DE10219273A1

DE10219273A1 - Vorrichtung zur Ladungswechselsteuerung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10219273A1
Application number: DE2002119273
Authority: DE
Inventors: Johannes Leweux; Hubert Schnuepke; Joachim Schommers; Dietmar Schroeer
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2003-11-13

Abstract

Eine Vorrichtung zur Ladungswechselsteuerung für eine Brennkraftmaschine, welche wenigstens einen Zylinder, in dem ein Kolben eine Oszillationsbewegung ausführt, und wenigstens einen in den Zylinder mündenden Einlaßkanal aufweist, welcher gegenüber dem Zylinder mittels eines Einlaßventils verschließbar ist, weist ein in dem Einlaßkanal angeordnetes, wenigstens eine Klappe aufweisendes Steuerelement zum Verringern des Querschnitts des Einlaßkanals auf. Die Klappe ist in ihrer den Einlaßkanal freigebenden Öffnungsstellung von einem ersten Elektromagneten gehalten. Die Klappe ist in einer den Querschnitt des Einlaßkanals verringernden Geschlossenstellung von einem zweiten Elektromagneten gehalten. Die Öffnungsrichtung der wenigstens einen Klappe ist der Haupt-Strömungsrichtung innerhalb des Einlaßkanals entgegen gerichtet. An der wenigstens einen Klappe greift wenigstens mittelbar eine Federeinrichtung an, durch welche die wenigstens eine Klappe in ihre Öffnungsstellung bringbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ladungswechselsteuerung für eine Brennkraftmaschine nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der DE 199 08 435 A1 bekannt. Mittels der dort beschriebenen Vorrichtung zur Impulsaufladung, die im wesentlichen aus zwei symmetrisch zueinanander angeordneten und den Querschnitt des Einlaßkanals verschließenden Klappen mit zugehörigen, die Klappen steuernden Magneten besteht, ist es in begrenztem Umfang möglich, verschiedene Ladungszustände bzw. Betriebsarten der Brennkraftmaschine einzustellen.
Insbesondere ist mit der dort dargestellten Vorrichtung ein Absperren des Einlaßkanals bei stärkerer Einlaßströmung durch den Einlaßkanal in Richtung des Zylinders nicht möglich, was die praktische Anwendbarkeit dieser Vorrichtung stark beschränkt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Ladungswechselsteuerung für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, welche mit einer ähnlich simplen Konstruktion in der Lage ist, verschiedene andere Betriebsarten der Brennkraftmaschine zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Dadurch, daß erfindungsgemäß die Öffnungsrichtung der wenigstens einen Klappe entgegen der Strömungsrichtung in dem Einlaßkanal verläuft, ist es sehr einfach, die Klappe auch dann zu schließen, wenn eine sehr starke Strömung in dem Einlaßkanal anliegt, da diese Strömung die Schließbewegung der Klappe unterstützt. Dadurch ist es mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise möglich, bei Brennkraftmaschinen eine drosselfreie bzw. drosselarme Laststeuerung oder, bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen, das sogenannte Miller- Verfahren durchzuführen. Vorteilhafterweise kann dies zu erheblichen Kraftstoffeinsparungen und Verbesserungen der Abgasqualität sowohl bei nach dem Otto- als auch bei nach dem Diesel-Prinzip arbeitenden Brennkraftmaschinen führen.
Dadurch, daß das Schließen der Klappe erfindungsgemäß gegen die in Öffnungsrichtung wirkende Federeinrichtung erfolgt, ist im Zusammenspiel mit den die Klappe in der jeweiligen Offen- bzw. Geschlossen-Stellung haltenden Elektromagneten eine sehr zeitgenaue Ansteuerung der Klappe und somit ein entsprechend feinfühliges Betreiben der Brennkraftmaschine möglich.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.
Die einzige Figur zeigt eine äußerst schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einem Einlaßkanal und einem darin angeordneten Steuerelement.
Eine sehr schematisch dargestellte Brennkraftmaschine 1 weist einen Zylinder 2 und einen darin angeordneten, in an sich bekannter Weise eine Oszillationsbewegung ausführenden Kolben 3 auf, welcher über eine Pleuel 4 an einer Kurbelwelle 5 angebracht ist. Selbstverständlich ist es möglich, daß die Brennkraftmaschine 1 eine beliebige Anzahl an Zylindern 2 aufweist und nicht nur einen, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel.
Oberhalb des Kolbens 3 weist der Zylinder 2 einen Brennraum 6 auf, in dem in an sich bekannter Weise ein Auslaßventil 7 und ein Einlaßventil 8 als Gaswechselventile angeordnet sind. Das Einlaßventil 8 ist in der Lage, die Einströmung von Luft oder einem Kraftstoff-Luft-Gemisch über einen Einlaßkanal 9 in den Brennraum 6 durch das Einnehmen einer entsprechenden Stellung zu erlauben bzw. zu verhindern. Hierzu kann eine nicht dargestellte, jedoch an sich bekannte Ventilsteuerung vorgesehen sein. Die Luft bzw. das Kraftstoff-Luft-Gemisch strömt innerhalb des Einlaßkanals 9 in einer mit "S" bezeichneten Haupt-Strömungsrichtung.
In dem Einlaßkanal 9 ist ein zusätzliches Steuerelement 10 angeordnet, welches unabhängig von dem Einlaßventil 8 in der Lage ist, den Querschnitt des Einlaßkanals 9 zu verringern bzw. vollständig zu verschließen. Das Steuerelement 10 weist im vorliegenden Fall zwei Klappen 11 auf, die an jeweiligen Drehachsen 12 an der Wandung des Einlaßkanals 9 gelenkig und symmetrisch zueinander angeordnet sind. Die Klappen 11 können zwei Stellungen einnehmen, nämlich eine mittels der durchgezogenen Linie dargestellte Offenstellung und eine durch gestrichelte Linien angedeutete Geschlossenstellung, in welcher sie den Einlaßkanal 9 vollständig schließen.
In der Offenstellung werden die Klappen 11 von jeweiligen ersten Elektromagneten 13 gehalten. Ebenso sind auch für das Verbleiben der Klappen 11 in ihrer Geschlossenstellung jeweilige zweite Elektromagnete 14 vorgesehen.
Die beiden Elektromagneten 13 und 14 einer jeweiligen Klappe 11 können dabei Teil eines einzigen Elektromagneten sein. Da sich die Klappen 11 stets entweder in ihrer Offen- oder ihrer Geschlossenstellung befinden müssen und dieses Zusammenfassen der beiden Elektromagneten 13 und 14 eine entsprechende Regelung vereinfacht, ist dies eine aus praktischen Gründen zu bevorzugende Lösung.
Sobald die Elektromagnete 14 abgeschaltet werden, werden die Klappen 11 mittels jeweiliger als Drehfedern 15 ausgebildeter Federelemente selbsttätig in ihre Offenstellung gedrückt. Die Öffnungsrichtung der Klappen 11 verläuft entgegen der Haupt- Strömungsrichtung S in dem Einlaßkanal 9, wozu Drehfedern 15 mit einer entsprechend hohen Federkonstante verwendet werden, um ein entsprechend sicheres Öffnen der Klappen 11 zu ermöglichen. Sobald die Klappen 11 in ihrer Offenstellung angekommen sind, werden sie dort durch die Elektromagneten 13 gehalten und gelangen, bei entsprechendem Ausschalten der Elektromagnete 13 aufgrund des Einwirkens der Strömung, wieder in ihre Geschlossenstellung, wo sie von den Elektromagneten 14 festgehalten werden. In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, daß die Klappen 11 derart ausgestaltet sind, daß die Hauptströmung innerhalb des Einlaßkanals 9 ein erhöhtes Drehmoment in Schließrichtung auf die Klappen 11 ausübt. Für das Ein- und Ausschalten der Elektromagnete 13 und 14 kann eine nicht dargestellte Steuereinrichtung eingesetzt werden.
Auf die beschriebene Art und Weise ist insbesondere durch bezogen auf den Zündzeitpunkt frühes Schließen des Steuerelements 10 eine drosselfreie bzw. drosselarme Laststeuerung der Brennkraftmaschine 1 möglich und es kann bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen 1 das sogenannte Miller-Verfahren durchgeführt werden.
Im vorliegenden Fall stützen sich die Drehfedern 15 einerseits an der Drehachse 12 und andererseits an der Klappe 11 ab, wobei selbstverständlich auch eine mittelbare Anordnung von Federelementen zum Ansteuern der Klappen 11 denkbar ist. Entgegen der dargestellten Ausführungsform könnte auch lediglich eine Klappe 11 vorgesehen sein, die beispielsweise den gesamten Querschnitt des Einlaßkanals 9 abdecken könnte.
Falls die Klappen 11 wieder geöffnet werden sollen, so werden die Elektromagnete 14 ausgeschaltet und die Drehfedern 15 befördern die Klappen 11 wieder in ihre Offenstellung. Falls in Strömungsrichtung hinter den Klappen 11 ein Unterdruck herrscht, so stellt dies kein Problem für die beschriebene Wirkungsweise des Steuerelements 10 dar, weil ein solcher Unterdruck nach dem Öffnen des Einlaßventils 8 in kürzester Zeit abgebaut ist. Sollten sich dennoch an sich nicht zu erwartende Probleme bezüglich eines solchen Unterdrucks ergeben, so wäre es durchaus möglich, die Dichtheit, mit der die Klappen 11 an den Elektromagneten 14 anliegen, so zu verringern, daß die Drehfedern 15 wieder in der Lage wären, die Klappen 11 problemlos zu öffnen. In diesem Fall würden die Klappen 11 in ihrer Geschlossenstellung mit einer definierten Undichtigkeit an dem zweiten Elektromagneten 14 anliegen.

Claims

1. Vorrichtung zur Ladungswechselsteuerung für eine Brennkraftmaschine, welche wenigstens einen Zylinder, in dem ein Kolben eine Oszillationsbewegung ausführt, und wenigstens einen in den Zylinder mündenden Einlaßkanal aufweist, welcher gegenüber dem Zylinder mittels eines Einlaßventils verschließbar ist, mit einem in dem Einlaßkanal angeordneten, wenigstens eine Klappe aufweisenden Steuerelement zum Verringern des Querschnitts des Einlaßkanals, wobei die Klappe in ihrer den Einlaßkanal freigebenden Öffnungsstellung von einem ersten Elektromagneten gehalten ist, und wobei die Klappe in einer den Querschnitt des Einlaßkanals verringernden Geschlossenstellung von einem zweiten Elektromagneten gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsrichtung der wenigstens einen Klappe (11) der Haupt-Strömungsrichtung (S) innerhalb des Einlaßkanals (9) entgegen gerichtet ist, und daß an der wenigstens einen Klappe (11) wenigstens mittelbar eine Federeinrichtung (15) angreift, durch welche die wenigstens eine Klappe (11) in ihre Öffnungsstellung bringbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Klappe (11) über eine Drehachse (12) an einer Wandung des Einlaßkanals (9) drehbar gelagert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (15) sich einerseits an der Drehachse (12) und andererseits an der wenigstens einen Klappe (11) abstützt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (10) zwei Klappen (11) aufweist, welche in ihrer Geschlossenstellung jeweils wenigsten annähernd die Hälfte des Querschnitts des Einlaßkanals (9) abdecken.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für jede der beiden Klappen (11) separate Elektromagnete (13, 14) vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Klappe (11) in ihrer Geschlossenstellung mit einer definierten Undichtigkeit an dem zweiten Elektromagneten (14) anliegt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Klappe (11) derart ausgestaltet ist, daß die Hauptströmung innerhalb des Einlaßkanals (9) ein erhöhtes Drehmoment in Schließrichtung auf die wenigstens eine Klappe (11) ausübt.