DE4308931C2 - Vorrichtung zum Aufladen einer Brennkraftmaschine der Kolbenbauart - Google Patents
Vorrichtung zum Aufladen einer Brennkraftmaschine der KolbenbauartInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Aufladen einer Brennkraftmaschine der Kolbenbauart nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Stand der Technik ist aus der DE 37 37 824
bekannt. Wie dort beschrieben, wird während des Saughubes
die Zufuhr des Brenngases zum Verbrennungsraum durch ein dem
Einlaßventil vorgeschaltetes Zusatzventil unterbrochen.
Dadurch entsteht im Verbrennungsraum (Zylinder) ein Unter
druck, der nach Öffnen des Zusatzventiles das durch den
Einlaßkanal zuströmende Brenngas entsprechend beschleunigt.
Die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des Brenngases führt zu
einer Verdichtung des Brenngases im Verbrennungsraum und
somit zu einer dynamischen Aufladung der Brennkraftmaschine.
Die Verwendung des Zusatzventiles erfordert allerdings nicht
nur einen zusätzlichen konstruktiven und steuerungstech
nischen Aufwand, sondern führt auch zu erhöhten Drosselungs- und
Strömungsverlusten, was die maximal erzielbare Aufladung
verringert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der angegebenen Gattung so
weiterzubilden, daß die dynamische Aufladung in möglichst
einfacher und verlustarmer Weise erfolgt.
Dies wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.
In der älteren, nicht vorveröffentlichten deutschen
Patentanmeldung P 41 41 482 ist bereits der Gedanke
beschrieben, die Zufuhr des Brenngases zum Verbrennungsraum
während einer bestimmten Periode durch eine entsprechende
Steuerung des Einlaßventiles zu behindern. Hierbei handelt
es sich jedoch nicht um ein Aufladeverfahren, sondern um ein
Verfahren zum gezielten Erhöhen der Temperatur im
Verbrennungsraum bei Betriebszuständen mit Wärmebedarf.
Gemäß der Erfindung ist somit ein Zusatzventil überflüssig,
was den konstruktiven und steuerungstechnischen Aufwand
erheblich verringert. Außerdem werden die durch die
Drosselung am Zusatzventil bedingten Strömungsverluste
vermieden, was insbesondere bei hohen Drehzahlen eine
merkliche Verbesserung des Liefergrades (der Aufladung)
ermöglicht.
Wenn in der Beschreibung und in den Patentansprüchen von
Brenngas die Rede ist, so soll hierunter reine Luft oder ein
Kraftstoff-Luft-Gemisch oder ein anderes Brenngas wie z. B.
Wasserstoff verstanden werden. Die Erfindung ist sowohl bei
2-Takt- wie auch 4-Takt-Brennkraftmaschinen der Otto- und
Dieselbauart anwendbar.
Die Behinderung der Brenngaszufuhr kann in der Weise
erfolgen, daß das Einlaßventil während der Behinderungs
periode nur teilweise geschlossen wird. Vorzugsweise wird
jedoch das Einlaßventil während der Behinderungsperiode
vollständig geschlossen.
Vorzugsweise hat die Behinderungsperiode einen solchen Abstand vom Einlaßende,
daß sich das Maximum der nach der Behinderungsperiode
eintretenden dynamischen Druckerhöhung unmittelbar vor dem
Einlaßende im Verbrennungsraum einstellt.
Ferner kann vorgesehen werden, daß die Behinderungsperiode
hinsichtlich Dauer, Abstand zum Einlaßende und/oder Ausmaß
der Behinderung in Abhängigkeit von Betriebsparametern der
Brennkraftmaschine gesteuert wird.
Die dynamische Aufladung kann zusätzlich zu einer Aufladung
durch eine herkömmliche Aufladevorrichtung erfolgen.
Vorzugsweise ist das Einlaßventil ein elektromagnetisch,
pneumatisch oder hydraulisch betätigbares Ventil mit extrem
hoher Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit. Durch die
hohe Schließ- und Öffnungsgeschwindigkeit des Einlaßventils
kann die Behinderungsperiode sehr kurz gehalten und während
des Ansaughubes so spät angeordnet werden, wie es das
dynamische Timing erlaubt. Dadurch ergibt sich eine große
frei angesaugte Brenngasmenge und eine geringe Drosselung
des während des dynamischen Aufladung zuströmenden Brenn
gases. Aus der hohen Schließ- und Öffnungsgeschwindigkeit
resultiert ferner der minimal mögliche Ladungswechsel
mehraufwand zur Erzielung des angestrebten Unterdrucks im
Verbrennungsraum.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das
hinsichtlich Öffnungs- und Schließvorganges willkürlich
steuerbare Einlaßventil auch andere Funktionen, etwa im
Teillast- oder Leerlaufbetrieb, übernehmen kann. Hierzu
bedarf es lediglich einer entsprechenden Auslegung
(Programmierung) der dem Einlaßventil zugeordneten
Steuereinrichtung.
Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel näher
erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch die schematische Darstellung
des Einlaßtraktes einer Brennkraftmaschine.
Fig. 2 ein Diagramm, in dem der Ventilhub H des Einlaß
ventiles über dem Kurbelwinkel K aufgetragen ist.
In Fig. 1 ist nur ein Zylinder 10 einer Brennkraftmaschine
dargestellt, der einen Kolben 12 enthält. Ein Einlaßkanal 14
mündet über ein Einlaßventil 16 in den Verbrennungsraum 18
innerhalb des Zylinders 10. Eine Abgasleitung 20 ist über
ein Auslaßventil 22 am Verbrennungsraum 18 angeschlossen.
Der Einlaßkanal 14 wird über ein Luftfilter 24 mit Brenngas
(Luft oder einem Kraftstoff-Luft-Gemisch) versorgt, das vom
Kolben 12 nach Öffnung des Einlaßventils 16 angesaugt wird.
In der Zeichnung ist dem Luftfilter 24 eine Ladevorrichtung
26 zur Vorverdichtung des Brenngases nachgeschaltet; die
Ladevorrichtung 26 kann jedoch auch weggelassen werden.
Bei dem nur schematisch angedeuteten Einlaßventil 16 handelt
es sich um ein elektromagnetisch, pneumatisch oder hydrau
lisch betätigtes Ventil, das hinsichtlich seines Öffnungs- und
Schließvorganges willkürlich steuerbar ist. Insbesondere
handelt es sich um ein Ventil mit extrem hoher Öffnungs- und
Schließgeschwindigkeit. Zur Steuerung des Einlaßventiles 16
ist eine nur schematisch dargestellte Steuereinrichtung 30
vorgesehen, die über eine Leitung 32 Informationen über den
Betriebszustand der Brennkraftmaschine und gegebenenfalls,
z. B. abgeleitet vom Fahrpedal, Informationen über den Fahr
wunsch des Fahrers eines mit der Brennkraftmaschine ausge
statteten Kraftfahrzeuges erhält.
Die Betriebsweise der beschriebenen Anordnung ist wie folgt.
Der Beginn und das Ende des Einlasses von Brenngas in die
Verbrennungskammer 18 während des Saughubes des Kolbens 12
wird durch Öffnen und Schließen des Einlaßventiles 16 in
üblicher Weise bestimmt. Während des Saughubes des Kolbens
12 wird das Einlaßventil 16 durch die Steuereinrichtung 30
während einer vorgegebenen Behinderungsperiode B ganz oder
teilweise geschlossen.
Dies ist in dem Diagramm der Fig. 2 veranschaulicht, in dem
der Hub H des Einlaßventils 16 über dem Kurbelwinkel K des
Kolbens 12 aufgetragen ist. Der Einlaßbeginn und das Einlaß
ende liegen in Nähe des oberen Totpunktes OT bzw. des unte
ren Totpunktes UT des Kolbens 12, während die Behinderungs
periode B einen zeitlichen Abstand zu Einlaßbeginn und
Einlaßende hat.
Während der Behinderungsperiode B wird das Brenngas im
Einlaßkanal 14 stromauf des Einlaßventils 16 abgebremst,
wodurch vor dem Einlaßventil 16 ein Staueffekt mit Druck
anstieg auftritt. Zugleich wird der Druck im Verbrennungs
raum 18 abgesenkt. Der Druckanstieg vor dem Einlaßventil 16
und die Druckabsenkung im Verbrennungsraum 18 wirken in der
Weise zusammen, daß beim erneuten Öffnen des Einlaßventils
16 das Brenngas mit erhöhter Geschwindigkeit in den Ver
brennungsraum 18 einströmt. Dort wird das Brenngas abge
bremst, was zu einem entsprechenden Druckanstieg des Brenn
gases und somit zu einer dynamischen Aufladung der Brenn
kraftmaschine führt.
Die Steuerung des Einlaßventiles 16 über die Steuereinrich
tung 30 erfolgt hierbei in der Weise, daß die Beendigung der
Behinderungsperiode in einem solchen Abstand zum Einlaßende
erfolgt, daß sich das Maximum der dynamischen Druckerhöhung
unmittelbar vor dem Einlaßende im Verbrennungsraum 18 ein
stellt. Hierdurch wird verhindert, daß sich der Druck im
Verbrennungsraum 18 durch Rückströmen des Brenngases in den
Einlaßkanal 14 wieder verringern kann.
Es versteht sich, daß bei Betriebszuständen, bei denen eine
dynamische Aufladung nicht erforderlich bzw. zweckmäßig ist
(z. B. bei hohen Drehzahlen), die Behinderung der Brenngas
zufuhr aufgehoben wird.
Claims (3)
1. Vorrichtung zum Aufladen einer Brennkraft
maschine der Kolbenbauart mit einem zu mindestens einem
Verbrennungsraum führenden Einlaßkanal, einem zwischen dem
Einlaßkanal und dem Verbrennungsraum angeordneten Einlaß
ventil, das durch Öffnen und Schließen Einlaßbeginn und
Einlaßende der Brenngaszufuhr zum Verbrennungsraum bestimmt,
und einer Steuereinrichtung zum Behindern der Brenngaszufuhr
während einer einen zeitlichen Abstand vom Einlaßbeginn und
Einlaßende einhaltenden Periode, dadurch gekennzeichnet, daß
das Einlaßventil (16) als hinsichtlich seines Öffnungs- und
Schließvorganges willkürlich steuerbares Ventil ausgebildet
ist, das durch die Steuereinrichtung (30) zusätzlich zum
Bestimmen des Einlaßbeginns und -endes der Brenngaszufuhr
so gesteuert wird, daß es während der Behinderungsperiode
(B) ganz oder teilweise geschlossen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Einlaßventil (16) ein elektromagnetisch,
pneumatisch oder hydraulisch betätigbares Ventil mit extrem
hoher Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß dem Einlaßkanal (14) eine Auflade
vorrichtung (26) zugeordnet ist.
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- 1993-03-19 DE DE4308931A patent/DE4308931C2/de not_active Expired - Fee Related
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