DE19827301A1

DE19827301A1 - Device for control of gas exchange in combustion chamber of internal combustion engine

Info

Publication number: DE19827301A1
Application number: DE19827301A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Thiel; Hermann Baeumel
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1998-06-19
Publication date: 1999-12-23

Abstract

A rotatable disc(30) covers the cylinder head face area in form-fitting fashion. The disc has a rotational axis(20), and at least one cut-out(31a-31c) which is movable by rotation of the disc to open and close the inlet(13a-13c) and exhaust(14a-14c) holes. The cylinder head face area and face of the disc covering it are constructed plane-parallel. A disc-form distribution component(10) has one face side forming the cylinder head face area and an opposite face side with two annular recesses with one forming a gas inlet passage connected to the inlet holes and the other forming a gas exhaust passage connected to the exhaust holes.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung des Gaswechsels in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for controlling the gas exchange in a combustion chamber of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

Bei einem derartigen Motor wird die Gaszufuhr und Gasabfuhr üblicherwei se mittels mehrerer durch eine Nockenwelle betätigter Ventile gesteuert, die zu bestimmten, durch den Drehwinkel der Motorachse vorgegebenen Zeitpunkten geöffnet und geschlossen werden. Mit einer derartigen Ventil steuerung ist der Kraftstoffverbrauch nicht lastabhängig optimierbar.With such an engine, the gas supply and gas discharge are usually carried out controlled by means of several valves actuated by a camshaft, those determined by the angle of rotation of the motor axis Times to be opened and closed. With such a valve control, fuel consumption cannot be optimized depending on the load.

Bei einem Verbrennungsmotor mit elektromagnetisch betätigten Ventilen lassen sich die Zeitpunkte, zu denen die Ventile geöffnet und geschlossen werden, unabhängig vom Drehwinkel der Motorachse vorgeben und der Kraftstoffverbrauch läßt sich somit dynamisch optimieren. Der wesentliche Nachteil einer derartigen elektromagnetischen Ventilsteuerung liegt in dem hohen Stromverbrauch der zur Betätigung der Ventile erforderlichen elek tromagnetischen Aktuatoren und in den aufwendigen Steuermitteln zur Ansteuerung der Aktuatoren.In an internal combustion engine with electromagnetically operated valves the times at which the valves are opened and closed are specified, regardless of the angle of rotation of the motor axis and the Fuel consumption can thus be optimized dynamically. The essential The disadvantage of such an electromagnetic valve control is that high power consumption of the elec tromagnetic actuators and in the complex control means for Actuation of the actuators.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, anzugeben, die einfach herstellbar ist und die in Verbindung mit einem elektronischen Motorsteuergerät eine Optimierung der Motorleistung, des Kraftstoffverbrauchs und des Schad stoffausstoßes ermöglicht. The invention has for its object a device according to the The preamble of claim 1 to be specified, which is easy to manufacture and the one in connection with an electronic engine control unit Optimizing engine performance, fuel consumption and damage fabric ejection enables.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentan spruchs 1 gelöst, Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen erge ben sich aus den Unteransprüchen.The task is characterized by the characterizing features of the patent Proverb 1 solved, advantageous refinements and developments ben from the subclaims.

Erfindungsgemäß ist weist jede Brennkammer des Verbrennungsmotors im Zylinderkopfbereich einen Zylinderkopfflächenbereich auf, in dem minde stens eine Einlaßöffnung zur Gaszufuhr und mindestens eine Auslaßöffnung zur Gasabfuhr vorgesehen sind. Die Gaszufuhr, d. h, die Zufuhr des Arbeits gases (Luft-Kraftstoff-Mischung), und die Gasabfuhr, d. h, Abgasabfuhr, wird mittels einer den Zylinderkopfflächenbereich formschlüssig bedeckenden Rotationsscheibe gesteuert. Diese ist um eine Rotationsachse drehbar und weist mindestens eine Aussparung auf, welche zum Öffnen und Schließen der mindestens einen Einlaß- und/oder Auslaßöffnung durch Drehung um die Rotationsachse über die zu öffnende bzw. zu schließende Einlaß- und/oder Auslaßöffnung hinweg bewegt wird.According to the invention, each combustion chamber of the internal combustion engine has Cylinder head area a cylinder head area in which min least an inlet opening for gas supply and at least one outlet opening are provided for gas removal. The gas supply, i.e. h, the supply of work gases (air-fuel mixture), and gas discharge, d. h, exhaust gas removal, will by means of a form-fitting covering of the cylinder head surface area Rotation disc controlled. This is rotatable about an axis of rotation has at least one recess, which for opening and closing by rotating the at least one inlet and / or outlet opening the axis of rotation over the opening or closing inlet and / or outlet opening is moved away.

Der Zylinderkopfflächenbereich und die an dieser an liegende Fläche der Rotationsscheibe sind rotationssymmetrisch, insbesondere eben, ausge führt.The cylinder head surface area and the surface lying on it Rotating disks are rotationally symmetrical, especially flat leads.

Um hinsichtlich des Verbrennungsvorgangs eine optimale Verteilung des Kraftstoffs in der Brennkammer zu gewährleisten, weist die Verteilerein richtung vorzugsweise mehrere Einlaßöffnungen auf, vorteilhafterweise weist sie auch mehrere Auslaßöffnungen auf, da das Abgas dann mit gerin gem Kraftaufwand aus der Brennkammer abführbar ist.In order to achieve an optimal distribution of the The distributor has instructions to ensure fuel in the combustion chamber direction preferably several inlet openings, advantageously it also has several outlet openings, since the exhaust gas is then reduced can be removed from the combustion chamber according to the effort.

Die Rotationsscheibe wird vorzugsweise durch eine elektrische Antriebsvor richtung angetrieben d. h. um ihre Rotationsachse gedreht. Die Zeitpunkte, zu denen die Einlaß- und Auslaßöffnungen geöffnet und geschlossen wer den lassen sich somit elektronisch steuern, so daß die Verbrennung hinsicht lich der Motorleistung, des Kraftstoffverbrauchs und des Schadstoffaussto ßes dynamisch optimierbar ist.The rotary disc is preferably driven by an electric drive direction driven d. H. rotated around its axis of rotation. The times to which the inlet and outlet openings are opened and closed they can thus be controlled electronically so that the combustion is a concern engine performance, fuel consumption and pollutant emissions ßes is dynamically optimizable.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist im Zylinderkopfbereich der Brenn kammer eine Verteilereinrichtung mit einem scheibenförmigen Verteiler vorgesehen. Der Verteiler weist dabei eine erste Oberflächenseite auf, die den Zylinderkopfflächenbereich mit den Einlaß- und Auslaßöffnungen bil det, sowie eine dieser gegenüberliegende zweite Oberflächenseite mit zwei ringförmig verlaufenden Vertiefungen, von denen die eine einen mit den Einlaßöffnungen verbundenen Einlaßkanal zur Gaszufuhr bildet und die an dere einen mit den Auslaßöffnungen verbundenen Auslaßkanal zur Gasab fuhr bildet.In an advantageous embodiment, the combustion is in the cylinder head area chamber a distributor device with a disc-shaped distributor intended. The distributor has a first surface side, the the cylinder head surface area with the intake and exhaust ports bil det, as well as a second surface side opposite this with two annular depressions, of which one with the Inlet openings connected to the gas supply forms the gas supply one with the outlet openings connected to the gas outlet drove forms.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben. Es zeigen:The invention is described below using an exemplary embodiment Described in more detail with reference to the figures. Show it:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Brennkammer mit einer erfin dungsgemäßen Verteilereinrichtung, Fig. 1 is a schematic representation of a combustion chamber with an OF INVENTION to the invention distribution device,

Fig. 2 eine Ansicht der Verteilereinrichtung aus Fig. 1 in Explosions darstellung, Fig. 2 is a view of the manifold of FIG. 1 in exploded view,

Fig. 3 eine weitere Ansicht der Verteilereinrichtung aus Fig. 1 in Explosionsdarstellung. Fig. 3 is another view of the manifold of FIG. 1 in an exploded view.

Gemäß Fig. 1 weist eine Brennkammer 100 des Verbrennungsmotors in einem dem Kolben 150 gegenüberliegenden Bereich des Zylinderkopfteils 110 eine Verteilereinrichtung 1 auf, mit welcher die Zufuhr des zu verbren nenden Arbeitsgases (Luft-Kraftstoff-Mischung) von der Kraftstoffzuleitung 130 zur Brennkammer 100 und die Abfuhr des verbrannten Arbeitsgases (Abgas) von der Brennkammer 100 zur Abgasableitung 140 gesteuert wird, Die Verteilereinrichtung 1 ist hierzu über eine Antriebswelle 160 mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung 120 verbunden.According to Fig. 1 comprises a combustion chamber 100 of the internal combustion engine in a piston 150 opposite portion of the cylinder head portion 110, a distribution device 1 on to which the supply of the to Burn nenden working gas (air-fuel mixture) of the fuel supply line 130 to the combustor 100 and Removal of the burned working gas (exhaust gas) from the combustion chamber 100 to the exhaust gas discharge line 140 is controlled. For this purpose, the distributor device 1 is connected to an electrical drive device 120 via a drive shaft 160 .

Gemäß Fig. 2 umfaßt die Verteilereinrichtung 1 einen scheibenförmigen Verteiler 10 mit einer ersten Oberflächenseite 15 und einer dieser gegen überliegenden zweiten Oberflächenseite 16, eine die erste Oberflächensei ten 15 des Verteilers 10 formschlüssig bedeckende und um eine Rotations achse 20 drehbare Rotationsscheibe 30, ein die Rotationsscheibe 30 umfas sendes Gehäuseteil 40 und eine auf die zweite Oberflächenseite 16 des Ver teilers 10 aufgesetzte Abdeckvorrichtung 50. Die erste Oberflächenseite 15 bildet dabei einen ebenen Zylinderkopfflächenbereich mit mehreren Ein laßöffnungen 13a, 13b, 13c zur Gaszufuhr und mit mehreren Auslaßöffnun gen 14a, 14b, 14c zur Gasabfuhr. In der Rotationsscheibe 30 sind mehrere gleichmäßig voneinander beabstandete Aussparungen 31a, 31b, 31c vorge sehen, die je nach Position der Rotationsscheibe 30 entweder über den Ein laßöffnungen 13a, 13b, 13c. über den Auslaßöffnungen 14a, 14b, 14c oder über keiner der Einlaß-/Auslaßöffnungen 13a. . .13c, 14a. . .14c liegen. Durch Drehen der Rotationsscheibe 30 lassen sich somit die Einlaßöffnungen 13a, 13b, 13c und die Auslaßöffnungen 14a, 14b, 14c öffnen und schließen. Die Rotationsscheibe 30 wird über die Antriebswelle 160 durch die Antriebsvor richtung 120 angetrieben; sie ist mit geringem Bewegungsspiel in axialer Richtung bewegbar, so daß sie bei geschlossenen Einlaß- und Auslaßöffnun gen 13a. . .13c, 14a. . .14c und bei zunehmendem Druck in der Brennkam mer 100 gegen den Verteiler 10 gepreßt wird, was zu einer Erhöhung der Schließwirkung führt.Referring to FIG. 2, the distribution device 1 comprises a disk-shaped manifold 10 having a first surface side 15 and one of the second opposite surface side 16, a first Oberflächensei th 15 of the manifold 10 form-fitting covering and around a rotation axis 20 rotating rotation disk 30, a rotation disc 30 comprising transmitting housing part 40 and a cover device 50 placed on the second surface side 16 of the distributor 10 . The first surface side 15 forms a flat cylinder head surface area with a plurality of inlet openings 13 a, 13 b, 13 c for gas supply and with a plurality of outlet openings 14 a, 14 b, 14 c for gas discharge. In the rotary disc 30 are several evenly spaced recesses 31 a, 31 b, 31 c see easily, depending on the position of the rotary disc 30 either through the A openings 13 a, 13 b, 13 c. over the outlet openings 14 a, 14 b, 14 c or over none of the inlet / outlet openings 13 a. . . 13 c, 14 a. . . 14 c lie. By rotating the rotary disk 30 , the inlet openings 13 a, 13 b, 13 c and the outlet openings 14 a, 14 b, 14 c can thus be opened and closed. The rotary disc 30 is driven via the drive shaft 160 by the Antriebsvor direction 120 ; it can be moved with little movement in the axial direction, so that it is closed with inlet and outlet openings 13 a. . . 13 c, 14 a. . . 14 c and with increasing pressure in the Brennkam mer 100 is pressed against the distributor 10 , which leads to an increase in the closing effect.

Gemäß Fig. 3 weist das zur Lagerung der Rotationsscheibe 30 vorgesehene Gehäuseteil 40 einen die Rotationsscheibe 30 aufnehmenden Hohlraum 42 und mehrere vom Hohlraum 42 radial durch das Gehäuseteil 40 durchge hende Aussparungen 41a, 41b auf, Durch diese Aussparungen 41a, 41b wird das Arbeitsgas der Brennkammer zugeführt bzw. aus der Brennkammer ab geführt. Zudem ist aus Fig. 3 ersichtlich, daß der Verteiler 10 auf der der Rotationsscheibe 30 gegenüberliegenden zweiten Oberflächenseite 16 zwei ringförmig verlaufende Vertiefungen 11, 12 aufweist, von denen die eine einen Einlaßkanal 11 zur Gaszufuhr und die andere einen Auslaßkanal 12 zur Gasabfuhr bildet. Der Auslaßkanal 12 ist über eine in der Abdeckvorrichtung so vorgesehene erste Öffnung 51a mit der in Fig. 1 gezeigten Abgasablei tung 140 verbunden. Ferner ist der Einlaßkanal 11 über eine zweite Öffnung 51a der Abdeckvorrichtung 50 mit der Kraftstoffzuleitung 130 und über eine dritte Öffnung 51c der Abdeckvorrichtung 50 mit einer in Fig. 1 nicht ge zeigten Abgasrückführleitung verbunden, über welche verbrauchtes Ar beitsgas zur Steuerung des Verbrennungsvorgangs der Brennkammer zuge führt wird. Die in dieser Ansicht nicht sichtbaren Einlaßöffnungen 13a, 13b, 13c und Auslaßöffnungen 14a, 14b, 14c verlaufen in axialer Richtung durch den Verteiler 10 und enden auf der der Abdeckvorrichtung 50 zugewandten Seite in dem Einlaßkanal 11 bzw. Auslaßkanal 12.Referring to FIG. 3, the envisaged for supporting the rotary disc 30 housing part 40 includes a rotation disc 30 receiving cavity 42 and a plurality of radially Runaway from the cavity 42 through the housing part 40 rising recesses 41 a, 41 b, through these recesses 41 a, 41 b the working gas supplied to the combustion chamber or out of the combustion chamber. Furthermore 3 is seen from FIG. That the distributor 10 on the rotation disk 30 opposite second surface side 16 two annularly extending recesses 11, 12, of which one has an inlet channel 11 forms the gas supply and the other an outlet duct 12 for gas discharge. The exhaust port 12 is connected via a so provided in the capping first opening 51a to that shown in Fig. 1 Abgasablei tung 140 is connected. Furthermore, the inlet channel 11 is connected via a second opening 51 a of the cover device 50 to the fuel feed line 130 and via a third opening 51 c of the cover device 50 to an exhaust gas recirculation line not shown in FIG. 1, via which spent gas is used to control the combustion process of the Combustion chamber is fed. The inlet openings 13 a, 13 b, 13 c and outlet openings 14 a, 14 b, 14 c, which are not visible in this view, extend in the axial direction through the distributor 10 and end on the side facing the covering device 50 in the inlet duct 11 and outlet duct 12 .

Im vorliegenden Beispiel ist die Abdeckvorrichtung 50 zylinderförmig aus geführt. Denkbar sind jedoch auch Abdeckvorrichtungen, bei denen der Verteiler 10 oder die Rotationsscheibe 30 direkt auf den in Fig. 1 gezeigten Zylinderkopfteil 110 aufgesetzt ist, so daß der Zylinderkopfteil 110 eine den Verteilereinrichtungen sämtlicher Brennkammern des Verbrennungsmotors gemeinsame Abdeckvorrichtung bildet. In the present example, the cover device 50 is made cylindrical. However, cover devices are also conceivable in which the distributor 10 or the rotary disk 30 is placed directly on the cylinder head part 110 shown in FIG. 1, so that the cylinder head part 110 forms a cover device common to the distributor devices of all combustion chambers of the internal combustion engine.

Ferner wird die Rotationsscheibe 30 im vorliegenden Beispiel durch eine elektrische Antriebsvorrichtung angetrieben, denkbar ist jedoch auch ein mechanischer Antrieb, der die Drehbewegung des Verbrennungsmotors in eine Drehbewegung der Rotationsscheibe 30 umsetzt.Furthermore, the rotary disc 30 is driven in the present example by an electric drive device, but a mechanical drive is also conceivable, which converts the rotary movement of the internal combustion engine into a rotary movement of the rotary disc 30 .

Des weiteren wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel die zur Verbren nung erforderliche Luft-Kraftstoff-Mischung der Brennkammer als Arbeits gas zugeführt. Denkbar ist auch eine in bekannter weise durchzuführende direkte Einspritzung des Kraftstoffes in die Brennkammer; in diesem Fall wird der Brennkammer als Arbeitsgas Luft zugeführt.Furthermore, in the present exemplary embodiment, that for burning required air-fuel mixture of the combustion chamber as working gas supplied. A method to be carried out in a known manner is also conceivable direct injection of fuel into the combustion chamber; in this case air is supplied to the combustion chamber as the working gas.

Claims

1. Device for controlling the gas exchange in a combustion chamber ( 100 ) of an internal combustion engine, wherein in the combustion chamber ( 100 ) a cylinder head surface area ( 15 ) with at least one inlet opening ( 13 a... 13 c) for gas supply and at least one outlet opening ( 14 a... 14 c) is provided for gas removal, characterized in that a rotating disc ( 30 ) which covers the cylinder head surface area ( 15 ) in a form-fitting manner, is rotatable about an axis of rotation ( 20 ) and has at least one recess ( 31 a. 31 c) has.., which for opening and closing the at least one inlet and / or outlet opening (13 a... 13 c, 14 a... 14 c) this is movable by rotation of the rotary disc (30).

2. Device according to claim 1, characterized in that the cylinder head surface area ( 15 ) and this form-fitting covering surface of the rotary disc ( 30 ) are flat.

3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the cylinder head region ( 110 ) of the combustion chamber ( 100 ) a Ver distributor device ( 1 ) with a disk-shaped distributor ( 10 ) is provided, the distributor ( 10 ) one of the cylinder head surface area ( 15 ) forming first surface side and an opposite second surface side ( 16 ) with two annular recesses ( 11 , 12 ), one of which ver with the (s) inlet opening (s) ( 13 a... 13 c) bound inlet duct ( 11 ) for gas supply and the other forms an outlet duct ( 12 ) connected to the outlet opening (s) ( 14 a... 14 c) for gas discharge.

4. The device according to claim 3, characterized in that the distributor device ( 1 ) has a housing part ( 40 ) for mounting the rotary disc ( 30 ), the housing part ( 40 ) having a rotary disc ( 30 ) on the cavity ( 42 ) and several of the cavity ( 42 ) through the Ge housing part ( 40 ) through recesses ( 41 a, 41 b).

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that an electric drive device ( 2 ) for rotating the rotary disc ( 30 ) is provided.