilig festhaltbar ist und bei der im Einlaßkanal in Strömungsrichtung auf diese erste Drehklappe eine ebenso angeordnete zweite Dreh­ klappe folgt, deren Drehsinn zwischen Schließ- und Öffnungsposition entgegengesetzt zu dem der ersten Drehklappe gerichtet ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß auch der Öffnungsposition der Dreh­ klappen eine ansteuerbare Rückhalteeinrichtung zugeordnet ist.

Im Interesse einer möglichst kurzen Umschaltzeit der Zusatzventilanordnung be­ steht eine weitere vorteilhafte Ausführungsform darin, dass der Drehwinkel der Drehklappen ein spitzer Winkel ist.

Um jederzeit eine Notabschaltung des Motors vornehmen zu können, besteht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung darin, dass der Durchflussquerschnitt des Ventils in jeder Betriebssituation durch eine separate Ansteuerung wenigstens einer Ventil­ klappe sperrbar ist.

In einer vorteilhaften Ausführungsform verfügt die Ventilklappe über eine über ihre Drehachse wirkende elektromechanisch betriebene Sperre, wobei vorzugsweise die elektromechanische Sperre geeignet ist, die Klappenbewegung auf die gewünschte Endposition einzubremsen, bevor sie die Bewegung sperrt.

Die erfindungsgemäße Zusatzventilanordnung kann bei der Erhöhung oder der Reduzie­ rung der Luftmenge oder bei der Temperaturänderung der Luft eingesetzt werden. Bei der Erhöhung der Luftmenge kann es bei Saugmotoren oder Ladermotoren mit Schwing­ saugrohr zur dynamischen Aufladung eingesetzt werden, wobei ein einmaliges oder ein zweimaliges Öffnen des Einlaßkanals möglich ist. Es kann bei Otto-Ladermotoren und Diesel-Ladermotoren zur Nachladung und Steuerung der Frischluft- und Laderluftzufuhr eingesetzt werden. Es kann bei allen Motoren zur Reduzierung der Luftmenge in Verbin­ dung mit Abgas-Schichtung, Entdrosselung und Zylinderabschaltung verwendet werden, sowie bei Otto-Saug- und -Ladermotoren zur Entdrosselung durch frühes Einlaß-Schließen. Es eignet sich zudem zur Temperaturänderung bei Otto- und Diesel-Ladermotoren durch Kälteladung und Entspannen gekühlter Ladeluft, sowie bei allen Motoren durch Wärmela­ dung mit sehr später Einlaß-Öffnung.

Anhand der nun folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der erfindungs­ gemäßen Zusatzventilanordnung wird die Erfindung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1a einen schematischen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Zusatzventilanordnung nach der ersten Variante, die in dem zur Brennkammer eines Verbrennungsmotors führenden Einlaßkanal dem Einlaßventil vorgeschaltet ist und sich in einer ersten Öffnungsposition befindet,

Fig. 1b die in Fig. 1a gezeigte Zusatzventilanordnung in ihrer Schließposition,

Fig. 1c die in Fig. 1a gezeigte Zusatzventilanordnung in einer zweiten Öffnungs­ position,

Fig. 2a eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zusatzventilanord­ nung nach der ersten Variante in der Fig. 1a entsprechenden Öffnungs­ position,

Fig. 2b die Anordnung nach Fig. 2a in der Fig. 1b entsprechenden Schließposition,

Fig. 2c die Anordnung nach Fig. 2a in einer Fig. 1c entsprechenden Öffnungs­ position.

Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch eine Zusatzventilanordnung nach der zweiten Variante und

Fig. 4 einen schematischen Schnitt durch eine weitere mögliche Zusatzventil­ anordnung nach der zweiten Variante.

Die Fig. 1a bis 2c zeigen die Zusatzventilanordnung 10 in einer solchen Position, daß das der Brennkammer über das Einlaßventil zuzuführende Gas die Zusatzventilanordnung von links nach rechts durchströmt.

Die Zusatzventilanordnung 10 in den Fig. 1a bis 1c besitzt ein Gehäuse 12, das einen Abschnitt des Einlaßkanals 14 umschließt, in dem als Ventilkörper eine mit einer Achswelle 18 verbundene Drehklappe 16 verschwenkbar gelagert ist. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1a bis 1c ist die Drehklappe 16 einseitig mit der Achswelle 18 verbunden, die am Rand des Einlaßkanals 14 angeordnet ist. Die erste Öffnungsposition A, die Schließposition B und die zweite Öffnungsstellung C der Drehklappe 16 ist durch die Position markiert, die in diesen Stellungen die von der Achswelle 18 entfernte Kante der Drehklappe 16 einnimmt. In den beiden Öffnungspositionen A und C liegt die Drehklappe 16 an der Seite des Einlaßkanals 14 an, an der die Achswelle 18 gelagert ist. Zwischen beiden Öffnungs­ positionen beschreibt die Drehklappe 16 einen Winkel von 180°. Mittig zwischen beiden Öffnungspositionen befindet sich die Schließposition B.

Die radiale Länge der Drehklappe 16 ist größer als der Abstand zwischen der Achswelle 18 und der ihr gegenüberliegenden Seite des Einlaßkanals 14, so daß dieser mit einer zur Achswelle 18 konzentrischen Hüllfläche 20 ausgewölbt ist, die sich zwischen zwei Steuer kanten 22 und 24 erstreckt, die um den gleichen Drehwinkel von der Schließposition B entfernt sind und einen Schließsektor α begrenzen. Innerhalb dieses Schließsektors α liegt die Kante der Drehklappe 16 an der Hüllfläche 20 an, so daß erst nach dem Überschreiten einer der Steuerkanten 22 oder 24 in Richtung auf die Öffnungsposition der Durchflußquer­ schnitt durch den Einlaßkanal 14 geöffnet wird. Der vom Schließsektor eingenommene Winkel ist von der jeweiligen Verfahrensweise abhängig und kann gegebenenfalls auch wesentlich kleiner gewählt werden als dargestellt. Durch einen größeren Winkel kann die Brems- bzw. Beschleunigungsenergie erhöht werden, die nach dem Schließen bzw. vor dem Öffnen zur Verfügung steht.

Zwischen den in den Fig. 1a bis 1c mit A und C bezeichneten Positionen kann das Gehäu­ se 12 taschenartig wesentlich stärker vertieft sein als dargestellt, so daß beispielsweise die Bewegung der Drehklappe 16 erst beim Erreichen der Öffnungsposition A oder C verzögert werden muß, ohne daß eine Kollisionsgefahr besteht.

Die Ausführungsform nach den. Fig. 2a bis 2c unterscheidet sich von der ersten Aus­ führungsform nur dadurch, daß die Drehklappe 17 durch die Achswelle 18 in einen radial längeren Abschnitt 17' und einen radial kürzeren Abschnitt 17" unterteilt wird, so daß sich die Achswelle 18 mit einem radialen Abstand von den einander quer zur Achswelle 18 gegenüberliegenden Seitenwänden des Einlaßkanals 14 erstreckt, die beide eine Hüllfläche 20' bzw. 20" aufweisen, die mit der entsprechenden Kante der Drehklappenabschnitte 17' bzw. 17" zusammenwirken, um den Einlaßkanal 14 im Bereich des Schließsektors α geschlossen zu halten. Die Hüllfläche 20' wird dabei von Steuerkanten 22' und 24', die Hüllfläche 20" von Steuerkanten 22" und 24" begrenzt.

Der Achswelle 18 ist ein Antrieb zugeordnet, beispielsweise ein elektrischer Antrieb. In den Positionen A, B und C, zumindest aber den Positionen A und B, ist die Drehklappe in steuerbarer Weise arretierbar. Gegebenenfalls kann zumindest ein Teil der bei der Verzö­ gerung der Bewegung der Ventilklappe 16 bzw. 17 anfallenden Bremsenergie gespeichert und für die nächste Beschleunigung nutzbar gemacht werden. Dies kann beispielsweise durch eine Feder und/oder durch Umschaltung des Antriebs von Motorbetrieb auf Genera­ torbetrieb geschehen.

Von den Einsatzmöglichkeiten des Zusatzventils sind besonders drei wesentliche Ladungs­ wechselverfahren hervorzuheben:

• - früher Einlaßschluß als Maßnahme vorwiegend zur drosselfreien Laststeuerung bei Benzinmotoren,
• - sehr spätes Einlaßöffnen vorwiegend als Maßnahme zur Wärmeladung beim Kalt­ start,
• - sequentielle Lufteinbringung bzw. Ladungswechsel mit zwei aufeinanderfolgenden Einströmphasen zur dynamischen Aufladung bei niedrigen Drehzahlen.

Die letztere Betriebsvariante ist eine Kombination der beiden zuerst genannten Varianten und wird nachfolgend in einer beispielsweisen Ausführungsform näher erläutert, da sich dadurch alle Ventilbewegungen und die sie unterstützenden Gasströmungen beschreiben lassen.

Vor Beginn des Saughubs sind das Einlaßventil der Brennkammer und die Zusatzventil­ anordnung 10 geschlossen, die Drehklappe 16 bzw. 17 befindet sich in der Position B. Der Bereich zwischen dem Einlaßventil und der Zusatzventilanordnung 10 wird nachfolgend als Ventilraum bezeichnet. In diesem Ventilraum befindet sich vor Beginn des Saughubs komprimierte Luft vom vorherigen Arbeitsspiel, wie später noch genauer beschrieben wird.

Unmittelbar vor Bewegungsbeginn (Einlaß öffnen) des Einlaßventils an der Brennkammer wird die Arretierung der sich in der Schließposition B befindenden Zusatzventilanordnung 10 (Fig. 1b, 2b) freigegeben. Die Drehklappe 16 bzw. 17 wir durch den Antrieb aus der Position B in Richtung auf die Öffnungsposition A bewegt, wobei die verdichtete Luft im Ventilraum diese Bewegung unterstützt, bis die Drehklappe 16 bzw. 17 die Steuerkante 22 passiert und der Einlaßkanal 14 schlagartig geöffnet und die Luftmenge ml freigegeben wird. Nunmehr wird von dem sich inzwischen gegen den unteren Totpunkt bewegenden Kolben der Brennkammer Luft angesaugt. Etwa 120°KW nach dem oberen Totpunkt des Kolbens startet der Antrieb die Schließbewegung des Zusatzventils 10 aus der Öffnungs­ position A (Fig. 1a, 2a). Die mit hoher Geschwindigkeit der Brennkammer zuströmende Luftmenge ml staut sich an der Drehklappe 16 bzw. 17 und beschleunigt deren Bewegung, bis die Drehklappe die Steuerkante 22 passiert. Der Staudruck stromauf von der Dreh­ klappe 16 bzw. 17 hält zunächst noch an. Im Brennraum wird durch die weitergehende Kolbenbewegung die eingeschlossene Luft expandiert und der Luftdruck auf die Dreh­ klappe 16 bzw. 17 wird zusätzlich erhöht. Andererseits wird bei der Annäherung der Dreh­ klappe 16 bzw. 17 an die Schließposition B die Drehklappe vom Antrieb abgebremst und in der Schließposition B festgehalten, wobei die Bremsenergie teilweise zurückgewonnen wird.

Der Unterdruck in der Brennkammer steigt, bis die Drehklappe 16 bzw. 17 von der Arretie­ rung freigegeben und vom Antrieb in Richtung auf die Öffnungsposition C bewegt wird, wobei der Antrieb durch den Unterdruck unterstützt wird. Sobald die Steuerkante 24 passiert wird, öffnet sich der Einströmkanal 14 schlagartig. Die Luftmasse m2 strömt mit hoher Geschwindigkeit ein und unterstützt ebenfalls die Bewegung der Drehklappe.

Bei der Annäherung an die Öffnungsposition C wird die Drehklappe 16 bzw. 17 vom Antrieb abgebremst, die einströmende Luft staut sich zunächst im Brennraum, wodurch Ladedruck aufgebaut wird. Schließlich beginnt die aufgestaute Luft in umgekehrter Richtung zu fließen und unterstützt dabei die Bewegung der Drehklappe 16 bzw. 17, die vom Antrieb wieder in die Schließposition B überführt wird und schließlich dort arretiert wird. Kurz danach schließt das Einlaßventil der Brennkammer, wodurch verdichtete Luft im Ventilraum eingeschlossen wird, die beim Beginn des nächsten Arbeitsspiels die Klappenbewegung von B nach A unterstützt.

Die Fig. 3 zeigt eine Zusatzventilanordnung 110 mit zwei Leitungszweigen 114a und 114b, die in einem gemeinsamen Gehäuse 112 zu einer Montagegruppe zusammengefaßt sein können. Die Strömungsrichtung zum Einlaßventil der Brennkammer verläuft in der Zeich­ nung von links nach rechts. Im Leitungszweig 114a ist um eine Achswelle 118a eine Drehklappe 116a verschwenkbar gelagert. Diese Klappe 116a liegt in ihrer Öffnungs­ stellung in einer Tasche 119a des Gehäuses 112, so daß die Durchströmung des Leitungs­ zweigs 114a unbehindert ist. Die Klappe 116a kann aus der geöffneten Stellung durch eine außerhalb des Gehäuses 112 angebrachte, nicht gezeigte Stellvorrichtung, etwa einen elektrischen Antrieb, um 45° im Uhrzeigersinn in die geschlossene Stellung überführt werden, in der sie an einer Anschlagfläche 121a anliegt. Die Öffnungsbewegung erfolgt im Gegenuhrzeigersinn ebenfalls durch den genannten Antrieb. Zur Unterstützung der Schließ­ bewegung kann eine Rückstellfeder vorgesehen sein. Außerdem wird die Drehklappe 116a durch eine Rückhalteeinrichtung, z. B. einen Elektromagneten, in der Schließstellung und gegebenenfalls durch einen weitere Rückhalteeinrichtung, wie einen weiteren Elektro­ magneten, in der Öffnungsstellung festgehalten, wobei z. B. durch Unterbrechung des Erregerstroms die Rückhalteeinrichtung zu jedem gewünschten Zeitpunkt wirkungslos gemacht werden kann. Statt elektromagnetischer Rückhalteeinrichtungen, die auch durch magnetische Verrastung innerhalb eines elektromagnetischen Drehantriebs realisierbar sind, können auch mechanische Vorrichtungen angewendet werden.

Im Leitungszweig 114b findet sich eine gleichartige Anordnung, wobei einander entspre­ chende Teile mit den gleichen Bezugszahlen wie im Leitungszweig 114a gekennzeichnet sind, jedoch mit dem Buchstaben "b". Der einzige Unterschied besteht darin, daß die Drehklappe 116b entgegen dem Uhrzeigersinn öffnet und im Uhrzeigersinn schließt.

Entsprechend den Beispielen in den Fig. 1a bis 2c sind die Stellungen der Klappe 116a durch die Buchstaben A und B1 und die Stellungen der Klappe 116b durch die Buchstaben B2 und C gekennzeichnet, woran man erkennt, daß die Zusatzventilanordnung der zweiten Variante nach Fig. 3 genau die gleichen Positionen einnehmen kann, wie die Ventilanord­ nung nach der ersten Variante und die Bewegungen der Ventilklappen 116a und 116b in gleicher Weise durch die jeweils vorherrschenden Druck- und/oder Strömungsverhältnisse im Einlaßkanal unterstützt werden.

Im Ruhezustand sind beide Drehklappen 116a und 116b geschlossen. Im Bereich zwi­ schen diesen Klappen und dem nicht gezeigten Einlaßventil am Verbrennungsraum herrscht ein leichter Überdruck. Dieser unterstützt nach deren Freigabe die Bewegung der Klappe 116a von B1 nach A, wodurch eine Einströmung von Ladeluft in die Brennkammer ermöglicht wird. Durch diese Strömung wird das spätere Schließen der Klappe 116a von A nach B1 unterstützt. Die Klappe 116a wird dann durch die Anschlagfläche 121a fest­ gehalten, die Klappe 116b durch die der Anschlagfläche 121b zugeordnete Rückhaltevor­ richtung. Es baut sich ein Unterdruck zwischen der Zusatzventileinrichtung 110 und dem Einlaßventil am Brennraum auf. Schließlich wird die Rückhaltevorrichtung außer Funktion gesetzt, die Klappe 116b öffnet sich von B2 nach C, die Impulsladung setzt ein und vor dem Rückströmen der Ladung wird die festgehaltene Klappe 116b freigegeben und kann sich von C wieder in die Schließstellung B2 zurückbewegen.

Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform zeigt die anhand der Fig. 3 bereits beschriebe­ nen beiden Klappen 116a und 116b, nun als 216a und 216b bezeichnet, in einem gemein­ sauren Strömungskanal in Abschnitten 214a und 214b in Strömungsrichtung aufeinan­ derfolgend. Auch bei dieser Anordnung ist angenommen, daß sich der Brennraum rechts von der dargestellten Ventilanordnung befindet. Eine Gasströmung zum Brennraum ist geeignet, das Schließen der Klappe 216a bzw. das Öffnen der Klappe 216b zu unter­ stützen, während eine Gasströmung aus dem Brennraum bzw. ein Überdruck im Leitungs­ abschnitt zwischen der gezeigten Ventilanordnung und dem Brennraum geeignet ist, das Schließen der Klappe 216b bzw. das Öffnen der Klappe 216a zu unterstützen, sofern die entsprechende Klappe zur Bewegung freigegeben ist.

Bei den Ventilanordnungen nach den Fig. 1 und 2 kann durch das Überführen der Ventil­ klappe in die Stellung B ein Nothalt des Motors erreicht werden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 genügt es ebenfalls, eine Klappe, vorzugsweise die Klappe 216a in die Schließstellung B1 zu überführen, um einen Nothalt zu bewirken. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 müssen beide Klappen 116a und 116b in die Schließstellung B1 bzw. B2 überführt werden, um die Luftzufuhr zum Motor zu unterbrechen.

Soweit in dieser Beschreibung der Begriff Luft verwendet wird, ist dies nicht einschränkend zu verstehen sondern steht allgemein für eine Gasmasse, die auch ein Gemisch aus Luft, Brennstoff und/oder rezirkuliertem Abgas sein kann.

Claims (14)

1. Verfahren zur Steuerung der Brennluftzufuhr eines Verbrennungsmotors mit zumindest einer Brennkammer, mindestens einem Einlaßventil und einem diesen zu­ geordneten Einlaßkanal (14; 114a, 114b) für Brennluft, bei welchem durch eine Zusatzventil­ anordnung (10; 110) im Einlaßkanal (14; 114a, 114b)) während der Öffnungsdauer des Einlaßventils die Brennluftzufuhr wahlweise derart gesteuert wird, daß die Brennluftzufuhr zur Brennkammer während des Saughubs vorzeitig abgebrochen oder erst gegen Ende des Saughubs ermöglicht oder in zwei Phasen derart freigegeben wird, daß eine erste Ein­ strömphase in der ersten Hälfte der Öffnungsdauer des Einlaßventils und eine zweite Phase im letzten Viertel der Öffnungsdauer stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Ventilkörpers (16; 17; 116a, 116b) des Zusatzventils (10; 110) von der jeweils vorherr­ schenden Gasströmung unterstützt wird.

2. Zusatzventilanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer außermittig gelagerten, in einer Schließposition (B) den Querschnitt des Einlaßkanal schließenden Drehklappe (16, 17), dadurch gekennzeichnet, daß die Schließposition (8) einer Mittellage der Drehklappe (16, 17) zugeordnet ist und die Drehklappe aus dieser Schließposition (B) in einem ersten Drehsinn in eine erste, den Einströmkanal freigebende Öffnungsposition (A) und im entgegengesetzten Drehsinn in eine zweite Öffnungsposition (C) bewegbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (12) in einem sich beiderseits der Schließposition (B) erstreckenden Schließsektor (α) eine der Drehklappe (16, 17) angepaßte Hüllfläche (20; 20', 20") aufweist, die durch eine Steuer­ kante (22, 24; 22', 24', 22", 24") begrenzt wird, derart, daß der Einlaßkanal geöffnet ist, sobald die Drehklappe (16, 17) auf dem Weg in eine Öffnungsposition (A, C) die Steuerkan­ te (22, 24; 22', 24', 22", 24") überschritten hat.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehklappe (16, 17) ein steuerbarer Antrieb zugeordnet ist, der geeignet ist, die Drehklappe (16, 17) aus jeder ihrer drei Positionen (A, B, C) in die verfahrenstechnisch gewünschte, benachbarte dieser drei Positionen zu bewegen und dort bis zur nächsten gewünschten Ventilbewegung festzuhalten.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb eine Einrichtung aufweist, die geeignet ist, zumindest einen Teil der Bremsenergie für die nächste Beschleunigung zu speichern.

6. Zusatzventilanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, reit einer ersten, zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsposition hin und her beweglichen, in der Schließposition (B) einen Strömungsquerschnitt (114a) des Einlaßkanals (114a, 114b) schließenden Drehklappe (116a), die in Schließposition an einer Anschlagfläche (121a) anliegt und durch eine ansteuerbare Rückhalteeinrichtung zeitweilig festhaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal in zwei parallele Zweige (114a, 114b) aufgeteilt ist, daß die erste Drehklappe (116a) im ersten Zweig (114a) und im zweiten Zweig (114b) eine zweite Drehklappe (116b) in gleicher Weise, jedoch mit entgegengesetztem Drehsinn zwischen Schließ- und Öffnungsposition, angeordnet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zweige (114a, 114b) in einem gemeinsamen Gehäuse (112) angeordnet sind.

8. Anordnung nach Anspruch 6 zur Brennluftzufuhr zu einer Brennkammer mit wenig­ stens zwei Einlaßventilen und zwei diesen Einlaßventilen zugeordneten Einlaßkanälen, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der Einlaßkanäle einer der Zweige (114a, 114b) zu­ geordnet ist.

9. Zusatzventilanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer ersten, zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsposition hin und her beweglichen, in der Schließposition (B) einen Strömungsquerschnitt (294a) des Einlaßkanals (214) schlie­ ßenden Drehklappe (216a), die in Schließposition an einer Anschlagfläche (221a) anliegt und durch eine ansteuerbare Rückhalteeinrichtung zeitweilig festhaltbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Einlaßkanal in Strömungsrichtung auf diese erste Drehklappe (216a) eine ebenso angeordnete zweite Drehklappe (216b) folgt, deren Drehsinn zwischen Schließ- und Öffnungsposition entgegengesetzt zu dem der ersten Drehklappe (216a) gerichtet ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Öffnungsposition der Drehklappen (116a, 116b; 216a, 216b) eine ansteuerbare Rück­ halteeinrichtung (125a, 125b; 225a, 225b) zugeordnet ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwinkel der Drehklappen (116a, 116b; 216a, 216b) ein spitzer Winkel ist.

12. Anordnung nach einem dere Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, dass der Durchflussquerschnitt (14; 114a, 114b; 214a, 214b) des Ventils in je­ der Betriebssituation durch eine separate Ansteuerung wenigstens einer Ventilklap­ pe (16; 17, 116b, 116; 216a, 216b) sperrbar ist.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilklappe (16; 17; 116, 116b; 216a, 216b) über eine über ihre Drehachse wirkende elektromechanisch betriebene Sperre verfügt.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elek­ tromechanische Sperre geeignet ist, die Klappenbewegung auf die gewünschte End­ position einzubremsen, bevor sie die Bewegung sperrt.