-
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer aus einem Ansaugrohr bestehenden Haupteinlaßkanalanordnung und einer Hilfseinlaßkanalanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der US-PS 43 15 489 bekannt. Auch bei der vorbekannten Vorrichtung kann der Öffnungszeitpunkt der zusätzlichen Ventilanordnung vorverlegt werden. Diese Maßnahme dient jedoch beim vorbekannten Stand der Technik nicht dazu, im Teillastbetrieb eine Druckabsenkung stromabwärts des Laders zu bezwecken, sondern hat vielmehr zur Aufgabe, in dieser Betriebsphase den Zünddruck zu verringern. Dies geschieht in erster Linie durch vorzeitiges Schließen der zusätzlichen Ventilanordnung. Demnach wird hiermit ein zusätzlicher Druckanstieg stromab des Laders in Kauf genommen. Die vorbekannte Brennkraftmaschine weist daher den Nachteil auf, daß im Teillastbetrieb des Motors zwischen dem Lader und der Drosselklappe ein erhöhter Druck vorhanden ist. Dieser erhöhte Druck in der Hilfseinlaßkanalanordnung bedingt eine höhere Belastung des Laders und damit des Motors selbst, insbesondere wenn der Lader von der Abtriebswelle des Motors oder von einem Elektromotor angetrieben wird.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Gattung zu schaffen, bei der ein im Teillastbetrieb durch den Lader bedingter Leistungsverlust der Brennkraftmaschine verringert ist.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Da der Öffnungszeitpunkt der weiteren Ventilanordnung bei einer Abnahme der Motorlast vorverlegt wird, erfolgt im Teillastbetrieb stromabwärts von dem Lader kein unerwünschter Anstieg des Druckes, und die Belastung des Laders wird nicht erhöht. Im Teillastbetrieb ist also der durch den Lader bedingte Leistungsverlust der Brennkraftmaschine verringert. Dies ist besonders vorteilhaft bei Ladersystemen, deren Lader von der Brennkraftmaschine oder von einem Elektromotor angetrieben wird. Überdies kann die Erfindung auch in günstiger Weise bei Ladermotoren angewendet werden, bei denen der Öffnungszeitpunkt der weiteren Ventilanordnung in Abhängigkeit von der Motordrehzahl gesteuert wird.
-
Aus der DE-OS 30 17 471 ist ein Verbrennungsmotor bekannt, bei dem das Einlaßsystem jedoch nur eine Haupteinlaßkanalanordnung, nicht jedoch eine Hilfseinlaßkanalanordnung aufweist, weshalb sich die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe überhaupt nicht stellt. Die DE-OS 30 17 471 lehrt die Zeitsteuerung eines Rotationsventils in Abhängigkeit von der Motorlast. Dabei soll die Ventilzeitsteuerung bei leichtem Motorlastbetrieb vorgestellt werden. Dieser Zweck der Ventilzeitsteuerung unterscheidet sich jedoch von der Ventilzeitsteuereinrichtung der Erfindung. Die Zeitsteuerung des Rotationsventils wird nämlich bei der vorbekannten Vorrichtung zu dem Zweck geändert, die überlappende Phase zwischen dem Rotationsventil und dem Einlaßventil zu ändern, wodurch das Einlaßgemisch gesteuert werden soll. Demgegenüber wird bei der Erfindung die Ventilzeitsteuerung der weiteren Ventilanordnung innerhalb der Öffnungsphase der Hilfseinlaßkanalanordnung gesteuert, wodurch die Öffnungszeitpunktsteuerung der Hilfseinlaßkanalanordnung bezüglich des Arbeitsraums allein durch die weitere Ventilanordnung bestimmt wird.
-
Aus der DE-OS 19 34 699 ist ein Zweiwegeinlaßsystem mit einer zugeordneten Drosselklappenanordnung bekannt. Eine Vorverdichtung in einem der Einlaßkanäle ist jedoch nicht vorgesehen.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. In diesen zeigen
-
Fig. 1 schematisch einen Motor nach einer Ausführungsform der Erfindung,
-
Fig. 2 im Schnitt das Zeitsteuerventil des Motors gemäß der Fig. 1,
-
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2,
-
Fig. 4 ein Blockschema einer Zeitsteuerschaltung für die Steuerung des Zeitsteuerventils,
-
Fig. 5a in einem Diagramm ein Beispiel einer von der Drehzahl des Motors abhängigen Steuerung des Ventilöffnungszeitpunktes,
-
Fig. 5b in einem Diagramm ein Beispiel einer von der Belastung des Motors abhängigen Steuerung des Ventilöffnungszeitpunktes,
-
Fig. 6 in einem Diagramm die Steuerung des Ventilöffnungszeitpunktes gemäß der Erfindung und
-
Fig. 7 in einem der Fig. 3 ähnlichen Schnitt eine andere Ausführungsform.
-
Der in der Fig. 1 gezeigte Verbrennungsmotor 1 besitzt einen Zylinder 2 und einen in diesem hin- und herbewegbaren Kolben 3, der in dem Zylinder 2 einen Druckraum oder Brennraum 4 begrenzt, dessen Volumen durch die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens 3 zyklisch verändert wird. Der Kolben 3 ist durch ein Pleuel 5 mit einer Kurbelwelle 6 verbunden, welche die Abtriebswelle des Motors bildet. Der Zylinder 2 besitzt eine Auslaßöffnung 7 a, eine Haupteinlaßöffnung 8 a und eine Hilfseinlaßöffnung 9 a. Diesen Öffnungen sind ein Auslaßventil 10, ein Haupteinlaßventil 11 bzw. ein Hilfseinlaßventil 21 zugeordnet. Die Auslaßöffnung 7 a ist in üblicher Weise mit einem Auspuffkanal 7 verbunden.
-
Das Einlaßsystem des Motors 1 besitzt einen Haupteinlaßkanal 8, der zu der Haupteinlaßöffnung 8 a führt und an dessen stromaufwärtigen Ende ein Luftfilter 15 vorgesehen ist. Stromabwärts von dem Luftfilter 15 ist in dem Haupteinlaßkanal 8 ein Luftstromsensor 14 angeordnet. Zwischen dem Luftstromsensor 14 und der Haupteinlaßöffnung 8 a enthält der Haupteinlaßkanal 8 eine Hauptdrosselklappe 13, die beispielsweise mittels eines in einem Kraftfahrzeug vorgesehenen Pedals gesteuert werden kann. Stromaufwärts von der Hauptdrosselklappe 13 ist in dem Haupteinlaßkanal 8 eine Kraftstoffeinspritzdüse 12 vorgesehen. Der Luftstromsensor 14 ist mit einem Potentiometer 16 verbunden, das ein Luftstromsignal erzeugt, das dem durch den Haupteinlaßkanal 8 tretenden Luftstrom entspricht. Auf der Kurbelwelle 6 ist ein Drehzahlsensor 17 angeordnet, der ein Drehzahlsignal erzeugt, das der Drehzahl des Motors entspricht. Das von dem Potentiometer 16 erzeugte Luftstromsignal und das von dem Drehzahlsensor 17 erzeugte Drehzahlsignal werden einem Kraftstoffeinspritzregler 18 zugeführt, der die Kraftstoffmenge berechnet, die dem Motor 1 in jedem Betriebszustand des Motors zugeführt werden soll, und der die Kraftstoffeinspritzdüse 12 entsprechend dem Ergebnis dieser Berechnung steuert. Derartige Systeme zum Dosieren des Kraftstoffs sind bekannt und brauchen daher nicht näher beschrieben zu werden.
-
Zu dem Einlaßsystem gehört ferner ein Hilfseinlaßkanal 9, der an seinem stromabwärtigen Ende mit der Hilfseinlaßöffnung 9 a und an seinem stromaufwärtigen Ende zwischen dem Luftstromsensor 14 und der Hauptdrosselklappe 13 mit dem Haupteinlaßkanal 8 verbunden ist. Der Hilfseinlaßkanal 9 ist mit einem Lader 25 versehen, der aus einem Flügelzellenverdichter besteht. Stromabwärts von dem Lader 25 sind in dem Hilfseinlaßkanal 9 eine Hilfsdrosselklappe 24 und ein Zeitsteuerventil 22 in dieser Reihenfolge in der Strömungsrichtung der Ladeluft vorgesehen. Die Hilfsdrosselklappe 24 ist über ein geeignetes Gestänge 23 derart mit der Hauptdrosselklappe 13 verbunden, daß jene zu öffnen beginnt, wenn diese bis zu einer vorherbestimmten Stellung geöffnet worden ist. Der Hilfseinlaßkanal 9 ist ferner mit einem Druckentlastungskanal 26 versehen, der am einen Ende zwischen dem Lader 25 und der Hilfsdrosselklappe 24 und am anderen Ende stromaufwärts von dem Lader 25 mit dem Hilfseinlaßkanal 9 verbunden und somit dem Lader 25 parallelgeschaltet ist. Der Druckentlastungskanal 26 enthält ein Druckentlastungsventil 27, das öffnet, wenn der Druck stromabwärts von dem Lader einen vorherbestimmten Wert übersteigt, so daß dann eine Druckentlastung zu dem stromaufwärts von dem Lader 25 angeordneten Teil des Hilfseinlaßkanals erfolgt. Die Kraftstoffeinspritzdüse 12 ist mit einem Luftventil 28 versehen, das einlaßseitig zwischen dem Lader 25 und der Hilfsdrosselklappe 24 mit dem Hilfseinlaßkanal 9 verbunden ist und in den von der Düse 12 abgegebenen Kraftstoff einen Luftstrahl richtet, der den Kraftstoff zerstäubt.
-
In der dargestellten Ausführungsform ist der Lader 25 durch eine Magnetkupplung 31 mit einer Riemenscheibe 29 verbunden, die durch einen Treibriemen 30 mit der Kurbelwelle 6 des Motors verbunden ist. Es ist ein Lastsensor 19 vorgesehen, der den Öffnungsgrad der Hauptdrosselklappe 13 und damit die Belastung des Motors mißt, und wenn diese Belastung einen vorherbestimmten Wert überschreitet, ein Ausgangssignal erzeugt, das bewirkt, daß die Magnetkupplung 31 eingerückt und daher der Lader 25 angetrieben wird. Das Haupteinlaßventil 11 wird von einem geeigneten, nicht gezeigten Nocken derart gesteuert, daß es in dem in der Fig. 6 durch die Kurve M dargestellten Zeitraum offen ist. Das Hilfseinlaßventil 21 wird von einem ihm zugeordneten Nocken 20 derart gesteuert, daß es in dem in der Fig. 6 durch die Kurve N dargestellten Zeitraum offen ist.
-
Gemäß den Fig. 2 und 3 besitzt das Zeitsteuerventil 22 ein Gehäuse 32, das in dem Hilfseinlaßkanal 9 angeordnet und in dem ein zylindrischer Schieberkolben 33 in Lagern 34 a und 34 b drehbar gelagert ist. In der Fig. 2 erkennt man, daß der Schieberkolben 33 innen hohl und an einem Ende offen ist und dort stromaufwärts von dem Ventil 22 mit dem Hilfseinlaßkanal 9 in Verbindung steht. In dem Mantel des Schieberkolbens 33 ist eine Öffnung 33 a ausgebildet, die durch eine in dem Gehäuse 32 vorgesehene Öffnung 32 a mit dem stromabwärts von dem Ventil 22 liegenden Teil des Hilfseinlaßkanals 9 verbindbar ist.
-
In dem Gehäuse 32 ist eine zylindrische Hülse 37 mit Lagern 38 a und 38 b drehbar gelagert. Die Hülse 37 umgibt den Schieberkolben 33 und besitzt eine Öffnung 37 a , die mit der Öffnung 33 a des Schieberkolbens 33 zusammenwirken kann. Dieser ist an dem seinem offenen Ende entgegengesetzten Ende mit einer Welle 33 b versehen, auf der eine Riemenscheibe 35 befestigt ist, um die ein Zeitsteuerriemen 36 herumgeführt ist. Der Riemen 36 steht mit der Kurbelwelle 6 des Motors derart in Verbindung, daß der Schieberkolben 33 synchron mit der Kurbelwelle 6 des Motors in der in der Fig. 3 durch den Pfeil A angegebenen Richtung gedreht wird. Infolgedessen korrespondiert die Öffnung 33 a des Schieberkolbens 33 zyklisch mit der Öffnung 37 a der Hülse 37, so daß dann die Ladeluft in der in der Fig. 2 durch den Pfeil D angedeuteten Richtung strömen und der Öffnungszeitpunkt des Zeitsteuerventils 22 durch Drehen der Hülse 37 gesteuert werden kann.
-
Zur Steuerung der Drehstellung der Hülse 37 dient ein an dieser vorgesehener, radialer Arm 39, der mit einem Langloch 39 a ausgebildet ist. Das Gehäuse 32 trägt einen zweiten Arm 40, der mit einem in das Langloch 39 a des Arms 39 eingreifenden Zapfen 40 a versehen ist. Der Arm 40 ist an einer Abtriebswelle eines Servomotors 41 befestigt, durch dessen Betätigung daher die Hülse 37 gedreht und somit der Öffnungszeitpunkt des Ventils 22 gesteuert werden kann. Beispielsweise kann man durch Drehen der Hülse 37 in der durch den Pfeil B angedeuteten Richtung den Öffnungszeitpunkt des Ventils 22 vorverlegen. Mit Hilfe dieses Mechanismus kann man erreichen, daß der Hilfseinlaßkanal 9 während des durch die Kurve O in der Fig. 6 dargestellten Zeitraums offen ist und kann man den Öffnungszeitpunkt beispielsweise so verändern, daß die Kurve O&min; erhalten wird.
-
Gemäß der Fig. 4 besitzt die Steuerschaltung für den Servomotor 41 einen ersten Zeitgeber 42, der von dem Drehzahlsensor 17 ein Motordrehzahlsignal empfängt und einen Ventilöffnungszeitpunkt bestimmt, der gemäß der Fig. 5a von der Motordrehzahl abhängig ist. Die Steuerschaltung besitzt ferner einen zweiten Zeitgeberkreis 43, der von dem Lastsensor 19 ein Lastsignal empfängt und einen Ventilöffnungszeitpunkt bestimmt, der gemäß der Fig. 5b von der Belastung des Motors abhängig ist. Die Ausgangssignale der Zeitgeber 42 und 43 werden einem Summator 44 zugeführt, dessen Ausgangssignal an einen Motortreiber 45 angelegt wird. Mit dessen Ausgangssignal wird der Servomotor 41 zur Steuerung des Ventilöffnungszeitpunktes gespeist. Anstelle der dargestellten Steuerschaltung kann man natürlich auch einen entsprechend programmierten Mikroprozessor verwenden.
-
Im Teillastbetrieb des Motors ist die Hauptdrosselklappe 13 nur wenig geöffnet und die Hilfsdrosselklappe 24 geschlossen. In diesem Fall erzeugt der Lastsensor 19 kein Ausgangssignal, so daß die Kupplung 31 ausgerückt ist und daher das einzulassende Gas dem Motor 1 nur über den Haupteinlaßkanal 8 zugeführt wird. In diesem Betriebszustand stellt der Lader 25 keinen Widerstand für die Strömung des einzulassenden Gases und keine zusätzliche Belastung für den Motor 1 dar.
-
Wenn die Hauptdrosselklappe 13 über den vorstehend angegebenen, vorherbestimmten Öffnungsgrad hinaus geöffnet wird, öffnet auch die im Hilfseinlaßkanal 9 vorgesehene Hilfsdrosselklappe 24 und bewirkt das Ausgangssignal des Lastsensors 19, daß die Kupplung 31 eingerückt wird. Infolgedessen wird entsprechend dem Öffnen des Zeitsteuerventils 22 der Motor 1 zyklisch mit Ladeluft beschickt. Der Öffnungszeitpunkt des Ventils 22 wird entsprechend der Fig. 5a und 5b in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Belastung des Motors durch den Strom gesteuert, den der Motortreiber 45 an den Servomotor 41 abgibt. Dabei wird auf Grund eines Anstieges der Motordrehzahl und einer Abnahme der Belastung des Motors der Öffnungszeitpunkt des Ventils 22 vorverlegt. Durch dieses Vorverlegen des Öffnungszeitpunkts des Ventils 22 im Teillastbetrieb des Motors wird der Druck im Hilfseinlaßkanal 9 stromabwärts von der Hilfsdrosselklappe 24 vermindert und daher ein Druckanstieg zwischen dem Lader 25 und der Hilfsdrosselklappe 24 verhindert. Diese Vorverlegung des Öffnungszeitpunktes des Ventils 22 im Teillastbetrieb erleichtert zwar den Rückschlag von Ladeluft in den Haupteinlaßkanal, doch ist dies nicht schädlich, weil die dadurch bedingte Abnahme des Ladedruckes im Teillastbetrieb, in dem keine hohe Motorleistung benötigt wird, keine Nachteile ergibt. Selbst wenn ein derartiger Rückschlag zu einer Erwärmung des einzulassenden Gases führt, besteht keine Gefahr einer abnormalen Verbrennung, beispielsweise eines Klopfens.
-
Die vorstehend beschriebene Vorverlegung des Ventilöffnungszeitpunktes auf Grund eines Anstieges der Motordrehzahl ergibt den Vorteil, daß dem Motor eine für eine hohe Motorleistung genügende Ladung zugeführt werden kann, ohne daß bei langsamlaufendem Motor eine Gefahr eines Rückschlages von Ladeluft besteht.
-
Eine zweite Ausführungsform ist in der Fig. 7 dargestellt, in der entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind wie in den vorstehend beschriebenen Figuren. In der Ausführungsform gemäß der Fig. 7 ist der Servomotor 41 durch einen saugdruckbetätigten Stelltrieb 141 ersetzt. Dieser besitzt ein Gehäuse 142, dessen Innenraum durch eine Membran 143 in einen Saugdruckraum 144 und einen Normaldruckraum 145 geteilt ist. Der Saugdruckraum 144 ist durch eine Saugdruckleitung 146 stromabwärts von der Hauptdrosselklappe 13 mit dem Haupteinlaßkanal verbunden. Eine an der Membran 143 befestigte Stellstange 147 trägt einen Zapfen 148, der in das Langloch 39 a des an der Hülse 37vorgesehenen Arms 39 eingreift. Eine in dem Normaldruckraum 144 vorgesehene Feder 149 trachtet, die Membran 143 nach rechts zu bewegen und dadurch die Hülse 37 im Uhrzeigersinn, d. h. im Sinne einer Zurückverlegung des Ventilöffnungszeitpunkts, zu drehen. Bei einer Abnahme der Belastung des Motors nimmt der Saugdruck in dem Haupteinlaßkanal zu, so daß die Membran 143 nach links bewegt und die Hülse 37 im Gegensinn des Uhrzeigers gedreht wird. Somit bewirkt eine Abnahme der Belastung des Motors eine Vorverlegung des Ventilöffnungszeitpunktes. In dieser Ausführungsform wird zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe der Ventilöffnungszeitpunkt nur in Abhängigkeit von der Belastung des Motors gesteuert.
-
Die Erfindung ist auf Einzelheiten der dargestellten und vorstehend anhand der Zeichnungen beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht eingeschränkt, da diese im Rahmen des Erfindungsgedankens abgeändert werden können. Beispielsweise braucht das Zeitsteuerventil nicht unbedingt getrennt von dem Hilfseinlaßventil vorgesehen zu sein, sondern kann dieses so betätigt werden, daß es als Zeitsteuerventil wirksam ist. Dazu kann man den Nocken 20 in der in der japanischen Patentanmeldung 54-45 086 bzw. der entsprechenden J-OS 55-1 37 314 angegebenen Weise ausbilden. Man kann die Belastung des Motors auch durch Messung des Öffnungsgrades der Hilfsdrosselklappe erfassen. Ferner ist die Erfindung nicht auf die Verwendung eines von dem Ladermotor selbst angetriebenen Laders eingeschränkt, sondern kann sie auch auf einen von einem Elektromotor angetriebenen Lader oder einen Turbolader angewendet werden.