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Dokumentenidentifikation DE3603418C2 16.06.1994
Titel Drosselsteuerung für eine Brennkraftmaschine
Anmelder Audi AG, 85057 Ingolstadt, DE
Erfinder Basshuysen, Richard van, 7100 Biberach, DE
Vertreter Speidel, E., Pat.-Anw., 82131 Gauting
DE-Anmeldedatum 05.02.1986
DE-Aktenzeichen 3603418
Offenlegungstag 06.08.1987
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 16.06.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.06.1994
IPC-Hauptklasse F02D 9/12
IPC-Nebenklasse F02F 1/42   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drosselsteuerung für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer aus der DE-OS 35 19 143 bekannten Drosselsteuerung dieser Art für eine Brennkraftmaschine, die zwei Einlaßventile pro Zylinder enthält, ist in jeder Einlaßleitung eine Drosselklappe vorgesehen und die beiden Drosselklappen sind derart miteinander verbunden, daß zunächst nur die eine Drosselklappe und ab einer bestimmten Belastung auch die andere Drosselklappe geöffnet wird. Dadurch können die Einlaßleitungen für die einzelnen Betriebsbereiche optimiert werden und es können insbesondere im unteren Drehzahl- und Lastbereich, in welchem nur die erste Drosselklappe geöffnet wird, höhere Mitteldrücke, eine bessere Gemischaufbereitung durch höhere Strömungsgeschwindigkeiten und ein entsprechend verringerter Verbrauch erzielt werden. Diese Möglichkeiten werden jedoch bei der bekannten Ausführung dadurch beeinträchtigt, daß die Ansaugrohre der ersten Einlaßventile aller Zylinder und die Ansaugrohre der zweiten Einlaßventile aller Zylinder jeweils von einer Drosselklappe gesteuert werden, was bedingt, daß die Drosselklappe in einem verhältnismäßig großen Abstand vor den betreffenden Einlaßventilen liegt, so daß bei geschlossener zweiter Drosselklappe in den Saugrohren der zweiten Ventile Pulsationen auftreten können, welche den Wirkungsgrad beeinträchtigen. Außerdem läßt sich durch das Zusammenfassen der Saugrohre eine gegenseitige Beeinflussung der Ansaugvorgänge für die einzelnen Zylinder nicht ausschließen. Die Anwendung dieser bekannten Maßnahmen auf Brennkraftmaschinen mit mehr als zwei Einlaßventilen pro Zylinder bereitet überdies erhebliche Probleme im Hinblick auf den konstruktiven Aufwand und den Raumbedarf.

Aus der DE-PS 6 65 606 ist eine Füllungsregelung für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine bekannt, bei der die Luft- oder Gemischzufuhr zu den einzelnen Zylindern durch getrennte Leitungen erfolgt, die durch einen gemeinsamen, synchron mit der Maschine umlaufenden Drehschieber gesteuert werden, der gegenüber seiner Antriebswelle so verdreht werden kann, daß das Ende des Ansaugvorganges und damit die Füllung für alle Zylinder im gleichen Maße verändert wird. Eine unterschiedliche Steuerung des Ansaugvorganges der einzelnen Zylinder ist nicht vorgesehen und noch weniger eine unterschiedliche Steuerung des Ansaugvorganges für mehrere Einlaßleitungen eines Zylinders.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hubkolben- Brennkraftmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei der mit einfachen Mitteln hohe Mitteldrücke und niedrige Verbrauchswerte in allen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine erzielt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Dadurch, daß bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag für die Einlaßleitungen jedes Zylinders ein eigener, diese Einlaßleitungen in der gewünschten Reihenfolge steuernder Steuerschieber vorgesehen ist, kann dieser Steuerschieber in unmittelbarer Nähe des Einlaßventils, beispielsweise in einem am Zylinderkopf angeflanschten Gehäuse oder sogar in den Zylinderkopf integriert, angeordnet werden, so daß Pulsationen in denjenigen Einlaßleitungen, die durch den Steuerschieber abgesperrt sind, auf ein Mindestmaß reduziert werden. Durch die Steuerung aller Einlaßleitungen eines Zylinders mittels eines einzigen Steuerorgans ist der Platzbedarf für die Steuerung gering, so daß der erfindungsgemäße Vorschlag ohne weiteres auch auf Brennkraftmaschinen mit mehr als zwei Einlaßventilen pro Zylinder angewandt werden kann.

Der Steuerschieber kann als Drehschieber oder als Flachschieber ausgebildet sein.

Es ist möglich, im Steuerschieber nur einen Einlaßkanal vorzusehen, wobei die Aufteilung des ankommenden Luft- oder Gemischstromes auf die einzelnen Einlaßleitungen durch den Steuerschieber erfolgt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, für jeden Ausgangskanal einen eigenen Eingangskanal im Schiebergehäuse und einen eigenen Steuerkanal im Steuerschieber vorzusehen. Dies hat den Vorteil, daß die Saugrohrlängen und -durchmesser für die einzelnen Drehzahl- und Lastbereiche, denen die verschiedenen Einlaßventile zugeordnet sind, optimiert werden können. Außerdem läßt sich bei Einspritz-Brennkraftmaschinen auch die Lage der Einspritzdüsen in den einzelnen Einlaßleitungen optimieren, d. h. es kann die Einspritzdüse für die erste Stufe, die bei niedriger Drehzahl und Last allein in Tätigkeit ist, nahe dem ersten Einlaßventil angeordnet werden, während die Einspritzdüsen der zweiten und gegebenenfalls der dritten Stufe, die bei höherer Drehzahl und Last zugeschaltet werden, in einem größeren Abstand von dem zweiten bzw. dritten Einlaßventil und vor dem Steuerschieber angeordnet werden können, um die Gemischaufbereitung zu verbessern. Auch ist es bei dieser getrennten Anordnung möglich, die Ansaugsysteme für die einzelnen Einlaßventile über ihre ganze Länge in ihrem Querschnitt und in ihrer Länge so auszulegen, daß ein hohes Drehmoment sowohl bei niedriger Drehzahl als auch bei hoher Drehzahl erreicht wird.

Insbesondere bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen ist es bei Verwendung eines Flachschiebers zweckmäßig, die von dem Einlaßkanal bzw. den Einlaßkanälen abgewandten Stirnseite des Schiebers mit dem Einlaßkanal bzw. den Einlaßkanälen in Verbindung zu bringen, so daß beide Stirnseiten von demselben Druck beaufschlagt sind und eine leichtgängige Bewegung des Schiebers erreicht wird. Eine entsprechende Druckentlastung kann aber auch bei nicht aufgeladenen Brennkraftmaschinen erwünscht sein, bei denen im Teillastgebiet hohe Unterdrücke in den Einlaßkanälen auftreten, welche die Leichtgängigkeit des Schiebers behindern könnten.

Ausführungbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Abschnitt eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine mit einem daran angeflanschten Drehschieber zur Steuerung der Einlaßleitungen im Schnitt;

Fig. 2 zeigt einen Flachschieber zur Steuerung der Einlaßleitungen im Schnitt entlang Linie 2-2 in Fig. 3,

Fig. 3 ist ein Schnitt entlang Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 ist ein Schnitt ähnlich Fig. 2 eines Flachschiebers in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 5 ist ein Schnitt entlang Linie 5-5 in Fig. 4, und

Fig. 6 ist ein Schnitt entlang Linie 6-6 in Fig. 4.

Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der ein Teil eines Zylinderkopfes 1 einer Brennkraftmaschine dargestellt ist, der einen Brennraum 2 enthält, in den drei Einlaßleitungen 3, 4 und 5 münden, die von Einlaßventilen 6, 7 und 8 beherrscht sind. Die Einlaßleitungen 3, 4 und 5 gehen von einer Fläche 9 des Zylinderkopfes 1 aus, an die das Gehäuse 10 eines Drehschiebers 11 angeflanscht ist, das drei Ausgangskanäle 12, 13 und 14 enthält, die mit den Einlaßleitungen 3, 4 und 5 fluchten. Das Schiebergehäuse 10 weist außerdem einen Einlaßkanal 15 auf, an den sich ein Ansaugrohr 16 anschließt, das ein Kraftstoff-Luft-Gemisch oder im Falle einer Einspritz-Brennkraftmaschine gegebenenfalls auch nur Luft führt. Das Schiebergehäuse 10 enthält einen drehbaren Steuerschieber 17 mit einem Steuerkanal 18, der in der dargestellten Stellung des Steuerschiebers 17 weder mit dem Eingangskanal 15 noch mit einem der Ausgangskanäle 12, 13 oder 14 in Verbindung steht, jedoch bei Verschwenken in Richtung des Pfeiles P den Eingangskanal 15 nacheinander mit den Ausgangskanälen 12, 13 und 14 in Verbindung bringt, bis die gestrichelt eingezeichnete Vollaststellung erreicht ist, in welcher durch den Steuerkanal 18 alle Ausgangskanäle 12, 13 und 14 und damit alle Einlaßleitungen 3, 4 und 5 mit dem Saugrohr 16 verbunden sind. Für den Leerlaufbetrieb ist ein nicht gezeigter, das Ansaugrohr 16 mit der Einlaßleitung 3 verbindender Bypaß-Kanal vorgesehen, der den Drehschieber 11 umgeht, wie dies bei den bekannten Drosselklappensteuerungen üblich ist.

Der Steuerschieber 17 ist mit einem Hebel 17a verbunden, an dem ein nicht gezeigtes, mit dem Fahrpedal in Verbindung stehendes Gestänge angreift.

Der Drehschieber 11 ersetzt die sonst üblichen Drosselklappen in den einzelnen Einlaßleitungen, und es ist für alle Einlaßleitungen eines Zylinders ein eigener Drehschieber 11 vorgesehen.

Die Fig. 2 und 3 zeigen einen Flachschieber 20, der anstelle des Drehschiebers 11 von Fig. 1 auf den Zylinderkopf 1 aufgesetzt werden kann und ein Gehäuse mit einer Bodenplatte 21, einer Deckplatte 22 und einem Rahmen 23 aufweist. Die Bodenplatte 21 ist mit drei Ausgangskanälen 24, 25 und 26 versehen, die wiederum mit den Eingangsleitungen 3, 4 und 5 im Zylinderkopf 1 fluchten. In dem von der Bodenplatte 21, der Deckplatte 22 und dem Rahmen 23 umschlossenen Raum 27 ist ein Flachsteuerschieber 28 angeordnet, der einen im wesentlichen dreieckförmigen Durchbruch 29 aufweist, welcher wirkungsmäßig dem Steuerkanal 18 von Fig. 1 entspricht. In den genannten Raum 27 mündet ein Eingangskanal 30, der über eine Nut 31 in der Unterseite der Deckplatte 22 ständig mit dem Durchbruch 29 in Verbindung steht. Von dem Steuerschieber 28 erstreckt sich ein Betätigungsgestänge 32 nach außen, das beispielsweise mit einem Fahrpedal gekoppelt ist. Der Steuerschieber 28 ist in dem Raum 27 in Richtung des Doppelpfeiles 33 verschiebbar. In der dargestellten Lage hat der Steuerschieber 28 den Ausgangskanal 24 freigegeben, so daß Luft oder Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Eingangskanal 30 durch den Raum 27, die Nut 31 und den Durchbruch 29 in den Ausgangskanal 24 und von dort in die Einlaßleitung 3 (Fig. 1) strömen kann. Die beiden anderen Ausgangskanäle 25 und 26 sind von dem Steuerschieber 28 abgedeckt. Wird der Steuerschieber 28 in Fig. 2 und 3 weiter nach links verschob, so gibt er nacheinander die Ausgangskanäle 25 und 26 frei, so daß in der linken Endstellung des Steuerschiebers 28 allen drei Ausgangskanälen 24, 25 und 26 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch bzw. Luft zugeführt wird. In der rechten Endstellung deckt der Steuerschieber 28 alle drei Ausgangskanäle 24, 25 und 26 ab.

Bei dieser Ausführung ist auch die von dem Eingangskanal 30 abgewandte Seite 34 des Steuerschiebers 28 durch die Nut 31 mit dem Eingangskanal 30 in Verbindung. Dadurch ist der Steuerschieber 28 vollkommen druckausgeglichen, was für aufgeladene Brennkraftmaschinen von Bedeutung ist, da der Steuerschieber 28 nicht gegen den Ladedruck bewegt werden muß.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 und 6 unterscheidet sich von demjenigen gemäß Fig. 2 und 3 im wesentlichen nur dadurch, daß der Steuerschieber 28&min; für jeden Ausgangskanal 24&min;, 25&min; und 26&min; einen eigenen Steuerkanal 35, 36 und 37 aufweist und die Deckplatte 22&min; des Schiebersgehäuses mit drei Eingangskanälen 38, 39 und 40 versehen ist, die mit den Ausgangskanälen 24&min;, 25&min; und 26&min; fluchten. An die Eingangskanäle 38, 39 und 40 schließen sich Einzelsaugrohre 41, 42 und 43 an. Die Steuerkanäle 35, 36 und 37 haben unterschiedliche Abmessungen, so daß sie beim Verschieben des Steuerschiebers 28&min; die Eingangskanäle 38, 39 und 40 nacheinander mit den zugehörigen Ausgangskanälen 24&min;, 25&min; und 26&min; in Verbindung bringen. In den Fig. 4 bis 6 ist der Steuerschieber 28&min; in einer Stellung, in der nur der Ausgangskanal 24&min; über den zugehörigen Steuerkanal 35 mit seinem Eingangskanal 38 in Verbindung ist, während die Ausgangskanäle 25&min; und 26&min; vom Steuerschieber 28&min; abgedeckt sind. Wird der Steuerschieber 28&min; in Fig. 4 und 5 nach rechts verschoben, so kommt zunächst auch der Steuerkanal 36 mit seinem Eingangskanal 39 und dem Ausgangskanal 25&min; und bei weiterer Verschiebung auch der Steuerkanal 37 mit seinem Eingangskanal 40 und dem Ausgangskanal 26&min; in Verbindung. In der linken Endstellung deckt der Steuerschieber 28&min; alle Eingangskanäle 38, 39 und 40 und alle Ausgangskanäle 24&min;, 25&min; und 26&min; ab.

Die drei Einlaßventile und ihre Ansaugtrakte sind für unterschiedliche Drehzahl- und Lastbereiche ausgelegt.

Im unteren Drehzahl- und Lastbereich wird dem Brennraum 2 nur durch die Einlaßleitung 3 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt, und dementsprechend ist der Durchmesser des Einlaßventils 6 sowie der Querschnitt der Einlaßleitung 3 entsprechend klein. Im mittleren Drehzahl- und Lastbereich wird durch entsprechende Verdrehung bzw. Verschiebung des Steuerschiebers 17 bzw. 28 oder 28&min; dem Brennraum 2 auch durch die Einlaßleitung 4 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt. Bei Vollast werden alle drei Einlaßleitungen 3, 4 und 5 mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch versorgt.

Entsprechend der Größe des Durchsatzes ist der Durchmesser des Einlaßventils 7 größer als der Durchmesser des Einlaßventils 6 und der Durchmesser den Einlaßventils 8 größer als der Durchmesser des Einlaßventils 7. Bei der Ausführung gemäß Fig. 4 bis 6, bei welcher jeder Einlaßleitung 3, 4 und 5 ein eigener Ansaugtrakt in Form eines Ausgangskanals 24&min;, 25&min; bzw. 26&min;, eines Steuerkanals 35, 36 bzw. 37, eines Eingangskanals 38, 39 bzw. 40 und eines daran anschließenden Saugrohres 41, 42 und 43 zugeordnet ist, kann die Länge und der Durchmesser jedes Ansaugtrakts für die betreffenden Drehzahl- und Lastbereiche optimiert werden. Dabei ergibt sich die Möglichkeit, bei einer Einspritz-Brennkraftmaschine die den drei Ansaugtrakten zugeordneten Einspritzventile in optimaler Lage für die betreffenden Drehzahl- und Lastbereiche anzuordnen, also beispielsweise die dem Ansaugtrakt für den unteren Drehzahlbereich zugeordnete Einspritzdüse nahe dem Einlaßventil 6 anzuordnen, während die Einspritzdüsen für die beiden anderen Ansaugtrakte in größerer Entfernung von den Einlaßventilen 7 und 8 angeordnet werden, beispielsweise in den zugehörigen Saugrohren 42 und 43.


Anspruch[de]
  1. 1. Drosselsteuerung für eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Einlaßventilen (6, 7, 8) pro Zylinder, denen jeweils eine eigene Einlaßleitung (3, 4 bzw. 5) zugeordnet ist, und mit einer Drosselvorrichtung, die den Öffnungsquerschnitt der Einlaßleitungen derart steuert, daß die Einlaßleitungen mit ansteigender Last nacheinander geöffnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselvorrichtung (11, 20, 20&min;) einen allen Einlaßleitungen (3, 4, 5) eines Zylinders gemeinsamen, willkürlich betätigbaren Steuerschieber (17, 28) in einem Gehäuse (10, 21, 22, 23) aufweist, wobei das Gehäuse eine der Anzahl der Einlaßleitungen (3, 4, 5) entsprechende Anzahl von Ausgangskanälen (12, 13, 14; 24, 25, 26) und mindestens einen Eingangskanal (15; 30; 38, 39, 40) aufweist und mindestens eine Steuerkanal (18; 29, 31; 35, 36, 37) vorgesehen ist, der so ausgebildet ist, daß er bei Betätigung des Schiebers die Ausgangskanäle nacheinander mit dem Eingangskanal verbindet.
  2. 2. Drosselsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselvorrichtung ein Drehschieber (11) ist.
  3. 3. Drosselsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselvorrichtung ein Flachschieber (20, 20&min;) ist.
  4. 4. Drosselsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Ausgangskanal (24&min;, 25&min;, 26&min;) das Gehäuse (21, 22, 23) einen eigenen Eingangskanal (38, 39, 40) und der Steuerschieber (28&min;) einen eigenen Steuerkanal (35, 36, 37) aufweist.
  5. 5. Drosselsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der den einzelnen Einlaßventilen (6, 7, 8) zugeordneten Einlaßleitungen (3, 4, 5) und der zugehörigen Kanäle im Steuerschieber (17, 28, 28&min;) unterschiedlich sind.
  6. 6. Drosselvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse des Flachschiebers (20) von einem Rahmen (23), einer Deckplatte (22) und einer Bodenplatte (21) gebildet ist, die einen den Steuerschieber (28) aufnehmenden Raum (27) begrenzen, daß die Bodenplatte (21) mit den Ausgangskanälen (24, 25, 26) versehen ist, daß der Eingangskanal (30) in den Raum (27) auf einer Seite des Steuerschiebers (28) mündet, daß der Steuerschieber (28) mit einem als Steuerkanal dienenden Durchbruch (29) versehen ist und daß auf der Innenseite der Deckplatte (22) eine als Steuerkanal diendende Nut (31) vorgesehen ist, die den Eingangskanal (30) ständig mit dem Durchbruch (29) und mit der vom Eingangskanal (30) abgewandten Seite des Steuerschiebers (28) in Verbindung bringt.
  7. 7. Drosselsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselvorrichtung (11, 20, 20&min;) in unmittelbarer Nähe der Einlaßventile (6, 7, 8) angeordnet ist.
  8. 8. Drosselsteuerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerschiebergehäuse (10; 21, 22, 23) der Drosselvorrichtung am Zylinderkopf (1) angeflanscht ist und seine Ausgangskanäle (12, 13, 14; 24, 25, 26) mit den im Zylinderkopf vorgesehenen Einlaßleitungen (3, 4, 5) fluchten.






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