Die Erfindung betrifft einen Viertakt-Verbrennungsmotor mit mindestens einem Verbrennungsraum, Steuerorgahen für den Einlaß- und Auslaß von Grasen, wie Ventilen oder Schiebern, und mit einer Einrichtung zum Zurückführen von Gasen aus einer Abgasleitung in den Verbrennungsraum.

In dem Buch "Wege zum Hochleistungs-Viertaktmotor" von Ludwig Apfelbeσk, Motorbuch-Verlag Stuttgart 1983, wird auf Seite 28 angegeben, daß eine infolge einer Überschneidung der Öffnungszeiten zwischen dem Einlaßventil und dem Aus¬ puffventil beim Übergang zwischen dem Auspuffvorgang und dem Ansaugvorgang Frischgas, das in das Auspuffrohr gelangt ist, durch Schwingungsvorgänge wieder in den Zylinder zurückge¬ stoßen werden kann. Eine derartige Betriebsweise erscheint allenfalls in einem engen Drehzahlbereich funktionsfähig, und außerdem würde eine derartige Betriebsweise voraus¬ setzen, daß eine höhere OberSchwingung des AuspuffSystems, das für eine optimale Schalldämpfung im allgemeinen auf der Grundfrequenz arbeitet, ausgenutzt wird. Bei einer höheren Oberschwingung jedoch ist die Amplitude der Schwingungen klein und die Wirkung daher begrenzt. Durch eine derartige Rückförderung von Frischgas in den Verbrennungsraum wird verhindert, daß unverbrannter Brennstoff durch den Auspuff nach außen gelangt, es kann jedoch der Füllungsgrad des Verbrennungsraums nicht vergrößert werden.

Es ist außerdem bekannt, von der Auspuffanläge eine Rohrlei¬ tung zur Ansaugleitung des Motors zu verlegen, durch die ein gewisser Anteil von Auspuffgasen beim Ansaugvorgang durch das Einlaßsteuerorgan in den Verbrennungsraum gelangt. Hierdurch wird bezweckt, daß die Spitzentemperatur im Ver¬ brennungsraum gesenkt wird, um dadurch die Menge der entste¬ henden Stickoxide zu verringern. Es weist nämlich das in Auspuffgasen enthaltene Kohlendioxid eine relativ hohe spezifische Wärmekapazität auf und bewirkt daher eine Absen¬ kung der Verbrennungstemperaturen. Eine derartige Abgasrück¬ führung ist konstruktiv aufwendig. Die Anordnung eignet sich zwar zur Verringerung der Stickoxide, ist jedoch dann nicht geeignet, wenn eine Überladung erzielt werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem eingangs geschilderten Viertaktmotor eine Möglichkeit zu schaffen, die sich konstruktiv einfach verwirklichen läßt und die es ermöglicht, wahlweise in die Abgasleitung gelang¬ tes Frischgas oder Auspuffgase in den Verbrennungsraum zurückzubringen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Vorrichtung zum kurzzeitigen Öffnen des Auslaßsteueror¬ gans vorgesehen ist, die ein Auslaßsteuerorgan im Zeitraum nach dem Öffnen des Einlaßsteuerorgans und vor dem Zünden erneut öffnet.

Durch die Erfindung wird somit vorgesehen, daß das Ausla߬ steuerorgan, nachfolgend vereinfachend nur kurz Auslaßventil genannt, nachdem es nach Abschluß des Auspuff organgs, in dessen Endabschnitt das Einlaßventil (genauer das Einla߬ steuerorgan) möglicherweise bereits geöffnet war, geschlos¬ sen worden war, zu einem späteren Zeitpunkt, jedoch noch vor dem Zünden der brennfähigen Gasmischung erneut geöffnet wird. Wenn mehrere Auslaßsteuerorgane vorhanden sind, so müssen diese nicht gleichzeitig geöffnet und/oder geschlos¬ sen werden. Insbesondere kann das zur Gasrückführung verwen¬ dete Auslaßsteuerorgan vor dem Ende des Auspuffvorgangs bereits geschlossen sein. Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der Zeitraum des erneuten Öffnens so gewählt werden kann, daß während dieses Zeitraums in der Auspufflei- tung des Verbrennungsraumes ein relativ hoher Druck herrscht, der die in der Auspuffleitung in nächster Nähe des Verbrennungsraums befindlichen Gase in den Verbrennungsraum zurückf rdert. Dabei kann durch geeignete Wahl des Zeit-

raums, in dem das Auslaßventil abermals geöffnet ist, mögli¬ cherweise innerhalb eines großen Drehzahlbereichs diese geschilderte Gasrückführung wirkungsvoll vorgenommen werden. Weiter ist von Vorteil, daß bei der Ausnutzung von Schwin¬ gungen des Abgassystems die GrundSchwingung oder eine nied¬ rige Oberschwingung, beispielsweise die zweite oder dritte Oberschwingung verwendet werden kann, wenn zwischen dem Ende des Auspuffvorgangs und dem abermaligen Öffnen des Ausla߬ steuerorgans eine größere Zeitspanne liegt. Bei derartigen Grund- oder Oberschwingungen sind die Amplituden der Schwin¬ gungen relativ groß und daher die Gasrückführung besonders wirkungsvoll. Dies ermöglicht es, durch die Gasrückführung auch eine Drucküberhöhung im Verbrennungsraum zu bewirken. Außerdem ermöglicht es ein hoher Druck in der Abgasleitung, daß das Auslaßventil zu einem Zeitpunkt abermals geöffnet werden kann, wo nach Abschluß des Ansaugvorgangs die ange¬ saugten Frischgase bereits verdichtet werden.

Weiter ist bei der Erfindung von Vorteil, daß die Zeitdauer der abermaligen Öffnung des Auslaßventils und dadurch die Menge der rückgeführten Gase auf einfache Weise genau be¬ stimmt werden kann.

Bei Motoren mit sehr großem Drehzahlbereich kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der Zeitraum, in dem das Auslaßventil abermals geöffnet wird, drehzahlabhängig ge¬ steuert werden, damit jeweils ein Optimum der Gasrückführung erzielt wird.

In dem eingangs zitierten Buch ist zwar angegeben, daß bei Zweitakt-Rennmotoren eine beträchtliche Überladung dadurch erreicht wird, daß während des Spülvorganges eine gewisse

Frischgasmenge zunächst in die besonders gestaltete Auspuff¬ anlage gelangt und dann durch eine Druckwelle wieder in den Zylinder zurückgeführt wird. Diese Angabe bietet jedoch dem Fachmann, der sich mit der-Verbesserung von Viertakt-Motoren befaßt, keine Hilfe, und führt ihn nicht zur Erfindung, weil der Gaswechselvorgang am Zweitaktmotor prinzipiell anders abläuft als beim Viertaktmotor. Der Ansaugvorgang findet beim Zweitaktrennmotor nicht direkt statt, sondern das Ansaugen erfolgt über das Kurbelhaus während des Überström¬ taktes in den Brennraum. Der Überströmvorgang findet bei geöffnetem Auspuffschlitz statt. Das heißt der Auspuffvor¬ gang beginnt vor dem Überströmen und endet nach dem Über¬ strömen, dadurch ist ein Rückführen von Frischgas möglich. Beim Viertaktmotor laufen jedoch Auspuff- und Ansaugvorgang zeitlich getrennt ab, das heißt der gesamte Ansaugvorgang kann nicht während des Ausstoßens stattfinden.

Die Erfindung läßt sich bei solchen Motoren anwenden, die für eine hohe Leistung konstruiert sind, somit insbesondere bei solchen, bei denen mit einer Überschneidung zwischen den Öffnungszeiten des Einlaßventils und Auslaßventils im Über¬ gangsbereich zwischen dem Auspuffvorgang und dem Ansaugvor¬ gang gearbeitet wird. Die Überschneidung in den Qffnungszei- ' ten der Einlaß- und Auslaßsteuerorgane wird bei Hochleis¬ tungsmotoren bekanntlich dazu verwendet, die Frischgassäule vor dem Einlaßsteuerorgan zu beschleunigen, so daß der Verbrennungsraum rasch gefüllt werden kann. Durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit im Ansaugrohr kann dabei, nachdem das Auslaßsteuerorgan geschlossen ist, auch eine Überladung im Verbrennungsraum erzielt werden. Demgemäß wird bei einer Ausführungsform der Erfindung das Auslaßsteuerorgan bei noch offenem Einlaßsteuerorgan erneut geöffnet. Dabei kann gemäß

einer weiteren Ausführungsform der Erfindung das Maximum der Öffnung des Auslaßsteuerorgans ebenfalls bei noch offenem Einlaßsteuerorgan liegen, bei einer anderen Ausführungsfσrm dagegen ist beim Maximum der Öffnung des Auslaßsteuerorgans das Einlaßsteuerorgan bereits wieder geschlossen. Schlie߬ lich kann der Beginn der erneuten Öffnung des Auslaßsteuer¬ organs so gelegt werden, daß zu diesem Zeitpunkt das Einla߬ steuerorgan bereits geschlossen ist. Bei den geschilderten Ausführungsformen ist im allgemeinen damit zu rechnen, daß bei Beginn des Ansaugvoτgangs Frischgas, im allgemeinen also ein Benzindampf-Luftgemisch oder Frischluft bei Brennraum¬ einspritzung, auch in die Auspuffleitung gelangt. Beim abermaligen Öffnen des Auslaßsteuerorgans wird dieses Frischgas ganz oder teilweise in den Verbrennungsraum zurückgefördert. Je nach Dauer der Öffnung des Auslaßsteuer¬ organs kann auch Auspuffgas zurückgefördert werden. Es kann somit verhindert werden, daß unverbrannter Treibstoff durch den Auspuff nach außen gelangt und falls .gewünscht, kann auch die Verbrennungstemperatur durch die zurückgeführten Anteile an Auspuffgas abgesenkt werden. Bei derjenigen Ausführungsform, bei der das Auslaßventil dann abermals geöffnet wird, wenn das Einlaßventil bereits geschlossen ist oder sich unmittelbar vor dem Schließen befindet, kann durch die das Auslaßventil von der Auspuffleitung her passierende Druckwelle eine Überladung im Verbrennungsraum erzielt werden, wodurch die Leistung des Motors erhöht werden kann.

Die Erfindung ist auch bei solchen Motoren verwendbar, bei denen keine Überschneidung zwischen den Öffnungszeiten der Einlaß- und Auslaßsteuerorgane vorliegt, also bei üblichen Gebrauchsmotoren. In einem derartigen Fall kann kein Frisch¬ gas in die Auspuffleitung gelangen, und daher wird beim

abermaligen Öffnen des Auslaßsteuerorgans lediglich Auspuff¬ gas in den Verbrennungsraum zurückgefördert, so daß die Erzeugung von zu großen Mengen an Stickoxiden verhindert wird. Hier ist bei der Erfindung besonders von Vorteil, daß die Menge der zurückgeführten Auspuffgase durch geeignete Steuerung des Auslaßventils sehr genau bestimmt werden kann.

Das Auslaßsteuerorgan kann in dem Fall, daß es sich um ein von einer Nockenwelle gesteuertes Ventil handelt, in ein¬ facher Weise dadurch in der erfindungsgemäßen Weise ge¬ steuert werden, daß die Nockenwelle eine weitere Nooke für das Auslaßventil aufweist, die zu der den Auspuff organg steuernden Nooke den gewünschten Winkelabstand hat.

Die Erfindung ist auch bei Motoren anwendbar, bei denen keine Ventile vorgesehen sind, sondern bei denen Schieber vorgesehen sind. Dabei kann auch der Kolben des Motors als ein solcher Schieber wirksam sein.

Anstatt eines abermaligen Öffnens des Auslaßventils ist es auch möglich, ein weiteres Steuerorgan (Ventil, Schieber) das zusätzlich zum Einlaßventil und Auslaßventil vorgesehen ist und das mit der Abgasleitung in Verbindung steht, zu öffnen. Auch erscheint es möglich, in solchen Fällen, in denen pro Zylinder des Viertakt-Motors vier Ventile vorgese¬ hen sind, nämlich zwei Einlaßventile und zwei Auslaßventile, beim erfindungsgemäßen abermaligen Öffnungsvorgang nur eines der beiden Auslaßventile zu öffnen, oder die zwei Ausla߬ ventile in unterschiedlicher Zeitfolge erneut zu öffnen.

Wenn die Erfindung bei bereits existierenden Motoranlagen, insbesondere auch bei Kraftfahrzeugen mit Viertakt-Motor,

verwirklicht werden soll, so kann es zweckmäßig sein, zur optimalen Abstimmung auch Änderungen an der Auspuffanlage vorzusehen, insbesondere hinsichtlich der Resonanzfrequenzen der Auspuf anläge. Dadurch, daß jedoch bei der Erfindung der Zeitraum, zu dem das Auslaßventil abermals öffnet, in einem relativ weiten Bereich liegen kann, erscheint es möglich, daß Änderungen an der Auspuffanlage zumindest in einigen Fällen dadurch überflüssig gemacht werden können, daß dieser Zeitraum der abermaligen Öffnung des Auslaßventils geeignet gelegt wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Ausführungsform der Erfin¬ dung verwirklicht sein. Es zeigen:

Fig. 1 : einen Längsschnitt durch einen Zylinder eines

Viertakt-Verbrennungsmotors eines ersten Ausfüh¬ rungsbeispiels, teilweise abgebrochen, wobei eine das Auslaßventil steuernde Nockenwelle zwei Nocken aufweist,

Fig. 2: einen Längsschnitt, teilweise abgebrochen, durch den Zylinder eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Viertakt-Motors, bei dem zwei Ventile und ein Schieber vorgesehen sind,

Fig. 3: schematisch ein Zeitdiagramm für die Betätigung der Einlaß- und Auslaßsteuerorgane.

In Fig. 1 ist in einem Zylinder 2 ein Kolben 4 verschiebbar geführt, der in bekannter Weise über eine nicht gezeigte Pleuelstange eine ebenfalls nicht gezeigte Kurbelwelle antreibt. In einem Zylinderkopf 6 ist ein durch eine erste Nockenwelle 8 betätigtes Einlaßventil 10 angeordnet und außerdem ist ein durch eine zweite Nockenwelle 1 betätigtes Auslaßventil 14 vorgesehen. Die Ventile 10 und 14 steuern die Verbindung zwischen einem Einlaßkanal 16 bzw. einem Auslaßkanal 18 und dem Brennraum 20 des Motors. Die erste Nockenwelle 8 weist eine dem Einlaßventil 10 zugeordnete Nocke 22 auf, und die zweite Nockenwelle 12 weist eine dem Auslaßventil 14 zugeordnete Nocke 24 auf. Die Nockenwellen sind mit der Kurbelwelle gekoppelt. Die den Ventiltellern 26 abgewandten Enden der Ventile werden durch Federn 28 in Anlage an den sie steuernden Nocken gehalten. Aus der bei der Nockenwelle 8 und 12 eingezeichneten Drehrichtung im Gegenuhrzeigersinn und der Lage der Nocken 22 und 24 und daraus, daß sich der Kolben 4 in seiner obersten Position befindet, erkennt man, daß der Auspuff organg gerade beendet worden ist und daß das Auslaßventil 14 gerade noch offen ist, während das Einlaßventil 10 bereits etwas geöffnet hat. Der in Fig. 1 gezeigte Motor arbeitet somit mit einer Über¬ schneidung der Öffnungszeiten der Einlaß- und Auslaßventile. Soweit der Motor gemäß Fig. 1 bisher beschrieben worden ist, gehört er zum Stand der Technik. Von bekannten Motoren unterscheidet sich der Motor 1 dadurch, daß die Nockenwel¬ le 12 eine weitere, dem Auslaßventil 14 zugeordnete Nocke 30 aufweist. Durch die weitere Nocke 30 wird das Auslaßven¬ til 14, nachdem es ausgehend von der in Fig. t gezeigten Lage zunächst noch vollständig geschlossen worden ist, und nachdem das Einlaßventil 10 vollständig geöffnet worden ist,

wobei sich auch der Kolben 4 nach unten bewegt hat, abermals geöffnet. Dadurch besteht die Möglichkeit, daß Frischgas, also brennfähiges Kraftstoff-Luftgemisch, das vom Einlaßka¬ nal 16 direkt in den Auslaßkanal 18 gelangt ist, durch eine von der Auspuffanlage erzeugte Druckwelle wieder in den Brennraum 20 zurückgefördert wird. Die durch die weitere Nocke 30 bewirkte maximale Öffnung des Auslaßventils 14 tritt dabei zu einem Zeitpunkt ein, wo sich das Einlaßven¬ til 10 schon wieder nahezu geschlossen hat. Es findet daher durch die von der Auspuffanlage stammende Druckwelle sowohl eine Rückführung des noch nicht verbrannten Kraftstoffes in den Brennraum 20 statt, als auch eine Druckerhöhüng und somit eine Überladung. Dadurch wird sowohl der Kraftstoff gut ausgenutzt als auch die Leistung erhöht.

Dadurch, daß die Drehstellung der ersten Nockenwelle 8 relativ zur zweiten Nockenwelle 12 geändert wird, läßt sich der Motor 1 so abwandeln, daß beim Ladungswechsel eine Überschneidung der Öffnung nicht eintritt. In einem derarti¬ gen Fall wird kraftstoffreies Auspuffgas in den Brennraum 20 zurückgef rdert, wenn das Auslaßventil 14 durch die weitere Nocke 30 geöffnet wird.

Die weitere Nocke 30 ist niedriger als die Nocke 24 und spitzer als diese. Daher ist die durch die weitere Nocke 30 bewirkte maximale Öffnung des Auslaßventils kleiner als die durch die Nocke 24 bewirkte Öffnung, und außerdem bleibt das Auslaßventil 14 dann, wenn es durch die weitere Nocke 30 geöffnet wird, kürzere Zeit offen als wenn es durch die Nocke 24 geöffnet wird.

Durch geeignete Anordnung und Gestaltung der weiteren Nocke 30 kann die zeitliche Lage der abermaligen Öffnung des Auslaßventils 14 und die Dauer der Öffnung den jeweiligen Erforderungen angepaßt werden.

Der in Fig. 2 im Schnitt durch einen Zylinder gezeigte Motor 31 weist wie der Motor nach Fig. 1 eine herkömmliche, das Einlaßventil steuernde Nockenwelle 8 auf, und weist im Gegensatz zur Fig. 1 und in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik eine herkömmliche Nockenwelle 34 mit nur einer einzigen Nocke 35 zur Steuerung des Auslaßventils 14 auf. Von bekannten Motoren unterscheidet sich der Motor 31 nach Fig. 2 dadurch, daß der Auslaßkanal 18 des Zylinderkopfs 6, der in ein Auspuffrohr 38 führt, durch eine Abzweigung 40 des Auspuffrohrs 38 mit einer Bohrung 42 im Zylinder 44 verbunden ist. Die Bohrung 42 ist in der gezeigten Stellung des Kolbens 4 in seinem unteren Totpunkt voll geöffnet-, wird jedoch dann, wenn sich der Kolben 4 nach oben bewegt, abge¬ deckt. Der Kolben 4 bildet somit einen die Bohrung 42 ver¬ schließenden oder freigebenden Schieber. Im Ausführungsbei¬ spiel ist das Auslaßventil 14 geschlossen und das Einla߬ ventil 10 ist gerade im Schließen begriffen; der Ansaugvor¬ gang steht somit kurz vor seinem Ende. Durch die freigege¬ bene Bohrung 42 tritt eine von der Auspuffanlage gelieferte Druckwelle in den Brennraum 20 ein und führt Auspuffgase und somit Kohlendioxid in den Brennraum 20 ein. Je nach Ausfüh¬ rungsform und Lage der Steuerzeiten der Ventile kann auch im Auspuffrohr 38 enthaltener unverbrannter Treibbstoff durch die Abzweigung 40 in den Brennraum 20 zurückgeführt werden.

Bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 4 während des nun folgenden Verdichtungshubs wird die Bohrung 42 durch den

Kolben 4 verschlossen. Anschließend erfolgt die Zündung durch eine Zündkerze und der Kolben 4 wird durch die infolge ihrer Erwärmung expandierenden Gase im Inneren des Brenn¬ raums 20 wieder nach unten bewegt und gibt dabei mechanische Arbeit ab. Sobald der Kolben 4 die Bohrung 42 freigibt, treten hier bereits Auspuffgase durch die Abzweigung 40 in das Auspuffrohr 38 aus. Nach dem Durchlaufen des unteren Totpunkts bewegt sich der Kolben 4 wieder nach oben, und es öffnet dann zu einem geeigneten Zeitpunkt das Ausla߬ ventil 14, damit die Verbrennungsgase soweit wie möglich aus dem Brennraum 20 entfernt werden können.

Fig. 3 zeigt in einem Diagramm, das in der waagrechten Achse die Kurbelwellenstellung in Grad enthält, den zeitlichen Verlauf der Öffnung des Einlaßventils und des Auslaßventils des Motors 1 nach Fig. 1 beim Gaswechsel, also während des Auspuff organgs und des nachfolgenden Ansaugvorgangs. Die Kurve a zeigt die Öffnung des Auslaßventils 14 während des normalen Auspuff organgs. Das Auslaßventil 14 öffnet rasch (ansteigende Flanke der Kurve a) , bleibt dann einige Zeit offen (waagrechter Abschnitt der Kurve a) und schließt dann wieder rasch (abfallende Flanke der Kurve a) . Während des Schließvorgangs des Auslaßventils 14 öffnet bereits das Einlaßventil 10 (Kurve b). Es liegt somit eine Überschnei¬ dung der Steuerzeiten vor. Während des Schließvorgangs des Einlaßventils 10 (fallende Flanke der Kurve b öffnet das Auslaßventil 14, durch die weitere Nocke 30 gesteuert, noch einmal kurzzeitig (Kurve c) . Das Maximum der Öffnung gemäß Kurve c liegt dabei niedriger als bei der Kurve a, und die Maximalöffnung wird nur während eines sehr kurzen Zeitraums erreicht, daher weist die Kurve c keinen waagrecht verlau¬ fenden Abschnitt auf. Die Kurvenverläufe in Fig. 3 sind

vereinfacht. In der Realität treten keine Geschwindigkeits¬ und Beschleunigungssprünge der Ventilhubkurven auf und diese verlaufen daher mit abgerundeten Übergängen zwischen den verschiedenen Kurventeilen.

Im Beispiel des Motors 1 nach Fig. 1 ist folgender Zeitab¬ lauf vorgesehen:

Öffnen des Auslaßventils: 60° der Kurbelwelle vor unterem

Totpunkt (UT),

Schließen des Auslaßventils 14: 40° nach oberem Totpunkt

(OT),

Öffnen des Einlaßventils 10:40 ^β vor OT,

Schließen des Einlaßventils 10:50° nach UT, abermaliges Öffnen des Auslaßventils 14 (Kurve c):30 ^β nach

UT,

Schließen des Auslaßventils 14:80° nach UT.