AT506469B1

AT506469B1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT506469B1
Application number: AT0048709A
Authority: AT
Inventors: Paul Dr Kapus
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2010-12-15
Also published as: AT506469A3; CN101845985A; AT506469A2; DE102010016074A1; CN101845985B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit zumindest zwei Einlassventilen (8, 9) und einem Einlassströmungsweg mit zumindest zwei von einem gemeinsamen Einlassrohr (13) sich verzweigenden und bis zu den Einlassventilen (8, 9) getrennt geführten Einlasskanälen pro Zylinder (3), von denen zumindest ein Einlasskanal als Ladungsbewegungskanal (11) und zumindest ein Einlasskanal als Füllkanal (12) ausgeführt ist, wobei im Einlassströmungsweg eine Drosseleinrichtung (21) zur Füllungsregelung angeordnet ist, und der Einlassströmungsweg mit einer durch eine Einspritzeinrichtung (14) gebildeten Kraftstoffzuführeinrichtung verbunden ist. Um mit wenig Aufwand Verbrauchs- und emissionsarmen Betrieb zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die Drosseleinrichtung (21) durch einen quer zum Einlassströmungsweg verschiebbaren Schieber (15) gebildet ist, wobei der Schieber (15) im Bereich der Verzweigung der Einlasskanäle vom Einlassrohr (13) angeordnet ist und wobei der Schieber (15) zwischen einer Freigabestellung für beide Einlasskanäle und zumindest einer Sperrstellung für zumindest einen Einlasskanal verschiebbar ist.

Description

österreichisches Patentamt AT506 469B1 2010-12-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Einlassventilen und einem Einlassströmungsweg mit zumindest zwei von einem gemeinsamen Einlassrohr sich verzweigenden und bis zu den Einlassventilen getrennt geführten Einlasskanälen pro Zylinder, von denen zumindest ein Einlasskanal als Ladungsbewegungskanal und zumindest ein Einlasskanal als Füllkanal ausgeführt ist, wobei im Einlassströmungsweg eine Drosseleinrichtung zur Füllungsregelung angeordnet ist, und der Einlassströmungsweg mit einer durch eine Einspritzeinrichtung gebildeten Kraftstoffzuführeinrichtung verbunden ist, wobei die Drosseleinrichtung durch einen quer zum Einlassströmungsweg verschiebbaren Schieber gebildet ist, wobei der Schieber im Bereich der Verzweigung der Einlasskanäle vom Einlassrohr angeordnet ist und wobei der Schieber zwischen einer Freigabestellung für beide Einlasskanäle und zumindest einer Sperrsteilung für zumindest einen Einlasskanal verschiebbar ist.

[0002] Die EP 1 191 201 A2 beschreibt eine Viertakt-Brennkraftmaschine mit zwei Einlassventilen und zwei zu den Einlassventilen führenden Einlasskanälen, welche sich von einem gemeinsamen Einlassrohr verzweigen, wobei ein Einlasskanal als Ladungsbewegungskanal und der andere Einlasskanal als Füllkanal ausgeführt ist. Im Bereich der Verzweigung ist eine durch einen Schieber gebildete Drosseleinrichtung angeordnet, wobei der Schieber zwischen einer Freigabestellung für beide Einlasskanäle und einer Sperrsteilung für zumindest einen Einlasskanal verschoben werden kann. Der Schieber weist dabei eine Schieberöffnung auf, welche von der Form und Größe so ausgebildet ist, dass im geöffneten Zustand beide Einlasskanäle vollständig freigegeben sind und im geschlossenen Zustand der zweite Einlasskanal bis auf eine definierte Leckageöffnung geschlossen ist. Der als Tangentialkanal ausgeführte erste Einlasskanal ist dabei in jeder Schieberstellung ungedrosselt.

[0003] Aus der US 6 520 146 B2 ist eine Viertaktbrennkraftmaschine mit zwei Einlassventilen und einem Einlassströmungsweg bekannt, welche pro Zylinder zwei bis zu den Einlassventilen getrennt geführte Einlasskanäle aufweist, die sich von einem gemeinsamen Einlassrohr verzei-gen. Einer der beiden Einlasskanäle ist als Ladungsbewegungskanal und der andere Einlasskanal als Füllkanal ausgeführt. Im Einlassströmungsweg ist eine Drosseleinrichtung zur Füllungsregelung angeordnet, wobei der Einlassströmungsweg mit einer Kraftstoffzuführeinrichtung verbunden ist. Die Drosseleinrichtung und die Kraftstoffzuführeinrichtung sind durch einen Schiebervergaser, beispielsweise einen Gleichdruckvergaser gebildet. Durch diese Anordnung soll auf möglichst einfache Weise die Abgasqualität bei einer Vergaser-Brennkraftmaschine verbessert werden. Diese bekannte Brennkraftmaschine eignet sich insbesondere für den Einsatz in einfachen einspurigen Fahrzeugen. Nachteilig ist, dass sich mit einem Vergaser nicht alle Betriebspunkte im Kennfeld, insbesondere in emissionsrelevanten Bereichen, abdecken lassen.

[0004] Weiters ist aus der AT 402 535 B eine Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Einlassventilen je Motorzylinder und einem dachförmig begrenzten Brennraum bekannt. Um bei Teillast einen starken Drall der Ladung im Brennraum zu erreichen, ohne jedoch die Ladungseinströmung bei Volllast in Folge schlechterer Durchflussbeiwerte zu beeinträchtigen und damit die Leistung des Motors zu verschlechtern, weist die bekannte Brennkraftmaschine einen Ladungsbewegungskanal und einen Füllkanal auf. Der Kraftstoff wird dabei über eine Einspritzvorrichtung indirekt über eine im Bereich einer Kanaltrennwand zwischen den beiden Einlasskanälen angeordnete Einspritzeinrichtung in beide Einlasskanäle in Richtung der Einlassöffnungen eingespritzt. Über eine im Füllkanal angeordnete Drosselklappe kann die Zusammensetzung des Gemisches im Brennraum beeinflusst werden. Somit kann im Brennraum eine Ladungsschichtung erzeugt werden, um einen zündfähigen, relativ fetten Gemischanteil im Bereich der Zündkerze bei insgesamt magerem Gemisch auszubilden. Dies ermöglicht es, besonders strenge Abgasvorschriften bei niedrigem Kraftstoffverbrauch zu erfüllen. 1/6 österreichisches Patentamt AT506 469B1 2010-12-15 [0005] Die Steuerung über eine einzige Drosselklappe im Füllkanal erlaubt aber nur begrenzte Steuerungseingriffe. Andererseits wären Drosselklappen in jedem der beiden Einlasskanäle relativ aufwändig.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfache Weise eine optimale Steuerungsmöglichkeit im gesamten Betriebskennfeld der Brennkraftmaschine zu ermöglichen.

[0007] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass bei Öffnen der Drosseleinrichtung aus einer Sperrsteilung für beide Einlasskanäle zuerst der Ladungsbewegungskanal und anschließend der Füllkanal freigebbar ist.

[0008] Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Einspritzeinrichtung stromaufwärts der Verzweigung im Bereich einer dem Schieber gegenüberliegenden Wand des Einlassrohres angeordnet ist. Durch die Kombination Ladungsbewegungskanal, Füllkanal, Einspritzeinrichtung und einer als Schieber ausgebildeten Drosseleinrichtung kann einerseits auf sehr einfache Weise eine kontrollierte Verbrennung im Brennraum mit äußerst geringen Emissionswerten und andererseits ein sehr günstiger Kraftstoffverbrauch erzielt werden. Der Schieber kann beispielsweise der Schieber eines Schiebervergasers sein. Durch das Verbauen eines Schiebervergasergehäuses lässt sich der Konstruktionsaufwand auf ein Mindestmaß beschränken.

[0009] Um wahlweise eine Ladungsschichtung im Brennraum durchführen zu können, ist es vorteilhaft, wenn bei Öffnung der Drosseleinrichtung zuerst der Ladungsbewegungskanal und anschließend der Füllkanal freigegeben wird.

[0010] Der Ladungsbewegungskanal hat die Aufgabe, der Ladung im Brennraum einen Drehimpuls um die Zylinderachse zu verleihen. Er kann dabei als Tangentialkanal oder als Spiralkanal ausgeführt sein.

[0011] Der Schieber kann in einem konventionellen Schiebervergasergehäuse angeordnet sein. Der Schieber ist unmittelbar stromaufwärts einer Kanaltrennwand für die beiden Einlasskanäle angeordnet. Durch den Schieber wird eine Kanaltrennung bewirkt, so dass die beiden Einlasskanäle bei einem Hubvorgang des Schiebers nacheinander freigegeben werden.

[0012] In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Kanaltrennwand zwischen den beiden Einlasskanälen stromabwärts der Drosseleinrichtung zumindest ein die beiden Einlasskanäle verbindendes selbstöffnendes Membranventil vorgesehen ist, welches bei Druckdifferenz vorzugsweise die Strömungsverbindung vom Ladungsbewegungskanal zum Füllkanal herstellt. Dies ermöglicht eine Verbesserung der Zylinderfüllung.

[0013] Im Rahmen der Erfindung kann weiters vorgesehen sein, dass stromabwärts der Mündung der Einspritzeinrichtung in der Wand des Einlassrohres eine Injektortasche eingeformt ist, wobei auch bei einem vollständig geschlossenen Schieber ein Bypassströmungsweg durch die Injektortasche geöffnet bleibt. Die Injektortasche fungiert als Bypassöffnung, um bei geschlossenem Schieber im Leerlauf eine ausreichende Luft- und Kraftstoffversorgung zu ermöglichen.

[0014] Um weiters eine optimale Zylinderfüllung zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass die Kanaltrennwand zumindest eine in Spritzrichtung der Einspritzstrahlen der Einspritzeinrichtung angeordnete Durchtrittsöffnung für eingespritzten Kraftstoff aufweist.

[0015] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

[0016] Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einem Querschnitt in einer Schließstellung für beide Einlasskanäle, Fig. 2 die Brennkraftmaschine im Querschnitt in einer Schließstellung des Schiebers für den Füllkanal, Fig. 3 die Brennkraftmaschine im Querschnitt in einer Freigabestellung des Schiebers für beide Einlasskanäle und Fig. 4 die Brennkraftmaschine in einem Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 1.

[0017] Die Figuren 1 bis 3 zeigen jeweils Querschnitte einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 normal zur Kurbelwelle 7a. Der Brennraum 2 wird durch einen in einem Zylinder 3 hin -und hergehenden Kolben 4 und der durch den Zylinderkopf 5 gebildeten dachförmigen Brennraumdecke 6 gebildet. In den Brennraum 2 mündet über geneigt zur Zylinderachse 7 angeord- 2/6 österreichisches Patentamt AT506 469B1 2010-12-15 nete Einlassventile 8 und 9 ein jeweils bis zu den Einlassventilen 8 und 9 getrennt geführter erster und zweiter Einlasskanal. Der erste Einlasskanal ist dabei als Ladungsbewegungskanal 11 und der zweite Einlasskanal 9 als Füllkanal 12 ausgebildet. Der Ladungsbewegungskanal 11 kann als Tangentialkanal oder als Spiralkanal ausgeführt sein. Mit Bezugszeichen 10 sind Auslassventile bezeichnet.

[0018] Der Ladungsbewegungskanal 11 und der Füllkanal 12 verzweigen sich aus einem gemeinsamen Einlassrohr 13, in welches eine Einspritzeinrichtung 14 als Kraftstoffzuführein-richtung einmündet. Gegenüberliegend zur Mündung 14a in der Wand 13a des Einlassrohres 13 ist eine Drosseleinrichtung bildender Schieber 15 angeordnet. Der Schieber 15 kann beispielsweise in einem Schiebervergasergehäuse angeordnet sein. Der Schieber 15 ist im Bereich des Beginns der Kanaltrennwand 16 zwischen dem Ladungsbewegungskanal 11 und dem Füllkanal 12 angeordnet und fungiert als Drosseleinrichtung 21 sowie als Kanaltrenneinrichtung für die beiden Einlasskanäle.

[0019] Die Kanaltrennwand 16 zwischen dem Ladungsbewegungskanal 11 und dem Füllkanal 12 weist in ihrem Anfangsbereich eine Öffnung 17 auf, welche durch ein Membranventil 18 verschlossen ist. Bei einer allfälligen Druckdifferenz zwischen dem Ladungsbewegungskanal 11 und dem Füllkanal 12 öffnet das Membranventil 18, so dass eine Strömungsverbindung vom Ladungsbewegungskanal 11 zum Füllkanal 12 hergestellt wird. Mit Bezugszeichen 19 sind die Einspritzstrahlen der Einspritzeinrichtung 14 bezeichnet.

[0020] In Fig. 1 ist der Schieber 15 in seiner Sperrsteilung für beide Einlasskanäle dargestellt. Die Wand 13a des Einlassrohres 13 weist stromabwärts der Mündung 14a eine Injektortasche 20 auf, welche einen Bypassströmungsweg für Luft und Kraftstoff auch bei geschlossenem Schieber 15 bildet, so dass im Leerlauf die Brennkraftmaschine mit ausreichenden Kraftstoffund Luftmengen versorgt wird.

[0021] Fig. 2 zeigt die Situation bei halb geöffnetem Schieber 15, wobei der Ladungsbewegungskanal 11 zur Gänze freigegeben ist. Der Füllkanal 12 ist weiterhin geschlossen. Die Kraftstoffeinspritzung erfolgt in den Ladungsbewegungskanal 11, wobei durch den Boden 15a des Schiebers 15 Kraftstoff in Richtung des Ladungsbewegungskanal 11 abgelenkt wird. Eine Verbesserung der Zylinderfüllung kann durch das Membranventil 18 erreicht werden, welches bei ausreichender Druckdifferenz zwischen dem Ladungsbewegungskanal 11 und dem Füllkanal 12 öffnet und somit ein Überströmen vom Ladungsbewegungskanal 11 in den Füllkanal 12 ermöglicht.

[0022] In der in Fig. 3 gezeigten Darstellung befindet sich der Schieber 15 in seiner Freigabeposition, so dass sowohl der Ladungsbewegungskanal 11, als auch der Füllkanal 12 zur Gänze freigegeben sind. Die Einspritzung des Kraftstoffes mittels der Einspritzeinrichtung 14 erfolgt nun in beide Einlasskanäle, wobei die Kanaltrennwand 16 die Kraftstoffstrahlen aufteilt.

[0023] Dadurch, dass für die Steuerung der Ladungsbewegung ein in einem Vergasergehäuse 22 angeordneter Schieber 15 eingesetzt wird, lässt sich auf kostengünstige Weise eine Verbrauchs- und emissionsgünstige Regelung im gesamten Kennfeld erzielen, um auch strengsten Abgasvorschriften zu genügen. 3/6

Claims

österreichisches Patentamt AT506 469 B1 2010-12-15 Patentansprüche 1. Brennkraftmaschine (1) mit zumindest zwei Einlassventilen (8, 9) und einem Einlassströmungsweg mit zumindest zwei von einem gemeinsamen Einlassrohr (13) sich verzweigenden und bis zu den Einlassventilen (8, 9) getrennt geführten Einlasskanälen pro Zylinder (3), von denen zumindest ein Einlasskanal als Ladungsbewegungskanal (11) und zumindest ein Einlasskanal als Füllkanal (12) ausgeführt ist, wobei im Einlassströmungsweg eine Drosseleinrichtung (21) zur Füllungsregelung angeordnet ist, und der Einlassströmungsweg mit einer durch eine Einspritzeinrichtung (14) gebildeten Kraftstoffzuführeinrichtung verbunden ist, wobei die Drosseleinrichtung (21) durch einen quer zum Einlassströmungsweg verschiebbaren Schieber (15) gebildet ist, wobei der Schieber im Bereich der Verzweigung der Einlasskanäle vom Einlassrohr (13) angeordnet ist und wobei der Schieber (15) zwischen einer Freigabestellung für beide Einlasskanäle und zumindest einer Sperrsteilung für zumindest einen Einlasskanal verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei Öffnen der Drosseleinrichtung (21) aus einer Sperrsteilung für beide Einlasskanäle zuerst der Ladungsbewegungskanal (11) und anschließend der Füllkanal (12) freigebbar ist.
2. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinrichtung (14) stromaufwärts der Verzweigung im Bereich einer dem Schieber (15) gegenüberliegenden Wand (13a) des Einlassrohres (13) angeordnet ist.
3. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kanaltrennwand (16) zwischen den beiden Einlasskanälen stromabwärts der Drosseleinrichtung (21) zumindest ein die beiden Einlasskanäle verbindendes selbstöffnendes Membranventil (18) vorgesehen ist, welches bei Druckdifferenz vorzugsweise die Strömungsverbindung vom Ladungsbewegungskanal (11) zum Füllkanal (12) herstellt.
4. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Mündung (14a) der Einspritzeinrichtung (14) in der Wand (13a) des Einlassrohres (13) eine Injektortasche (20) eingeformt ist, wobei auch bei vollständig geschlossenen Schieber (15) ein Bypassströmungsweg durch die Injektortasche (20) geöffnet bleibt.
5. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (15) in einem Vergasergehäuse (22) eines Schiebervergasers angeordnet ist. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 4/6