DE19644529A1 - Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher definierten Art.

Ein großes Potential zur Verbrauchsreduzierung von Brennkraftmaschinen liegt in der Reduzierung von La­ dungswechselverlusten und Wandwärmeverlusten.

Zur Reduzierung von Ladungswechselverlusten ist der Einsatz einer Abgasrückführung eine bekannte Möglich­ keit. Eine Reduzierung von Wandwärmeverlusten ist durch die Isolierung der Verbrennung von der Wand des Brennraums zu erreichen.

Beim Einsatz einer Abgasrückführung werden Ladungs­ wechselverluste durch eine Beimischung von Abgasen zum Kraftstoff-Luft-Gemisch und eine damit verbundene Ent­ drosselung des Saugvorgangs verringert. Problematisch dabei ist jedoch, daß eine Erhöhung der Abgasrückführ­ rate, die bei bekannten Abgasrückführsystemen bei 15 bis 20% liegt, eine Verschlechterung der Verbrennung mit sich bringt.

Eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von An­ spruch 1 ist in der DE 43 10 839 A1 beschrieben.

Nachteilig ist dabei, daß die dort beschriebene Anord­ nung der Ansaugleitungen zu einer gleichmäßigen Ver­ teilung der Abgase im Brennraum führt, wodurch die Menge des zurückgeführten Abgases beschränkt ist, weil sich sonst eine Verschlechterung der Verbrennung erge­ ben würde.

Aus der DE 30 25 106 C2 ist ein Ansaugsystem für eine mit einer Vergaser-Gemischdosiereinrichtung und Abgas­ rückführung arbeitenden Brennkraftmaschine bekannt. Das dort beschriebene Ansaugsystem weist einen Haupt­ ansaugweg sowie einen Nebenansaugweg auf. Durch den Nebenansaugweg sind über ein Ventil Abgase in die Brennkammer einleitbar. Dabei ist der Nebenansaugweg über eine Verbindungsleitung mit dem Hauptansaugweg verbunden und in der Verbindungsleitung ist ein Ventil vorgesehen, welches vom Druck, der in dem Hauptansaug­ weg herrscht, gesteuert wird. Die Anordnung des Aus­ lasses des Nebenansaugwegs erfolgt dabei derart, daß in einer Richtung entlang der Innenwand einer Verbren­ nungskammer wirksam ein Wirbel erzeugt wird. Durch diese Verwirbelung wird versucht, eine verbesserte Verbrennung eines mageren Gemischs zu realisieren.

Nachteilig ist dabei jedoch, daß diese Verwirbelung negative Folgen auf die Gemischverteilung im Brennraum hat. Außerdem ist nachteilig, daß der Nebenansaugweg als zusätzliche Leitung im Zylinderkopf ausgeführt ist.

Weiterhin ist aus der WO 83/00536 eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine bekannt, bei der jeder Zylinder mit einer Kraftstoff-Luft-Mischeinrichtung verbunden ist. Dabei sind auch Einrichtungen für eine Schichtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches und der Abgase vorgesehen. Sowohl das Kraftstoff-Luft-Gemisch als auch die rück­ geführten Abgase erfahren dabei einen Drall, wodurch letztendlich das Abgasverhalten der Brennkraftmaschine verbessert werden soll.

Der Abgasrückführkanal ist dabei im unteren Bereich des Zylinderkopfs angeordnet, was zu einer zu starken Vermischung mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch führt. Dieser Effekt wird noch dadurch verstärkt, daß sich auch das sich in der Mitte des Brennraums befindlich Kraftstoff-Luft-Gemisch in der selben Richtung wie die rückgeführten Abgase dreht.

Durch diese Vermischung ergibt sich der Nachteil, daß die Abgasrückführrate gering gehalten werden muß, weil ansonsten eine Verschlechterung der Verbrennung ein­ tritt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der die Abgasrückführrate ohne Verschlechterung der Ver­ brennung erhöht werden kann. Für diesen Zweck sollen möglichst wenig zusätzliche Teile benötigt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Einlaßkanäle und der zugehörigen Einlaßöffnungen ergibt sich eine Aufteilung im Brennraum einer Brennkraftmaschine, bei der sich an der Zylinderwand des Brennraums die Abgase und in der Mitte des Brennraums das Kraftstoff-Luft-Ge­ misch befinden.

Durch die Anordnung der Abgase entlang der Brennraum­ wand können sich diese an der Verbrennung nicht betei­ ligen und können dadurch keine negativen Einwirkungen auf das Zusammenspiel der Kraftstoff- und Sauerstoff­ moleküle haben. Somit ergibt sich eine Verkürzung der Brennwege und eine damit verbundene Verkürzung der Brenndauer.

Weiterhin entsteht durch die erfindungsgemäße Anord­ nung eine Isolation des Brennvorgangs von der Brenn­ raumwand, was zu einer Verringerung der Wandwärmever­ lusten und damit zu einer weiteren Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs führt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig be­ schriebenen Ausführungsbeispielen:

Es zeigt:

Fig. 1 einen Brennraum einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer ersten Ausfüh­ rungsform;

Fig. 2 einen Brennraum einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausfüh­ rungsform; und

Fig. 3 den Zustand im Brennraum einer Brennkraftma­ schine direkt nach dem Einlaß eines Kraft­ stoff-Luft-Gemisches mit Abgasen.

Gemäß Fig. 1 ist prinzipmäßig ein Brennraum 1 einer Brennkraftmaschine dargestellt. Über dem Brennraum 1 befinden sich Einlaßöffnungen 2, 3 sowie Auslaßöffnun­ gen 4, 5 für nicht dargestellte Gaswechselventile. In der Mitte ist eine Öffnung 6 für eine nicht darge­ stellte Zündkerze vorgesehen. Die Einlaßöffnungen 2, 3 stellen die Enden von Einlaßkanälen 7, 8 dar. Der Ein­ laßkanal 7 ist dabei als Füllungskanal ausgebildet, wobei in diesen ein Kraftstoff-Luft-Gemisch eingelei­ tet wird. Die zur Aufbereitung dieses Kraftstoff-Luft-Ge­ misches notwendige Gemischdosiereinrichtung ist in Fig. 1 nicht dargestellt. Die Einlaßöffnung 2 des Ein­ laßkanals 7 ist derart angeordnet, daß das Kraftstoff- Luft-Gemisch zur die Mitte des Brennraums 1 einströmt.

In den Einlaßkanal 8 mündet eine nicht dargestellte Abgasrückführleitung zur Rückführung von Abgasen in den Brennraum 1. Im Gegensatz zur Einlaßöffnung 2 des Einlaßkanals 7 ist die Einlaßöffnung 3 des Einlaßka­ nals 8 so angeordnet, daß durch den Einlaßkanal 8 ein­ strömende Abgase tangential zur Zylinderwand des Brennraums 1 einmündet. Diese Anordnung der Einlaßöff­ nung 8 führt in Verbindung mit dem kreisförmigen Quer­ schnitt des Brennraums 1 zu einer spiralförmig nach unten gerichteten Drallströmung im Brennraum 1, die durch einen Pfeil X angedeutet ist. Dadurch werden die durch den Einlaßkanal 8 eingeführten Abgase an der Zylinderwand des Brennraums 1 gehalten. Dazu ist keine besondere Dralleinrichtung im Einlaßkanal 8 notwendig, weil die Drallströmung ausschließlich durch die Anord­ nung der Einlaßöffnung 3 des Einlaßkanals 8 entsteht.

Der oben beschriebene Vorgang findet jedoch nur bei Teillast statt, da bei Vollast die beiden Einlaßkanäle 7, 8 in bekannter Weise zur Einleitung des Kraftstoff- Luft-Gemisches in den Brennraum 1 benutzt werden.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine mit einer prinzipiell gleichen An­ ordnung wie in Fig. 1 beschrieben, wobei jedoch der Einlaßkanal 8 durch eine Zwischenwand 9 in einen äuße­ ren Teil 8a und einen inneren Teil 8b geteilt ist. Dabei erfolgt die Einleitung der rückgeführten Abgase nur über den äußeren Teil 8a des Einlaßkanals 8. Über den inneren Teil 8b des Einlaßkanals 8 wird, ebenso wie durch den Einlaßkanal 7, das Kraftstoff-Luft-Ge­ misch in den Brennraum 1 eingeleitet.

Weiterhin ist eine als Einspritzdüse 10 ausgeführte Gemischdosiereinrichtung gezeigt. Durch die von dieser Einspritzdüse 10 ausgehenden gestrichelten Linien wird dargestellt, daß die Einleitung des Kraftstoff-Luft-Ge­ misches in die beiden Einlaßkanäle 7, 8b erfolgt.

Durch die Anordnung gemäß Fig. 2 ist eine noch bessere Ablagerung der Abgase an der Zylinderwand des Brenn­ raums 1 zu erreichen, wobei wie in Fig. 1 beschrieben, eine Drallströmung entsteht, die durch den Pfeil X angedeutet ist.

In Fig. 3 ist die Verteilung der Gase im Brennraum 1 dargestellt. Demgemäß befinden sich an der Wand des Brennraums 1 in einem mit dem Bezugszeichen 11 be­ zeichneten Kreisring die Abgase. In einem Kreis 12 in der Mitte des Brennraums 1 befindet sich das Kraft­ stoff-Luft-Gemisch. Zwischen diesen Schichten liegt eine kreisringförmige Zone 13, in der eine Vermischung zwischen Abgasen und Kraftstoff-Luft-Gemisch stattfin­ det.

Durch die Aufteilung von Kraftstoff-Luft-Gemisch und Abgasen und die Ausrichtung der Einlaßkanäle sind die Abgase von dem Kraftstoff-Luft-Gemisch getrennt, wo­ durch sich die Abgase nicht an der Verbrennung betei­ ligen können und die Kraftstoff- und Sauerstoffmolekü­ le nicht mehr durch die Abgase räumlich getrennt wer­ den können. Dadurch kann eine bessere Verbrennung ent­ stehen und darüber hinaus die Abgasrückführrate erhöht werden.

Claims (3)

1. Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführung, mit mindestens zwei Einlaß- und mindestens einem Aus­ laßventil und mit mindestens zwei zu den Einlaß­ ventilen führenden mit Einlaßöffnungen versehenen Einlaßkanälen, wobei ein erster Einlaßkanal für die Zuführung von Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Brennraum vorgesehen ist und wobei in einen zwei­ ten Einlaßkanal eine Abgasrückführleitung mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (2) des ersten Einlaßkanals (7) derart angeordnet ist, daß das Kraftstoff-Luft-Ge­ misch wenigstens annähernd zur Mitte des Brenn­ raums (1) einströmt, und daß die Einlaßöffnung (3) des zweiten Einlaßkanals (8) derart angeordnet ist, daß die Abgase wenigstens annähernd tangen­ tial zur Zylinderwand des Brennraums (1) einströ­ men.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Einlaßkanal (8) eine Zwischenwand (9) zu dessen Aufteilung in einen äußeren Teil (8a) und einen inneren Teil (8b) angeordnet ist, wobei der äußere Teil (8a) des zweiten Einlaßkanals (8) für die Einleitung der rückgeführten Abgase vorge­ sehen ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Einlaßkanal (7) und der innere Teil (8b) des zweiten Einlaßkanals (8) für die Einleitung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Brennraum (1) vorgesehen sind.