DE2424799C2

DE2424799C2 - Brennkraftmaschine mit einer Zündkammer

Info

Publication number: DE2424799C2
Application number: DE2424799A
Authority: DE
Inventors: Konstantin Dr.-Ing. Thessaloniki Pattas
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1974-05-22
Filing date: 1974-05-22
Publication date: 1984-11-08
Also published as: DE2424799A1; US4056081A; JPS50160621A

Description

vorzugsweise etwa stöchiometrischen Gemisch die Möglichkeit, den Hauptbrennraum mit einem verhältnismäßig mageren, schlechtzündfähigem Gemisch zu versorgen und dennoch eine gute Durchbrennung des Gesamtgemisches zu erreichen, da die Zündenergie bei einer derartigen Stichflammenzündung· wesentlich größer als bei Zündung mittels einer Zündkerze ist

Die Abmagerung des Gesamtgernisches, die durch die Verwendung einer Zündkammer möglich ist, erweist sich im Hinblick auf die Verringerung der Maximaltemperaturen und die damit verbundene Verringerung der NO-Emissson als zweckmäßig. Die Verringerung der Maximaltemperatur bedingt allerdings auch ein Absinken der Leistung, zumal durch die Abmagerung des Gesamtgemisches auch die Verbrennung bis weit in die Expansionsphase hinein verschleppt wird und dadurch den Prozeßwirkungsgrad bei Erhöhung der Abgasenthalpie verschlechtert wird.

In F i g. 2 ist nun eine mehrzylindrige, gemäß F i g. 1 gestaltete Brennkraftmaschine gezeigt, und es sind hier wiederum, nunmehr allerdings in Draufsicht, die Ein- und Auslaßventile sowie die Zündkammer angedeutet Für diese Teile finden die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 Verwendung. An die Zündkammern 1 schließen dabei jeweils Ansaugleitungen 8 an, während über die Einlaßventile 5 die entsprechenden Einlaßkanäle 9 gesteuert werden. Die über die Auslaßventile 6 gesteuerten Auslaßkanäle sind mit 10 bezeichnet Ansaugleitungen 8, Einlaßkanäle 9 und Auslaßkanäle 10 sind jeweils zusammengefaßt und es gehen die Ansaugleitungen 8 von einem kleinen Vergaser 11 aus, der vorzugsweise ohne Drosselung arbeitet und der zur Versorgung der Zündkammern mit einem gleichbleibenden, etwa stöchiometrischen und damit gut zündfähigen Gemisch dient. Die Einlaßkanäle 9 gehen von einem Vergaser 12 aus, der einen Luftbypass 13 aufweist, dessen freier Öffnungsquerschnitt wie insbesondere F i g. 3 zeigt, über eine als Drosselklappe wirkende Luftklappe 14 steuerbar ist In dem zur Gemischaufbereitung dienenden Teil 15 des Vergasers ist zur Steuerung des freien Einströmquerschnittes eine Drosselklappe 16 vorgesehen. Das in seiner Qualität, d. h. also im Hinblick auf sein Kraftstoff-Luftverhältnis im wesentlichen konstante, im Teil 15 erzeugte Gemisch kann nun aufgrund des vorgesehenen Luftbypasses 13 in seiner Zusammensetzung verändert werden, wobei diese Veränderung durch entsprechende Steuerung der Luftklappe 14 in Abhängigkeit von der Drosselklappe 16 erreichbar ist. Entsprechende Steuereinrichtungen zeigen die F i g. 4 und 7.

Bezogen auf eine Anordnung gemäß F i g. 3 ist aus F i g. 4 eine Betätigung für die Drosselklappe 16 ersichtlich, bei der ein auf der Drosselklappenwelle 18 angeordneter Stellhebel 19 über ein Verbindungsglied 20 mittels eines Pedales 17 verstellbar ist Der drehfest auf der Welle 18 angeordnete Stellhebel 19 ist auf seiner vom Anschluß des Verbindungsgliedes 20 abgelegenen Seite nockenartig ausgebildet und dient somit als Nokken 21. Die Auflaufkurve 22 des Nockens 21 wirkt mit dem Anschlag 23 eines Einstellhebels 24 zusammen, der auf der Welle 25 der Lufklappe 14 gelagert ist und über den die Luftklappe 14 verstellbar ist. Die Verstellwinkel des Stellhebels 19, bzw. des von diesem auch gebildeten Nockens 21 und des Einstellhebels 24 sind mit α und β bezeichnet.

Die Auflaufkurve 22 des Nockens 21 ist dabei derartig gestaltet, daß beim Niederdrücken des Pedales 17 in Richtung des Pfeiles 26, a'so beim Öffnen der Drosselklappe 16 zunächst auch di<; Luftklappe 14 geöffnet wird und daß nach Erreichen der maximalen Öffnungsstellung für die Luftklappe 14 die Auflaufkurve 22 derart abfällt daß bei maximaler Öffnungsstellung der Drosselklappe 16 die Luftklappe 14 geschlossen ist Die prinzipieüe Zuordnung der Verstellwinkel ac und β ist im Diagramm gemäß F i g. 5 dargestellt

Das Diagramm gemäß F i g. 6 läßt nun die Auswirkungen dieser Maßnahme auf das Kraftstoff-Luftverbältnis erkennen, mit dem der Hauptbrennraum über die Einlaßkanäle 9 versorgt wird.

Hier ist zunächst ersichtlich, daß entsprechend dem aus Fig.5 erkennbaren Versatz zwischen Beginn des öffnens der Drosselklappe 16 und Beginn des öffnens der Luftklappe 14 ein Bereich 27 vorgesehen ist in dem das Gemisch, mit dem der Hauptbrennraum über die Kanäle 9 versorgt wird, in einem Kraftstoff-Luftverhältnis dem Gemisch entspricht das in dem zur Gemischaufbereitung dienenden Teil 15 des Vergasers 12 erzeugt wird. Es liegt also im Bereich 27 im wesentlichen ein stöchiometrisches Gemisch vor, durch das ein guter Übergang aus dem Leerlaufbetrieb erreicht wird. In dem darüberliegenden Bereich 28 wird mit abgemagertem Gemisch gefahren, da nunmehr entsprechend dem Diagramm gemäß Fig.5 die Luftklappe 14 mit der Drosselklappe 16 geöffnet wird. Die Zuordnung der Öffnungswinkel ist dabei so gewählt daß im Bereich 28 ein etwa konstantes Kraftstoff-Luftgemisch gegeben ist, daß in bezug auf sein Kraftstoff-Luftverhältnis bevorzugt nahe der Zündbarkeitsgrenze liegt und dementsprechend mager ist. Hierdurch ergibt sich im Bereich 28 eine sehr magere Verbrennung, die eine geringe NO-Emission zur Folge hat, die aber aufgrund der erreichten guten Durchbrennung auch zu geringen CO- und HC-Emissionen führt

Ausgehend von der oberen Grenze dieses unteren Lastbereiches. 28, in dem insbesondere bei schweren Motoren im Stadt- und Kurzstreckenverkehr in der Hauptsache gefahren wird, wird das über die Kanäle 9 zugeführte Gemisch in bezug auf sein Kraftstoff-Luftverhältnis nunmehr angereichert, und zwar dadurch, daß gegenläufig zur Drosselklappe 16 die Luftklappe 14 beim weiteren öffnen der Drosselklappe 16 geschlossen wird. Hierdurch ergibt sich eine Gemischanreicherung, die bei maximaler Öffnungsstellung der Drosselklappe 16 und geschlossener Luftklappe 14 ein nahezu stöchiometrisches Kraftstoff-Luftverhältnis zur Folge hat. Entsprechend den Diagrammen gemäß F i g. 5 und 6 ergibt sich dabei ausgehend von der oberen Grenze des unteren Lastbereiches 28 zunächst ein Bereich 29, innerhalb dessen das Kraftstoff-Luftverhältnis zunächst bis zum Grenzwert λ = 1 angereichert wird. Oberhalb dieses Bereiches 29, der nach oben durch die Grenzkurve 30 begrenzt ist, die einer Lastlinie mit 90 bis 95% Last entspricht, ergibt sich dann noch ein schmaler Bereich 31, in dem sich bei geschlossener Luftklappe 14 ein Gemisch mit einem Kraftstoff-Luftverhältnis von etwa 0,9 einstellt.

Während bei der Ausgestaltungsform gemäß F i g. 4 bis 6 die ausschließlich lastabhär.gige Steuerung über den ganzen Drehzahlbereich erfolgt ist in den F i g. 7 eine Steuerung gezeigt, die zusätzlich eine drehzahlabhängige Steuerung ermöglicht und zwar derart, daß im oberen Drehzahlbereich über den ganzen Lastbereich ein Kraftstoff-Luftverhältnis von etwa 1 gegeben ist, während im unteren Drehzahlbereich eine Steuerung gemäß dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 bis 6 erfolgt.

Dies wird gemäß F i g. 7, in der, wie auch in den F i g. 8

5 6 ;,;_:

und 9 zu den F i g. 4 bis 6 analoge Bezugszeichen Verwendung finden, dadurch erreicht, daß der Einstellhebel 24a zwar auf der Welle 25 der Luftklappe 14 gelagert ist, mit dieser aber nicht drehfest verbunden ist. Die Verbindung in Drehrichtung erfolgt vielmehr über einen Zwi- 5 ι schenhebel 32, welcher über ein Federglied 33 verschwenkbar mit dem Einstellhebel 24a gekuppelt ist. Die federnde Verbindung zwischen dem Zwischenhebel

32 und dem Einstellhebel 24a ist derart gestaltet, daß <

eine Verschwenkung der Drosselklappe 16 in öffnungsrichtung kein zwangsweises Verschwenken der Luftklappe 14 mit sich bringt, wenn der Schwenkweg des ii-Zwischenhebels 32 begrenzt wird. Eine solche Begren- ϊ; zung kann abhängig von der Drehzahl der Brennkraft- frf maschine über den Fliehkraftregler 34 erfolgen, der in 15 |i nicht näher dargestellter Weise mit der Brennkraflma- sf' schine antriebsverbunden ist und der über einen An- S schlag 35 den Schwenkweg des Zwischenhebels 32 in fä Öffnungsrichtung der Luftklappe 14 begrenzt. '

Dies hat zur Folge, daß die zusätzliche Zuführung von Luft über den Luftbypass 13 auf den unteren Drehzahlbereich beschränkt ist, so daß sich lediglich für diesen eine Steuerung des Kraftstoff-Luftverhältnisses gemäß der Erfindung ergibt, wobei sich in diesem Bereich Kraftstoff-Luftverhältnisse gemäß F i g. 6 einstellen. Die entsprechenden Bereiche sind mit 27a, 28a und 29a bezeichnet. Die obere Grenzkurve ist in F i g. 9 analog zu F i g. 6 mit 30a bezeichnet.

In dem Bereich, in dem gemäß dem Diagramm nach

F i g. 8 aufgrund der drehzahlabhängigen Absteuerung 30 \p

der Luftbypass 13 nahezu geschlossen ist und der mit 36 ,

bezeichnet ist, ist ein nahezu stöchiometrisches Kraftstoff-Luftverhältnis gegeben, so daß in den höheren Drehzahlbereichen keine abmagerungsbedingle Minderung der Leistung hingenommen werden muß.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

40

45

50

55

60

65

Claims

ι 2 misch zugeführt. Dies wirkt sich nachteilig auf die Patentansprüche: Abgasemission der Brennkraftmaschine in bestimmten Teiles dieses Betriebsbereiches aus. Ein Hinweis darauf,

1. Brennkraftmaschine mit einer Zündkammer wie die Gemischaufbereitung der eingangs genannten und einem Hauptbrennraum, wobei der Zündkam- 5 Art für den Hauptbrennraum durch einen Vergaser ermer unabhängig vom Hauptbrennraum ein gleich- folgen könnte, ist dieser DE-OS 19 26 474 nicht zu e.mbleibendes Luft-Kraftstoffgemisch zugeführt wird nehmen.

und das dem Hauptbrennraum zugeführte Luft- Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschi-Kraftstoffgemisch im Luftanteil in Abhängigkeit von ne der eingangs genannten Art hinsichtlich der Abgas- - der Belastung der Brennkraftmaschine beeinflußbar io emission weiter zu verbessern und eine Lösung zu finist, und wobei die Beeinflussung des Luftanteiles zu- den, bei der die Gemischaufbereitung für den Hauptmindest über einen Teil des Drehzahlbereiches der- brennraum durch einen Vergaser erfolgt
art erfolgt, daß dem Hauptbrennraum im Leerlauf Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die ge- und einem unteren Teillastbereich ein festgelegtes kennzeichneten Merkmale des Patentanspruches 1 geGemisch zugeführt wird, in einem zwischen diesem 15 löst

Teillastbereich und einem oberen Teillastbereich lie- Die Erfindung weiterbildende Merkmale beinhalten

genden Teillastbereich ein unte"· der Zündgrenze lie- die Unteransprüche.

gendes Gemisch zugeführt wird, und wobei auf- Die .erfindungsgemäße Brennkraftmaschine genügt grund von der Obergrenze dieses Teillastbereiches hinsichtlich der Abgasemission den bestehenden und zu der Kraftstoffanteil im Gemisch laufend so erhöht 20 erwartenden gesetzlichen Bestimmungen und ermögwird, daß im Vollastbereich ein etwa stöchiometri- licht daneben auch eine maximale Leistungsausbeute, sches Gemisch zugeführt wird, dadurch ge- Die Steuerung zur Gemischaufbereitung für den Hauptkennzeichnet, daß das festgelegte Gemisch ein brennraum ist kostengünstig herstellbar und gewährleietwa stöchiometrisches Gemisch ist und daß zur ho- stet aufgrund seiner einfachen Funktionalität eine mogenen Versorgung des Hauptbrennraumes (2) 25 gleichbleibende Gemischaufbereitung über eine lange mit einem Gemisch ein Vergaser (12) mit einem Betriebsdauer der Brennkraftmaschine.
Luftbypaß (13) vorgesehen ist, dessen Querschnitt in In der Zeichnung ist die Erfindung in einer beispiels-Abhängigkeit von der Stellung der Drosselklappe weisen AusJührungsform dargestellt. Es zeigt
(16) des Vergasers (12) über eine als Drosselklappe F i g. 1 in einer schematisierten Schnittdarstellung den wirkende Luftklappe (14) veränderbar ist, wobei die 30 oberen Teil eines Zylinders einer Brennkraftmaschine Luftklappe (14) ausgehend von ihrer geschlossenen mit Zündkammer,

Stellung zunächst mit zunehmender öffnung der F i g. 2 eine schematisierte Draufsicht auf eine Brenn-

Drosselklappe (16) öffnet, etwa an der oberen Gren- kraftmaschine gemäß Fig. 1, wobei die dem Ein- und

ze des unteren Lastbereiches (28) voll offen ist und Auslaß zugeordneten Kanäle ebenfalls schematisch dar-

dann derart geschlossen wird, daß die Schließstel- 35 gestellt sind,

lung etwa bei voller öffnung der Drosselklappe (16) F i g. 3 im Schema einen Schnitt durch einen Vergaser

erreicht ist. mit zusätzlicher Luftkorrektur, wie er in F i g. 2 schema-

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch tisch angedeutet ist,

gekennzeichnet, daß die Luftklappe (14) zusammen F i g. 4 eine Pedalsteuerung für den Vergaser mit

mit der Drosselklappe (16) des Vergasers (12) ein- 40 Luftkorrektur, gemäß F i g. 3,

stellbar ist. F i g. 5 ein Diagramm, in dem die öffnungswinkel der

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch Drossel- und Luftklappe des Vergasers mit zusätzlicher gekennzeich net, daß zur Verstellung der Luftklappe Luftkorrektur über dem Pedalweg dargestellt sind,
(14) ein Stellnocken (21) vorgesehen ist, der zusam- F i g. 6 ein weiteres Diagramm mit über der Drehzahl men mit cLr Drosselklappe (16) des Vergasers (12) 45 aufgetragenen Drehmomentkurven, wobei diese Dreheinstellbar ist. momentkurven Verhältnislinien des jeweils eingestell-

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch ten Kraftstoff-Luftverhältnisses entsprechen,
gekennzeichnet, daß die Drehachse (18) der Drossel- F i g. 7 eine der F i g. 4 entsprechende Pedalsteuerung klappe (16) des Vergasers (12) und die Drehachse für einen Vergaser mit Luftkorrektur, wobei die des Stecknockens (21) zusammen fallen. 50 Luftkorrektur in Abhängigkeit von der Stellung der

5. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren Drosselklappe und der Drehzahl erfolgt,

der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß F i g. 8 eine der F i g. 5 entsprechende Diagrammdardie Luftklappe (14) in Abhängigkeit von der Stellung stellung für eine Steuerung gemäß F i g. 7,
der Drosselklappe (16) sowie drehzahlabhängig der- F i g. 9 eine der F i g. 6 entsprechende Diagrammdarart gesteuert wird, daß der Öffnungswinkel der Luft- 55 stellung für eine Steuerung gemäß F i g. 7.
klappe (14) ab einem vorgegebenen Drehzahlgrenz- In der in F i g. 1 gezeigten Schemadarstellung ist eine wert nach oben begrenzt ist. Brennkraftmaschine mit einer Zündkammer 1 dargestellt, die auf den Hauptbrennraum 2 eines Zylinders 3

ausmündet, in dem ein Kolben 4 in üblicher Weise ver-

60 schiebbar angeordnet ist. Zur Steuerung des Gaswechsels dient im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 ein Ein-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftma- laßventil 5 und ein Auslaßventil 6. Der Zündkammer 1

schine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. ist eine Zündkerze 7 zugeordnet.

Durch die DE-OS 19 26 474 ist eine Brennkraftma- Die Anordnung einer Zündkammer 1, die im Ver-

schine der gattungsgemäßen Art bekannt. Dem Haupt- 65 gleich zum Volumen des Hauptbrennraumes verhältnis-

brennraum dieser Brennkraftmaschine wird durch ein mäßig klein ist und vorzugsweise etwa 5% des gesam-

Einspritzsystem im Leerlauf und in dem unteren Teil- ten Brennraumvolumens ausmacht, gibt der gesonder-

lastbereich ein kraftstoffreiches bis kraftstoffarmes Ge- ten Versorgung derselben mit einem gut zündfähigen,