DE3402307C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Vorverdichter zum Antrieb eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aufgrund der bei Verbrennungskraftmaschinen anfallenden hohen Betriebskosten ist es wünschenswert, den Wirkungsgrad der mit derartigen Verbrennungskraftmaschinen ausgerüsteten Fahrzeuge zu vergrößern. Eine Möglichkeit zur Verminderung dieser Kosten besteht darin, die Verbrennungskraftmaschine vorzuverdichten, um die erzeugte Leistung zu vergrößern, während die Wirkungsgrade einer relativ kleinen Maschine beibehalten werden. Die Verbrennungskraftmaschine kann ent­ weder durch Verwendung einer Pumpe, die mechanisch durch die Verbrennungskraftmaschine angetrieben werden kann, oder eines Kompressors vorverdichtet werden, der durch die Aus­ puffgase der Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird.

Wenn ein solcher Vorverdichter angewendet wird, soll die Funktion des Vorverdichters begrenzt werden, um den Leistungs­ verlust der Verbrennungskraftmaschine während des Leerlauf­ betriebs und während eines Betriebes bei einer niedrigen Last und in einem Verlangsamungsbereich, wenn keine Vor­ verdichtung erforderlich ist, zu verringern. In ähnlicher Weise soll sichergestellt werden, daß durch die Funktion des Vorverdichters die Leistung der Verbrennungskraftma­ schine während des Betriebs bei einer hohen Last verbes­ sert wird.

Aus der DE-OS 30 11 203 geht eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art hervor, bei der eine Bypassleitung im geöffneten Zustand eines in der Bypassleitung befindli­ chen Abblaseventils von einem Vorverdichter gelieferte Luft zu einem Punkt zurückführt, der stromaufwärts vom Vorver­ dichter liegt. Dabei wird das Abblaseventil in Antwort auf den Betrag der Ansaugluft im Luftverteiler, d. h. beim Schließen des Drosselventiles, geöffnet.

In der DE-PS 6 86 807 ist eine Einrichtung zum Zuführen von Zusatzluft bei Brennkraftmaschinen beschrieben, die ein Ventil umfaßt, das durch eine dem Drosselventil zugeordnete Betätigungsvorrichtung gesteuert wird. Ein Vorverdichter ist bei dieser Entgegenhaltung nicht vorgesehen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einer Ver­ brennungskraftmaschine mit einem Vorverdichter der eingangs genannten Art die lastabhängige Steuerung der Aufladung weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch eine wie eingangs erwähnte Ver­ brennungskraftmaschine mit einem Vorverdichter gelöst, die durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet ist.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Verbrennungs­ kraftmaschine mit einem Vorverdichter besteht darin, daß dadurch, daß die pneumatische Betätigungsvorrichtung für das Bypassventil von der Differenz der Drücke im Ansaugkanal - an einer Stelle zwischen dem Venturiabschnitt und dem Vorverdichter - und im Venturiabschnitt gesteuert wird und daß die Öffnung des Bypassventiles durch einen von dem Drosselventil verstellbaren Anschlag begrenzt ist, ein Leistungsverlust der Verbrennungskraftmaschine beim Leerlauf, bei einer kleinen Last und im Verlangsamungs­ betrieb verringert und die Leistung der Verbrennungs­ kraftmaschine bei einer großen Last verbessert werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorlie­ genden Verbrennungskraftmaschine mit Vorverdichter;

Fig. 2 eine ausführliche Darstellung des Bypassventils und der zuge­ ordneten Teile; und

Fig. 3 ein Diagramm das die Beziehung zwischen dem Wirkungsgrad der Vor­ verdichtung und dem Öffnungs- und Schließbetrieb des Drosselventils und des Bypassventils zeigt.

Die Fig. 1 zeigt den Körper 1 der Verbrennungskraftmaschine mit einem Zylinderblock 3, der einen darin gleitbar eingesetzten Kolben 2 aufweist, und einem Zylinderkopf 4, der oberhalb des Zylinderblockes 3 angeordnet ist. Eine Verbrennungs­ kammer 5 wird durch den Zylinderkopf 4 und den Kolben 2 bestimmt. Mit der Verbrennungskammer 5 stehen eine Ansaugöffnung 6 und eine Auslaßöffnung 7 in Verbindung, die abwechselnd durch die Wirkung eines Ansaugventiles 8 und eines Auslaßventiles 9 geöffnet und geschlossen werden. Ein Ansaugkanal 10 und ein Auslaßkanal 11 sind mit der Ansaugöffnung 6 bzw. der Auslaßöffnung 7 verbunden.

In dem Ansaugkanal 10 sind beginnend von dem stromab­ wärts gelegenen Ende aufeinanderfolgend ein Drosselventil 12 zum Öffnen und Schließen des Ansaug­ kanals 10, ein Vergaser mit Venturiabschnitt 13, ein Flügelrad­ pumpen-Vorverdichter 14 und ein Luftfilter 15 angeordnet. Der Vor­ verdichter 14 kann mechanisch durch die Kurbelwelle der Verbrennungskraftma­ schine über einen herkömmlichen Riemen und eine Riemenschei­ be angetrieben werden.

Der Ansaugkanal 10 weist einen um den Vorverdichter 14 an­ geordneten Bypasskanal 16 auf. Wie dies in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, ist in diesem Bypasskanal 16 ein Bypass­ ventil 17 angeordnet, das auf einem Drehzapfen 19 montiert ist und zum Öffnen und Schließen des Bypasskanals 16 dient. An dem Drehzapfen 19 ist ein zweiarmiger Steuerhebel 18 be­ festigt, der im wesentlichen die Form eines "V" aufweist. Ein Arm des Steuerhebels 18 trägt einen Anschlagzapfen 39. Der andere Arm ist über eine Verbindungs­ stange 23 mit einer pneumatischen Betätigungsvorrichtung 20 verbunden.

Die Betätigungsvorrichtung 20 weist ein Gehäuse 21 auf, das um eine Membran 22 herum ausgebildet ist und daher das Innere der Betätigungsvorrichtung 20 in eine erste Membrankammer R 1 und eine zweite Membrankammer R 2 unterteilt. Die Verbindungsstange 23 der Betätigungsvorrichtung 20 erstreckt sich von der Membran 22 aus durch die erste Membrankammer R 1 zu einem Ende des Steuerhebels 18. Eine Kompressionsfeder 24 ist in der zweiten Membrankammer R 2 angeordnet und spannt die Membran 22 so vor, daß das Bypassventil 17 geöffnet wird.

Die erste Membrankammer R 1 ist über eine erste pneumatische Steuer­ leitung 25 a mit dem Ansaugkanal 10 an der stromab­ wärts gelegenen Seite des Vorverdichters 14 verbunden. Die zweite Membrankammer R 2 weist eine zweite pneumatische Steuerleitung 25 b auf, die mit dem Venturiabschnitt 13 des Vergasers in Verbindung steht. Die erste Steuerleitung 25 a weist in ihrem mittleren Bereich einen mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Belüftungskanal 27 auf. Der Be­ lüftungskanal 27 kann durch die Wirkung eines elektro­ magnetischen Belüftungsventils 29, das durch einen Sensor 28 für die Geschwindigkeit des Fahrzeuges gesteuert wird, geöffnet und geschlossen werden.

Bei der dargestellten Ausführungsform öffnet das Belüftungsventil 29 den Belüftungskanal 27 bzw. den mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Verbindungskanal, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeuges einen vorge­ gebenen Wert überschreitet. In der ersten Steuerleitung 25 a befindet sich eine Öffnung 41, die die Geschwindigkeit der Druckzunahme in der ersten Membrankammer R 1 reguliert, die durch den Betrieb des Vorverdichters 14 verursacht wird. Eine zweite Öffnung 42 ist in dem Belüftungskanal 27 angeordnet, um nach dem Öffnen des Belüftungsventils 29 die Ausströmrate des Druckes von der ersten Membrankammer R 1 zu begrenzen.

Ein Betätigungshebel 31 des Drosselventils 12 ist zusammen mit dem Drosselventil 12 an einem Drehzapfen 30 befestigt. Das obere Ende des Betätigungshebels 31 ist mit einem Ka­ bel 32 verbunden, das mit einem Gaspedal (nicht dargestellt) in Verbindung steht. Das Drosselventil 12 wird daher beim Niederdrücken des Gaspedals durch den Betätigungshebel 31 und das Kabel 32 geöffnet und durch die Wirkung einer nicht­ dargestellten Rückholfeder geschlossen, wenn das Gaspedal freigegeben wird.

Um den Drehzapfen 30 ist ein Betätigungshebel 33 verschwenkbar, der einen Anschlagvorsprung 36 aufweist. Das untere Ende des Betätigungshebels 33 ist über eine Verbindungseinrich­ tung 35 mit dem unteren Ende eines Regulierhebels 34 ver­ bunden, der um den Drehzapfen 19 des Bypassventils 17 verschwenk­ bar ist. Der Anschlagvorsprung 36 kann an einem Anschlag­ stift 38 infolge der Wirkung einer Zugfeder 37, die auf den Regulierhebel 34 wirkt, an­ greifen. Der Anschlagstift 38 ist in der Außenwand des Ansaugkanals 10 be­ festigt. Dadurch wird eine Verbindung mit einem Tot­ gang zwischen dem Drosselventil 12 und dem Bypassventil 17 geschaffen, um den Betrieb des Bypassventils 17 unter bestimm­ ten Bedingungen einzuschränken.

In dem zuvor genannten Zustand, indem der Anschlagvorsprung 36 an dem Anschlagstift 38 angreift, wird ein weiterer Anschlag­ stift 40, der von einem Vorsprung 31 a des Betätigungshebels 31 des Drosselventils 12 gehalten wird, von dem Betätigungshebel 33 abgelöst. Nach der Öffnung des Drossel­ ventils 12 bis zu einer vorbestimmten Position greift der An­ schlagstift 40 an dem Betätigungshebel 33 an und bewirkt dessen Dreh­ hung, so daß nach einer weiteren Öffnung des Drosselventils 12 der Regulierhebel 34 durch die Verbindungseinrichtung 35 zwischen dem Betätigungshebel 33 und dem Regulierhebel 34 verschwenkt wird. Das mögliche Ausmaß der Schließbewegung des Bypassventils 17 wird dann durch die Position des Drosselventils 12 reguliert, weil der Regulierhebel 34 mit dem Anschlagstift 39 auf dem Steuer­ hebel 18 in Berührung steht. Außerdem wird das Bypassven­ til 17 völlig geschlossen, bevor das Drosselventil 12 völlig geöffnet wird. Als Ergebnis beginnt das Bypassventil 17 während des Schließens des Drosselventils 12 sich nur zu öffnen, wenn das Drosselventil 12 aus seiner völlig geöffne­ ten Position um einen vorbestimmten Winkel bewegt wurde. Obwohl dies in den Figuren nicht dargestellt ist, weisen der Ansaugkanal 10 und der Bypasskanal 16 jeweils eine Einrichtung zur Bestimmung der völlig geöffneten Po­ sitionen des Drosselventils 12 und des Bypassventils 17 auf.

Im folgenden wird der Betrieb der dargestellten Einrichtung beschrieben. Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen der Öffnung des Drosselventils 12, der Öffnung des Bypassventiles 17 und dem Ladewirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine. Die Kurve A entspricht dem Fall, in dem das Bypassventil 17 in allen Bereichen völlig geöffnet ist. Dies bedeutet, daß das By­ passventil 17 sich unabhängig von der Position des Drossel­ ventils 12 in seiner völlig geöffneten Position befindet, so daß zu keiner Zeit eine Vorverdichtung bewirkt wird. Die Kurve B entspricht dem Fall, in dem das Bypassventil 17 in allen Bereichen völlig geschlosen ist. Dies heißt, das das Bypassventil 17 sich unabhängig von der Position des Drosselventils 12 in seiner völlig geschlossenen Position befindet, so daß zu allen Zeiten eine Vorverdichtung be­ wirkt wird.

Während des Leerlaufes, des Betriebes mit einer kleinen Last und der Verlangsamung der Verbrennungskraftmaschine wird das Drossel­ ventil 12 geringfügig bis zur Leerlaufposition geöffnet. Der Anschlagstift 40 des Betätigungshebels 31 des Drossel­ ventils 12 ist noch von dem Betätigungshebel 33 beabstandet. Als Ergebnis wird das Bypassventil 17 durch die Spannung der Rückholfeder 37 und durch die Wirkung der Ventilöff­ nungsfeder 24 in der Betätigungsvorrichtung 20 in seinem völlig geöffneten Zustand gehalten. Während der Vorverdichter 14 noch durch die Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird, wird der Leistungs­ verlust der Verbrennungskraftmaschine verringert, wie dies durch den Abschnitt a-b in Fig. 3 angedeutet ist, weil sich das Bypass­ ventil 17 in seiner völlig geöffneten Position befin­ det.

In dem Bereich, in dem eine große Last an der Verbrennungskraftmaschine liegt, ist das Drosselventil 12 derart geöffnet, daß der Anschlag­ stift 40 des Betätigungshebels 31 an dem Betätigungshebel 33 angreift und diesen in dieselbe Richtung dreht. Als Er­ gebnis wird der Regulierhebel 34 durch die Verbindungsein­ richtung 35 in dieselbe Richtung gedreht, so daß das By­ passventil 17 sich in die Schließrichtung bewegen kann, wenn der Druckunterschied in dem Ansaugkanal 10 dies bewirkt. Wenn das Drosselventil 12 weiter geöffnet wird, wird ein Vakuum das in dem Venturiabschnitt 13 des Vergasers besteht, über die zweite Steuerleitung 25 b auch in der zweiten Membrankammer R 2 hergestellt. Bei dem Druck in der ersten Membrankammer R 1, der über die erste Steuerleitung 25 a hergestellt wird, han­ delt es sich im wesentlichen um den Atmosphärendruck. Als Ergebnis übersteigt die abwärtsgerichtete Kraft der Membran 22, die sich aus der Druckdifferenz ergibt, die Federbelastung der Kompressionsfeder 24, so daß das Bypassventil 17 beginnt, sich infolge der Wirkung der Verbindungsstange 23 zu schließen. Der Regulierhebel 34 greift dabei an dem Anschlagstift 39 des Steuerhebels 18 an. Wenn sich das Bypassventil 17 schließt, wird der Ladewirkungsgrad des Vorver­ dichters 14 vergrößert, wie dies durch den Abschnitt b-c in Fig. 3 dargestellt ist.

Wenn der Vorverdichter 14 seine vorverdichtende Funktion ausführt, bewirkt der Druckunterschied zwischen der ersten Membrankammer R 1 und der zweiten Membrankammer R 2 weiterhin das Schließen des Bypassventils 17.

Wenn der Regulierhebel 34 weiter von dem Anschlagstift 39 getrennt bleibt, kann sich das Bypassventil 17 völlig schließen. Der Vorverdichter 14 erreicht dann seine maximale Vorverdichtung, wie dies in Fig. 3 durch den Punkt d angedeutet ist.

Wenn nachfolgend das Drosselventil 12 aus einer völlig offenen Position um einen vorbestimmten Winkel in der Schließrichtung verstellt wird, wird der Regulierhebel 34 in eine Stellung gebracht, in der er an dem Anschlagstift 39 des Steuerhe­ bels 18 angreift, um das Öffnen des Bypassventiles 17 in­ folge der Spannung der Rückholfeder 37 einzuleiten. Wenn die Druckdifferenz zwischen der ersten Membrankammer R 1 und der zweiten Membrankammer R 2 abnimmt, wird das Bypassventil 17 durch die Kompressionsfeder 24 der Betätigungsvorrichtung 20 und die Rückholfeder 37 völlig geöffnet.

Um eine übermäßige Verdichtung zu vermeiden, wenn sich das Drosselventil 12 in seiner völlig geöffneten Position be­ findet, gibt das durch den Sensor 28 für die Geschwindigkeit des Fahrzeuges betätigte Belüftungsventil 29 den Druck in der ersten Steuerleitung 25 a zur Atmosphäre über den mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Be­ lüftungsventil 27 frei, wenn eine vorbestimmte Geschwindig­ keit erreicht wird. Dadurch wird die Druckdifferenz zwischen der ersten Membrankammer R 1 und der zweiten Membrankammer R 2 der Be­ tätigungsvorrichtung 20 verringert, wodurch es ermöglicht wird, daß sich das Bypassventil 17 in Richtung auf eine geöffnete Position bewegt. Die Regulierung des Flusses durch die erste Steuerleitung 25 a durch die erste Öffnung 41 und die Regulierung des Flusses durch den Belüftungskanal 27 durch die zweite Öffnung 42 ermöglicht es, daß die Position des Bypassventiles 17 für den Bypass in einer vorbestimmten Position stabil wird. Durch die Feineinstellung des Öffnungs­ betriebes des Bypassventiles 17 in der zuvor beschriebenen Weise kann die vorverdichtende Wirkung des Vorverdichters 14 verkleinert werden, um die Geschwindigkeit der Verbrennungskraftmaschine auf einen vorbestimmten Wert zu regulieren.

Als Verbrennungskraftmaschine kann beispielsweise auch eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Kraftstoffeinspritzsystem angewendet werden. In diesem Fall wird in dem Ansaugkanal auch ein Venturiabschnitt vorge­ sehen. Es können jedoch auch beliebige andere Verbrennungskraftmaschinen angewendet werden.

Claims (3)

1. Verbrennungskraftmaschine mit einem Vorverdichter zum Antrieb eines Fahrzeugs, mit einem in einem Venturi­ abschnitt (13) eines Ansaugkanals (10) stromabwärts des Vorverdichters (14) angeordneten Drosselventil (12), mit einem in einem den Ansaugkanal (10) stromaufwärts des Vorverdichters (14) mit dem Ansaugkanal (10) zwischen dem Vorverdichter (14) und dem Venturiabschnitt (13) verbin­ denden Bypasskanal (16) angeordneten Bypassventil (17) und mit einer pneumatischen Betätigungsvorrichtung (20) für das Bypassventil (17), die bei Schließen des Drossel­ ventils das Bypassventil öffnet, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die pneumatische Betätigungsvorrich­ tung (20) für das Bypassventil (17) von der Differenz der Drücke im Ansaugkanal (10) - an einer Stelle zwischen dem Ven­ turiabschnitt (13) und dem Vorverdichter (14) - und im Ven­ turiabschnitt (13) gesteuert ist, und daß die Öffnung des Bypassventils (17) durch einen von dem Drosselventil (12) verstellbaren Anschlag begrenzt ist.

2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatische Betätigungsvorrichtung (20) eine pneumatische Steuerleitung (25 a) aufweist, die eine Membrankamer (R 1) der Betätigungsvorrichtung mit dem Ansaugkanal (10) - an einer Stelle zwischen dem Venturi­ abschnitt und dem Vorverdichter - verbindet und daß in der Steuerleitung (25 a) ein elektromagnetisch betätigtes Be­ lüftungsventil (29) angeordnet ist, welches in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit geöffnet wird, wenn die Fahr­ geschwindigkeit größer als eine vorgegebene Fahrgeschwindig­ keit ist.

3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Betätigungshebel (33) mit einem daran angeordneten Anschlagvorsprung (36) um das Drosselventil (12) drehbar angeordnet ist, daß ein erster Anschlagstift (38) in der Wand des Ansaugkanals (10) ange­ ordnet ist, daß ein zweiter Anschlagstift (40) an einem Betätigungshebel (31 a) für das Drosselventil (12) angeordnet ist, um selektiv an dem Betätigungshebel (33) anzugreifen, daß ein Regulierhebel (34) um dieselbe Achse (19) wie das Bypassventil (17) drehbar angeordnet ist, daß ein Anschlagzapfen (39) auf einem Steuerhebel (18) mit dem Bypass­ ventil (17) drehbar ist, um selektiv an dem Regulierhebel (34) anzugreifen, daß eine Verbindungseinrichtung (35) den Betätigungshebel (33) den Regulierhebel (34) ver­ bindet, und daß eine Rückholfeder (37) sowohl den Regulier­ hebel (34), wenn das Steuerventil (17) sich in der völlig geöffneten Position befindet, gegen den Anschlagzapfen (39) und den Anschlagvorsprung (36) gegen den ersten Anschlag­ stift (38) vorspannt.