DE1943220C - Vorrichtung zum Betrieb von mit Koh lenwasserstoffen betriebenen fremdgezun deten Kolbenbrennkraftmaschinen mit Zu fuhr von Abgasen - Google Patents

Description

7 ^l 943 220

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung Im Zylinder aufrechterhalten und wird bei Teillast-

zum Betrieb von mit Kohlenwasserstoffen betriebe- betrieb, bei dem der innigon Vermischung besondere

nen fremdgczlindeten Kolbenbrennkraftmaschinen Bedeutung zukommt, wesentlich erhöht, so daß die

mit verstell- bzw. regelbarer Zufuhr von Abgasen in hohe Abgasanlelle enthaltende Ladung einwandfrei

die Ansaugleitung, bei welcher der Hub der Einlaß- s verbrennt, die Maschine also einen ruhigen Lauf

ventile zwischen einer einer gegebenen Höchst- aufweist. Der hohe Anteil an Abgasen verringert

leistung und einer einer gegebenen Mindostleistung wiederum den Anteil an schUdlichen Bestandteilen

der Maschine entsprechenden Größe veränderbar ist. In den ins Freie gelangenden Abgasen, so daß durch

Das Zumischen von heißen Abgasen zum frischen die Erfindung ein wesentlicher Beitrag zur Vermei- Brcnnsloll'-Luft-Gemisch zum Zwecke der Tempera- io dung der Verpestung der Atmosphäre geleistet wird,

turregeliing bei Teillastbetrieb ist durch die Patent- In der Zeichnung ist ein AusfUhrungsbeispiel einer

schrift 8506 des Amtes fllr Erflndungs- und Palont- fremdgezllndeteii Kolbenbrennkraftmaschine nach

wcscn in Ost-Berlin bekannt. Die Zufuhr von Abgasen der Erfindung dargestellt. In der Zeichnung ist

zum Saugkanal wird hierbei durch ein Steuerorgan Fig. 1 ein Querschnitt durch die Maschine,

geregelt, das mit dem Stellzeug der Drosselklappe 15 Fig. 2 eine schematische Darstellung der Abgus-

im Ansaugkanal gekuppelt ist. Die Ventilzeiten der rilckleitung und der Regelanlage der Maschine und

Ein- und Auslaßventile werden zur Regelung ver- Fig. 3 ein Schaubild über die Verhältnisse Gas

ändert. Wenn hierbei auch Änderungen des Hubes Brennstoff und Luft Brennstoff,

des Einlaßventils auftreten,' so sind diese nicht aus- Eine fremdgezündete Kolbenbrennkraftmaschine

reichend, um eine wesentliche Turbulenz im Bereich ao 10 hat einen Zylinderblock 11, in dem eine Kurbel-

des Einlaßventils zu bewirken, da für die Zwecke der welle 12 gelagert ist und der unten zur Bildung eines

Regelung eine Überschneidung der Ventilzeiten der Kurbelgehäuses durch eine ölwanne 14 verschlossen

Ein- und Auslaßventile vorgesehen ist und bei ge- 1st. Der Zylinderblock 11 besteht aus zwei im V an-

ringem Hub nur kurze Öffnungszeiten gegeben sind. geordneten Zylinderreihen 15 und 16 mit mehreren

Ein Auslaßventil veränderlichen Hubes ist durch as in Reihe liegenden Zylindern 18, in denen Kolben 19

die USA.-Patentschrift 3 166 057 bekannt, um die gleiten. Die Kolben 19 sind über Kolbenstangen 21

beim AuspulThub im Zylinder verbleibende Abgas- mit Kurbelzapfen 20 der Kurbelwelle 12 verbunden,

menge zu steuern. Diese Maßnahme hat jedoch kei- . Die oberen Enden der Zylinder sind durch Zylin-

nen Einfluß auf die Mischung der verbliebenen Ab- derkopfblöcke 22 verschlossen, die mit den Zylin-

gase mit dem einströmenden frischen Gemisch. 30 dem Brennkammern 24 bilden, an die Einlaß-Teller-

Das Beimischen von Abgasen zur frischen La- ventile 26 enthaltende Einlaßkanäle 25 angeschlos-

dung ist auch bei der Maschine nach der britischen sen sind In öffnungen 29 der Brennkammern 24

Patentschrift 324 726 bekannt, die jedoch mit üb- sind Zündkerzen 28 eingesetzt. An d'e Brennkain-

lichen im Hub nicht einstellbaren Einlaßventilen mern 24 sind ferner nicht dargestellte Abgaskanäle

ausgerüstet ist. 35 mit nicht dargestellten Auslaßventilen angeschlossen,

Ein kipphebelgesteuertes Ventil mit einstellbarem die zu Auslaßkästen 31 führen.

Ventilhub bei gleichbleibenden Ventilzeiten ist fer- Die oberen Enden der Zylinderkopfblöcke 22 sind ner durch die deutsche Patentschrift 405 271 be- durch Deckel 32 verschlossen, die Kammern für die kannt, das jedoch für allein mit frischem Gemisch Ventilsteuerung umschließen und einen durchsichtiarbeitende Brennkraftmaschinen bestimmt ist, bei 40 gen Teil 34 aufweisen, durch die die Ventilsteuerundem die Güte des Gemisches im wesentlichen durch gen beobachtet werden können,
den Vergaser bestimmt wird, wobei zur Regelung Die Ventilsteuerung für die Auslaßventile umfaßt des Gemisches die Ventilhubverstellvorrichtung mit eine von der Kurbelwelle angetriebene Nockenwelle dem Vergaserhebel, d. h. also mit dem Vergaser- 35, die zwischen den Zylinderreihen im Zylinderdrosselorgan, gekuppelt ist. Es ist in diesem Fall 45 block 11 gelagert ist. Die Nockenwelle 35 betätigt allerdings bereits daran gedacht, daß das Vergaser- Ventilstößel 36, die hin- und herbeweglich im Zydrosselorgan nicht unbedingt nötig ist, sondern durch linderblock 11 gelagert sind und mit Stoßstangen 37 die Ventilhubverstellung überflüssig werden kann. zusammenarbeiten. Letztere arbeiten auf nicht dar-Die bei der Mischung von heißen Abgasen mit fri- gestellte Schwinghebel, die im Zylinderkopf block scher Ladung auftretenden Probleme liegen bei der- 50 gelagert sind und die nicht dargestellten Ventilartigen Maschinen jedoch nicht vor. Schäfte der Auslaßventile bewegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Für die Betätigung der Einlaßventile wird ebeneinwandfreien Betrieb einet Brennkraftmaschine der falls die Nockenwelle 35 benutzt, die hierfür besoneingangs erwähnten Art bei einem hohen Abgas- dere Nocken aufweist, die über Ventilstößel 36 gehalt der Ladung zu gewährleisten, und sie geht 55 ebenfalls Stoßstangen 37 für die Einlaßventile bevon der Erkenntnis aus, daß dies eine äußerst innige tätigt. Die Stoßstangen 37 der Einlaßventile sind Vermischung der Abgase mit dem frischen Brenn- durch zugeordnete Führungs- und Anschlagstücke41 stoff-Luft-Gemisch erfordert. Bei Vorsehen einer im Zylinderkopfblock in ihrer Hin- und Herbewe-Drosselklappe in der Ansaugleitung tritt in deren gung begrenzt. Die oberen Enden der Stoßstangen Bereich zwar eine die Vermischung unterstützende 60 37 wirken auf schwimmend geln;.!crte Schwinghebel Turbulenz auf, die jedoch bis zum Einlaßventil ab- 45 ein, die eine konkav gekrümmte oder zylindrische klingt und auch nicht ausreichend ist, um die erfor- obere Fläche 47 und eine konvexe untere Fläche 48 derliche innige Vermischung zu bewirken. aufweisen, die auf die Ventilschäfte der Einlaßven-

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß ge- tile 26 einwirkt, um diese zu öffnen. Das Schließen

löst durch Regelung des Ansaugvolumens allein 65 der Ein- und Auslaßventile erfolgt durch Schrauben-

durch die Hubänderung der Einlaßventile unter federn 50.

Aufrechterlialtung konstanter Steuerzeiten. Hier- Die Steuerung der Einlaßventile enthält ferner

bleibt die im Einlaßventil erzielte Turbulenz zwei im Zylinderkopfblock 22 befestigte Stützen 51,

In denen in Lilngsiiehtung der Zyllnilerkopfblücke tings76 um Ansuugkasion gesteuert zuteilt. Von

(lrchbur ciastellbure Steuerwellen S3 gelagert sind, dort führen Verlüngerungsrohre 78 in die liinluM-

die der Einstellung clur Schwinghebel 45 dienen. Die kanüle 25 der Zylinderkopfblueke 22 und trugen um

Steuerwellen 53 sind hierzu durch um einen Ende Ende Brennsiolldllsen 79, ims denen der Urcnnsioll

der Deckel 32 untenliegende Hebel 54 veisehwenk- 5 auf die Elnlußvontile 26 gespritzt wird,

bar. Um eine gleichmütige Verstellung der Schwing- Stromuufwüris des Venturikörpets 68 ist an das

hebel 45 in beiden Zylinderreihon zu erholten, sind Ansaugruhr eine Leitung HO ungeschlussen, in der

die Hebel 54 durch einen Lenker 54« miteinander ein einstellbares Ventil 81 vorgesehen ist. Die Lei-

vcrbiinden. Im Boreich jedes Schwinghebels 45 tra- lung 80 ist un ein gemeinsames Abgtisrohr 82 uii-

gen die Steuerwellen NUpfo 55 zur Aufnahme von to geschlossen, das über Zweigleitungen 84, 85 mit den

Spieleinstellem 56, die gegen die Flüchen 47 der Abgasküsten 31 der Maschine verbunden ist. In der

Schwinghebel 45 anliegen und dessen Schwenkachse Abgusunlage kann ein nicht durgestellter Gediuseh-

bestimmen. Jede Stütze 51 trügt einen Federteller 59 dumpfer enthalten sein. Über die Leitung 80 kann

für eine gegen den Schwinghebel 45 unter Spannung ein Teil der Abgase in das Ansaugrohr 66 zurüekge-

anliegende Schraubenfeder 61. 15 leitet werden, um sich dort mit der einströmenden

Während des Betriebes bewirkt die Ventilsteue- Frischluft zu mischen. Diese Rückführung ist durch

rung der Einlaßventile deren periodisches ÜITnen zu das Ventil 81 gesteuert, das willkürlich oder selbst-

einem bestimmten Zeitpunkt über einen bestimmten tätig einstellbar ist.

Zeitraum des Arbeitsspiels, der durch die Form- Die BrennstolTziimeßeinrichtung71 kann beliebig

gebung des Nockeus ati der Nockenwelle 35 be- «ο in bekannter Weise ausgebildet sein, sofern sie nur

stimmt ist. Die Ausbildung des Schwinghebels 45 er- auf Grund des gewonnenen Venturiimpulses die

möglicht den Hub des zugeordneten Einlaßventils Brennstoffzumcssung bewirken kann.

26 abzuändern, und zwar zwischen einem Höchst- Im Ausführungsbeispiel sind keine weiteren Regcl-

wert und Null. organe in der Ansauganluge der Maschine vor-

Die von der Nockenwelle 35 den Stoßstangen 37 as gesehen, so dall die Steuerung der den Zylindern zu-

erteilte stets gleiche Bewegung wird je nach dem geführten Ladung allein von den veränderlich 7u

Abstützpunkt des Spielnachstellers 56 am Schwing- öffnenden Einlaßventilen erfolgt,

hebel 45 abgeändert, so daß sich ein einstellbarer Die Erfindung ist auch für Vergasennaschinen ver-

Hub der Einlaßventile ergibt. Ist der Nocken der wendbar.

Nockenwelle 35 an einem Ventilstößel 36 vorbei- 30 Arbeitsweise
gelaufen, so schließt die Feder 50 das zugeordnete

Einlaßventil, und die Feder 61 bringt den zugeord- Während des Betriebes wird aus Frischluft und neten Schwinghebel 45 zur Anlage gegen den Füll- Abgasen bestehendes Gas in durch die öllnung der rungsteil 41, von dem er beim nächsten Arbeitsspiel Einlaßventile gesteuerter Menge durch das Ansaugabgehoben wird. Während dieser Ruhezeit beseitigt _{35 ro}hr angesaugt und strömt durch die Venturidüse zu der Spielnachsteller 56 gegebenenfalls vorhandenes d_en einzelnen Einlaßkanülen. Der gewonnene Ven-Spiel. turiimpuls wird über die Leitung 70 der BrennstotT-In Fig. 1 ist die Ventilsteuerung in der Lage für zumeßeiniichtung71, die eine zugemessene Brennmaximalen Hub der Einlaßventile 26 dargestellt. Die stoffmenge zu den BrennstolTdüsen 79 neben den Steuerwellen 53 sind mittels der Hebel 54 in eine 40 Einlaßventilen 26 liefert, die der zugeführten Gas-Stellung geschwenkt, in der die Spielnachsteller 56 menge proportional ist. Die Arbeitsweise solcher gegen die Fläche 47 der Schwinghebel 45 mit klein- Brennstoffzumeßeinrichtungen wird als bekannt vorstem Abstand von der Angriffsstelle der Stoßstangen ausgesetzt. Der Anteil der Abgase in dem der Maanliegen. Der Hub des Nockens an der Nockenwelle schine /uMleitcten Gas wird durch Einstellung des 35 bewirkt dann den größten Hub am Einlaß- 45 Ventils 81 bestimmt.

ventil 26. Beim Ansaughub wird das Einlaßventil des beWerden die Steuerwellen 53 in die andere End- treffenden Zylinders in der beschriebenen Weise gestellung verschwenkt, so liegt der Spielnachsteller 56 öffnet, wobei der Hub vom Bedienungsmann willgegen die Fläche 47 oberhalb des Ventilschaftes des kürlich oder durch eine Automatik selbsttätig einge-Einlaßventils 26 an, so daß auf diesen keine Bewe- 50 stellt wird, um die Leistung der Maschine zu begung übertragen werden kann. Das Einlaßventil 26 stimmen. Der Druck in der Ansauganlage und den ' bleibt in diesem Fall stets geschlossen. In den Zwi- Einlaßkanälen liegt bei dieser Anordnung in der schenstellcn ergibt sich ein Hub des Einlaßventils Nähe des Außenluftdrucks, während in den Zylinabhängig von der Lage des Schwenkpunktes des dem beim Ansaughub ein Unterdruck entsteht, der Schwinghebels 45. 55 von dem Hub der Einlaßventile abhängig ist. Bei Zwischen den Zylinderreihen ist ein Ansaug- völlig geschlossenem Einlaßventil kann der Druck kasten 62 mit Rammeffekt angeordnet, der über Lei- im Zylinder auf ¹Z₁₀ des Außenluftdrucks absinken, tungen 64 an die Einlaßkanäle 25 der einzelnen Dieser Wert liegt gut unterhalb des kritischen Drucks, Zylinder 18 angeschlossen ist und von einem An- so daß das Volumen der in den Zylinder eintretensaugrohr 65 gespeist wird. Das Ansaugrohr 65 hat 6° den Gasmenge von dem Öffnungsquerschnitt des einen Abschnitt 66, in dessen Bereich ein Venturi- Einlaßventils abhängig ist. Durch Änderung des körper 68 in das Ansaugrohr eingesetzt ist. Im Eng- Hubes des Einlaßventils wird also sowohl die Brennquerschnitt der gebildeten Venturidüse ist eine Lei- stoffzufuhr als auch die Gaszufuhr in gesteuerter tung 70 über eine Öffnung 69 angeschlossen. Die Weise beherrscht.

Leitung 70 führt zu einer Brennstoffzumeßeinrich- 65 I_n Fig. 2 ist-schematisch eine Prüfanordnung

tung 71, die mit einer Brennstoffquelle verbunden dargestellt. Durch die Rückleitung von Abgasen aus

ist, und Brennstoff über eine Leitung 72, ein Ver- der Abgasleitung 82 über die Leitung 80 erfolgt eine

teilerstück 74, Brennstoffleitungen 75 zu Düsenfit- durch das Ventil 81 gesteuerte Einmischung von Ab-

gasen in die Frischluft, die durch das Ansaugrohr 66 einströmt. Die gebildete Mischung strömt dann durch die Venturidüse 68, um den Impuls für die Zumessung des Brennstoffes zum Gas zu bilden, die vor den Brennkammern der Maschine erfolgt. Diese Anordnung ergibt ein festes üas-Brennstoff-Verhältnis.

In dem Schaubild nach F i g. 3 sind die Gas-Brennstoff- Verhältnisse über Luft-Brennstoff-Verhältnissen bei unterschiedlichen Anteilen von Abgas im Frischluftslrom aufgetragen, Es sind Kurven für 20° ο. 10^u/u und ()ⁿ/o Abgasanteil eingezeichnet. Wird kein Abgas in die Frischluft zurückgelcitet, so ergeben sich gleiche Werte, wie die rechte Kurve ausweist. Bei Zumischen von Abgas zur Frischluft ergibt sich bei einem konstanten Gas-Brennstoff-Verhältnis ein abnehmendes Luft-Brennstolf-Verhältnis bei zunehmendem Abgasanteil.

In Fig. 3 ist ferner eine Kurve A gestrichelt eingezeichnet, die die theoretische maximale Brcnngeschwindigkeit bei verschiedenen Betriebsbedingungen darstellt, unter denen sich auch die mit einem Luft-Biennstoff-Vcrhältnis von 17:1 ohne Abgusbcimischung befindet. Diese Kurve gibt in etwa die Grenze an, die bei Versuchen ermittelt wurde, bei denen ein noch einwandfreier Betrieb üblicher Brennkraftmaschinen bei unterschiedlicher Zumischung von Abgasen zur Frischluft erreichbar ist. So ist bekannt, daß diese Grenze bei üblichen Brennkraftmaschinen ohne Abgaszumischung bei einem I.uft-Brennstoff-Vcihällnis von 17:1 liegt. Die Versuche haben auch erwiesen, daß bei üblichen Brennkraftmaschinen die obere Grenze der Abgaszumischung bei l()"/o liegt, da größere Anteile keinen iliiwandfrcicn Betrieb ergeben. Dazwisi/henliejiendc Betriebsbedingungen zeiligen etwa der Kurve A entsprechende Grenzen.

In Fig. 3 ist ferner gestrichelt eine Kurve U einee vichnet. die vom Punkt I.uft-Bieivivioli-X'crhäl'nis 20:1 und ()% Abgaszumischung ausgeht. Diese Kurve stellt eine errechnete maximale Brcnngeschvvindigkeit in der Brennkammer dar, die geringer ist als in Kurve A. Diese Kurve entspricht einem Betrieb mit einem mageren Gemisch oder einem reichen Gemisch mit unterschiedlichem Anteil an zugemischten Abgasen. Es wurde im allgemeinen festgestellt, daß bei einem Betrieb unterhalb der Kurve B einwandfreier Lauf bei Verwendung einer Brennkraftmaschine der beschriebenen Art mit Einlaßventildrosselung erzielt wird. Dies kann hierbei mindestens über einen weilen Leistungsbereich der Maschine erzielt werden. In einigen Fällen wurden sogar gute Ergebnisse erzielt, obwohl die Werte oberhalb der Kurve lagen. Bei einem Gas-Brennstofl-Verhältnis von 18: 1 wurden einwandfreie Belriebsverhältnissc bei Zumischung von Abgasen von 0 bis etwa 18°/o erzielt. Bei einem Lufl-Brcnnstolf-Verhältnis von 19 :1 kann mil einer Maschine nach der Erfindung mit einer Zumischung von fasl 17"/« Abgasen gearbeitet werden, während bei einer üblichen Brennkraftmaschine die obere Grenze bereits bei 4,5 °/o Abgasanteil erreicht würde.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Betrieb von mit Kohlenwasserstoffen betriebenen fremdgezündeten Kolbenbrennkraftmaschinen mit verstell- bzw. regelbarer Zufuhr von Abgasen in die Ansaugleitung, bei welcher der Hub der Einlaßventile zwischen einer einer gegebenen Höchstleistung und einer einer gegebenen Mindestleistung der Maschine entsprechenden Größe veränderbar ist, gekennzeichnet durch Regelung des Ansaugvolumens allein durch die Hubänderung der Einlaßventile unter Aufrcchterhaltung konstanter Stcuerzeiten.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen