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Vorrichtung zur Verbesserung der Spülung und Füllung einer Brennkraftmaschine
Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verbesserung
der Spülung und Füllung einer Brennkraftmaschine zur drehzahlabhängigen Anpassung
der Frequenz der in den Abgas- bzw. Ansaugleitungsrohren schwingenden Gassäule mittels
entsprechender Änderung ihrer Län- e.
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Am Ein- und Auslaßsystem von Kolbenbrennkraftmaschinen treten bekanntlich
Schwingungen des Arbeitsmediums auf, ,welche im Takt des Motors angeregt werden.
,Die Nenngrößen dieser Schwingungen hängen außer von der die Frequenz bestimmenden
Motordrehzahl wesentlich von der Form und Größe der dazugehörigen Kanäle ab. Restgasausschub,
Spülung und Füllung mit Frischgas können deshalb für einen normalen Motor mit unveränderlichen
Kanälen nur für einen verhältnismäßig engen Drehzahlbereich den Bestwert aufweisen.
Es ist z. B. bei einem Höchstleistungsmotor mit reichlich bemessenem Kanalquerschnitt
im unteren Drehzahlbereich, hingegen bei einem Gebrauchsmotor mit knapp bemessenem
Kanalquerschnitt im oberen Drehzahlbereich ein Verlust an theoretisch möglichem
Drehmoment in Kauf zu nehmen.
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Dieser Nachteil kann zum Teil dadurch beseitigt werden, .daß man den
Ventildurchgangsquerschnitt verstellbar macht, z. B. durch einen veränderlichen
Ventilhub oder durch Drehung eines Ventils mit einseitigem Drosselkragen. Diese
Maßnahmen sind
jedoch unvollkommen, da die Leitungsquerschnitte
hierbei gleichbleiben. Außerdem ist ein Eingriff in die hochbeanspruchte und notwendigerweise
äußerst genau abeitende Ventilsteuerung umständlich, teuer und störungsanfällig.
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Es wurde schon versucht, am Ende des Abgasrohres Blenden mit unveränderlicher
Durchtrittsöffnung oder verstellbare Drosselklappen vorzusehen, um die im Auspuffrohr
auftretenden Unterdruckschwingungen günstig zu beeinflussen und damit einen vollkommeneren
Restgasausschub zu erreichen. Diese zuletzt genannten Maßnahmen in der Abgasleitung
sind jedoch nicht geeignet, eine maximale Leistungsausbeute über den ganzen Drehzahlbereich
zu erwirken, da die in ähnlicher Weise im Ansaugrohr auftretenden Verhältnisse dabei
nicht berücksichtigt werden.
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Ferner ist es bereits bekannt, für jeden Zylinder einen oder zwei
Vergaser vorzusehen und in den Ansaugleitungen unmittelbar- vor den Zylindern eine
verstellbare Klappe anzuordnen, wobei der eine Vergaser allein im unteren Drehzahlbereich
eingeschaltet ist, während der andere Vergaser bei höheren Drehzahlen sich automatisch
dazuschaltet, um über den ganzen Drehzahlbereich eine günstige Gemischbildung und
durch Drosselung der wirksamen Einlaßkanalquerschnitte ein maximales Drehmoment
zu erreichen. Derartige Einrichtungen erfordern jedoch einen beträchtlichen Aufwand,
und es ist außerdem sehr schwierig, mehrere Vergaser genau aufeinander abzustimmen.
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Weiterhin. wurde bereits bei einer @Einspritzbrennkraftmaschine nach
dem Ottoverfahren.mit starker Überschneidung der Öffnungszeiten - für Ein- und Auslaßventile
im oberen Kolbentotpunkt und der günstigsten Bemessung der Abgasleitung für Druckwellenwirkung
vorgeschlagen, zur Vermeidung von Überdruck innerhalb des Spülbereiches den Durchtrittsquerschnitt
der Abgasleitung in Abhängigkeit von der Drehzahl oder der Füllung der Brennkräftmaschine
oder von den beiden letztgenannten Größen selbsttätig ,zu verändern.
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Außerdem sind bereits Vergaser -mit einer drallerzeugenden Leistungsdrossel
bekannt, um den bei den üblichen kreisförmigen Drosselklappen auftretenden nachteiligen
Windschatten, der sich an der Brennstoffdüse störend bemerkbar macht, zu vermeiden.
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Im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen zur Verbesserung der Spülung
und Füllung einer Brennkraftmaschine durch drehzahlabhängige Anpassung der Frequenz
der in den Abgas- bzw. An-Saugleitungsrohren schwingenden Gassäule wird nach der
Erfindung vorgeschlagen, im Ansaugkanal, und zwar bei einem Vergasermotor neben
der innerhalb des Vergasers liegenden, beliebig ausgebildeten Leistungsdrossel,
und/oder im Auelaßkanal an sich bekannte drallerzeugende Drehklappen anzuordnen,
die in Abhängigkeit von der Motordrehzahl gesteuert werden.
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Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag wird bezweckt, daß der Restgasaüsschub
und? die Füllung mit Frischgas bei Brennkraftmaschinen infolge der theoretischen
Änderung der Länge und des Querschnittes der Ansaug- und Auspuffleitungen einen
Bestwert erreicht, da die Steuerung der drallerzeugenden- Klappen in Abhängigkeit
von der Motordrehzahl erfolgt, die maßgebend ist füi die Schwingungsverhältnisse
in den Ansaug- und Abgasleitungen. Dabei wird die Leistungsregelung, unabhängig
von der drehzahlabhängigen Steuerung der drallerzeugenden Drehklappen, von der eigentlichen
Vergaserdrossel (Leistungsdrossel) vorgenommen. Infolge der drehzahlabhängigen,
Anpassung der Frequenz der sowohl in den Abgas- als auch in den Ansaugleitungsrohren
schwingenden Gassäule in Verbindung mit der gesonderten Leistungsregelung kann praktisch
eine vollkommene Abstimmung der schwingungstechnischen Verhältnisse in den Ansaug-
und Abgasleitungen bei günstigster Leistungsregelung erzielt werden.
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In der Zeichnung ist an Hand eines Ausführungsbeispieles die Erfindung
dargestellt, und zwar zeigt Fig. i einen Zylinderkopf mit dur& Ventile gesteuertem
Ein- und Auslaßkanal, Fig. 2 und 3 die Anordnung der Drehklappen bei einem Zweitaktmotor,
Fig. 4 und 5 die Anordnung von Drehklappen bei einem Vierzylinder-Reihenmotor bzw.
bei einem Achtzylinder-V-Motor, Fig. 6 und 7 Einzelheiten einer Drehklappenanordnung
im Quer- und Längsschnitt mit einer Schaltwelle, Fig.8 und 9 Einzelheiten einer
Drehklappenbetätigung mittels Kegelradäntrieb und einem Schaltring, Fig.-io in einem
Schaubild die Größe des wirksamen Kanalquerschnittes bei zwei verschiedenen Klappenstellungen,
Fig. i i in einem Schaubild die Drehklappenstellung in Abhängigkeit von der jeweiligen
Drehzahl.
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In Fig. i ist innerhalb der Einlaßleitung i für den Zylinder 2 eine
Drehklappe bzw. ein DrehklappensYstem 3 neben der üblichen Vergaserdrossel? drehbar
angeordnet, so daß der zum Zylinder 2 strömenden Ansaugluft bei einem Dieselmotor
oder dem vom Vergaser 4 kommenden Brennstoff-Luftgemisch bei einem Vergasermotor
in Abhängigkeit von der Drehzahl ein Drall erteilt. wird. Im Auslaßkanal 5 ist ebenfalls
eine Drehklappe 6 zur Drallerzeugung angeordnet.
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Bei dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Zweitaktmotor befindet sich
außer im Ansaugkanal 8 auch. im Abgaskanal 9 und im Überströmkanal io eine Drehklappe
oder ein Drehklappensystem.
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In Fig. 4 und 5 ist die Anordnung der Drehklappe bei Mehrzylindermotoren
gezeigt, wobei jedem einzelnen Einlaß- bzw. Auslaßkänal eine Drehklappe zugeordnet
ist. -Die Drehklappenbetätigung der einzelnen Klappenflügel i i ist aus Fig. 6 und
7 ersichtlich, wobei durch einen zentral angeordneten Kegelradantrieb 12 über eine
Welle 13 die Verdrehung der Klappenflügel i i von außen her bewirkt wird.
Die
Verstellung der einzelnen Klappenflügel kann auch, wie in Fig. 8 und 9 dargestellt,
so vorgenommen werden, daß die schwenkbar über einem Drehzapfen 14 im Ein- oder
Auslaßkanal 15 gelagerten Klappen 16 mittels eines Verstellringes 17 über
Schwenkhebel 18 betätigt werden. Zur Verbesserung der Strömung ist dabei ein mittig
angebrachter Verdrängerkörper i9 angeordnet, der durch Rippen 2o zentral gehalten
ist.
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Nach der Fig. io weist bei vollgeöffneter Drehklappe:? i der w4rksame
Querschnitt B der Ansaug-oder Auspuffleitung ein Maximum auf, während bei eingeschwenkter
Drehklappe 21' der wirksame Querschnitt B' stetig abnimmt.
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In der Fig. i i ist in einem Schaubild die Drehklappenstellung A in
Abhängigkeit von der Motordrehzahl dargestellt, wobei der Bereich unter der Kurve
A die möglichen Stellungen der Leistungsdrossel angibt, d. h., jeder Motordrehzahl
ist eine bestimmte Drehklappenstellung zugeordnet. Dabei kann bei jeder Drehklappenstellung
die Leistungsdrossel je nach dem erforderlichen Drehmoment auf das erforderliche
Maß eingestellt werden.