Verfahren zur Reduzierung von Ablagerungen an Klappen in Gasansaugsystemen

Beschreibung

[0001] Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Reduzierung von Ablagerungen an Klappen in Verbrennungsluftansaugsystemen von Hubkolbenbrennkraftmaschinen. Das Verfahren kann auch für andere lufttechnische Systeme verwendet werden, die mit entsprechenden Klappen versehen sind.

[0002] Bei Hubkolbenbrennkraftmaschinen wird durch die Bewegung des Kolbens im Zylinder vom oberen zum unteren Totpunkt ein Unterdruck erzeugt. Dieser Unterdruck saugt die notwendige Verbrennungsluft durch Gaswechselventile über ein Ansaugsystem ein. Dieses Ansaugsystem enthält eine oder mehrere Klappen zur Steuerung und/oder Regelung und/oder Beeinflussung des Ansaugluftstromes.

[0003] Hiervon ist die Drosselklappe am bekanntesten. Sie dient zur Steuerung der Luftzufuhr einer Hubkolbenbrennkraftmaschine.

[0004] Außerdem bekannt sind Klappen, die einen Drall oder Wirbel erzeugen. Sie sind üblicherweise in den Verbrennungsluftansaugkanälen in der Nähe der Einlaßgaswechselventile angeordnet. Diese Drall- oder Wirbelklappen sollen nun der angesaugten Luft eine zusätzliche Bewegungskomponente quer zur Ansaugrichtung geben, um eine bessere Mischung der Verbrennungsluft mit dem Brennstoff im Verbrennungsraum zu erreichen.

[0005] Stand der Technik sind außerdem Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit zwei Einlaßgaswechselventilen pro Zylinder. Bei einigen Ausführungen ist jeweils ein separater Einlaßkanal für jedes Einlaßgaswechselventil vorgesehen. Dabei ist zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der einströmenden Verbrennungsluft und damit zur Erhöhung der Zylinderfüllung bei niedrigen und mittleren Drehzahlen ein Einlaßkanal durch eine Klappe verschlossen. Bei hohen Drehzahlen wird die Kappe geöffnet. Dadurch wird der Ansaugquerschnitt vergrößert, um so den erhöhten Verbrennungsluftbedarf zu decken.

[0006] Zur Beeinflussung der Strömung der angesaugten Verbrennungsluft sind bei manchen Ausführungen von Hubkolbenbrennkraftmaschinen Resonanzkörper oder ein Verkürzen oder Verlängern der Ansaugwege vorgesehen. Dies ist ein weiteres Einsatzgebiet für Klappen in Verbrennungsluftansaugsystem von Hubkolbenbrennkraftmaschinen.

[0007] Alle oben genannten Klappen arbeiten in der Regel in einem Bereich von 0°, d. h. voll geschlossen bis 90°, d. h. voll geöffnet, wobei Zwischenstellungen möglich sind. Im geschlossenen Zustand soll möglichst wenig Luft an den Klappen vorbeiströmen, weshalb fertigungstechnisch und konstruktiv versucht wird, den Spalt zwischen Klappe und Kanal oder Umrandung so klein wie möglich zu halten. Die angesaugte Verbrennungsluft ist allerdings nicht immer frei von Verschmutzungen. So entstehen während des Betriebes einer Hubkolbenbrennkraftmaschine im Laufe der Zeit Ablagerungen an den Wänden des Ansaugsystems, z. B. verursacht durch Verbrennungsrückstände, die durch die Kurbelgehäuseentlüftung oder ein eventuell vorhandenes Abgasrückführsystem in das Ansaugsystem geleitet werden. Wie bereits oben beschrieben ist der Abstand zwischen dem oder den Klappen und den Wänden des Ansaugsystems sehr klein, so daß die Klappe oder die Klappen während des Betriebes diese Ablagerungen von den Wänden des Ansaugsystems schaben können. Als Resultat bauen sich diese Ablagerungen an der jeweiligen Endposition (0° Position) auf und verringern so den Ansaugquerschnitt. Dies ist insbesondere nachteilig bei kleinen Klappenöffnungswinkeln, da die Ablagerungen den ursprünglich gewünschten Ansaug- oder Durchlaßquerschnitt überproportional einschränken. Auch bei voll geöffneter (90°) Position ergeben sich deutliche Nachteile, da hier der größtmögliche Ansaugquerschnitt gewünscht ist welcher durch die jeweilige Klappenwelle sowieso schon eingeschränkt wird.

[0008] In der DE 196 38 503 wird ein Verfahren beschrieben bei dem die nachteiligen Wirkungen derartige Ablagerungen auf eine Drosselklappe beseitigt werden. Dabei wird zwischen der sich stromaufwärts und der sich stromabwärts bewegenden Hälfte der Drosselklappe unterschieden. An der sich stromaufwärts bewegenden Hälfte wird der Spalt zum Drosselklappengehäuse auf einen sehr kleinen Abstand (ca. 5 bis 10µm) eingestellt. An der sich stromabwärts bewegenden Hälfte der Drosselklappe hingegen ist der Spalt zum Drosselklappengehäuse ca. 10 mal größer (50 bis 100µm). Weiterhin ist das Drosselklappengehäuse entsprechend der Bewegung der sich stromabwärts öffnenden Hälfte der Drosselklappe bis zu einem Drosselklappenöffnungswinkel von ca. 30° sphärisch ausgebildet, so daß sich der Abstand zwischen Drosselklappe und Drosselklappengehäuse in diesem Bereich nicht vergrößert. Nachteilig ist hier besonders, daß das sphärisch ausgebildete Gehäuse den Ansaugquerschnitt deutlich vermindert. Das Verfahren ist darüber hinaus nur beschrieben für Ablagerungen, die sie stromabseitig der Drosselklappe ansammeln.

[0009] In der DE 199 25 202 wird eine Drosselklappensteuervorrichtung beschrieben, bei der die Drosselklappe im Leerlaufbetrieb oder bei Stillstand einer Verbrennungsmaschine entgegen der bekannten Bewegungsrichtung aus der voll geschlossenen Position (0°) etwas öffnet. Während eine Drosselklappe, die sich in der 0° Position befindet, durch Vereisung oder Verkleben ein Starten einer Verbrennungsmaschine unmöglich machen kann, soll durch die leichte Öffnung der Drosselklappe erfindungsgemäß demgegenüber ein Starten ermöglicht werden.

[0010] Weiterhin wird in der JP 2001082186 ein Verfahren zur Entfernung von Ablagerungen in einem Luftansaughanal erwähnt.

[0011] Vor diesem Hintergrund war die Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren zu entwickeln, daß in der Lage ist, die beim Betrieb von Hubkolbenbrennkraftmaschinen in den zugehörigen Luftansaugsystemen entstehenden Ablagerungen zu reduzieren, die sich insbesondere vor und nach in diesen Luftansaugsystemen befindlichen Klappen ablagern und so die Funktion der Hubkolbenbrennkraftmaschinen beeinträchtigen.

[0012] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen bzw. Nebenansprüchen enthalten.

[0013] Dadurch, daß die Klappe oder die Klappen entgegen der Betriebsrichtung drehen, werden Ablagerungen, die sich vor und/oder nach der oder den Klappen gebildet haben, von der Wandung oder den Wandungen des Verbrennungsluftansaugsystems einer Hubkolbenbrennkraftmaschine abgekratzt. Insbesondere bei mittig gelagerten Klappen, in der Regel der oder den Drosselklappen aber auch anderen Steuerklappen, die sich üblicherweise im Bereich von 0° (voll geschlossen) und 90° (voll geöffnet) bewegen, bauen sich im Verbrennungsluftansaugsystem vor der oder den geschlossenen Klappen Ablagerungen auf, die bei kleinen Öffnungswinkeln der Klappen den Luftdurchsatz durch den so verkleinerten Querschnitt behindern. Wird nun die Klappe(n) für kurze Zeit entgegen der Betriebsrichtung geöffnet werden diese Ablagerungen abgekratzt und verbleiben entweder auf der oder den Klappen oder werden als kleine Teilchen mit der Verbrennungsluftstrom mitgerissen und in der Hubkolbenbrennkraftmaschine verbrannt.

[0014] Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das oben beschriebene Öffnen der Klappe oder der Klappen in regelmäßigen Abständen wiederholt. So können sich nennenswerte Ablagerungen erst gar nicht aufbauen.

[0015] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das oben beschriebene Öffnen der Klappe oder der Klappen jeweils nach Einschalten der Zündung einer Hubkolbenbrennkraftmaschine und vor dem Anlassen durchgeführt. So kann die Reinigungsfunktion der Klappen ohne größeren Steuerungsaufwand regelmäßig durchgeführt werden.

[0016] Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn das oben beschriebene Öffnen der Klappe oder der Klappen während und/oder kurz nach dem Abstellen oder Abschalten einer Hubkolbenbrennkraftmaschine durchgeführt wird. Auch hier kann die Reinigungsfunktion ohne Beeinträchtigung des Betriebes einer Hubkolbenbrennkraftmaschine durchgeführt werden.

[0017] Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

die schematische Darstellung eines Schnittes durch eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Verbrennungsluftansaugsystem

Fig. 2

die schematische Darstellung eines Schnittes durch einen Verbrennungsluftansaugkanal und einer darin befindlichen Drosselklappe, wobei für die Drosselklappe die Verstellbereiche eingezeichnet sind

[0018] In den Figuren 1 und 2 sind übereinstimmende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

[0019] In Fig. 1 ist die schematische Darstellung eines Schnittes durch eine Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 zu sehen. Die zur Verbrennung nötige Umgebungsluft gelangt über einen hier nicht gezeigten Luftfilter und den Ansaugkanal 9 in den Ansaugkrümmer 4. Im diesem Ansaugkanal 9 befindet sich, auf einer Drosselklappenwelle 11 gelagert, die Drosselklappe 10, wobei die Drosselklappenwelle 11 von einem Drosselklappenstellmotor 12 betätigt wird. Vom Ansaugkrümmer 4 wird die Verbrennungsluft über insgesamt 8 Kanäle 5 in die im Motorblock 3 befindlichen Zylinder 2 der Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 gesaugt. Hierbei ist zu erkennen, daß jeweils 2 Kanäle 5 zur Verbrennungsluftversorgung pro Zylinder 2 vorgesehen sind. In jeweils einem dieser zwei Kanäle 5 befindet sich eine Wirbelkontrollklappe 6. Für alle vier Wirbelkontrollklappen 6 ist zur Steuerung eine gemeinsame Welle 7 vorgesehen. Diese Welle 7 wird wiederum von einem Stellmotor 8 betätigt.

[0020] Figur 2 zeigt einen Schnitt durch einen Ansaugkanal 9 mit darin befindlicher Drosselklappe 10, wobei die Drosselklappe 10 auf einer drehbar gelagerten und mittels des (hier nicht gezeigten) Drosselklappenverstellmotors 12 bewegbaren Drosselklappenwelle 11 befestigt ist. Üblicherweise wird nun die Drosselklappe 10 in dem hier gezeigten Bewegungsbereich zwischen voll geschlossen (0°) und voll geöffnet (90°) in Drehrichtung A geöffnet und in entgegengesetzter Drehrichtung geschlossen und so der Luftdurchsatz einer Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 gesteuert. Erfindungsgemäß wird die Drosselklappe 10 entgegen der üblichen Drehrichtung A einige Grad geöffnet und so in Position X gebracht, um so eventuelle Ablagerungen im Ansaugkrümmer 9 vor der Drosselklappe 10 zu entfernen.

Ansprüche

1. Verfahren zur Steuerung von einer oder mehreren Klappen (6, 10) in Luftansaugsystemen (9) von Hubkolbenbrennkraftmaschinen (1), wobei die Klappe(n) (6, 10) beim Betrieb einer Hubkolbenbrennkraftmaschine (1) in der Regel in einem Bereich von 0° (voll geschlossen) bis 90° (voll geöffnet) betrieben und in einer Drehrichtung (A) geöffnet und entgegen dieser Drehrichtung geschlossen werden
dadurch gekennzeichnet, daß
die Klappe(n) (6, 10) von 0° ausgehend für kurze Zeit entgegen der Drehrichtung (A) geöffnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, daß
die Öffnung der Klappe(n) (6, 10) entgegen der Drehrichtung (A) periodisch erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2
dadurch gekennzeichnet, daß
die Öffnung der Klappe(n) (6, 10) kurz vor dem Starten einer Hubkolbenbrennkraftmaschine erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2
dadurch gekennzeichnet, daß
das Öffnen der Klappe(n) (6, 10) während und/oder kurz nach dem Abstellen oder Abschalten einer Hubkolbenbrennkraftmaschine erfolgt.

Claims

1. Process for the control of one or more valves (6, 10) in air intake systems (9) of reciprocating internal combustion engines (1), the valve(s) (6, 10), during operation of a reciprocating internal combustion engine (1), normally being operated in a range from 0° (fully closed) to 90° (wide open) and being opened in a direction of rotation (A) and closed in the opposite direction to this direction, characterized in that the valve (s) (6, 10) can be opened from the 0° position for a short time in the opposite direction to the direction of rotation (A).

2. Process according to Claim 1, characterized in that the opening of the valve (s) (6, 10) in the opposite direction to the direction of rotation (A) is performed periodically.

3. Process according to Claim 2, characterized in that the opening of the valve(s) (6, 10) is performed shortly before starting a reciprocating internal combustion engine.

4. Process according to Claim 2, characterized in that the opening of the valve(s) (6, 10) is performed during and/or shortly after shutting down or switching off a reciprocating internal combustion engine.

Revendications

1. Procédé de commande d'un ou de plusieurs clapets (6, 10) dans des systèmes d'admission d'air (9) de moteur à combustion interne à piston alternatif (1), dans lequel le ou les clapets (6, 10), lors du fonctionnement d'un moteur à combustion interne à piston alternatif (1), sont utilisés en général dans une plage de 0° (fermeture complète) à 90° (ouverture complète) et sont ouverts dans un sens de rotation (A) et fermés dans le sens opposé,
caractérisé en ce que
le ou les clapets (6, 10) sont ouverts à partir de 0° pendant un court instant dans le sens opposé au sens de rotation (A).

2. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
l'ouverture du ou des clapets (6, 10) s'effectue périodiquement dans le sens opposé au sens de rotation (A).

3. Procédé selon la revendication 2,
caractérisé en ce que
l'ouverture du ou des clapets (6, 10) s'effectue juste avant le démarrage d'un moteur à combustion interne à piston alternatif.

4. Procédé selon la revendication 2,
caractérisé en ce que
l'ouverture du ou des clapets (6, 10) s'effectue pendant et/ou juste après l'arrêt ou la coupure d'un moteur à combustion interne à piston alternatif.

Zeichnung