DE4307707C2 - Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern - Google Patents
Brennkraftmaschine mit mehreren ZylindernInfo
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- F02M19/06—Other details of fuel conduits
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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- F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
- F01L1/02—Valve drive
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- F01L1/08—Shape of cams
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Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylin
dern, die je wenigstens ein Einlaßventil und wenigstens ein Aus
laßventil aufweisen, wobei die Ventile durch die Nocken wenigstens
einer Nockenwelle geöffnet und geschlossen werden, mit einem
Ansaugrohrsystem zum Versorgen der Zylinder, mit einem Abgas
rohrsystem zum Abführen der Abgase aus den Zylindern und mit
einer Einrichtung zum Eingeben von Brennstoff zum Bilden eines
Verbrennungsgemisches für die Zylinder.
Die bekannten Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen haben immer noch
einen relativ hohen Verbrauch an Kraftstoff. Des weiteren enthalten
die Abgase der Maschinen bzw. Motoren noch einen hohen Anteil an
Schadstoffen, die die Umwelt belasten und zu erheblichen Schäden an
der Natur führen sowie auch für den Menschen eine nicht unbeträcht
liche Gefahr für seine Gesundheit darstellen. Um die Schadstoffe in
den Abgasen zu verringern, sind sogenannte Katalysatoren bekannt,
die in dem Abgasrohrsystem eines Motors eingegliedert sind. Die
Herstellung und der Einbau der Katalysatoren bedeuten jedoch einen
erheblichen Kosten Mehraufwand bei der Herstellung eines Kraftfahr
zeuges. Auch und gerade wegen des erheblichen Anteils der Schad
stoffe in den Abgasen ist man bemüht, den Kraftstoffbedarf weiter zu
verringern.
In der DE-25 44 766 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines mit
Magergemisch arbeitenden Ottomotors beschrieben, gemäß dem das
Einlaßventil des Motorzylinders sehr spät nach dem unteren Totpunkt
des Kolbens geschlossen wird, z. B. maximal 90° nach UT. Dadurch
wird ein Anteil der Gemischladung wieder aus dem Zylinder in den
Einlaßkanal zurückgeschoben und dient dort im Bereich vor dem
Einlaßventil des Zylinders zur Gemischanreicherung. Beim nächsten
Ansaugtakt wird das so angereicherte Verbrennungsgemisch erneut in
den Zylinder eingesaugt und zur Ausführung des Arbeitstaktes gezün
det. Im Bereich des Schließens des Auslaßventils und des Öffnens des
Einlaßventils ist eine Ventilwegüberschneidung gegeben, so daß bei
hoher Motordrehzahl eine Einströmung von angesaugtem frischem
und unverbranntem Gemisch in das Abgasrohrsystem möglich ist. Auf
diese Weise wird zwar die Zündwilligkeit und die Verbrennung des
in den Zylinder eingesaugten und komprimierten Gemisches verbes
sert, so daß der insgesamt mit magerem Gemisch gefahrene Motor
einen geringeren Kraftstoffverbrauch hat und die Schadstoffe im
Abgas vermindert sind. Jedoch sind die Werte für die Verringerung
des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffe noch nicht zufrieden
stellend, um Kraftstoffquellen zu schonen und Umweltbeeinträchti
gungen durch Abgase weiter herabzusetzen.
In der DE-Auslegeschrift 20 37 705 wird zur Verringerung der
Schadstoffbildung in den Abgasen von Brennkraftmaschinen eine
Doppelnockenausbildung zur Betätigung jedes der Einlaß- und der
Auslaßventile der Zylinder vorgeschlagen. Für den Bereich niedriger
Drehzahlen oder bei Leichtlastbetrieb des Motors werden das Einlaß-
und das Auslaßventil jedes Zylinders so gesteuert, daß eine Ventil
wegüberschneidung im oberen Totpunkt, d. h. bei Schließung des
Auslaßventils und Öffnung des Einlaßventils, vermieden ist. Hierzu
erfolgt bei bestimmten Parametern, die den niedrigeren Drehzahlbe
reich bzw. den Leichtlastbetrieb signalisieren, ein durch axiale Ver
schiebung der Nockenwelle vorgenommener automatischer Nocken
wechsel, so daß die betreffenden Ventile dann von dem zweiten
Nocken des diesen Ventilen zugeordneten Nockenpaares der Nocken
welle betätigt werden. Somit wird vermieden, daß bei den genannten
Motorbetriebsbedingungen Abgase nicht in den jeweiligen Zylinder
zurückgesaugt werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Brenn
kraftmaschine mit mehren Zylindern, die gegenüber bekannten Ma
schinen einen erheblich reduzierten Brennstoffverbrauch aufweist und
bei der die Schadstoffe im Abgas in einem außerordentlich hohen
Umfang verringert sind.
Die Lösung dieser Aufgabe ist in dem Patentanspruch 1 angeführt.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird der Kraftstoffverbrauch im
Vergleich zum derzeit üblichen Verbrauch um wenigstens ein Drittel
bis die Hälfte reduziert. Dies wird zurückgeführt auf eine erheblich
verbesserte Ausnutzung bzw. Verbrennung des Kraftstoffes in den
Zylindern aufgrund sehr guter Durchwirbelung des Verbrennungs
gemisches. Ein erhöhter Anteil des beim Ansaugtakt in den jeweili
gen Zylinder eingesaugten Verbrennungsgemisches wird wieder aus
den betreffenden Zylindern herausgedrückt, da das Einlaßventil der
Zylinder noch relativ lange geöffnet ist, weil sich der Kolben dieses
Zylinders bereits auf dem Verdichtungsweg befindet, und zwar auf
einer erheblichen Wegstrecke. Hierdurch wird ein erheblicher Anteil
des Verbrennungsgemisches aus dem Zylinder wieder in das Ansaug
rohrsystem zurückgedrängt. Dadurch wird nicht nur eine gute Ver
wirbelung des im Zylinder zurückbleibenden Verbrennungsgemisches
erzielt mit der Folge einer verbesserten Verbrennung, sondern es
entsteht in dem Ansaugrohrsystem durch das Rückströmen von Kraft
stoffgemisch auch ein gewisser Überdruck, der dafür sorgt, daß ein
anderer Zylinder, der sich gerade im Ansaugtakt befindet, eine
bessere und schnellere Füllung - vergleichbar etwa mit dem Turbo
prinzip - erfährt, wodurch ebenfalls eine gute Verwirbelung des in
diesen Zylinder eintretenden Verbrennungsgemisches zumindest
unterstützt wird. Durch die somit gute Verwirbelung des im Zylinder
verbrennenden Gemisches wird eine bessere Kraftstoffausnutzung
desselben erzielt. Da ferner in das Ansaugrohrsystem, wie bereits
angedeutet, zu einem gewissen Anteil aus den betreffenden Zylindern
durch Rückgabe von Verbrennungsgemisch eine ausreichende Ge
mischversorgung in diesem Rohrsystem gegeben ist, wird auch aus
dem Vergaser weniger Kraftstoff entnommen, wodurch ebenfalls
Kraftstoff eingespart wird. Aus letzterem ergibt sich der weitere
Vorteil, daß die Öffnung des in das Ansaugrohrsystem einmündenden
Speisekanals eines Vergasers beträchtlich kleiner ausgeführt sein
kann, beispielsweise um 30 bis 50%. Vermutlich wegen des spar
samen Verbrauchs von Kraftstoff und wegen dessen sehr stark ver
besserter Verbrennung wird auch der Schadstoffanteil im Abgas
außerordentlich reduziert und kann Werte weit über 50% erreichen.
Ein weiterer kraftstoffsparender Effekt ist dadurch gegeben, daß
Benzin, welches sich am Ventilteller und am daran angrenzenden
Abschnitt des Ventilschaftes während des Motorbetriebes abgesetzt
hat, durch das Zurückströmen von Gemisch aus dem jeweiligen
Zylinder wiederum mitgerissen und verflüchtigt wird, so daß es
letztlich ebenfalls der Verbrennung in den Zylindern zugeführt wird.
Dadurch wird auch einer Verkohlungserscheinung am Ventilteller der
Einlaßventile vorgebeugt. Ferner hat sich herausgestellt, daß auch der
Ölverbrauch im Motor erheblich verringert ist, so daß die Ölwechselintervalle
beträchtlich verlängert werden, beispielsweise auf 30.000
Kilometer ausgedehnt werden können. Schließlich ist die Drehfreudig
keit des Motors verbessert, weil die Kolben während ihres Verdich
tungstaktes anfangs gegen einen geringeren Widerstand anarbeiten
müssen. Letztlich wird insgesamt auch eine verlängerte Lebensdauer
des Motors erzielt.
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in den anliegenden
Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es
zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine Aufsicht auf eine vereinfacht dargestellte Brenn
kraftmaschine,
Fig. 2 eine Ansicht auf eine erfindungsgemäße Nockenkon
struktion, wie sie bei der Maschine nach Fig. 1 ver
wendet wird.
In Fig. 1 ist in vereinfachter Darstellung eine Brennkraftmaschine
1 mit vier Zylindern 2, 3, 4 und 5, einer teilweise gezeigten Kurbel
welle 6, einem Ansaugrohrsystem 7 mit einer Vergasereinrichtung 8
und einer Luftfiltereinrichtung 9 sowie mit einem teilweise gezeigten
Abgasrohrsystem 10 dargestellt. Im dargestellten Fall handelt es sich
um einen Saugmotor, bei dem der Kraftstoff aus dem Vergaser 8 in
das Ansaugrohrsystem 7 angesaugt wird, wobei das sich abströmwärts
des Vergasers 8 in dem Ansaugrohrsystem bildende Verbrennungs
gemisch in an sich bekannter Weise von den Zylindern 2 bis 5 wäh
rend ihres Ansaugtaktes angesaugt wird. Nach dem jeweiligen Ver
brennungsvorgang werden die entstandenen Abgase während des
Ausstoßtaktes der Zylinder in das Abgasrohrsystem 10 eingegeben
und über dieses System in bekannter Weise ins Freie abgeführt.
Jedem Zylinder ist wenigstens ein Einlaßventil und wenigstens ein
Auslaßventil zugeordnet, wobei die Ventile in an sich bekannter
Weise mittels einer von der Kurbelwelle 6 angetriebenen Nockenwelle
11 (Fig. 2) betätigt werden. Der grundsätzliche Aufbau eines Noc
kens ist bekannt, so daß eine diesbezügliche Beschreibung entbehrlich
ist. Es sei jedoch erwähnt, daß Form und Länge der Steuerkurve der
Nocken durch den gewünschten Hubweg und die Steuerzeiten der
Einlaßventile und der Auslaßventile bestimmt wird. Dabei kann man
die Steuerkurve jedes Nockens in einen ersten Teil einteilen, der sich
mit dem Öffnen z. B. des betreffenden Einlaßventiles befaßt, und in
einen zweiten Teil, der sich an den ersten Teil anschließt und die
jeweilige Ventilbewegung bis zum Schließen des Einlaßventils steuert.
Der erfindungsgemäße Vorschlag bezüglich der Steuerkurve des
Nockens für die Einlaßventile ist am Beispiel eines einem Tangenten
nocken ähnlichen Nocken 12 dargestellt, der auf der Nockenwelle 11
befestigt ist oder mit ihr ein Teil bildet.
Die Einlaßventile öffnen gemäß der angegebenen Nockendrehrichtung
R an der Stelle VEö und schließen an der Stelle VEs, so daß zwi
schen diesen beiden Stellen die aktive Steuerkurve SK bestimmt ist,
wie es aus Fig. 2 zu entnehmen ist. Zwischen diesen beiden Stellen
sind die Einlaßventile offen, um das Ansaugen des Verbrennungs
gemisches zu erlauben.
Nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird der Öffnungswinkel des
Nockens 12 und damit dessen Steuerkurve SK vergrößert, wie es in
Fig. 2 angegeben ist. Die Steuerkurve umfaßt einen Drehwinkel des
Nockens von 125° (90° + 35°), und während der Nocken diesen
Drehwinkel durchläuft, ist das Einlaufventil des betreffenden Zylin
ders geöffnet. Des weiteren ist es wichtig, daß das Auslaßventil und
das Einlaßventil jedes Zylinders beim Zykluswechsel gleichzeitig
geschlossen sind, so also keine Ventilwegüberschneidung gegeben ist.
Vorteilhaft wird so vorgegangen, daß während der Kolbenbewegung
im oberen Umkehrpunkt ein Kolbenweg von 10 mm zurückgelegt
wird, so daß bei dieser Strecke beide vorgenannten Ventile geschlos
sen sind. Damit wird bewirkt, daß keinerlei Abgas beim Ausströmen
in den Zylinder zurückgesaugt werden und keine Vermischung mit
frisch einströmendem Verbrennungsgemisch finden stattfinden kann.
Hierbei ist ein vorteilhaftes Merkmal, der genannte Hubweg beginnt,
wenn sich der Kolben vom oberen Umkehrpunkt abwärts bewegt.
Durch diese Ausbildung und drehwinkelmäßige Anordnung des Noc
kens 12 an der Nockenwelle 11 wird sich das Einlaßventil der Zylin
der des Motors sehr spät schließen, so daß ein Anteil des in die
Zylinder eingesaugten Verbrennungsgemisches durch den sich nach
oben bewegenden Kolben der Zylinder wieder aus den Zylindern
herausgedrückt und wieder in das Ansaugrohrsystem 7
zurückgedrückt wird. Da sich gleichzeitig wenigstens ein weiterer
Zylinder des Motors im Ansaugtakt befindet, dessen Einlaßventil
bereits geöffnet ist, wird ein verbessertes Ansaugen von Verbren
nungsgemisch in dem letztgenannten Zylinder bewirkt, weil eine
füllende Druckkrafteinwirkung mit sehr gutem Verwirbelungseffekt
für diesen Zylinder aus dem in das Ansaugrohrsystem zurückgeström
ten Verbrennungsgemischanteil zur Verfügung steht. Der erstgenannte
Zylinder unterliegt natürlich dem gleichen vorteilhaften Effekt.
Wenn jeder Einlaßnocken die Steuerkurve von 125° zurückgelegt hat,
hat der Nocken die Schließstelle VEs erreicht, an welcher das betref
fende Einlaßventil des sich im Verdichtungstakt befindenden Zylin
ders nun schließt und die Kompression des Gemisches beginnt. Wenn
die Kompression im oberen Umkehrpunkt des Kolbens ihren maxima
len Wert erreicht hat, wird in üblicher Weise das Gemisch mittels
einer Zündkerze gezündet, woran sich dann der Arbeitstakt
anschließt. Daran wiederum schließt sich der übliche Ausschiebetakt
an, währenddessen das verbrannte Gasgemisch in das Abgasrohrsy
stem über das sich öffnende Auslaßventil ausgeschoben wird. Dieser
Ausschiebetakt beginnt bei einer Nockenwellendrehstellung von 270°
für den Nocken des Auslaßventils, der spätestens bei 360°-Nocken
wellendrehwinkel wieder das Schließen des Auslaßventils bewirkt.
Damit wenigstens die herkömmlichen Kompressionswerte beim ver
dichteten Verbrennungsgemisch erreicht werden, wird der Verbren
nungsraum der Zylinder volumenmäßig dementsprechend kleiner
dimensioniert. Hierdurch erbringt der neue Motor die gleiche Ar
beitsleistung wie herkömmliche Motoren. Es ist jedoch auch möglich,
den jeweiligen Verbrennungsraum noch kleiner zu dimensionieren,
um höhere Kompressionswerte zu erzielen.
Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag, für die Steuerkurve SK des
bzw. der Einlaßnocken einen Drehwinkel von 125° vorzusehen, ist
die Möglichkeit gegeben, daß der Ventilkörper des jeweiligen Ein
laßventils für eine längere Zeitdauer bei seinem maximalen oder etwa
maximalen Hubweg gehalten werden kann. Die verlängerte Weg
strecke des Nockens hierfür beträgt beispielsweise 20 Winkelgrade,
bezogen auf die Nockenwelle. Hierzu wird die Steuerkurve SK in
ihrem zweiten Teil auf einer längeren Strecke radial nach außen
vorstehend ausgebildet, wie es strichpunktiert in Fig. 2 angedeutet
und mit 13 bezeichnet ist. Diese Ausbildung des Nockens bewirkt ein
erleichtertes Einsaugen von Verbrennungsgemisch in die Zylinder,
weil über eine längere Strecke der maximale Ventilöffnungsquer
schnitt zur Verfügung steht. Die Ermittlung der strichpunktierten
Kurve 13 erfolgt in an sich bekannter Weise; hierzu braucht nur
vorgegeben zu sein, über welche Zeitdauer der maximale Ventilhub
gegeben sein soll.
Es hat sich weiter gezeigt, daß bei einer derartigen Ausbildung der
Nocken für die Einlaßventile einer Brennkraftmaschine eine reduzier
te Einführung von Benzin aus einem Vergaser in das Ansaugrohrsy
stem der Maschine erfolgen kann, da aufgrund der neuen Nockenge
staltung eine effektivere Verbrennung und Ausnutzung des Verbren
nungsgemisches erzielt wird. Somit ist es auch möglich, daß die
Zuführ- und Einlaßöffnungen des Vergasers erheblich verkleinert
werden können, und zwar im Bereich von etwa 30% bis 50%. So
kann wenigstens die Austrittsöffnung des in das Ansaugrohrsystem
einmündenden Speisekanals des Vergasers dementsprechend verklei
nert ausgebildet sein. Diese Maßnahme kann jedoch auch für die
Eintrittsöffnung des in die Schwimmerkammer des Vergasers ein
mündenden Benzin-Zuführkanales vorgenommen werden. In diesem
Zusammenhang hat sich ferner herausgestellt, daß eine Benzinpumpe
nicht mehr erforderlich ist und daher entfallen kann.
Die vorstehenden Ausführungen gelten bei direkter Ventilbetätigung.
Wird eine Kipphebel- oder eine andere Hebelkonstruktion für die
Betätigung der Einlaßventile verwendet, muß der angegebene Nocken
drehwinkel von 125° entsprechend dem gewählten Hebelverhältnis
verändert werden, wenn das Hebelverhältnis nicht gerade 1 : 1 ist. Die
Einlaßzeiten der Einlaßventile bleiben dadurch erhalten. Derartige
Ausführungen sollen daher vom Schutz miterfaßt sein.
Claims (5)
1. Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, die je wenigstens
ein Einlaßventil und wenigstens ein Auslaßventil aufweisen, wobei
die Ventile durch die Nocken wenigstens einer Nockenwelle geöffnet
und geschlossen werden, mit einem Ansaugrohrsystem zum Versorgen
der Zylinder, mit einem Abgasrohrsystem zum Abführen der Abgase
aus den Zylindern und mit einer Einrichtung zum Eingeben von
Brennstoff zum Bilden eines Verbrennungsgemisches für die Zylin
der, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkurve (SK) jedes das
zugehörige Einlaßventil der Zylinder betätigenden Nockens (12) der
Nockenwelle (11) bei direkter Ventilbetätigung einen Drehwinkel von
125° umfaßt, daß der Endbereich dieser Steuerkurve durchlaufen
wird, wenn der Ansaugtakt durch ein geöffnetes Einlaßventil eines
anderen Zylinders begonnen hat, um den aus dem gerade gefüllten
Zylinder in die Ansaugleitung (7) zurückgeschobenen Gemischanteil
in den anderen Zylinder mit einzusaugen, und daß das Ende der
Steuerkurve des Auslaßnockens und der Beginn der Steuerkurve des
Einlaßnockens jedes Zylinders drehwinkelmäßig so aufeinander abge
stimmt sind, daß das Auslaßventil und das Einlaßventil desselben
Zylinders während eines Hubweges des Kolbens von 10 mm im
Bereich des oberen Kolbenumkehrpunktes gleichzeitig geschlossen
sind.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der durch den oberen Totpunkt des Kolbens in jedem Zylinder
volumenmäßig bestimmte Verbrennungsraum im Zylinderkopf der
Maschine (1) im Verhältnis derart kleiner als üblich ausgebildet ist,
daß wenigstens der übliche Kompressionswert für das verdichtete
Verbrennungsgemisch in den Zylindern (2 bis 5) erzielt wird.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Steuerkurve (SK) der Einlaßnocken (12) für die
Einlaßventile einen um beispielsweise 20°, bezogen auf die Nocken
welle, verlängerten maximalen Ventilhub-Wegabschnitt aufweist.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß der Hubweg des Kolbens von 10 mm
während des Geschlossenseins von Auslaßventil und Einlaßventil im
oberen Kolbenumkehrpunkt beginnt.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit
einem Vergaser als Einrichtung zum Eingeben von Brennstoff in das
Ansaugrohrsystem, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung
des in die Schwimmerkammer des Vergasers (8) einmündenden Ben
zin-Zuführkanals und die Austrittsöffnung des in das Ansaugrohrsy
stem (7) einmündenden Speisekanals des Vergasers (8) um 30% bis
50% kleiner als herkömmlich sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934307707 DE4307707C2 (de) | 1993-03-11 | 1993-03-11 | Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934307707 DE4307707C2 (de) | 1993-03-11 | 1993-03-11 | Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4307707A1 DE4307707A1 (de) | 1994-09-15 |
DE4307707C2 true DE4307707C2 (de) | 1995-07-06 |
Family
ID=6482516
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934307707 Expired - Lifetime DE4307707C2 (de) | 1993-03-11 | 1993-03-11 | Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4307707C2 (de) |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1291528A (en) * | 1969-07-30 | 1972-10-04 | Nissan Motor | Valve timing system in an automotive internal combustion engine |
DE2544766A1 (de) * | 1975-10-07 | 1977-04-14 | Audi Nsu Auto Union Ag | Verfahren zum betrieb eines ottomotors |
-
1993
- 1993-03-11 DE DE19934307707 patent/DE4307707C2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4307707A1 (de) | 1994-09-15 |
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